高压单芯电缆护层过电压保护原理及方式资料
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。
关于110kV电缆线路护层接地方式及保护
关于110kV电缆线路护层接地方式及保护作者：张贤秋梁奉山王传坤宋辉来源：《中国科技博览》2016年第07期[摘要]对我国110kV电缆线路护层常见的护层接地方式进行分析，研究电缆线路护层接地的保护措施，希望可以降低自然条件对线缆的影响，减少输电过程中的电力损失，延长电缆线路的使用寿命，避免电缆线路接地对人们的生命安全造成威胁。
[关键词]110kV电缆线路；护层接地；接地方式；接地保护中图分类号：TM521 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0392-01随着我国经济的发展，城市化进程的速度不断加快，110kV电缆线路的使用越来越广泛。
电缆线路的接地方式会对电力传输造成影响。
如果护层接地方式不恰当，会导致线缆的感应电压产生变化产生过电压现象。
过电压会导致线缆护层的绝缘层被击穿，产生线路故障，并且会出现大量的环流，增加线缆的电力损失。
一旦线缆出现接地故障修复会比较困难，会对整个城市造成比较大的影响，所以对此线缆护层的接地方式及保护进行研究，对于110kV电缆线路的安全稳定运行，有着重要的意义。
一、110kV电缆线路概述110kV电缆线路为单芯线缆，属于我国城市输电线路中的主要线缆。
该电缆线路的使用寿命比较长，降低了我国城市输电线路的线缆更换次数，使输电成本得到了有效的控制，另外该电缆线路对输电环境的适应能力比较强，不会因为环境差异而造成较大的输电线损。
加强对电缆线路的护层保护，可以提高电网输电的经济效益，110kV电缆线路属于架空线路有着较高的可靠性和安全性，在我国输电线路中应用的比较广泛。
在电缆线路护层接地的过程中，必须要对护层的接地电阻进行控制，避免护层接地电阻过低而出现感应电压过大的现象，将线缆护层击穿。
二、110kV电缆线路护层常见的接地方式（一）单侧接地如果电缆线路的长度超过了500m，一般会将该电缆线路护层的一段直接与地面相接，另一端是利用电阻保护器间接的接到地上。
110kV电缆线路护层接地方式及护层保护的一些措施
经非 线性 电阻保 护 器 间接 接 地 的连 接 方 式 。 由于 金
—
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110kV电缆线路护层接地方式及保护
110kV电缆线路护层接地方式及保护发布时间：2021-12-15T01:29:42.638Z 来源：《福光技术》2021年20期作者：史庆岩[导读] 自改革开放以来，我国社会经济与国民生活水平得到了进一步发展，城市化进程不断加快，我国电力系统整体建设规模逐渐扩大，促使整个电网架构发生了巨大变化。
国网山东省电力公司烟台供电公司山东烟台 264000摘要：自改革开放以来，我国社会经济与国民生活水平得到了进一步发展，城市化进程不断加快，我国电力系统整体建设规模逐渐扩大，促使整个电网架构发生了巨大变化。
为了满足发展需要，我国整体的电网行业加大了对110kV电缆线路的投入。
但是当过电压在击穿110kV电缆外护层的绝缘部分之后，便会造成110kV电缆金属护层多个位置上出现故障问题，进而使得环流及热损耗增强，甚至会使得110kV电力电缆无法得到正常工作，并会对其使用年限造成不利影响。
同时在故障出现之后，无法通过测寻、修复来进行解决，更无法通过停电检修来进行解决，因此需要做好护层保护工作。
本文先分析了常见护层的接地方式，然后对其保护措施进行了探讨关键词：110kV；电缆线路；护层；接地方式；保护1常见护层的接地方式1.1单端接地单端接地是最为常见的护层接地方式，通常是在电缆线路大于500米的时候采用的一种接地方式。
这种方式接地的时候通常采用电缆金属护套在终端位置由一端直接接地，另一端则经过非线性电阻保护器间接接地的连接方式。
在这种接地方式中，由于金属保护套的其他部位对地绝缘，所以在这样的方式中护套和地构不成完整地回路，也就影响不了电缆正常工程的使用。
1.2交叉互联交叉互联接地的方式也是比较常见的护层接地方式。
利用此方法进行护层接地，一般需要将电缆线分成若干个大段，而且每个大段原则上需要分成长度相当的三个小段，每个小段直接用绝缘接头的方式进行连接。
在绝缘接头处金属护套的三项之间要用同轴电缆经过接连地箱的连接片进行换位连接。
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。
高压电缆选用导则(高压单芯电缆护层保护器选择)
高压电缆选用导则（高压单芯电缆护层保护器选择）
1保护器选择的原则
1.1保护器通过最大冲击电流时的残压乘以1.4后，应低于电缆护层绝缘的冲击耐压值（见表4）O
1.2保护器在最大工频电压作用下，能承受5s而不损坏。
1.3保护器应能通过最大冲击电流累计20次而不损坏。
2保护器通流容量的确定
2.1在雷电冲击电压作用下，电缆金属护套一端接地另一端接保护器时，该保护器的通流容量可参照表6确定。
2.2在操作过电压作用下，保护器通流容量可参照表7确定。
在操作过电压作用下，流经保护器的电流有两个阶段，即换算到8/20μs波形的/%和持续2~3ms的方波电流保护器应具有释放内过电压能量的通流能力。
2.3比较雷电冲击电压和操作冲击电压作用下，保护器的通流容量及和心，取最大者作为设计值。
3保护器阀片数的确定
3.1保护器阀片片数由护层所承受的工频过电压确定。
保护器阀片片数为
式中m保护器阀片片数；
US——护层工频过电压值，kV；
Ir一一片阀片所能承受的工频电压值（由保护器生产厂家提供），kv
3.2应
o
优先采用氧化锌阀片的保护器。
4电缆金属护套与保护器连接的要求
4.1连接导线应尽量短，宜采用同轴电缆。
4.2连接导线截面应满足热稳定要求。
4.3连接导线的绝缘水平与电缆护层绝缘水平相同。
4.4保护器应配有动作记录器。
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。
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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
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
Innovation
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
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
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
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
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
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
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
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
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
3、适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。
Innovation
谢谢各位!
Innovation
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
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
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
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
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。