高壓單芯電纜護層過電壓保護原理及方式

關(guān)于高壓單芯電纜護層過電壓保護原理及方式第1頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護原理三芯電纜------

通常都采用兩端金屬護層直接接地方式(35kV以下)

因為在正常運行中，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，在鋁包或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應(yīng)電壓，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第2頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護原理單芯電纜------

按照經(jīng)濟合理的原則采用不同的接地方式(110kV及以上)

因為單芯電纜的線芯與金屬護層的關(guān)系，可看作一個單匝變壓器。當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)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，電纜很長時，護套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度第3頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護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,電纜金屬護套的感應(yīng)電動勢最小且相等平行敷設(shè)時,兩邊電纜護套上產(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、距離以及屏蔽層的平均直徑有關(guān)第4頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護原理與單芯電纜護層感應(yīng)電壓有關(guān)的因素為：電纜線路的長度線芯電流（負荷）電纜的排列方式電纜的中心距離外屏蔽的平均直徑第5頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護原理單芯電纜護層感應(yīng)電壓的計算：

也可以通過查護層感應(yīng)電壓曲線得到相應(yīng)的護層電壓值第6頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護原理單芯電纜線路的金屬護層上任一點的感應(yīng)電壓不得大于100V(未采取不能任意接觸金屬護層的安全措施時，不得大于50V）根據(jù)GB50217-1994《電力工程電纜設(shè)計規(guī)程》的要求：金屬護層必須接地！第7頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護原理

金屬護層將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達線芯電流的50%--95%，使金屬護層發(fā)熱，這不僅浪費了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，因此單芯電纜不應(yīng)兩端接地。(僅在個別情況使用，護層<10V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——需單端接地！第8頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層保護原理當雷擊或操作過電壓波沿線芯流動時，金屬護層不接地端會出現(xiàn)很高的沖擊電壓；在系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流流經(jīng)線芯時，護層不接地端也會出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)電壓。過電壓可能會導(dǎo)致出現(xiàn)多點接地，形成環(huán)流。金屬護套一端接地情況：需特殊接地方式+保護器第9頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層接地及保護方式一端直接接地，另一端通過保護器接地----可采用方式中點直接接地，兩端屏蔽通過護層保護接地---常用方式中點通過護層保護接地，兩端直接接地---可采用方式護層交叉互聯(lián)----常用方式按照經(jīng)濟合理的原則采用不同的接地方式(110kV及以上)第10頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層接地及保護方式1.一端直接接地，另一端通過保護器接地

電纜長度一般小于500m

合理選擇接地保護箱和保護元件加回流線時，回流線需換位、兩端需接地第11頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六回流線的作用高壓單芯電纜線路的金屬護套只在一處互聯(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)線并兩端接地，該接地的絕緣導(dǎo)線稱為回流線?；亓骶€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。

第12頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六回流線截面選擇及安裝回流線選用240－400MM2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。

S1＝1.7S，S2＝0.3S，S3＝0.7S第13頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層接地及保護方式2.中點直接接地，兩端通過護層保護接地

可看作一端接地線路長度的兩倍護套中間接地，兩端各加一組保護器注意檢查金屬護套至少有一點直接接地第14頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六3.中點通過護層保護接地，兩端直接接地

電纜線路為兩盤電纜護套斷開，中間裝設(shè)絕緣頭絕緣頭兩側(cè)各加一組保護器電纜線路兩端分別接地

110kV單芯電纜護層保護

護層接地及保護方式第15頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層接地及保護方式4.護層交叉互聯(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，接頭處護層三相之間用同軸電纜引線經(jīng)交叉互聯(lián)箱及保護器進行換位連接。接地保護交叉互聯(lián)第16頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六ABCABCABCB相與A相通過交叉互聯(lián)箱相連A相與C相通過交叉互聯(lián)箱相連BAC換到換到第17頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

交叉互聯(lián)的連接ACBBACCBA通過兩個交叉互聯(lián)箱,兩次互換,實現(xiàn)感應(yīng)電壓疊加后向量為零,起到限制感應(yīng)電壓的作用第18頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六ACCB

交叉互聯(lián)的連接A相與C相通過交叉互聯(lián)箱1相連C相與B相通過交叉互聯(lián)箱2相連ACB第19頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六第20頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層接地及保護方式

護層交叉互聯(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)電壓的向量和為零不可能產(chǎn)生環(huán)形電流感應(yīng)電壓最高值小于50V第21頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護

