高压单芯电缆护层过电压保护原理及方式研究
电缆线路护层试验
3.外护套绝缘是金属护套与加强带良好的防 腐层，一旦外护套绝缘性能受到破坏时， 故障点将有电流的流进或流出，而产生交 流腐蚀，则损坏金属护套。 4.具有良好绝缘的外护套，还有防止化学腐 蚀的作用。运行中的电缆外护套，通过对 其绝缘性能的测量，还可以验证电缆是否 受到外力破坏。
综上所述，必须通过试验，来确认外护套 绝缘性能是否完好,以保证电缆线路安全运 行。
高压单芯电缆护层过电压保护的原理和方式
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及以下)
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
金属护套一端接地情况：
•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。过电压可能会导致外护套绝缘薄弱处击穿，造成 多点接地，形成环流 。
需特殊接地方式+保护器
110kV单芯电缆护层保护
护层接地及保护方式
1.高压电缆一般采用单芯电缆结构，其投运后金属护 套仍具有一定感应电压，所以其外护套必须有一定 的绝缘水平。如果外护套绝缘不良，对于一端接地 或交叉互联的电缆线路，当有冲击过电压时，保护 器尚未动作，外护套绝缘薄弱处，就可能先被击穿 ，电缆线路上将形成两点或多点接地，致金属护套 产生环流，从而发热，影响电缆线路运行的载流量 。 2.110kV及以上电力系统时中性点直接接地的系统， 对于两端接地或交叉互联的电缆线路，当发生接地 故障时，故障电流很大，金属护套中回路电流也很 大，良好的外护套绝缘将能承受良好的过电压，不 至于被击穿。如若绝缘不良，则有可能被击穿，进 而烧坏电缆的金属护套和加强带。
高压单芯电缆护层的感应电压的分析与应用
随着十一五工程的相继竣工，使我厂管辖范围内的高压单芯电缆数目增多，发生护层接 地的故障隐患几率增大。在今后的工作中，定期对35-110KV单芯电缆护层的电压、电流的测 试，结合理论上的计算，判别电缆的护层是否存在非正常的接地。
参考文献 1、 欧景茹。高压单芯电缆金属护套感应电压的计算及其保护方式。吉林电力。2001
1、引言
近几年有关电缆护层接地的故障及隐患时有发生，六降压厚板一线 3107 在投运 6 小时 后由于护层接地，导致电缆爆炸；五降压 3215 由于护层接地，接地点的发热温度高达 105℃， 发现及时，避免了电缆爆炸事故的发生；110KV 韩钢线由于护层接地，电缆发热，随时有爆 炸的可能。事故隐患的接连发生，引起了厂领导的高度关注，由于此前未对电缆护层有深入 的了解，所以开始对高压单芯电缆护层的感应电压和感应电流进行研究。
三降压
3 2 1
下火杆
i0：14A
3.7A
19A
1.3A
2.5A 4.4A
45A
I048A
根据以上电缆资料，可得此电缆每米的感应电动势
=2ωiln(2S/Ds)X10-7V/M=2 整根电缆的感应电压 M 整根电缆地电阻、接地电阻、地阻共为2Ω
-7=0.018V/M
所以整根电缆的感应电流i= M =22.275A 故障现象：韩钢线投运带上负荷后（负荷电流为240A）测得各点的数据如下：
9 月 22 日，我们对 110KV 韩钢线电缆故障进行处理，利用查找电缆故障的闪洛法进行 查找，最后在落地新隧道距 1650m 交叉互联箱大约 80m 处发现一点非正常接地。因电缆施工 时，接地极铁片没有处理好，在铺设电缆时由于电缆自身质量较大，直接导致电缆插入接地
5.1 高压电缆护套的工频过电压(2)
5.1 单芯电缆护套的工频电压
5.2 单芯电缆护层的冲击过电压
5.3 电缆外护层的保护及其保护器
