高壓單芯電纜護(hù)層過電壓保護(hù)原理及方式

1、Innovation Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理三芯電纜三芯電纜- 通常都采用兩端金通常都采用兩端金屬護(hù)層直接接地方式屬護(hù)層直接接地方式 (35kV(35kV以下以下) ) 因為在正常運(yùn)行中，流過三個線芯的電流向量總和為因為在正常運(yùn)行中，流過三個線芯的電流向量總和為零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，在鋁包或金屬屏蔽層兩端就在鋁包或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應(yīng)電壓基本上沒有感應(yīng)電壓，所，所以兩端接地后不會有感應(yīng)電流流過鋁包或金屬屏蔽層以兩端接地后不會有感應(yīng)電流流過鋁包或金屬屏蔽層 In

2、novation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理單芯電纜單芯電纜- 按照按照經(jīng)濟(jì)合理的原經(jīng)濟(jì)合理的原則則采用不同的接地方式采用不同的接地方式(110kV及以上及以上) 因為單芯電纜的線芯與金屬護(hù)層的關(guān)系，可看作一個因為單芯電纜的線芯與金屬護(hù)層的關(guān)系，可看作一個單匝變壓器單匝變壓器。當(dāng)單芯電纜線芯通過電流時，就會有磁。當(dāng)單芯電纜線芯通過電流時，就會有磁力線交鏈鋁包或金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應(yīng)電力線交鏈鋁包或金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓。壓。感應(yīng)電壓的大小與感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的和流過導(dǎo)體的電流電流成正比，成正比，電纜很長時，護(hù)

3、套上的感應(yīng)電壓疊加起電纜很長時，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達(dá)到危及人身安全的程度來可達(dá)到危及人身安全的程度 Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理等邊三角形敷設(shè)平行敷設(shè)以對稱敷設(shè)(正三角形敷設(shè)) 時, 電纜金屬護(hù)套的感應(yīng)電動勢最小且相等平行敷設(shè)時, 兩邊電纜護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，中間相最小感應(yīng)電壓的大小還與電纜排列方式、感應(yīng)電壓的大小還與電纜排列方式、距離以及屏蔽層的平均直徑有關(guān)距離以及屏蔽層的平均直徑有關(guān)Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理與單芯電纜護(hù)層感應(yīng)電壓有關(guān)的因素為：與單芯電纜護(hù)層感應(yīng)電壓有關(guān)的因

4、素為：1) 1) 電纜線路的長度電纜線路的長度2) 2) 線芯電流（負(fù)荷）線芯電流（負(fù)荷）3) 3) 電纜的排列方式電纜的排列方式4) 4) 電纜的中心距離電纜的中心距離5) 5) 外屏蔽的平均直徑外屏蔽的平均直徑Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理單芯電纜護(hù)層感應(yīng)電壓的計算：單芯電纜護(hù)層感應(yīng)電壓的計算： 也可以通過查護(hù)層感應(yīng)電壓曲線得到相應(yīng)的護(hù)層電壓值Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理單芯電纜線路的金屬護(hù)層上任一點的感應(yīng)電壓不得大于單芯電纜線路的金屬護(hù)層上任一點的感應(yīng)電壓不得大于100V100V( (未采取

5、不能任意接觸金屬護(hù)層的安全措施時，不得大于未采取不能任意接觸金屬護(hù)層的安全措施時，不得大于50 V50 V）根據(jù)根據(jù)GB50217-1994GB50217-1994電力工程電纜設(shè)計規(guī)程電力工程電纜設(shè)計規(guī)程的要求：的要求：金屬護(hù)層必須接地！金屬護(hù)層必須接地！Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理 金屬護(hù)層將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達(dá)線芯電流的金屬護(hù)層將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達(dá)線芯電流的50%-95%50%-95%，使金屬護(hù)層發(fā)熱，這不僅浪費(fèi)了大量電能，使金屬護(hù)層發(fā)熱，這不僅浪費(fèi)了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，而且降低了電纜的載流

