高壓單芯電纜護層過電壓保護原理及方式

1、Innovation整理ppt Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層保護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層直接接地方式屬護層直接接地方式 (35kV(35kV以下以下) ) 因為在正常運行中，流過三個線芯的電流向量總和為因為在正常運行中，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，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

2、包或金屬屏蔽層 Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層保護原理單芯電纜單芯電纜- 按照按照經(jīng)濟合理的原經(jīng)濟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層的關(guān)系，可看作一個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單匝變壓器。當單芯電纜線芯通過電流時，就會有磁。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

3、成正比，成正比，電纜很長時，護套上的感應(yīng)電壓疊加起電纜很長時，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來可達到危及人身安全的程度 Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 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、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整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層保護原理與單芯電纜護層感

4、應(yīng)電壓有關(guān)的因素為：與單芯電纜護層感應(yīng)電壓有關(guān)的因素為： 電纜線路的長度電纜線路的長度 線芯電流（負荷）線芯電流（負荷） 電纜的排列方式電纜的排列方式 電纜的中心距離電纜的中心距離 外屏蔽的平均直徑外屏蔽的平均直徑Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層保護原理單芯電纜護層感應(yīng)電壓的計算：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Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 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

5、100V( (未采取不能任意接觸金屬護層的安全措施時，不得大于未采取不能任意接觸金屬護層的安全措施時，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：金屬護層必須接地！金屬護層必須接地！Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 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%50%-95%，使金屬護層發(fā)熱，這不僅浪費了大量電能，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

6、絕緣老化，而且降低了電纜的載流量，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，護層僅在個別情況使用，護層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整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 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)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

7、，護層不接地端也會出現(xiàn)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)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 。金屬護套一端接地情況：需特殊接地方式需特殊接地方式+ +保護器保護器Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 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一端直接接地，另一端通過保護器接地-可采用方式可采用方式中點直接接地，兩端屏蔽通過護層保護接地中點直接接地，兩端屏蔽通過護層保護接地-常用方式常用方式中點通過護層保護接地，兩端直接接地中點通過護層保護接地，兩端直接接地-可采用方

8、式可采用方式護層交叉互聯(lián)護層交叉互聯(lián)-常用方式常用方式按照按照經(jīng)濟合理的原則經(jīng)濟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整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層接地及保護方式1.1.一端直接接地，另一端通過保護器接地一端直接接地，另一端通過保護器接地 電纜長度一般小于電纜長度一般小于500m500m 合理選擇接地保護箱和保護元件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、兩端需接地加回流線時，回流線需換位、兩端需接地Innovation整理ppt回流線的作用回流線的作用 高壓單芯電纜線路的金屬護

9、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整理ppt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。回流線應(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整理pp

10、t 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層接地及保護方式2.2.中點直接接地，兩端通過護層保護接地中點直接接地，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注意檢查金屬護套至少有一點直接接地Innovation整理ppt3.3.中點通過護層保護接地，兩端直接接地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電纜線路為兩盤電纜護套斷開，中間裝設(shè)絕緣頭護套斷開，中間裝設(shè)絕緣頭絕緣頭兩側(cè)各加一組保護器絕緣頭兩側(cè)各加一組保護器 電纜線路兩端分別接地電

11、纜線路兩端分別接地 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層接地及保護方式Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層接地及保護方式4. 4. 護層交叉互聯(lián)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)Innovation整理pptABCABCABCB 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整理ppt 交叉互聯(lián)的連接交叉互聯(lián)的連接ACB

12、BACCBA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,起到限制感應(yīng)電壓的作用起到限制感應(yīng)電壓的作用Innovation整理pptACCB 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ACBInnovation整理pptInnovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層接地及保護方式 護層交叉互聯(lián)的目的：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)電壓的向量和為零總感應(yīng)電

13、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整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護 護層接地及保護方式 護層交叉互聯(lián)的作用：護層交叉互聯(lián)的作用：通過交叉互聯(lián)箱換位通過交叉互聯(lián)箱換位 限制護層感應(yīng)電壓小于限制護層感應(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)護層保護器裝設(shè)護層保護器 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整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯

14、電纜護層保護護層保護器護層保護器護層保護器一般安裝在電纜線路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)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Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護護層保護器的作用：護層保護器的作用： 限制電纜線路金屬護層中的工頻限制電纜線路金屬護層中的工頻感應(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)層保護器呈現(xiàn)高電阻高電阻狀態(tài)，截斷電纜金屬護層中的工頻感狀態(tài)，截斷電纜金屬護層中的工頻感應(yīng)電流回路應(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迅速減小電

15、纜線路金屬護層中的工頻和沖擊過過電壓電壓 當電纜線路出現(xiàn)接地故障、雷電過電壓或當電纜線路出現(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)保護器迅速瀉狀態(tài)，使得故障電流經(jīng)保護器迅速瀉入大地入大地 護層保護器選擇及應(yīng)用Innovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護護層保護器的選擇：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層沖擊耐壓電壓護層沖擊耐壓電

16、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)) ) 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)能耐受應(yīng)能耐受, , 不不擊穿或損壞擊穿或損壞 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, , 保護器不得保護器不得損壞損壞110kV電纜為37.5kVInnovation整理ppt 110kV單芯電纜護層保護單芯電纜護層保護護層保護器的性能：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Innovation整理ppt 110kV單

17、芯電纜護層保護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定期測量電纜護層保護器在1mA1mA時時的直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層過電壓保護器特性參數(shù)測試儀進行測試Innovation整理ppt Innovation整理ppt 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=36

18、kV)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 目前的交接試驗標準和方法 主絕緣試驗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, 5min 非金屬護套層做直流耐壓，非金屬護套層做直流耐壓，10kV, 1min10kV, 1min 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整理ppt 高

19、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)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)護套缺陷護套缺陷Innovation整理ppt 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

20、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準等級使用，這種試驗方法已列入新標準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)備交接試驗標電氣設(shè)備交接試驗標準準 110kV110kV采用采用1.7U01.7U0Innovation整理ppt0.1Hz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)

21、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：由于電纜為容性負載，需要很大的試驗容量由于電纜為容性負載，需要很大的試驗容量 kVAkVA 式中：式中： CC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 ff工頻頻率，我國為工頻頻率，我國為50Hz50Hz2USC2fSInnovation整理ppt變頻串聯(lián)諧振技術(shù)的原理變頻串聯(lián)諧振技術(shù)的原理當回路頻率當回路頻率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