高压单芯电缆护层过电压保护原理与方式课件

电缆护层过电压保护原理及方式电缆护层过电压保护原理及方式1

110kV单芯电缆护层保护

护层保护原理三芯电缆------通常都采用两端金属护层直接接地方式(35kV以下)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，在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层110kV单芯电缆护层保护护层保护原理三芯电缆-----2

110kV单芯电缆护层保护

护层保护原理单芯电缆------按照经济合理的原则采用不同的接地方式(110kV及以上)因为单芯电缆的线芯与金属护层的关系，可看作一个单匝变压器。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压。感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，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110kV单芯电缆护层保护护层保护原理单芯电缆-----3

110kV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、距离以及屏蔽层的平均直径有关110kV单芯电缆护层保护护层保护原理等边三角形敷设平行4

110kV单芯电缆护层保护

护层保护原理与单芯电缆护层感应电压有关的因素为：电缆线路的长度线芯电流（负荷）电缆的排列方式电缆的中心距离外屏蔽的平均直径110kV单芯电缆护层保护护层保护原理与单芯电缆护层感应5

110kV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：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单芯电缆护层保护护层保护原理单芯电缆护层感应电6

110kV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100V(未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V）根据GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求：金属护层必须接地！110kV单芯电缆护层保护护层保护原理单芯电缆线路的金属7

110kV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，其值可达线芯电流的50%--95%，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，因此单芯电缆不应两端接地。(仅在个别情况使用，护层<10V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——需单端接地！110kV单芯电缆护层保护护层保护原理金属护层将会出现8

110kV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，金属护层不接地端会出现很高的冲击电压；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较高的工频感应电压。过电压可能会导致出现多点接地，形成环流。金属护套一端接地情况：需特殊接地方式+保护器110kV单芯电缆护层保护护层保护原理当雷击或操作过电压9

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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----可采用方式中点直接接地，两端屏蔽通过护层保护接地---常用方式中点通过护层保护接地，两端直接接地---可采用方式护层交叉互联----常用方式按照经济合理的原则采用不同的接地方式(110kV及以上)110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式一端直接接地10

110kV单芯电缆护层保护

护层接地及保护方式1.一端直接接地，另一端通过保护器接地电缆长度一般小于500m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110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式1.一端直接11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并两端接地，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。

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12回流线截面选择及安装回流线选用240－400MM2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。

S1＝1.7S，S2＝0.3S，S3＝0.7S回流线截面选择及安装回流线选用240－400MM2铜芯塑料绝13

110kV单芯电缆护层保护

护层接地及保护方式2.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110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式2.中点直接143.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护套断开，中间装设绝缘头绝缘头两侧各加一组保护器电缆线路两端分别接地

110kV单芯电缆护层保护

护层接地及保护方式3.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15

110kV单芯电缆护层保护

护层接地及保护方式4.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110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式4.护层交16ABCABCABCB相与A相通过交叉互联箱相连A相与C相通过交叉互联箱相连BAC换到换到ABCABCABCB相与A相通过A相与C相通过BAC换到换17

交叉互联的连接ACBBACCBA通过两个交叉互联箱,两次互换,实现感应电压叠加后向量为零,起到限制感应电压的作用交叉互联的连接ACBBACC18ACCB

交叉互联的连接A相与C相通过交叉互联箱1相连C相与B相通过交叉互联箱2相连ACBACCB交叉互联的连接A相与C相通过C相与19高压单芯电缆护层过电压保护原理与方式课件20

110kV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：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不可能产生环形电流感应电压最高值小于50V110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式护层交21

110kV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：通过交叉互联箱换位——限制护层感应电压小于50V两端直接接地——环流很小不受电缆线路长度限制——可装多个绝缘接头满足要求装设护层保护器——有效限制雷电及操作过电压交叉互联箱110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式护层交22

110kV单芯电缆护层保护护层保护器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

护层保护器选择及应用110kV单芯电缆护层保护护层保护器护层保护器一般安装在电23

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的作用：限制电缆线路金属护层中的工频感应电压——在电缆线路正常工作状态时，高压电缆护层保护器呈现高电阻状态，截断电缆金属护层中的工频感应电流回路

2）迅速减小电缆线路金属护层中的工频和冲击过电压

——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，护层保护器呈现出低电阻导通状态，使得故障电流经保护器迅速泻入大地

