絕緣管型母線雖然統(tǒng)一采用管狀銅質(zhì)或鋁質(zhì)導(dǎo)體，但絕緣型式各異。目前中國(guó)常見的絕緣管型母線分為澆注式、繞包式和擠包式。3種類型的管型母線具有各自顯著的絕緣結(jié)構(gòu)特征，且在絕緣性能、工藝難度等方面各有優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)。
1 澆注式絕緣管型母線
1.1 結(jié)構(gòu)特征
澆注式絕緣管型母線本體絕緣主要采用絕緣、半導(dǎo)電(粘性)電工皺紋紙帶纏繞，經(jīng)環(huán)氧樹脂真空浸漬，加溫固化，形成一體化固體絕緣。
在端部可以很方便地將半導(dǎo)電帶分層按一定尺寸纏繞主絕緣，形成類似套管中的電容屏結(jié)構(gòu)，達(dá)到控制場(chǎng)強(qiáng)分布，減少場(chǎng)強(qiáng)集中的效果。
澆注式絕緣管型母線接頭一般采用在導(dǎo)體連接外部外罩絕緣套筒的形式。套筒同樣是具有電容屏結(jié)構(gòu)的絕緣筒裝結(jié)構(gòu)，內(nèi)屏與導(dǎo)體連接等電位，外屏為接地導(dǎo)體。兩端與本體密封連接，如圖2所示。
1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)
澆注式絕緣管型母線具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)環(huán)氧浸漬紙絕緣是一種絕緣紙與環(huán)氧樹脂的復(fù)合絕緣，導(dǎo)體、半導(dǎo)體層和絕緣紙經(jīng)加溫固化后，形成致密、緊實(shí)的一體化結(jié)構(gòu)，既具有絕緣紙和環(huán)氧的良好絕緣和介電性能，又具有良好機(jī)械特性。已證實(shí)該種結(jié)構(gòu)形式能有效保證至少在
35 kV及以下電壓等級(jí)產(chǎn)品不發(fā)生內(nèi)部局部放電。(2)端部和套筒的電容屏結(jié)構(gòu)能夠有效控制場(chǎng)強(qiáng)，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，均壓結(jié)構(gòu)存在于絕緣內(nèi)部，均在工廠預(yù)制，可靠性較高。(3)絕緣套筒保障了設(shè)備在連接處依然保持全絕緣性能，提高了安全性。
同時(shí)，其絕緣結(jié)構(gòu)和工藝也使得澆注式
半絕緣管型母線設(shè)備存在以下技術(shù)難點(diǎn)：(1)環(huán)氧材料本身較脆，特別是屏蔽筒，在運(yùn)輸、安裝中對(duì)防止跌落、撞擊的要求較高，同時(shí)需要考慮運(yùn)行中的振動(dòng)問題，以避免絕緣產(chǎn)生局部缺陷。(2)電容屏結(jié)構(gòu)必須合理設(shè)計(jì)，并在生產(chǎn)、安裝中確保尺寸，否則可能導(dǎo)致局部場(chǎng)強(qiáng)集中，危害絕緣。(3)生產(chǎn)澆注式絕緣管型母線需要大型真空澆注和加溫固化設(shè)備，設(shè)備尺寸限制了單根母線長(zhǎng)度(目前常規(guī)產(chǎn)品單根長(zhǎng)度8 m左右)，又因?yàn)槠渖a(chǎn)工藝復(fù)雜，該結(jié)構(gòu)絕緣管型母線生產(chǎn)難度更大，成本更高。
2 繞包式絕緣管型母線
2.1 絕緣形式及相關(guān)結(jié)構(gòu)
利用聚四氟乙烯帶或聚酯薄膜材料纏繞，層間涂抹硅油形成主絕緣層。其端部均壓結(jié)構(gòu)也可與澆注式一樣，應(yīng)在絕緣中纏入多層半導(dǎo)電(導(dǎo)電)材料，形成電容屏，均勻場(chǎng)強(qiáng)。繞包式絕緣管形母線中間接頭處存在多種技術(shù)方案。
其一，在接頭處將導(dǎo)體焊接成與本體等外徑的連接結(jié)構(gòu)，然后按照本體的導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、電容屏層、絕緣屏蔽層和接地層逐層以纏繞方式恢復(fù)，并與所連接的兩段管型母線的端部結(jié)構(gòu)接續(xù)成一個(gè)整體的無(wú)縫式型式，如圖3所示。類似結(jié)構(gòu)在電力電纜中也有，但一般認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)繞制的絕緣由于絕緣界面、工藝等的影響，其許用場(chǎng)強(qiáng)可考慮設(shè)計(jì)為本體的一半[9-10]，因此這種等徑接續(xù)的方式只適用于絕緣裕度較大的低電壓等級(jí)絕緣管型母線。
