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电缆线路的防雷保护

电缆线路的防雷保护

雷电将直接或间接导致电力系统的部分设备或线路产生雷电过电压及电力系统安全运行,,是电力系统发生故障的主要因素之一。尽管电缆线路大多数都埋设在地下、水下、管道等建筑物中,而架空绝缘电缆只占极少数,遭受雷击可能性很小,但它必定是与架空线或其他电气设备相连接的,因此同样有被雷击的可能,要对其接纳防雷保护。固有必要了解电缆线路的防雷保护和与之相关的电缆接地装置设计的基本知识。

1.电缆主要绝缘的防雷保护措施及设备

为了保证电缆线路的安全运行,必须考虑对电缆的主绝缘和金属护套进行防雷保护设计。

电缆的额主绝缘的防雷保护,可接纳空气间隙和避雷器。

另外,在发电厂、变电站,除使用避雷器,也接纳避雷针(线)作为防雷保护,处于这些地方的电缆因此而受到保护。

1)保护间隙:主要作用于限制大气过电压,一般用于配电系统、线路和变电站进线段保护。接纳保护间隙的防雷保护措施目前已基本被淘汰。

2)避雷器:用来保护变(配)电设备和线路免受大气过电压的损害。它接于高压导线与地之间,借助于火花间隙和阀片的作用,限制被保护设备上的过电压值小于允许电压值,并在半个周期时间内切断工频续流,从而对变(配)电设备起保护作用。

20世纪20年代,出现了铝避雷器、氧化膜避雷器和丸式避雷器,30年代出现了管式避雷器,50年代出现了碳化硅避雷器、70年代又出现了金属氧化物避雷器。现代高压避雷器,不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压,也作用于限制因系统操纵产生的过电压。

1)管式避雷器,是一种灭弧能力很强的避雷器。管式避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成。产气管由纤维有机玻璃或塑料制成,内部间隙装在产气管内,一个电极为棒形,另一个电极为环形。当线路上遭到雷击或感应雷时,雷电过电压使管式避雷器的内、外间隙击穿,强大的雷电流通过接地装置入地。由于避雷器放电时内阻接近零,因此其残压极小,但工频续流极大。雷电流和工频续流使管子内部间隙产生强烈电弧,使管内壁材燃料产生大量灭弧气体,由管口喷出,强烈吹弧,使电弧迅速熄灭,全部灭弧时间至多0.01S(半个周期)。这时外部间隙的空气恢复绝缘,使避雷器与系统隔离,恢复系统正常运行。

2)阀式避雷器分为碳化硅避雷器和金属氧化物避雷器(又称氧化锌避雷器)。碳化硅避雷器广泛应用于交、直流系统,保护法定、变电设备的绝缘。

氧化锌避雷器由于保护性能的优于碳化硅避雷器,正逐步取代后者,广泛应用于交、直流系统,保护发电、变电设备的绝缘,尤其适用于中性点有效接地的110kV及以上电网。这类装置通常安装在架空线侧和变电站侧,与被保护的电缆导体并联且接地,只有少数情况下才在电缆两侧安装。

2.电缆金属护套的防雷保护

雷电流不仅会侵入电缆的导体,还会侵入电缆的金属护套。当雷电流侵入时,雷电波在终端盒绝缘接头的金属护套处会发生畸变,产生相当高的过电压,以至使电缆的外呼层被击穿危及电缆的安全运行。因此,必须对电缆的金属护套、外护套接纳防雷保护措施,一般都使用护层保护器。

电缆护层保护器,应用于单芯电力电缆线路中,限制电缆金属护层上的感应过电压,确保保护层绝缘不被电压击穿,在一端接地的电缆线路及交叉互联的电缆线路中都可以使用它。护层保护器分单相式和三相式两种,主要原件是非线性电阻的阀片。其工作原理同金属氧化物避雷器工作原理相似。单相式护层保护器是将三组阀片装在一个密封罐内,或密封在一个环氧树脂的铸件内。三相式护层保护器是将三组阀门接成星形接线,并进行密封,适用于终端或工作井内的绝缘接头。三相式护层保护器与换位铜排一起装在特制的换位箱内,用三根同轴引出线(或称同轴电缆)与绝缘接头链接。

但从经济角度考虑,一般仅对110kV及以上电压等级的超高压电缆(单芯电缆)的金属护套、外护套作防雷保护。

由于雷电流在金属护套的传输现象很复杂,迄今为止,还没有研究出好的方法对电缆金属护套进行防雷保护,对此世界各国正加紧研究。如日本对电缆金属护套的防雷主要接纳气体绝缘金属封闭电器(GIS)电缆终端保护。


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