护层保护器选择及应用110kV单芯电缆护层保护护层保护器的作用：限制电缆线路金24

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的选择：

护层保护器选择及应用可能最大冲击电流作用下的残压,不得大于电缆护层冲击耐压电压被1.4所除数值(计入绝缘配合系数)可能最大工频过电压在5s作用下,应能耐受,不击穿或损坏可能最大冲击电流累积作用20次后,保护器不得损坏110kV电缆为37.5kV110kV单芯电缆护层保护护层保护器的选择：护层保护器选25

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的性能：

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单芯电缆护层保护护层保护器的性能：护层保护器选26

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的定期检验和维护：

护层保护器选择及应用定期测量电缆护层保护器在1mA时的直流参考电压和0.75倍参考电压时的泄漏电流，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单芯电缆护层保护护层保护器的定期检验和维护：护27

高压电缆交接及预防性试验标准和方法高压电缆交接及预防性试验标准和方法28

高压电缆附件的交接和预防性试验GB11017-2002《额定电压30kV(Um=36kV)以上至150kV（Um=170kV）挤出绝缘电力电缆及其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24h（系统电压）或相对相交流电压110kV,5min非金属护套层做直流耐压，10kV,1min作为替代(1)的选择，施加3U0直流电压15min——破坏性试验，不推荐高压电缆附件的交接和预防性试验GB11017-2002《额29

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空载24h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护套缺陷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30

高压电缆附件的交接和预防性试验

新试验方法简介0.1Hz超低频耐压试验——功率较小，最高只到114kV0.1Hz超低频电压下的介损试验——可有效预测绝缘老化变频谐振试验（30~300Hz)——输出电压很高，目前高压电缆及附件最好的试验方法，适于110kV及以上电压等级使用，这种试验方法已列入新标准IEC62067和GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

——110kV采用1.7U0高压电缆附件的交接和预防性试验新试验方法简介0.1Hz超310.1Hz超低频耐压试验原理和优点优点：0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备消耗功率小，是50Hz耐压试验设备的1/500。0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备的输出电压较高，目前已有250kV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，均为两件或三件式便携设计。0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备可试验较长的电缆（电容较大）原理：

由于电缆为容性负载，需要很大的试验容量kVA

式中：C—被试电缆电容量μf/km

US—试验电压kV

f—工频频率，我国为50Hz0.1Hz超低频耐压试验原理和优点优点：原理：32变频串联谐振技术的原理当回路频率f＝1/2π√LC时，回路产生谐振，此时试品上的电压是励磁变高压端输出电压的Q倍。Q为电压谐振倍数，一般为几十到一百以上。先通过调节变频电源的输出频率使回路发生串联谐振，再在回路谐振的条件下调节变频电源输出电压使试品电压达到试验值。由于回路的谐振，变频电源较小的输出电压就可在试品CX上产生较高的试验电压。系统组成：由变频电源，励磁变压器，谐振电抗器，分压器及试品组成。系统原理图：变频串联谐振技术的原理当回路频率f＝1/2π√LC时，回路33变频串联谐振技术的优点1、变频串联谐振是谐振式电流滤波电路，能改善电源波形畸变，获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品的误击穿。2、变频串联谐振工作在谐振状态，当被试品的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的数十分之一。发生闪络击穿时，因失去谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧即可熄灭。3、适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。变频串联谐振技术的优点1、变频串联谐振是谐振式电流滤波电路34

谢谢各位!谢谢各位!35

电缆护层过电压保护原理及方式电缆护层过电压保护原理及方式36

110kV单芯电缆护层保护

护层保护原理三芯电缆------通常都采用两端金属护层直接接地方式(35kV以下)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，在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层110kV单芯电缆护层保护护层保护原理三芯电缆-----37

110kV单芯电缆护层保护

护层保护原理单芯电缆------按照经济合理的原则采用不同的接地方式(110kV及以上)因为单芯电缆的线芯与金属护层的关系，可看作一个单匝变压器。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压。感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，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110kV单芯电缆护层保护护层保护原理单芯电缆-----38

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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、距离以及屏蔽层的平均直径有关110kV单芯电缆护层保护护层保护原理等边三角形敷设平行39

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护层保护原理与单芯电缆护层感应电压有关的因素为：电缆线路的长度线芯电流（负荷）电缆的排列方式电缆的中心距离外屏蔽的平均直径110kV单芯电缆护层保护护层保护原理与单芯电缆护层感应40

110kV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：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单芯电缆护层保护护层保护原理单芯电缆护层感应电41

110kV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100V(未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V）根据GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求：金属护层必须接地！110kV单芯电缆护层保护护层保护原理单芯电缆线路的金属42

