高壓電纜的選用2

1、武漢華能陽光電氣有限公司高壓電纜選用規(guī)范書 本導(dǎo)則適用于交流50Hz、額定電壓1kV以上供輸配電的各種類型電力電纜。本導(dǎo)則就電纜的使用條件、絕緣水平、結(jié)構(gòu)型式、導(dǎo)體截面和終端等附件的選擇提供指導(dǎo)。 2.1.1 U0-設(shè)計時采用的電纜的每一導(dǎo)體與屏蔽或金屬護套之間的額定工頻電壓。2.1.2 U-設(shè)計時采用的電纜的任何兩個導(dǎo)體之間的額定工頻電壓。 2.1.3 Um-設(shè)計時采用的電纜的任何兩個導(dǎo)體之間的工頻最高電壓。Um應(yīng)等于或大于在正常運行狀態(tài)下電纜所在系統(tǒng)內(nèi)，在任何時間內(nèi)能持續(xù)在任何一點的工頻最高電壓，但不包括由于事故和突然甩負(fù)荷所造成的暫態(tài)電壓升高。 214 Up1-設(shè)計時采用的電纜的每一導(dǎo)體

2、與屏蔽或金屬護套之間的雷電沖擊耐受電壓之峰值。 215 Up2-設(shè)計時采用的電線的每一導(dǎo)體與屏蔽或金屬護套之間的操作沖擊耐受電壓之峰值。 電纜的額定電壓值列于表 1。 表 1 電纜的額定電壓值 kv UUmU0 第 1 類第 1 類33.61.8367.23.66101268.71517.58.71220241218354221266372.5374811012664-220252127-330363190-500550290-221 油浸紙絕緣是用絕緣油對經(jīng)過干燥的紙進行真空浸漬而成。油浸紙絕緣的絕緣性能主要決定于紙和浸漬劑(絕緣油)的性能以及生產(chǎn)制造工藝。 222橡塑材料絕緣 a.熱塑性材

3、料。以聚氯乙烯或醋酸乙烯酯共聚物為基材用于額定電壓U0/U1.8/3kv電纜的絕緣材料(簡稱PVC/A)；以上述材料為基材用于額定電壓U0/U1.8/3kV電纜的絕緣材料(簡稱PVC/B)；以熱塑性聚乙烯為基材的絕緣材料(簡稱PE)。 b彈性材料或熱固性材料。以乙丙橡膠或其它類似化合物(EPM或EPDM)為基材的絕緣材料(簡稱EPR)；以交聯(lián)聚乙烯為基材的絕緣材料(簡稱XLPE)。 在選用電纜時，應(yīng)考慮以下使用條件。 311 系統(tǒng)額定電壓。 為發(fā)電機出線選用電纜時，應(yīng)按照我國發(fā)電機電壓等級13.8、15.75、18、20kV選擇其額定電壓。 312 系統(tǒng)最高工作電壓。 313雷電沖擊電壓。 3

4、14操作沖擊電壓。315 系統(tǒng)頻率。 316 系統(tǒng)的接地方式。 a.中性點非有效接地(包括中性點不接地和經(jīng)消弧線圈接地)，一次接地故障的最長允許持續(xù)時間。 b.中性點有效接地(包括中性點直接接地和經(jīng)小電阻接地)。 3.1.7 電纜終端的環(huán)境條件。 如要求廠商同時提供電纜終端，需提出終端安裝地點的海拔高度和大氣污穢等級。 3.1.8量大載流量。 應(yīng)計及三種情況：持續(xù)運行載流量、周期運行(應(yīng)考慮負(fù)荷曲線)載流量、事故緊急運行或過負(fù)荷運行時的載流量。 319 預(yù)期的相間或相對地短路時流過的對稱和不對稱的短路電流。 3.1.10 短路電流最長持續(xù)時間。3.1.11 電纜線路壓降。 a.電纜線路的長度、

5、走向、地形和高差； b城市規(guī)劃部門確認(rèn)的用地批準(zhǔn)書和有關(guān)地下建筑物的資料及近期城市建筑用地計劃； c.電纜的排列方式和金屬護套接地方式； d特殊敷設(shè)方式(如水下敷設(shè))及個別線路的特殊要求； e.敷設(shè)電纜時的可能最低環(huán)境溫度。 a為確定金屬護套結(jié)構(gòu)、鎧裝型式和外護套型式(如防腐、防鼠、防白蟻、防潮等)所需的敷設(shè)條件；b埋設(shè)深度； c.沿電纜線路敷設(shè)的土壤種類(即沙土、粘土、人造回填材料)及其熱阻系數(shù)，且需說明上述資料是實測值還是假設(shè)值； d在埋設(shè)深度上土壤的最高、最低和平均溫度；e.遇有熱源(如熱力管道)應(yīng)盡量避開，若靠近熱源或運行中的電纜線路，要附有說明； f.電纜溝槽、排管或管線的長度以及工

6、井之間的距離； g排管或管子的數(shù)量、內(nèi)徑和構(gòu)成材料； b排管或管子之間的距離。 a.最高和最低空氣平均溫度； b敷設(shè)方式(即直接敷設(shè)于墻上、支架上等；單根或成組；隧道、排管等)；c.對敷設(shè)于戶內(nèi)、隧道中或排管中的電纜的通風(fēng)方式； d陽光直接照射在電纜上的情況； e.特殊條件，如火災(zāi)危險以及防火措施。 正確地選擇電纜的U0值是確保電纜長期安全運行的關(guān)鍵之一，應(yīng)嚴(yán)格按照下列規(guī)定選擇。 4.11 當(dāng)電纜所在系統(tǒng)中的單相接地故障能很快切除，在任何情況下故障持續(xù)時間不超過1min時，可選用第I類的U0(見表1)。 412 當(dāng)電纜所在系統(tǒng)中的手相故障持續(xù)時間在1min到2h之間，個別情況在2-8h之間時，