当电缆导体中流过负荷电流时，工频负荷电流必然产生交 变的磁场，该磁场的磁链不仅和电缆的线芯导体相交链， 也和金属屏蔽层及铠装层相交链，必然会在金属屏蔽和铠 装层上产生感应电动势。 若金属护套感应电压过高，危及人身安全；严重时甚至击 穿外护层而使得金属护套与大地间形成回路，在金属护套 中将产生环流，引起电缆发热，降低电缆输送容量。 为保护电缆外护层，一般在金属护套不接地安装护层保护 器。感应电压是选择护层保护器参数的决定因素之一。
Usf I f R jX el
电缆护套与大地组 成回路的等值阻抗
2 De X e 2 ln 10 7 Ds
De 94 e
/ m
【例5.3】上图所示的电缆线路，已知单相短路电流为 7.5kA， 短路点距首端0.4km，接地点的接地电阻为0.2欧，电缆结构、 相间距与例5.1中的相同，大地等效深度510m。计算单相短路 时短路相金属护套中的感应电动势。 【解】： 2 De 2 510 7 7 4
5.1.1 正常运行（三相短路）时护套的工频感应电压 （1）两根单芯电缆组成的单相回路
护套电感和线芯电感计算方法（见第一章）相同，且金属护 套的厚度比导体直径小得多，其自感可忽略不计。单位长度金 属护套的电感为： 2s （5-1） Ls 2 ln 107 H / m
Ds
则单位长度金属护套的感应电压为：
三芯电缆统包金属屏蔽，屏蔽层中的感应电压相量和为零。不 必担心金属护套中的感应电压。 高压电缆一般采用单芯结构，其金属屏蔽层（或护套）一般采 用单点接地或交叉互联接地方式，金属屏蔽层上有感应电压。
高压电缆护层保护器的性能与应用分析.doc
高压电缆护层保护器的性能与应用分析摘要：单芯高压电缆多采用保护器对电缆护层绝缘进展过电压保护，本文对高压电缆护层保护器的性能及选择应用进展了分析，结合一起护层保护器预试不合格案例，采用试验、解剖方法对其进展了研究，发现运行中的保护器不合格原因主要由受潮引起，并对保护器的检验安装给出建议。
关键词：护层保护器；氧化锌；过电压随着城市电网建立加快，高压电缆线路输电也朝着大长度、高负荷方向开展。
为限制单芯高压电缆护层多种形式的过电压，通常采用穿插互联加护层保护器方式对护层绝缘进展保护。
由于材料和制造工艺开展进步，以氧化锌阀片作为保护元件的护层保护器具有无串联间隙、保护特性好、优良的伏安特性等优势，并得到广泛应用。
但从实际运行情况来看，保护器经过一段时间的运行后不合格率偏高，失去了过压保护效果，对电缆平安运行存在隐患。
因此，需要从保护器性能、设计选择到安装应用、检修等方面进展分析，进步保护器运行可靠性。
1 电缆护层保护器的性能1.1 单芯电缆金属护层过电压单芯电缆线芯中交变电流产生的磁场，磁场产生的磁链不仅和线芯相链，也和金属屏蔽层及铠装层相链，必然会在电缆金属屏蔽和铠装层上产生感应电压。
考虑到人身平安，电力平安规程规定，交流单相电缆的金属护层都必须直接接地，且在金属护套上任一点非接地处的正常感应电压在未采取不能任意接触金属护套的平安措施时不得大于50V。
此时，假如将铝护套两端接地，那么铝护套上将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%-95%，使得铝护套发热，降低电缆输送容量，最大可达60%-70%，并加速电缆的老化，因此，单芯电缆不应两端接地。
当铝护套或金属屏蔽层有一端不接地后，接着带来的问题是：当雷电波或内过电压沿线芯流动时，电缆铝护套或金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压；在系统发生短路，短路电流流经线芯时，电缆铝护套或金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压。
当电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时，就会出现多点接地，形成环流。
单芯电力电缆护层过电压保护