護層接地及保護方式

護層交叉互聯(lián)的作用：通過交叉互聯(lián)箱換位

——限制護層感應(yīng)電壓小于50V兩端直接接地

——環(huán)流很小不受電纜線路長度限制

——可裝多個絕緣接頭滿足要求裝設(shè)護層保護器

——有效限制雷電及操作過電壓交叉互聯(lián)箱第22頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護護層保護器護層保護器一般安裝在電纜線路交叉互聯(lián)箱體內(nèi)和接地保護箱內(nèi)

護層保護器選擇及應(yīng)用第23頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護護層保護器的作用：限制電纜線路金屬護層中的工頻感應(yīng)電壓

——在電纜線路正常工作狀態(tài)時，高壓電纜護層保護器呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，截斷電纜金屬護層中的工頻感應(yīng)電流回路

2）迅速減小電纜線路金屬護層中的工頻和沖擊過電壓

——當電纜線路出現(xiàn)接地故障、雷電過電壓或內(nèi)部過電壓導(dǎo)致金屬護層中出現(xiàn)很高過電壓時，護層保護器呈現(xiàn)出低電阻導(dǎo)通狀態(tài)，使得故障電流經(jīng)保護器迅速瀉入大地

護層保護器選擇及應(yīng)用第24頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護護層保護器的選擇：

護層保護器選擇及應(yīng)用可能最大沖擊電流作用下的殘壓,不得大于電纜護層沖擊耐壓電壓被1.4所除數(shù)值(計入絕緣配合系數(shù))可能最大工頻過電壓在5s作用下,應(yīng)能耐受,不擊穿或損壞可能最大沖擊電流累積作用20次后,保護器不得損壞110kV電纜為37.5kV第25頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護護層保護器的性能：

護層保護器選擇及應(yīng)用

常用殘工比K來表示護層保護器的保護性能保護器的殘工比K愈小,則保護性能愈好第26頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

110kV單芯電纜護層保護護層保護器的定期檢驗和維護：

護層保護器選擇及應(yīng)用

定期測量電纜護層保護器在1mA時的直流參考電壓和0.75倍參考電壓時的泄漏電流，特別是在系統(tǒng)故障之后測試可通過電纜護層過電壓保護器特性參數(shù)測試儀進行測試第27頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

高壓電纜交接及預(yù)防性試驗標準和方法第28頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗GB11017-2002《額定電壓30kV(Um=36kV)以上至150kV（Um=170kV）擠出絕緣電力電纜及其附件試驗方法和要求》

目前的交接試驗標準和方法主絕緣試驗采用空載試驗24h（系統(tǒng)電壓）或相對相交流電壓110kV,5min非金屬護套層做直流耐壓，10kV,1min作為替代(1)的選擇，施加3U0直流電壓15min——破壞性試驗，不推薦第29頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

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空載24h的試驗效果值得懷疑預(yù)防性試驗對外護套和主絕緣電阻的定期測量只能發(fā)現(xiàn)護套缺陷第30頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六

高壓電纜附件的交接和預(yù)防性試驗

新試驗方法簡介0.1Hz超低頻耐壓試驗——功率較小，最高只到114kV0.1Hz超低頻電壓下的介損試驗——可有效預(yù)測絕緣老化變頻諧振試驗（30~300Hz)——輸出電壓很高，目前高壓電纜及附件最好的試驗方法，適于110kV及以上電壓等級使用，這種試驗方法已列入新標準IEC62067和GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》

——110kV采用1.7U0第31頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六0.1Hz超低頻耐壓試驗原理和優(yōu)點優(yōu)點：

0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗設(shè)備消耗功率小，是50Hz耐壓試驗設(shè)備的1/500。

0.1Hz超低頻正弦波耐壓試驗設(shè)備的輸出電壓較高，目前已有250kV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，均為兩件或三件式便攜設(shè)計。

0.1Hz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）原理：

由于電纜為容性負載，需要很大的試驗容量kVA

式中：C—被試電纜電容量μf/km

US—試驗電壓kV

f—工頻頻率，我國為50Hz第32頁，共35頁，2022年，5月20日，17點59分，星期六變頻串聯(lián)諧振技術(shù)的原理當回路頻率f＝1/2π√LC時，回路產(chǎn)生諧振，此時試品上的電壓是勵磁變高壓端輸出電壓的Q倍。Q為電壓諧振倍數(shù)，一般為幾十到一百以上。先通過調(diào)節(jié)變頻電源的輸出頻率使回路發(fā)生串聯(lián)諧振，再在回路諧振的條件下調(diào)節(jié)變頻電源輸出電壓使試品電壓達到試驗值。由于回路的諧振，變頻電源較小的輸出電壓就可在試品CX上產(chǎn)生較高的試驗電壓。系統(tǒng)組成：由變頻電源，勵磁變壓器，諧振電抗器，分壓器及試品組成。系統(tǒng)原理圖：第33頁，共35頁，2022年，5月20日，