高压单芯电缆护层过电压保护原理及方式

1、高压电缆附件技术交流（二）高压电缆附件技术交流（二）护层接地、交接试验、运行维护护层接地、交接试验、运行维护主要内容主要内容 高压单芯电缆护层过电压保护 高压电缆交接及预防性试验高压电缆附件运行维护 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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

2、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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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

3、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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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 110kV单芯电缆护层保护单芯

4、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素为： 电缆线路的长度电缆线路的长度 线芯电流（负荷）线芯电流（负荷） 电缆的排列方式电缆的排列方式 电缆的中心距离电缆的中心距离 外屏蔽的平均直径外屏蔽的平均直径 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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： 设A、B 相电缆间距为S 1, B、C 相间距为S 2, A、C 相间距为S 3, 则三相电缆回路中电缆护套上的感应电动势为: 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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

5、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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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电力工程电力工程电缆设计规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！ 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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

6、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！ 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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

7、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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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

8、中点直接接地，两端屏蔽通过护层保护接地-常用方式常用方式护层交叉互联护层交叉互联-常用方式常用方式电缆换位，金属护套交叉互联电缆换位，金属护套交叉互联-效果最好的接地方式效果最好的接地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) ) 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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，

9、回流线需换位、两端需接地 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 护层接地及保护方式2.2.中点直接接地，两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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 护层接地及保护方式3. 3. 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

10、互联 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 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50V 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护 护层接地及保护方式 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

11、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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护4. 4. 电缆换位，护层交叉互联电缆换位，护层交叉互联护套交叉互联，再将三相电缆连续换位护套交叉互联，再将三相电缆连续换位不对称水平排列电缆的护套感应电压向量和也为零，且无不对称水平排列电缆的护套感应电压向量和也为零，且无环流环流比单独交叉互联的效果更好比单独交叉互联的效果更好只适合于电缆比较容易换位的场合，如隧道等只适合于电缆比较容易换位的场合，如隧道等 护层接地及保护方式 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护护层保护器护层保护器护层保护器一

12、般安装在电缆线路护层保护器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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护护层保护器的作用：护层保护器的作用： 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

13、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 110kV单芯电缆护层保护单芯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 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) ) 可能最大工频过电

14、压在可能最大工频过电压在5s 5s 作用下作用下, , 应能耐受应能耐受, , 不不击穿或损坏击穿或损坏 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37.5kV 110kV单芯电缆护层保护单芯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 110kV单芯电缆护层保护单芯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1mA

15、1mA时时的直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 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护高压单芯电力电缆高压单芯电力电缆终端终端的接地电阻的接地电阻 接地电阻的选择 电缆终端保护接地电阻值电缆终端保护接地电阻值R R的估算公的估算公式：式：R2000/IR2000/I，考虑多方面因素，当电，考虑多方面因素，当电缆终端接地装置受到技术经济和现场客缆终端接地装置受到技术经济和现场客观条件限制，其接地电阻值不能满足观条件限制，其接地电阻值不能满

16、足R2000/IR2000/I要求时，可以适当放宽至要求时，可以适当放宽至R0.5R0.5I I 为计算用的接地故障电流，为计算用的接地故障电流，A A。 110kV单芯电缆护层保护单芯电缆护层保护高压单芯电力电缆高压单芯电力电缆中间接头中间接头的接地电阻的接地电阻 接地电阻的选择 电力电缆线路中间接头位置的接地电力电缆线路中间接头位置的接地体接地电阻体接地电阻R R应满足应满足R 24 / I R 24 / I ，工程设，工程设计中，考虑到跨步电压和接触电压，常计中，考虑到跨步电压和接触电压，常选取选取R1R1比较经济合理。比较经济合理。I I 为计算用的接地故障电流，为计算用的接地故障电流

17、，kAkA。 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 主绝缘试验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, 5min 非金属护套层做直流耐压，非金属护套层做直流耐压，10kV, 1min10kV,

18、1min 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 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 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

19、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 110kV11

20、0kV采用采用1.7U01.7U00.1Hz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S=2fCUS2 S=2fCUS2 kVAkVA 式中：式中： CC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 ff工频频率，我国为工频频率，我国为50Hz50Hz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超低频正弦波耐压试验设备的输出电压

21、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）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

22、磁变高压端输出电压的电压的Q Q倍。倍。Q Q为电压谐振为电压谐振倍数，一般为几十倍数，一般为几十 到一百以到一百以上。先通过调节变频电源的上。先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品输出电压就可在试品CXCX上产上产生较高的试验电压。生较高的试验电压。 系统组成：系统组成：由变频电源，励磁变压器，由变频电源，励磁变压器，谐振电抗器，分压器及试品组成。谐振电抗器