6、量，并加速了電纜絕緣老化，因因此單芯電纜不應(yīng)兩端接地此單芯電纜不應(yīng)兩端接地。( (僅在個別情況使用，護(hù)層僅在個別情況使用，護(hù)層10V10V或者電纜很短，功率很小的情況下或者電纜很短，功率很小的情況下) )此時，如果兩端都直接接地此時，如果兩端都直接接地 需單端接地！需單端接地！Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層保護(hù)原理當(dāng)雷擊或操作過電壓波沿線芯流動時，金屬護(hù)層不接地當(dāng)雷擊或操作過電壓波沿線芯流動時，金屬護(hù)層不接地端會出現(xiàn)端會出現(xiàn)很高的沖擊電壓很高的沖擊電壓；在系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電；在系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流流經(jīng)線芯時，護(hù)層不接地端也會出現(xiàn)流流經(jīng)線芯時，護(hù)層

7、不接地端也會出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)較高的工頻感應(yīng)電壓電壓。過電壓可能會導(dǎo)致出現(xiàn)多點接地，形成。過電壓可能會導(dǎo)致出現(xiàn)多點接地，形成環(huán)流環(huán)流 。金屬護(hù)套一端接地情況：需特殊接地方式需特殊接地方式+ +保護(hù)器保護(hù)器Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層接地及保護(hù)方式一端直接接地，另一端通過保護(hù)器接地一端直接接地，另一端通過保護(hù)器接地-可采用方式可采用方式中點直接接地，兩端屏蔽通過護(hù)層保護(hù)接地中點直接接地，兩端屏蔽通過護(hù)層保護(hù)接地-常用方式常用方式中點通過護(hù)層保護(hù)接地，兩端直接接地中點通過護(hù)層保護(hù)接地，兩端直接接地-可采用方式可采用方式護(hù)層交叉互聯(lián)護(hù)層交叉互聯(lián)-常用方式常用

8、方式按照按照經(jīng)濟(jì)合理的原則經(jīng)濟(jì)合理的原則采用不同的接地方式采用不同的接地方式(110kV(110kV及以上及以上) )Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層接地及保護(hù)方式1.1.一端直接接地，另一端通過保護(hù)器接地一端直接接地，另一端通過保護(hù)器接地 電纜長度一般小于電纜長度一般小于500m500m 合理選擇接地保護(hù)箱和保護(hù)元件合理選擇接地保護(hù)箱和保護(hù)元件 加回流線時，回流線需換位、兩端需接地加回流線時，回流線需換位、兩端需接地Innovation回流線的作用回流線的作用 高壓單芯電纜線路的金屬護(hù)套只在一處互聯(lián)接地時，在沿線路一段距離內(nèi)平行敷設(shè)一根阻抗較低的絕緣導(dǎo)線

9、并兩端接地兩端接地，該接地的絕緣導(dǎo)線稱為回流線。 回流線又稱屏蔽導(dǎo)體，回流線的磁屏蔽作用可使鄰近通信信號電纜的導(dǎo)體上由于電力電纜短路引起的感應(yīng)電壓明顯下降，據(jù)計算其值為不安裝回流線時的27%?；亓骶€的分流作用是當(dāng)電纜線路發(fā)生短路接地故障時一部分短路電流將通過回流線流回系統(tǒng)的中性點。 Innovation回流線截面選擇及安裝回流線截面選擇及安裝 回流線選用240400MM2銅芯塑料絕緣線?；亓骶€應(yīng)敷設(shè)在邊相和中相之間，并在線路中點換位，如下圖所示。 S11.7S，S20.3S，S30.7SInnovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層接地及保護(hù)方式2.2.中點直接接地，兩

