高压单芯电缆护层过电压保护原理及方式

1、Innovation Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理三芯电缆三芯电缆- 通常都采用两端金通常都采用两端金属护层直接接地方式属护层直接接地方式 (35kV(35kV以下以下) ) 因为在正常运行中，流过三个线芯的电流向量总和为因为在正常运行中，流过三个线芯的电流向量总和为零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在铝包或金属屏蔽层两端就在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压基本上没有感应电压，所，所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层 In

2、novation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理单芯电缆单芯电缆- 按照按照经济合理的原经济合理的原则则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) 因为单芯电缆的线芯与金属护层的关系，可看作一个因为单芯电缆的线芯与金属护层的关系，可看作一个单匝变压器单匝变压器。当单芯电缆线芯通过电流时，就会有磁。当单芯电缆线芯通过电流时，就会有磁力线交链铝包或金属屏蔽层，使它的两端出现感应电力线交链铝包或金属屏蔽层，使它的两端出现感应电压。压。感应电压的大小与感应电压的大小与电缆线路的长度电缆线路的长度和流过导体的和流过导体的电流电流成正比，成正比，电缆很长时，护

3、套上的感应电压叠加起电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度来可达到危及人身安全的程度 Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理等边三角形敷设平行敷设以对称敷设(正三角形敷设) 时, 电缆金属护套的感应电动势最小且相等平行敷设时, 两边电缆护套上产生的感应电动势最大，中间相最小感应电压的大小还与电缆排列方式、感应电压的大小还与电缆排列方式、距离以及屏蔽层的平均直径有关距离以及屏蔽层的平均直径有关Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理与单芯电缆护层感应电压有关的因素为：与单芯电缆护层感应电压有关的因

4、素为：1) 1) 电缆线路的长度电缆线路的长度2) 2) 线芯电流（负荷）线芯电流（负荷）3) 3) 电缆的排列方式电缆的排列方式4) 4) 电缆的中心距离电缆的中心距离5) 5) 外屏蔽的平均直径外屏蔽的平均直径Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理单芯电缆护层感应电压的计算：单芯电缆护层感应电压的计算： 也可以通过查护层感应电压曲线得到相应的护层电压值Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理单芯电缆线路的金属护层上任一点的感应电压不得大于单芯电缆线路的金属护层上任一点的感应电压不得大于100V100V( (未采取

5、不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50 V50 V）根据根据GB50217-1994GB50217-1994电力工程电缆设计规程电力工程电缆设计规程的要求：的要求：金属护层必须接地！金属护层必须接地！Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理 金属护层将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的金属护层将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%-95%50%-95%，使金属护层发热，这不仅浪费了大量电能，使金属护层发热，这不仅浪费了大量电能，而且降低了电缆的载流量，并加速了电缆绝缘老化，而且降低了电缆的载流

6、量，并加速了电缆绝缘老化，因因此单芯电缆不应两端接地此单芯电缆不应两端接地。( (仅在个别情况使用，护层仅在个别情况使用，护层10V10V或者电缆很短，功率很小的情况下或者电缆很短，功率很小的情况下) )此时，如果两端都直接接地此时，如果两端都直接接地 需单端接地！需单端接地！Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层保护原理当雷击或操作过电压波沿线芯流动时，金属护层不接地当雷击或操作过电压波沿线芯流动时，金属护层不接地端会出现端会出现很高的冲击电压很高的冲击电压；在系统发生短路时，短路电；在系统发生短路时，短路电流流经线芯时，护层不接地端也会出现流流经线芯时，护层

7、不接地端也会出现较高的工频感应较高的工频感应电压电压。过电压可能会导致出现多点接地，形成。过电压可能会导致出现多点接地，形成环流环流 。金属护套一端接地情况：需特殊接地方式需特殊接地方式+ +保护器保护器Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层接地及保护方式一端直接接地，另一端通过保护器接地一端直接接地，另一端通过保护器接地-可采用方式可采用方式中点直接接地，两端屏蔽通过护层保护接地中点直接接地，两端屏蔽通过护层保护接地-常用方式常用方式中点通过护层保护接地，两端直接接地中点通过护层保护接地，两端直接接地-可采用方式可采用方式护层交叉互联护层交叉互联-常用方式常用

8、方式按照按照经济合理的原则经济合理的原则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单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层接地及保护方式1.1.一端直接接地，另一端通过保护器接地一端直接接地，另一端通过保护器接地 电缆长度一般小于电缆长度一般小于500m500m 合理选择接地保护箱和保护元件合理选择接地保护箱和保护元件 加回流线时，回流线需换位、两端需接地加回流线时，回流线需换位、两端需接地Innovation回流线的作用回流线的作用 高压单芯电缆线路的金属护套只在一处互联接地时，在沿线路一段距离内平行敷设一根阻抗较低的绝缘导线