单芯电⼒电缆护层过电压保护2019-10-24【摘要】随着我国电⼒⾏业的不断发展，对单芯电⼒电缆护层过电压进⾏保护已经成为相关⼯作⼈员的重要⼯作内容。
这项⼯作具有较强的系统性，因此，要求⼯作⼈员从对电压保护器以及接地电阻等⽅⾯⼊⼿，来对单芯电⼒电缆护层过电压保护技术进⾏分析和研究。
以期达到⽤电安全，减少故障的⽬标。
【关键词】电⼒电缆；过电压；保护器；接地电阻随着科技的发展，多数的电⼒电缆都采⽤了单芯的形式，在进⾏线路敷设时，如果⾦属护层互联后直接接地，且电缆芯有电流通过，形成的环流对电缆线产⽣了严重的破坏作⽤，加剧了电缆的⽼化现象。
如果电缆进⾏⼀端三项互联接地，⾦属护层中就没有电流的环流，但是存在着冲击过电压以及⼯频感应过电压，能够直接穿过电缆的绝缘层，引发接地故障，不仅会出现热损耗，同时也会影响电缆的使⽤寿命。
1.电缆护层过电压保护器现如今，我国多数的电⼒公司采⽤的电缆护层保护器的保护单元以及外绝缘等都采⽤了较为先进的材料。
其中保护单元主要运⽤氧化锌⾮线性电阻⽚，外绝缘多⽤硅橡胶外套。
对于这些材料的运⽤具有⼀定的合理性，不仅具有良好的保护特性，同时也不失美观，⽽且，在以后的运⾏过程中，很少需要对其进⾏维护。
另外，需要对其安装的位置进⾏确定，要对⼯频感应电压进⾏限制，同时尽量减⼩冲击过电压对电缆线的破坏，更好地实现对外绝缘的保护。
1.1对保护器进⾏选择保护器是电缆运⾏中的重要部件，因此，在对其进⾏选择的时候要充分考虑到多种因素。
其中，保护器在通过冲击电流时要考虑到外绝缘的耐压值；要确保保护器在接受最⼤⼯频电压是可以承受⾄少5秒钟，⽽在通过最⼤冲击电流时要承受⾄少20次，这些都是最基本的要求。
需要注意的是保护器的阀⽚数的决定因素是受到的⼯频过电压。
其中，这两种因素之间都存在着反⽐的关系。
1.2要实现电缆⾦属屏蔽层和保护器之间的合理连接要尽量将连接线的长度控制在⼀定的范围内，在具体的运⽤过程中，最好采⽤同轴电缆的形式。
高压单芯电缆护层接地方式的研究与应用
0引言高压单芯电缆被广泛应用于输电线路、变电站及工业和商业建筑等领域，传输和分配大量的电能［1］，在电力系统中起着重要的作用。
然而，高压单芯电缆的护层由于老化、火灾、机械损坏等多种原因，可能会发生接地故障，对电力系统的安全性和稳定性产生负面影响。
因此，研究和应用高压单芯电缆护层的接地方式成为当今电力工程领域的一个重要课题。
曾含等［2］基于优化包覆层结构，提出高压单芯电缆暂态热路建模方法，将复杂的3层结构统一化处理，并通过实验获取热容和热阻参数。
王航等［3］进行波纹金属护套高压单芯电缆线芯护层互感的研究，使用比奥—萨伐尔定律解算高压电缆线芯电流的磁感应强度，运用高斯定理求解波纹护套截面的磁通量；建立环形纹和螺纹护套的参数方程，并确定内外曲面作为磁通量积分边界，推导出线芯与波纹护套互感和等效直径方法误差的解析公式。
刘日朗［4］采用电磁暂态计算软件（ATP-EMTP ）进行输电电缆护层多点接地故障研究，使用仿真软件模拟电缆护层多点接地故障及其他故障情况，比较不同因素对护层环流值产生的影响。
电力系统规划不断扩大，对电气化专用电缆的需求越来越大，电缆作为电力系统中的重要组成部分，是电气绝缘组合电气设备开关柜的进出线，也是电力系统输电、配电导线。
由于电力系统中变电低压设备主要采用全封闭组合电气设备，所有线路导线全部采用高压单芯电缆，而且高压单芯电缆成本低、高压耐受性能强，具有普通电缆不可代替的优势，因此得到广泛应用和批量化生产。
然而，高压单芯电缆在电力系统中的大量应用带来了许多新的故障，如单线接地故障、高压单芯电缆护层套被烧融、高压单芯电缆终端头被击穿等，电缆金属护层的保护功能无法充分发挥，严重威胁电力系统巡视查验人员的生命安全。
经查验，出现这些现象的主要原因在于高压单芯电缆护层的接地方式不合理。