其二，對(duì)高電壓等級(jí)的絕緣管型母線，可將中間接頭的絕緣做成與澆注式原理相同的屏蔽筒型式，以達(dá)到與澆注式相同效果。
此外，也有在導(dǎo)體連接處直接繞制增強(qiáng)絕緣的方法，但這樣表面并非零電位，因此并不推薦。
2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)
繞包式絕緣管型母線具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)繞包式絕緣管型母線生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，流程環(huán)節(jié)少，產(chǎn)能充足。(2)現(xiàn)場(chǎng)故障恢復(fù)簡(jiǎn)單，在故障點(diǎn)破開絕緣，逐層纏繞恢復(fù)絕緣結(jié)構(gòu)即可。
同時(shí)，繞包式絕緣管型母線設(shè)備存在以下技術(shù)難點(diǎn)：(1)聚四氟乙烯或聚酯薄膜本身性能優(yōu)異，但其絕緣性能決定于繞包過程中是否形成致密、緊實(shí)的多層結(jié)構(gòu)，而且現(xiàn)場(chǎng)安裝接頭時(shí)，更難控制質(zhì)量。只有通過嚴(yán)密的工藝手段才能保障其性能。包繞不夠緊實(shí)的產(chǎn)品，絕緣層間容易引入氣泡、潮氣，另外，壓緊力下降后，絕緣性能將嚴(yán)重下降，且更容易受潮氣入侵，引發(fā)沿絕緣層間表面的放電。這種情況下，其絕緣強(qiáng)度主要取決于絕緣結(jié)構(gòu)的特性而遠(yuǎn)低于材料本征擊穿強(qiáng)度。(2)繞包式設(shè)備生產(chǎn)起步要求低，大量廠家集中于生產(chǎn)該類型產(chǎn)品，導(dǎo)致該類設(shè)備質(zhì)量差異極大。僅有少量廠家采用機(jī)械纏繞的方式，并嚴(yán)格控制工藝過程，保障絕緣性能。
2.3 擠包式絕緣管型母線
2.3.1 絕緣形式和相關(guān)結(jié)構(gòu)
與電力電纜絕緣幾乎完全相同，利用橡塑材料(聚乙烯，硅橡膠、三元乙丙橡膠)原料呈粘稠的半流體狀性質(zhì)，通過擠包機(jī)在導(dǎo)體表面擠出內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層和外半導(dǎo)電層。為保證半導(dǎo)電層與導(dǎo)電層結(jié)合緊密，生產(chǎn)中宜采用三層共擠工藝。
擠包式絕緣管型母線與其他絕緣型式設(shè)備最大不同在于擠包式中間接頭與終端中無(wú)法插入電容屏形成均壓結(jié)構(gòu)，而是通過預(yù)制件在地屏端部向外延伸形成喇叭口的應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)，達(dá)到均勻場(chǎng)強(qiáng)的效果，如圖4所示。這一技術(shù)在電力電纜中發(fā)展已有較長(zhǎng)時(shí)間，可以直接借用。
2.3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)
擠包式絕緣管型母線的優(yōu)勢(shì)與電纜結(jié)構(gòu)相似，絕緣一體性較好、緊實(shí)，技術(shù)比較成熟，有電力電纜尤其是高電壓等級(jí)電力電纜生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的廠家能夠順利轉(zhuǎn)向生產(chǎn)擠包式絕緣管型母線。
絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)特征也使得其設(shè)計(jì)生產(chǎn)存在如下難點(diǎn)。(1)絕緣管型母線為增大載流量，須擴(kuò)大管徑，此時(shí)，擠包時(shí)必須避免重力造成的絕緣偏心，這在絕緣尺寸整體半徑增大的條件下工藝難度更大，必須更為準(zhǔn)確地控制整個(gè)擠包圓周上的溫度和擠包速度均勻性。(2)擠包型絕緣管型母線的彎管段成型是其生產(chǎn)中的難點(diǎn)。先彎金屬管后擠包，由于現(xiàn)今的技術(shù)水平和設(shè)備限制，尚未有廠家實(shí)現(xiàn)。先擠包后彎管會(huì)使已成型的絕緣受拉伸和擠壓，一是彎曲半徑受很大限制，相當(dāng)于在絕緣上施加應(yīng)力，拉伸會(huì)減薄絕緣而擠壓可能導(dǎo)致氣隙產(chǎn)生;二是預(yù)應(yīng)力會(huì)降低材料的機(jī)械和性能。后者應(yīng)在彎曲過程中注意應(yīng)力的釋放。
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