9、并两端接地两端接地，该接地的绝缘导线称为回流线。 回流线又称屏蔽导体，回流线的磁屏蔽作用可使邻近通信信号电缆的导体上由于电力电缆短路引起的感应电压明显下降，据计算其值为不安装回流线时的27%。回流线的分流作用是当电缆线路发生短路接地故障时一部分短路电流将通过回流线流回系统的中性点。 Innovation回流线截面选择及安装回流线截面选择及安装 回流线选用240400MM2铜芯塑料绝缘线。回流线应敷设在边相和中相之间，并在线路中点换位，如下图所示。 S11.7S，S20.3S，S30.7SInnovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层接地及保护方式2.2.中点直接接地，两

10、端通过护层保护接地中点直接接地，两端通过护层保护接地 可看作一端接地线路长度的两倍可看作一端接地线路长度的两倍 护套中间接地，两端各加一组保护器护套中间接地，两端各加一组保护器 注意检查金属护套至少有一点直接接地注意检查金属护套至少有一点直接接地Innovation3.3.中点通过护层保护接地，两端直接接地中点通过护层保护接地，两端直接接地 电缆线路为两盘电缆电缆线路为两盘电缆护套断开，中间装设绝缘头护套断开，中间装设绝缘头绝缘头两侧各加一组保护器绝缘头两侧各加一组保护器 电缆线路两端分别接地电缆线路两端分别接地 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层接地及保护方式Innovatio

11、n 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层接地及保护方式4. 4. 护层交叉互联护层交叉互联交叉互联：将每大段电缆分为长度相等的三小段，每段之间装绝缘接头，接头处护层三相之间用同轴电缆引线经交叉互联箱及保护器进行换位连接。接地保护交叉互联InnovationABCABCABCB 相与相与A相通过相通过交叉互联箱相连交叉互联箱相连A相与相与C相通过相通过交叉互联箱相连交叉互联箱相连BAC换到换到换到换到Innovation 交叉互联的连接交叉互联的连接ACBBACCBA通过两个交叉互联箱通过两个交叉互联箱,两次互换两次互换,实现感应电压叠加后向量为零实现感应电压叠加后向量为零,起到限制

12、感应电压的作用起到限制感应电压的作用InnovationACCB 交叉互联的连接交叉互联的连接A 相与相与C相通过相通过交叉互联箱交叉互联箱1相连相连C 相与相与B相通过相通过交叉互联箱交叉互联箱2相连相连ACBInnovationInnovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护层接地及保护方式 护层交叉互联的目的：护层交叉互联的目的： 使各大段电缆上的感应电压幅值相等，相位相差120度总感应电压的向量和为零总感应电压的向量和为零不可能产生环形电流不可能产生环形电流感应电压最高值小于感应电压最高值小于50VInnovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护 护

13、层接地及保护方式 护层交叉互联的作用：护层交叉互联的作用：通过交叉互联箱换位通过交叉互联箱换位 限制护层感应电压小于限制护层感应电压小于50V50V两端直接接地两端直接接地 环流很小环流很小不受电缆线路长度限制不受电缆线路长度限制 可装多个绝缘接头满足要求可装多个绝缘接头满足要求装设护层保护器装设护层保护器 有效限制雷电及操作过电压有效限制雷电及操作过电压交叉互联箱Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护护层保护器护层保护器护层保护器护层保护器一般安装在电缆线路一般安装在电缆线路交叉互联箱体内和接地保护箱内交叉互联箱体内和接地保护箱内 护层保护器选择及应用Innovat

14、ion 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护护层保护器的作用：护层保护器的作用：1) 1) 限制电缆线路金属护层中的工频限制电缆线路金属护层中的工频感应电压感应电压 在电缆线路正常工作状态时，高压电缆护在电缆线路正常工作状态时，高压电缆护 层保护器呈现层保护器呈现高电阻高电阻状态，截断电缆金属护层中的工频状态，截断电缆金属护层中的工频感应电流回路感应电流回路 2）迅速减小电缆线路金属护层中的工频和冲击迅速减小电缆线路金属护层中的工频和冲击过过电压电压 当电缆线路出现接地故障、雷电过电压或当电缆线路出现接地故障、雷电过电压或内部过电压导致金属护层中出现很高过电压时，护层保内部过电压导致金属

15、护层中出现很高过电压时，护层保护器呈现出护器呈现出低电阻导通低电阻导通状态，使得故障电流经保护器迅状态，使得故障电流经保护器迅速泻入大地速泻入大地 护层保护器选择及应用Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护护层保护器的选择：护层保护器的选择： 护层保护器选择及应用1) 1) 可能最大冲击电流作用下的残压可能最大冲击电流作用下的残压, , 不得大于不得大于电缆电缆护层冲击耐压电压护层冲击耐压电压被被1. 4 1. 4 所除数值所除数值( (计入绝缘配计入绝缘配合系数合系数) ) 2) 2) 可能最大工频过电压在可能最大工频过电压在5s 5s 作用下作用下, , 应能耐受