现行的接地方式仍沿用普通电缆接地方式，为两端分别并联接地，这种方式在实际应用中不仅电缆护层感应电势较大，而且电缆接地故障率较高。
高压单芯电缆护层过电压保护原理及方式[1].1
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110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
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 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
等边三角形敷设
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
平行敷设
110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
护层接地及保护方式
按照经济合理的原则采用不同的接地方式 (110kV及以上)
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
110kV单芯电缆护层保护
护层接地及保护方式
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
高压单芯电缆护层过电压保护
原理及方式
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
0.1Hz 超低频耐压试验原理和优点 原理：
110kV高压单芯电缆金属护套接地方式探讨
110kV高压单芯电缆金属护套接地方式探讨摘要：近年来,随着城市转型的加速,大批110千伏高压电缆投入使用,大批110千伏高压电缆敷设到人口稠密地区。
基于目前接地110kV高压单芯电缆金属护套方法和需要考虑的问题,可以对其详细介绍,对110kV高压单芯电缆安全运行起到积极的作用和价值。
关键词：高压单芯电缆；金属护套；接地方式；110 kV外护套绝缘电缆频繁事故,促使设计、运营和维护部门对护套的电压和电流进行调查研究。
电缆的金属外护套几乎没有磁场和感应电压，当单芯电缆高压电流中循环时,电流变得非常大,金属屏蔽检测到非常高的感应电压,这可能威胁到人们的安全或导致电缆的绝缘和损坏。
因此,应采用适当的接地方法降低电缆的感应电压,以保证电缆安全、经济地运行。
以下是有关电缆性能的国家标准,各种接地方法,金属护套高压线性电缆的应用,不同铺设条件、护套接地的比较,电压对其电缆的影响,接地方式选择和限制,操作和维护。
一、110 kV高压单芯电缆金属护套接地问题根据中国目前的电力电缆设计方案,35kV以下的电缆是一种三芯电缆。
在电缆线中,综合为零电流通过流经三个。
因此,金属屏幕两端没有感应电压。
这意味着在这种类型的电缆中,当两端直接连接到地面时,感应电流不会通过金属屏幕。
当电压超过35kV时,电缆通常是单根电缆。
当电流通过电缆芯时,存在磁力线和金属层,两端产生感应电压,与电缆的长度和流经导体的电流成正比。
如果高压电缆很长,则可以将感应电压应用于护套上，这将危及人类安全。
如果电缆在短路故障工作电压或雷电冲击,屏幕会产生高电感电压,有时会导致击穿护套。
即使在这种情况下,当金属屏蔽层末端接地处理是三相互联时,其也会产生非常大的环流,换流值为电缆芯电流的50-95%。
电缆损坏的原因显而易见。
同时,金属屏幕表面产生热量,影响电缆线路运行时的能耗,加速其绝缘老化。
也就是说,对于35kV以上的高压电缆,电缆的两端不能直接接地。
但是,如果金属屏幕的一端没有接地,如果沿着高压单芯电缆电流,则金属屏蔽不会暴露在不接地端的冲击电压下,系统会短路,短路电流通过元件,会产生高电压,金属屏蔽频率为一端互联接地。
浅析35kV单芯交联聚乙烯电缆金属护层的保护_图文.