10、端通過護(hù)層保護(hù)接地中點直接接地，兩端通過護(hù)層保護(hù)接地 可看作一端接地線路長度的兩倍可看作一端接地線路長度的兩倍 護(hù)套中間接地，兩端各加一組保護(hù)器護(hù)套中間接地，兩端各加一組保護(hù)器 注意檢查金屬護(hù)套至少有一點直接接地注意檢查金屬護(hù)套至少有一點直接接地Innovation3.3.中點通過護(hù)層保護(hù)接地，兩端直接接地中點通過護(hù)層保護(hù)接地，兩端直接接地 電纜線路為兩盤電纜電纜線路為兩盤電纜護(hù)套斷開，中間裝設(shè)絕緣頭護(hù)套斷開，中間裝設(shè)絕緣頭絕緣頭兩側(cè)各加一組保護(hù)器絕緣頭兩側(cè)各加一組保護(hù)器 電纜線路兩端分別接地電纜線路兩端分別接地 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層接地及保護(hù)方式Innovatio

11、n 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層接地及保護(hù)方式4. 4. 護(hù)層交叉互聯(lián)護(hù)層交叉互聯(lián)交叉互聯(lián)：將每大段電纜分為長度相等的三小段，每段之間裝絕緣接頭，接頭處護(hù)層三相之間用同軸電纜引線經(jīng)交叉互聯(lián)箱及保護(hù)器進(jìn)行換位連接。接地保護(hù)交叉互聯(lián)InnovationABCABCABCB 相與相與A相通過相通過交叉互聯(lián)箱相連交叉互聯(lián)箱相連A相與相與C相通過相通過交叉互聯(lián)箱相連交叉互聯(lián)箱相連BAC換到換到換到換到Innovation 交叉互聯(lián)的連接交叉互聯(lián)的連接ACBBACCBA通過兩個交叉互聯(lián)箱通過兩個交叉互聯(lián)箱,兩次互換兩次互換,實現(xiàn)感應(yīng)電壓疊加后向量為零實現(xiàn)感應(yīng)電壓疊加后向量為零,起到限制

12、感應(yīng)電壓的作用起到限制感應(yīng)電壓的作用InnovationACCB 交叉互聯(lián)的連接交叉互聯(lián)的連接A 相與相與C相通過相通過交叉互聯(lián)箱交叉互聯(lián)箱1相連相連C 相與相與B相通過相通過交叉互聯(lián)箱交叉互聯(lián)箱2相連相連ACBInnovationInnovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)層接地及保護(hù)方式 護(hù)層交叉互聯(lián)的目的：護(hù)層交叉互聯(lián)的目的： 使各大段電纜上的感應(yīng)電壓幅值相等，相位相差120度總感應(yīng)電壓的向量和為零總感應(yīng)電壓的向量和為零不可能產(chǎn)生環(huán)形電流不可能產(chǎn)生環(huán)形電流感應(yīng)電壓最高值小于感應(yīng)電壓最高值小于50VInnovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù) 護(hù)

13、層接地及保護(hù)方式 護(hù)層交叉互聯(lián)的作用：護(hù)層交叉互聯(lián)的作用：通過交叉互聯(lián)箱換位通過交叉互聯(lián)箱換位 限制護(hù)層感應(yīng)電壓小于限制護(hù)層感應(yīng)電壓小于50V50V兩端直接接地兩端直接接地 環(huán)流很小環(huán)流很小不受電纜線路長度限制不受電纜線路長度限制 可裝多個絕緣接頭滿足要求可裝多個絕緣接頭滿足要求裝設(shè)護(hù)層保護(hù)器裝設(shè)護(hù)層保護(hù)器 有效限制雷電及操作過電壓有效限制雷電及操作過電壓交叉互聯(lián)箱Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù)護(hù)層保護(hù)器護(hù)層保護(hù)器護(hù)層保護(hù)器護(hù)層保護(hù)器一般安裝在電纜線路一般安裝在電纜線路交叉互聯(lián)箱體內(nèi)和接地保護(hù)箱內(nèi)交叉互聯(lián)箱體內(nèi)和接地保護(hù)箱內(nèi) 護(hù)層保護(hù)器選擇及應(yīng)用Innovat

