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
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
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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
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！
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110kV单芯电缆护层保护
护层保护原理
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
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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
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
高压单芯电缆护层过电压保护
原理及方式
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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
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
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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114kV 0.1Hz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 Innovation
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。
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
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高压电缆交接及预防性试验
标准和方法
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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
3、适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。
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谢谢各位!
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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
0.1Hz 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 式中：
S 2f C US2
kVA
优点：
C—被试电缆电容量 μf/km US—试验电压 kV f—工频频率，我国为50Hz
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） Innovation
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
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！
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• 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
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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
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110kV单芯电缆护层保护
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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
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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
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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
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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
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
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