浅析 35kV 单芯交联聚乙烯电缆金属护层的保护当今,城市供配网中的线路大量采用了地下电力电缆线路,在其中大截面、大长度的单芯电力电缆由于其金属护层在缆芯通流产生感应电压, 感应电压幅值与电缆线路长度和流过导体的电流成正比,电缆线路很长时,金属护层上的感应电压幅值可达到危及人身安全的程度,特别是当电缆线路发生短路等故障时,金属护层上会形成很高的感应电压,甚至可能击穿护套绝缘或引发电缆线路运行事故。
另外,感应电压将引起金属护层环流,造成能量损耗、产生大量焦耳热,严重地影响电缆载流能力,降低电缆安全运行寿命。
应用大截面大长度电力电缆线路,能够提高电缆线路的输电能力,减少接头使用数量,方便电缆敷设和附件安装,节省运行维护费用,但同时也会带来电缆金属护层感应电压与感应环流对电缆线路安全、可靠、稳定、经济运行的影响问题。
近年来,城市供配电系统中 35kV 单芯电缆线路的导体截面积有达 630mm2、单根长度超过8km 的。
电缆金属护层感应电压与环流的理论计算模型比较复杂,敷设现场条件与计算条件差距较大,因而计算结果与实测的偏差较大。
根据 GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》中第 4. 1. 10条的要求,交流单芯电缆线路的金属层上任一点非直接接地处且未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时的正常感应电压应不大于 50V ;除上述情况外,则不得大于300V 。
现就典型的 35kVXLPE 型 630mm2交联聚乙烯电缆金属护层感应电压现场在线检测结果进行分析, 结合实际运行条件,提出了有效抑制电缆线路感应电压和感应环流的合理化方案。
1 感应电压与环流理论计算选取有代表性的 3条 35kV630mm2XLPE 单芯电力电缆线路, 根据典型敷设条件 (电缆管内三相采用近似品字形排列方式, 每相电缆金属护层两端直接接地 , 并计及相邻电缆线路的互感影响, 分别计算电缆金属护层的感应电压和环流,线路敷设示意如图 1,理论计算结果汇总列入表 1中。
5.2 高压电缆护套的冲击过电压(2)
（2）有护层保护器且保护器动作
考虑最严重的情况：有雷电波沿架空线入侵（且无避雷器） 又在护套不接地的末端同时发生线芯对地短路。考虑到护层保 护器在大冲击电流下呈现的等值电阻很小，则可认为电流全部 经保护器入地，则该电流为：
ib 2U A1 4U 0 4 700 6.4 kA Z1 Z 0 Z1 400 37.5
可见，在架空线和电缆连接处无线路避雷器时，首端金属 护套上的过电压44.9kV超过外护层的绝缘水平37.5kV ，若 不加护层保护器，此处外护层将击穿。 上述计算没有考虑波的折返射，若考虑波的多次折返射， 情况要复杂的多，当线路不长时反射波可能与入射波的波 尾叠加，将产生很大的过电压。应在不接地端加装护层保 护器。
5.2.2 金属护套末端接地
沿电缆线芯侵入的冲击电压波为什么会金属护套不接地端产生 过电压呢？我们利用等值彼得逊法则进行分析计算。如图 5.4， 电缆首端不接地时，不接地端护层所受的冲击电压可按图 5.4 b 所示的等值电路进行估算。
a）原理接线
（b）首端等值电路
图5.4 护套末端接地时护层过电压计算电路
首端等值电路 末端等值电路 图5.5 电缆金属护套首端接地护层过电压计算电路
（1）无护层保护器（或护层保护器没动作）
在首端由等值电路图可知： Z1 U A1 2U 0 Z 0 Z1 U 0 a1
由于 U 0 ，考虑到无护层保护器或护层保护器没有动作 a1 （ Zb 很大），在末端由等值电路图可知：
5.2.1 行波的折反射及等值彼得逊法则
折射系数和反射系数 u1f Z1 u2f u1b Z2
2Z 2 u2f u1f u1f Z1 Z 2
u1b Z 2 Z1 u1f u1f Z1 Z 2
浅谈高压电力电缆金属护层保护接地的应用
浅谈高压电力电缆金属护层保护接地的应用高压单芯电缆在使用时内部金属护套如何接地？我觉得我们首先应该了解，高压单芯电缆金属护套为什么需要接地？这是因为高压单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系，可看作一个变压器的初级绕组。
当高压单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线与电缆金属屏蔽层交链，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，电缆较长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度；而在线路发生短路故障，遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽层会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。
故应在金属护套的一定位置采用特殊的接地方式，同时安装护层保护器。
以防止电缆护层绝缘发生击穿现象，保障电缆线路的安全运行。
高压单芯电缆金属护套主要是由保护电缆的钢铠和屏蔽层组成。
钢铠主要是保护电缆不受外界机械损伤。
屏蔽层主要由铜、铝等非磁性材料制成，并且厚度很薄；屏蔽层的效果主要不是由于金属体本身对电场、磁场的反射、吸收而产生的，而是由于屏蔽层的接地产生的。
接地的形式不同将直接影响屏蔽效果。
对于电场、磁场屏蔽层的接地方式不同，其屏蔽效果也大不相同。