14、ion 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù)護(hù)層保護(hù)器的作用：護(hù)層保護(hù)器的作用：1) 1) 限制電纜線路金屬護(hù)層中的工頻限制電纜線路金屬護(hù)層中的工頻感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓 在電纜線路正常工作狀態(tài)時，高壓電纜護(hù)在電纜線路正常工作狀態(tài)時，高壓電纜護(hù) 層保護(hù)器呈現(xiàn)層保護(hù)器呈現(xiàn)高電阻高電阻狀態(tài)，截斷電纜金屬護(hù)層中的工頻狀態(tài)，截斷電纜金屬護(hù)層中的工頻感應(yīng)電流回路感應(yīng)電流回路 2）迅速減小電纜線路金屬護(hù)層中的工頻和沖擊迅速減小電纜線路金屬護(hù)層中的工頻和沖擊過過電壓電壓 當(dāng)電纜線路出現(xiàn)接地故障、雷電過電壓或當(dāng)電纜線路出現(xiàn)接地故障、雷電過電壓或內(nèi)部過電壓導(dǎo)致金屬護(hù)層中出現(xiàn)很高過電壓時，護(hù)層保內(nèi)部過電壓導(dǎo)致金屬

15、護(hù)層中出現(xiàn)很高過電壓時，護(hù)層保護(hù)器呈現(xiàn)出護(hù)器呈現(xiàn)出低電阻導(dǎo)通低電阻導(dǎo)通狀態(tài)，使得故障電流經(jīng)保護(hù)器迅狀態(tài)，使得故障電流經(jīng)保護(hù)器迅速瀉入大地速瀉入大地 護(hù)層保護(hù)器選擇及應(yīng)用Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù)護(hù)層保護(hù)器的選擇：護(hù)層保護(hù)器的選擇： 護(hù)層保護(hù)器選擇及應(yīng)用1) 1) 可能最大沖擊電流作用下的殘壓可能最大沖擊電流作用下的殘壓, , 不得大于不得大于電纜電纜護(hù)層沖擊耐壓電壓護(hù)層沖擊耐壓電壓被被1. 4 1. 4 所除數(shù)值所除數(shù)值( (計入絕緣配計入絕緣配合系數(shù)合系數(shù)) ) 2) 2) 可能最大工頻過電壓在可能最大工頻過電壓在5s 5s 作用下作用下, , 應(yīng)能耐受

16、應(yīng)能耐受, , 不不擊穿或損壞擊穿或損壞3) 3) 可能最大沖擊電流累積作用可能最大沖擊電流累積作用20 20 次后次后, , 保護(hù)器不得保護(hù)器不得損壞損壞110kV電纜為37.5kVInnovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù)護(hù)層保護(hù)器的性能：護(hù)層保護(hù)器的性能： 護(hù)層保護(hù)器選擇及應(yīng)用 常用殘工比K 來表示護(hù)層保護(hù)器的保護(hù)性能保護(hù)器的殘工比K 愈小, 則保護(hù)性能愈好Innovation 110kV單芯單芯電纜護(hù)層保護(hù)電纜護(hù)層保護(hù)護(hù)層保護(hù)器的定期檢驗和維護(hù)：護(hù)層保護(hù)器的定期檢驗和維護(hù)： 護(hù)層保護(hù)器選擇及應(yīng)用 定期測量電纜護(hù)層保護(hù)器在定期測量電纜護(hù)層保護(hù)器在1mA1mA時時的直

17、流參考電壓和的直流參考電壓和0.750.75倍參考電壓時的泄倍參考電壓時的泄漏電流，特別是在系統(tǒng)故障之后測試漏電流，特別是在系統(tǒng)故障之后測試可通過電纜護(hù)層過電壓保護(hù)器特性參數(shù)測試儀進(jìn)行測試Innovation Innovation 高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗GB11017-2002GB11017-2002額定電壓額定電壓3030kV(Um=36kV)kV(Um=36kV)以上以上至至150150kVkV（Um=170kVUm=170kV）擠出絕緣電力電纜及其擠出絕緣電力電纜及其附件試驗方法和要求附件試驗方法和要求 目前的交接試驗標(biāo)準(zhǔn)和方法1) 1) 主絕緣試驗