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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50%--95%，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，因此单芯电缆不应两端接地。(仅在个别情况使用，护层<10V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——需单端接地！110kV单芯电缆护层保护护层保护原理金属护层将会出现43

110kV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，金属护层不接地端会出现很高的冲击电压；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较高的工频感应电压。过电压可能会导致出现多点接地，形成环流。金属护套一端接地情况：需特殊接地方式+保护器110kV单芯电缆护层保护护层保护原理当雷击或操作过电压44

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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----可采用方式中点直接接地，两端屏蔽通过护层保护接地---常用方式中点通过护层保护接地，两端直接接地---可采用方式护层交叉互联----常用方式按照经济合理的原则采用不同的接地方式(110kV及以上)110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式一端直接接地45

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护层接地及保护方式1.一端直接接地，另一端通过保护器接地电缆长度一般小于500m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110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式1.一端直接46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并两端接地，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。

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47回流线截面选择及安装回流线选用240－400MM2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。

S1＝1.7S，S2＝0.3S，S3＝0.7S回流线截面选择及安装回流线选用240－400MM2铜芯塑料绝48

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护层接地及保护方式2.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110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式2.中点直接493.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护套断开，中间装设绝缘头绝缘头两侧各加一组保护器电缆线路两端分别接地

110kV单芯电缆护层保护

护层接地及保护方式3.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50

110kV单芯电缆护层保护

护层接地及保护方式4.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110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式4.护层交51ABCABCABCB相与A相通过交叉互联箱相连A相与C相通过交叉互联箱相连BAC换到换到ABCABCABCB相与A相通过A相与C相通过BAC换到换52

交叉互联的连接ACBBACCBA通过两个交叉互联箱,两次互换,实现感应电压叠加后向量为零,起到限制感应电压的作用交叉互联的连接ACBBACC53ACCB

交叉互联的连接A相与C相通过交叉互联箱1相连C相与B相通过交叉互联箱2相连ACBACCB交叉互联的连接A相与C相通过C相与54高压单芯电缆护层过电压保护原理与方式课件55

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护层接地及保护方式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不可能产生环形电流感应电压最高值小于50V110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式护层交56

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护层接地及保护方式护层交叉互联的作用：通过交叉互联箱换位——限制护层感应电压小于50V两端直接接地——环流很小不受电缆线路长度限制——可装多个绝缘接头满足要求装设护层保护器——有效限制雷电及操作过电压交叉互联箱110kV单芯电缆护层保护护层接地及保护方式护层交57

110kV单芯电缆护层保护护层保护器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

护层保护器选择及应用110kV单芯电缆护层保护护层保护器护层保护器一般安装在电58

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的作用：限制电缆线路金属护层中的工频感应电压——在电缆线路正常工作状态时，高压电缆护层保护器呈现高电阻状态，截断电缆金属护层中的工频感应电流回路

2）迅速减小电缆线路金属护层中的工频和冲击过电压

——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，护层保护器呈现出低电阻导通状态，使得故障电流经保护器迅速泻入大地

护层保护器选择及应用110kV单芯电缆护层保护护层保护器的作用：限制电缆线路金59

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的选择：

护层保护器选择及应用可能最大冲击电流作用下的残压,不得大于电缆护层冲击耐压电压被1.4所除数值(计入绝缘配合系数)可能最大工频过电压在5s作用下,应能耐受,不击穿或损坏可能最大冲击电流累积作用20次后,保护器不得损坏110kV电缆为37.5kV110kV单芯电缆护层保护护层保护器的选择：护层保护器选60

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的性能：

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单芯电缆护层保护护层保护器的性能：护层保护器选61

110kV单芯电缆护层保护护层保护器的定期检验和维护：

护层保护器选择及应用定期测量电缆护层保护器在1mA时的直流参考电压和0.75倍参考电压时的泄漏电流，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单芯电缆护层保护护层保护器的定期检验和维护：护62

高压电缆交接及预防性试验标准和方法高压电缆交接及预防性试验标准和方法63

高压电缆附件的交接和预防性试验GB11017-2002《额定电压30kV(Um=36kV)以上至150kV（Um=170kV）挤出绝缘电力电缆及其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24h（系统电压）或相对相交流电压110kV,5min非金属护套层做直流耐压，10kV,1min作为替代(1)的选择，施加3U0直流电压15min——破坏性试验，不推荐高压电缆附件的交接和预防性试验GB11017-2002《额64

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空载24h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护套缺陷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65