高压单芯电缆金属护套通常采用以下几种接地方式。
一、金属护套一端接地，另一端保护接地电缆线路较短时(500m以内)，金属护套通常采用一端直接接地，另一端通过保护器接地，其他部位对地绝缘没有构成回路，可以减少及消除环流，有利于提高电缆的传输容量及电缆的安全运行。
根据《电力工程电缆设计规范》GB 50217— 94要求：非直接接地一端金属护套中的感应电压不超过5O V；若采取不能任意接触金属护套的安全措施，该电压可提高到1O0 V。
采用金属护套一端接地的电缆线路在与架空线路连接时，直接接地一般装设在与架空线路相接的一端，保护器装设在另一端，这样可以降低金属护套上的冲击过电压。
在直接接地端接地线应先互联后再接地。
如图1图1金属护套一端接地，另一端通过保护器接地二、金属护套中点接地，两端保护接地电缆线路较长时(1 000m以内)，若电缆线路采用一端接地，其金属护套感应电压将不满足设计规范要求，可以在电缆线路的中点将电缆的金属护套进行单点互联接地，而电缆金属护套的2个终端通过保护器接地，且保证电缆金属护套感应电压不超过5O V，因此，中点接地安装方式的电缆线路可看作2个一端接地电缆线路连接在一起安装方式(见图2)。
高压电缆原理分析
高压电缆原理分析1. 引言高压电缆是一种用于输送高电压电能的重要电力设备。
它在电力系统中起着至关重要的作用。
本文将对高压电缆的原理进行详细分析。
2. 高压电缆结构高压电缆通常由导体、绝缘材料、绝缘层、金属护套和外护层等组成。
导体是电能的输送通道，绝缘材料用于防止电流泄漏，绝缘层起到隔离导体和地壳的作用，金属护套用于防护和屏蔽，外护层提供额外的保护。
3. 高压电缆的工作原理高压电缆的工作原理基于电压的传导和绝缘的保护。
当电压通过导体传递时，绝缘层会将电流限制在导体内部，并防止电流泄漏到外部环境中。
金属护套和外护层则起到对外界环境的屏蔽和保护作用。
4. 绝缘材料的选择高压电缆中的绝缘材料需要具备良好的绝缘性能和耐电压能力。
常见的绝缘材料包括橡胶、聚氯乙烯（PVC）、交联聚乙烯（XLPE）等。
绝缘材料的选择应根据具体的电压等级和工作环境来确定。
5. 高压电缆的故障与排除高压电缆的故障可能包括绝缘老化、绝缘破裂、导体断裂等。
对于绝缘老化和破裂引起的故障，可以采用绝缘维修或更换的方法进行排除。
导体断裂通常需要更换整根电缆。
6. 高压电缆的维护与管理高压电缆的维护与管理十分重要，它直接关系到电力系统的可靠运行。
维护措施包括定期检测绝缘材料的状态、检查外护层的完整性、保持金属护套的接地良好等。
7. 高压电缆的应用领域高压电缆广泛应用于电力输电、城市供电、工矿企业等领域。
它能够有效地传输大容量的电能，满足不同领域的用电需求。
8. 高压电缆的发展趋势随着电力需求的不断增长和技术的不断进步，高压电缆也在不断发展和改进。
未来的高压电缆可能会采用新型材料、更高的电压等级以提高传输效率和可靠性。
9. 结论高压电缆是电力系统中不可或缺的重要组成部分。
了解其原理和特点对于保障电力系统的稳定运行具有重要意义。
通过本文对高压电缆原理的分析，相信读者对高压电缆的工作原理有了更深入的认识。
以上就是对高压电缆原理的分析，介绍了高压电缆的结构、工作原理，绝缘材料的选择，故障排除、维护与管理等方面的内容。
高压单芯电缆护层过电压保护原理及方式
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。
高压电缆附件技术交流（二）
护层接地、交接试验、运行维护
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
高压单芯电缆护层过电压保护
原理及方式
高压电缆交接及预防性试验
标准和方法
高压电缆附件的交接和预防性试验
目前的交接试验标准和方法
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》
3、适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。
高压电缆附件的运行与维护
高压电缆附件的运行及维护
一般的运行维护措施
✓ 定期测试表面温度变化，红外测温 ✓ 电缆外护套的绝缘电阻定期测试 ✓ 充油终端附件泄漏检查，油样试验 ✓ 接地箱及交叉护联箱检查，接地保护器定期参数测试
高压电缆附件的运行及维护
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）
变频串联谐振技术的原理
系统原理图：
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
110KV单芯电力电缆护层过电压保护
110KV单芯电力电缆护层过电压保护【摘要】电力系统工作的安全性与过电压的大小密不可分。
随着我国电力系统的发展进步，对单芯电力电缆护层过电压进行保护已经成为电力部门工作人员的重点工作内容之一，电气设备过电压防范工作对于保证系统的可靠平稳运行意义非同寻常，这项是一项专业性、系统性较强的工作，要求技术操作人员从如何选择电压保护器以及电缆接地电阻接地技术要求两个方面进行。
本文主要对110KV单芯电力电缆的过电压保护技术进行了讨论，防止自身过电压以及外部过电压造成故障，实现安全用电。
【关键词】110KV；单芯电缆；过电压保护随着科技的不断进步，许多电力企业的电缆逐渐采用单芯技术，这种技术的弊端就是在敷设线路时一旦发生金属保护层互联以及多点直接接地，导致有电流从电缆芯流过最终形成环流，这对电缆产生严重恶劣的损害，从而加剧了电缆破坏报废的速度。