16、应能耐受, , 不不击穿或损坏击穿或损坏3) 3) 可能最大冲击电流累积作用可能最大冲击电流累积作用20 20 次后次后, , 保护器不得保护器不得损坏损坏110kV电缆为37.5kVInnovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护护层保护器的性能：护层保护器的性能： 护层保护器选择及应用 常用残工比K 来表示护层保护器的保护性能保护器的残工比K 愈小, 则保护性能愈好Innovation 110kV单芯单芯电缆护层保护电缆护层保护护层保护器的定期检验和维护：护层保护器的定期检验和维护： 护层保护器选择及应用 定期测量电缆护层保护器在定期测量电缆护层保护器在1mA1mA时时的直

17、流参考电压和的直流参考电压和0.750.75倍参考电压时的泄倍参考电压时的泄漏电流，特别是在系统故障之后测试漏电流，特别是在系统故障之后测试可通过电缆护层过电压保护器特性参数测试仪进行测试Innovation Innovation 高压电缆附件的交接和预防性试验高压电缆附件的交接和预防性试验GB11017-2002GB11017-2002额定电压额定电压3030kV(Um=36kV)kV(Um=36kV)以上以上至至150150kVkV（Um=170kVUm=170kV）挤出绝缘电力电缆及其挤出绝缘电力电缆及其附件试验方法和要求附件试验方法和要求 目前的交接试验标准和方法1) 1) 主绝缘试验

18、采用空载试验主绝缘试验采用空载试验24h24h（系统电压）或相对相交（系统电压）或相对相交流电压流电压110kV, 5min110kV, 5min2) 2) 非金属护套层做直流耐压，非金属护套层做直流耐压，10kV, 1min10kV, 1min3) 3) 作为替代作为替代(1)(1)的选择，施加的选择，施加3U03U0直流电压直流电压15min 15min 破坏破坏性试验，不推荐性试验，不推荐Innovation 高压电缆附件的交接和预防性试验高压电缆附件的交接和预防性试验 目前试验存在的问题 直流耐压试验是破坏性试验直流耐压试验是破坏性试验 空载空载24h24h的试验效果值得怀疑的试验效果

19、值得怀疑 预防性试验对外护套和主绝缘电阻的定期测量只能发现预防性试验对外护套和主绝缘电阻的定期测量只能发现护套缺陷护套缺陷Innovation 高压电缆附件的交接和预防性试验高压电缆附件的交接和预防性试验 新试验方法简介 0.1Hz0.1Hz超低频耐压试验超低频耐压试验 功率较小，最高只到功率较小，最高只到114kV114kV 0.1Hz0.1Hz超低频电压下的介损试验超低频电压下的介损试验 可有效预测绝缘老可有效预测绝缘老化化 变频谐振试验（变频谐振试验（30300Hz) 30300Hz) 输出电压很高，目前高输出电压很高，目前高压电缆及附件最好的试验方法，适于压电缆及附件最好的试验方法，适

20、于110kV110kV及以上电压及以上电压等级使用，这种试验方法已列入新标准等级使用，这种试验方法已列入新标准IEC62067 IEC62067 和和GB50150-2006GB50150-2006电气装置安装工程电气装置安装工程 电气设备交接试验标电气设备交接试验标准准 110kV110kV采用采用1.7U01.7U0Innovation0.1Hz超低频耐压试验原理和优点超低频耐压试验原理和优点优点：0.1Hz0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备消耗功率小，是超低频正弦波耐压试验设备消耗功率小，是50Hz50Hz耐耐压试验设备的压试验设备的1/5001/500。0.1Hz0.1Hz超低频正弦波

21、耐压试验设备的输出电压较高，目前超低频正弦波耐压试验设备的输出电压较高，目前已有已有250kV250kV交流输出试验设备，可用于更高等级电压系统。交流输出试验设备，可用于更高等级电压系统。由于输入功率小，设备的尺寸和重量也小，均为两件或三由于输入功率小，设备的尺寸和重量也小，均为两件或三件式便携设计。件式便携设计。 0.1Hz0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备可试验较长的电缆（电超低频正弦波耐压试验设备可试验较长的电缆（电容较大）容较大）原理：由于电缆为容性负载，需要很大的试验容量由于电缆为容性负载，需要很大的试验容量 kVAkVA 式中：式中： C C被试电缆电容量被试电缆电容量 f/kmf/km USUS试验电压试验电压 kVkV f f工频频率，我国为工频频率，我国为50Hz50Hz2USC2fSInnovation变频串联谐振技术的原理变频串联谐振技术的原理当回路频率当回路频率f f1/2LC1/2LC时，时，回路产生谐振，此时试品上回路产生谐振，此时试品上的电压是励磁变高压端输出的电压是励磁变高压端输出电压的电压的Q Q倍