18、采用空載試驗主絕緣試驗采用空載試驗24h24h（系統(tǒng)電壓）或相對相交（系統(tǒng)電壓）或相對相交流電壓流電壓110kV, 5min110kV, 5min2) 2) 非金屬護(hù)套層做直流耐壓，非金屬護(hù)套層做直流耐壓，10kV, 1min10kV, 1min3) 3) 作為替代作為替代(1)(1)的選擇，施加的選擇，施加3U03U0直流電壓直流電壓15min 15min 破壞破壞性試驗，不推薦性試驗，不推薦Innovation 高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗 目前試驗存在的問題 直流耐壓試驗是破壞性試驗直流耐壓試驗是破壞性試驗 空載空載24h24h的試驗效果值得懷疑的試驗效果

19、值得懷疑 預(yù)防性試驗對外護(hù)套和主絕緣電阻的定期測量只能發(fā)現(xiàn)預(yù)防性試驗對外護(hù)套和主絕緣電阻的定期測量只能發(fā)現(xiàn)護(hù)套缺陷護(hù)套缺陷Innovation 高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗 新試驗方法簡介 0.1Hz0.1Hz超低頻耐壓試驗超低頻耐壓試驗 功率較小，最高只到功率較小，最高只到114kV114kV 0.1Hz0.1Hz超低頻電壓下的介損試驗超低頻電壓下的介損試驗 可有效預(yù)測絕緣老可有效預(yù)測絕緣老化化 變頻諧振試驗（變頻諧振試驗（30300Hz) 30300Hz) 輸出電壓很高，目前高輸出電壓很高，目前高壓電纜及附件最好的試驗方法，適于壓電纜及附件最好的試驗方法，適

20、于110kV110kV及以上電壓及以上電壓等級使用，這種試驗方法已列入新標(biāo)準(zhǔn)等級使用，這種試驗方法已列入新標(biāo)準(zhǔn)IEC62067 IEC62067 和和GB50150-2006GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) 110kV110kV采用采用1.7U01.7U0Innovation0.1Hz超低頻耐壓試驗原理和優(yōu)點超低頻耐壓試驗原理和優(yōu)點優(yōu)點：0.1Hz0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗設(shè)備消耗功率小，是超低頻正弦波耐壓試驗設(shè)備消耗功率小，是50Hz50Hz耐耐壓試驗設(shè)備的壓試驗設(shè)備的1/5001/500。0.1Hz0.1Hz超低頻正弦波

21、耐壓試驗設(shè)備的輸出電壓較高，目前超低頻正弦波耐壓試驗設(shè)備的輸出電壓較高，目前已有已有250kV250kV交流輸出試驗設(shè)備，可用于更高等級電壓系統(tǒng)。交流輸出試驗設(shè)備，可用于更高等級電壓系統(tǒng)。由于輸入功率小，設(shè)備的尺寸和重量也小，均為兩件或三由于輸入功率小，設(shè)備的尺寸和重量也小，均為兩件或三件式便攜設(shè)計。件式便攜設(shè)計。 0.1Hz0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗設(shè)備可試驗較長的電纜（電超低頻正弦波耐壓試驗設(shè)備可試驗較長的電纜（電容較大）容較大）原理：由于電纜為容性負(fù)載，需要很大的試驗容量由于電纜為容性負(fù)載，需要很大的試驗容量 kVAkVA 式中：式中： C C被試電纜電容量被試電纜電容量 f/kmf/km USUS試驗電壓試驗電壓 kVkV f f工頻頻率，我國為工頻頻率，我國為50Hz50Hz2USC2fSInnovation變頻串聯(lián)諧振技術(shù)的原理變頻串聯(lián)諧振技術(shù)的原理當(dāng)回路頻率當(dāng)回路頻率f f1/2LC1/2LC時，時，回路產(chǎn)生諧振，此時試品上回路產(chǎn)生諧振，此時試品上的電壓是勵磁變高壓端輸出的電壓是勵磁變高壓端輸出電壓的電壓的Q Q倍