如果对电缆进行一侧三相互联接地，就可是使金属保护层中间无环流电，然而，依然会有冲击过的电压及工频感应过电压，直接穿过电力电缆的绝缘层而引发故障，造成热损耗，从而缩短了使用年限。
1.电缆护层过电压保护器当前，多数电力企业采用的电缆护层保护器的保护单元及设置的外部绝缘措施都属于高端材料，外绝缘采用硅胶橡胶外套，保护单元为氧化锌非线性电阻片。
这些先进材料起到很好的保护作用，具有合理性和美观性，在使用中安全稳定性好，不必经常检查维护。
唯一值得注意的就是要把握好其安装部位，限制工频感应电压，最大程度上减轻电缆的损害，实现更好的绝缘保护。
1.1选择保护器保护器是保证电缆运行的重要构件，故，选择电缆护层保护器时候要冲的的从不同角度和层面考虑。
保护器在通过电流时要考虑外部绝缘的受压程度，耐受电流的峰值，受压值；满足基本要求必须要保证电缆护层保护器在接受最大工频电压至少承受5s，能够承受峰值冲击电流不得小于20次。
电缆护层保护器的阀片数量取决于受到的工频过电压，它们之间的关系表示如下：保护器阀片片数为：m=Us/U1；其中，m是指保护器阀片数；U1是指单片阀片所能承受的工频电压值（kV）；Us——护层工频过电压值（kV）。
高压单芯电缆护层过电压保护原理及方式.
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 Innovation
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
变频串联谐振技术的原理
当回路频率f＝1/2π√LC时， 系统原理图： 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 系统组成： 由变频电源，励磁变压器， 路的谐振，变频电源较小的 谐振电抗器，分压器及试品组成。 输出电压就可在试品CX上产 生较高的试验电压。 Innovation
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
Innovation
B A B C
换到 A B C
A
换到
C A B C
110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
金属护套一端接地情况：
•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 。
需特殊接地方式+保护器
单芯电力电缆护层过电压保护
Apr 12004 HIGH VOLTAGE ENGINEERING Vol . 30 No. 136
单芯电力电缆护层过电压保护
OVERVOL TAGE PROTECTION FOR SHEATH LAYER
OF SINGL E CORE CABL E
陈 平1 薛 强1 罗 彦2 张成勇2 ( 11 北京供电局电缆管理处 ,北京 100027 ;21 武汉雷泰电力技术有限公司 ,武汉 430000)
高压单芯电力电缆线路正常运行时 ,中间接头经
时金属铠装层外基本无磁场 ,两端基本无感应电压 , 护层保护器接地 ,护层保护器呈高电阻 ,起交叉换位 ,
亦不会产生感应电流 ;若三个线芯的电流总和不等于 限制电缆金属护层工频感应电压作用 ;当雷电波和内
零 ,由于金属铠装层的阻抗较大 ,环流不显著 ,金属铠 过电压波侵入电缆线芯 ,或电缆线路发生接地故障
护层保护器的工作状态和保护效果 。图 1 为电缆护
由于高压单芯电缆护层与大地间装有护层保护
层过电压保护器特性参数测试仪 。采用自动控制原 器 ,终端装有避雷器 ,冲击过电压被限制在电缆护层
理对 1 mA 电流和 0. 75 倍电压精密闭环调整 。
绝缘雷电冲击耐受水平以下 ,一般重点考虑短路故障
工频过电压保护接地问题 。正常线芯电流只有数
表 1 电缆护层过电压保护器主要电气参数
型 号
系统电 额定电 运行电 8/ 20μs 标称放 直流参考电压 放电电流下的 2 ms 方波
压/ kV 压/ kV 压/ kV 电电流/ kA
U1mA/ kV
残压(峰值) / kV 电流(幅值) / A
BHQ - 7/ 400 110 、200 218 2124
高压单芯电缆护层的感应电压的分析与应用
感应电动势的有效值 Aa = Bb = Cc =2ωiln(2S/Ds)X10-7V/M
3、事故分析
下面就我厂110KV高压单芯电缆韩钢线的事故分析。 韩钢线护层保护情况概述 韩钢线是由韩仓变电所直供三降压的一条 110KV 回路，电缆型号为 YJV-110，电缆是从线路 7#杆至三降压 GIS 开关室，总长约 2475m,电缆护层采取交叉互联的接地方式，其中每段长 度约 825m，中间 2 个交叉互联箱的引出线均采用单心带屏蔽层的电缆，屏蔽层作为电缆前 段护层保护的引出线，而主线心作为后段护层保护的引出线。接线示意图如下：
9 月 22 日，我们对 110KV 韩钢线电缆故障进行处理，利用查找电缆故障的闪洛法进行 查找，最后在落地新隧道距 1650m 交叉互联箱大约 80m 处发现一点非正常接地。因电缆施工 时，接地极铁片没有处理好，在铺设电缆时由于电缆自身质量较大，直接导致电缆插入接地
极铁片的铁刺上，从而形成接地。当我们第一次送电带上负荷时，发现三降压和七#下火杆 中点电流相差不是很大，由于电缆运行时发生震动，导致接地极铁片的铁刺插透电缆。当我 们在 9 月 3 日对韩钢线进行测量时，发现三降压和 7#下火杆中点电流相差很大，在对电缆 故障进行处理时，发现正是由于一点接地导致三降压与 7#下火杆中点电流相差很大，这就 是 110KV 韩钢线电缆发生故障的根本原因。
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110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
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 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
等边三角形敷设
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
平行敷设
Innovation
110kV单芯电缆护层保护
110kV单芯电缆护层保护
护层接地及保护方式
按照经济合理的原则采用不同的接地方式 (110kV及以上)
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 Innovation
护层保护原理
与单芯电缆护层感应电压有关的因素为：
1) 电缆线路的长度
2) 线芯电流（负荷）
3) 电缆的排列方式 4) 电缆的中心距离 5) 外屏蔽的平均直径 Innovation
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
Innovation
B 相与A相通过
A相与C相通过 交叉互联箱相连
交叉互联箱相连
Innovation
交叉互联的连接
C 相与B相通过
交叉互联箱2相连
C
A
C
A 相与C相通过
交叉互联箱1相连
B
A
C
B Innovation
Innovation
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
110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
金属护套一端接地情况：
•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 。
需特殊接地方式+保护器
Innovation
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
Innovation
高压电缆附件的交接和预防性试验
Innovation
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 Innovation
110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
根据GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》 的要求：
•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50 V）
金属护层必须接地！
Innovation
110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
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 Innovation
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 Innovation
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 •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
Innovation
高压单芯电缆护层过电压保护
原理及方式
Innovation
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
此时，如果两端都直接接地 ——
• 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)
需单端接地！
Innovation
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50V
Innovation
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：
交叉 互联 箱
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
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
Innovation
B A B C
换到 A B C
A
换到
C A B C
ovation
高压电缆交接及预防性试验
标准和方法
Innovation
高压电缆附件的交接和预防性试验
目前的交接试验标准和方法
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》
1) 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 2) 非金属护套层做直流耐压，10kV, 1min 3) 作为替代(1)的选择，施加3U0直流电压15min —— 破坏 性试验，不推荐 Innovation