7、必須選用第II類的U0.(見表1）。 413 對于110kV及以上電壓等級的中性點直接接地系統(tǒng)，單相接地能迅速切除故障時，U0按第I類選擇(見表1)。 U值應(yīng)按等于或大于電纜所在系統(tǒng)的額定電壓選擇。Um 值應(yīng)按等于或大于電纜所在系統(tǒng)的最高工作電壓選擇。 4.4.1 Up1應(yīng)根據(jù)表2選取，其中220kV及以上電纜線路的Up1有兩個數(shù)值，可根據(jù)架空線路的沖擊絕緣水平，避雷器的保護特性，架空線路和電纜線路的波阻抗以及雷擊點遠近等因素通過計算后參照確定。 表 2 電纜的雷電沖擊耐受電壓額定電壓 U0/U 3.66 66， 610 37lO，8715 1220 2135 2635 雷電沖擊耐 受電壓Up

8、1 607595125200250額定電壓 U0/U 3763 4863 64110 127220 190330 290500 雷電沖擊耐 受電壓Up1 32545055095011751550105013001675電纜線路的沖擊特性長度的計算方法以及電纜線路上最大雷電沖擊電壓與其長度關(guān)系曲線，見附錄A。 對于190/330-290/500kV超高壓電纜，應(yīng)考慮操作沖擊絕緣水平，Up2應(yīng)與同電壓級設(shè)備的操作沖擊耐受電壓相適應(yīng)。表3列出電纜操作沖擊耐受電壓，供選擇使用。表3 電纜操作沖擊耐受電壓值 U0/U190/330290/500Up285010509501240對于高壓單芯電纜，采用金屬

9、護套一端互聯(lián)接地或三相金屬護套交叉換位互聯(lián)接地。當(dāng)電纜線路所 在系統(tǒng)發(fā)生短路故障或遭受雷電沖擊和操作沖擊電壓作用時，在金屬護套的不接地端或交叉互聯(lián)處會出 現(xiàn)過電壓，可能會使護層絕緣發(fā)生擊穿。為此需在不接地端裝設(shè)保護器，此時作用在護層上的電壓主要 取決于保護器的殘壓。護層絕緣水平應(yīng)按表4選擇，必要時可參照附錄B進行驗算。 表4 電纜護層絕緣耐受電壓值 kV 電線額定電壓 U0/U 1min工頻耐受電 壓 雷電沖擊耐受電壓 (峰值) 3763， 4863， 64110 2437.5l 27220 2447.5190330 2462.5290500 2472.5511 油紙絕緣電纜具有優(yōu)良的電氣性能

10、，使用歷史悠久，一般場合下均可選用。對低中壓(35kV及 以下)，如電纜落差較大時，可選用不滴流電纜；63kV、110kV可選用自容式充油電纜；220kV及以上優(yōu) 先選用自容式充油電纜。 512 由于聚乙烯絕緣電纜(PVC)介質(zhì)損耗大，在較高電壓下運行不經(jīng)濟，故只推薦用于1kV及以下 線路。 513 對于6110kV交聯(lián)聚乙烯電纜(XLPE)，因有利于運行維護，通過技術(shù)經(jīng)濟比較后，可因地制宜采用；但對220kV及以上電壓等級的產(chǎn)品，在選用時應(yīng)慎重。 514 乙丙橡膠絕緣電纜(EPR)適用于35kV及以下的線路。雖價格較高，但耐濕性能好，可用于水底敷設(shè)和彎曲半徑較小的場合。 521 導(dǎo)體材料可根

11、據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較選用銅芯或鋁芯。 522 導(dǎo)體截面應(yīng)根據(jù)輸送容量從有關(guān)電纜結(jié)構(gòu)給出的標(biāo)準(zhǔn)截面中選擇，或向廠商提出特殊訂貨。 531 為了使系統(tǒng)在發(fā)生單相接地或不同地點兩相接地時，故障電流流過金屬屏蔽層而不至將其燒損，該屏蔽層最小截面宜滿足表5要求。 表 5 交聯(lián)聚乙烯電纜金屬屏蔽層最小截面推薦值 系統(tǒng)額定電壓U kV 6-10 3563110220330500金屬屏蔽層截面2535507595120150532 對于110kV及以上單芯交聯(lián)聚乙烯電纜，為減少流經(jīng)金屬屏蔽層的接地故障電流，可加設(shè)接地回流線，該回流線截面應(yīng)通過熱穩(wěn)定計算確定。 終端的額定電壓等級及其絕緣水平，應(yīng)不低于所連接電纜的額定

12、電壓等級及其絕緣水平。戶外終端的外絕緣應(yīng)滿足所設(shè)置環(huán)境條件(如污穢、海拔高度等)的要求，并有一個合適的泄漏比距。終端的結(jié)構(gòu)型式，與電纜所連接的電氣設(shè)備的特點必須相適應(yīng)，與充油電纜連接的sF6組合電器(簡稱GIS)終端應(yīng)具有符合要求的接口裝置。 電纜終端的機械強度，應(yīng)滿足使用環(huán)境的風(fēng)力和地震等級的要求，并考慮引線的載荷。 711 保護器通過最大沖擊電流時的殘壓乘以14后，應(yīng)低于電纜護層絕緣的沖擊耐壓值(見表4)。 712 保護器在最大工頻電壓作用下，能承受5s而不損壞。 713 保護器應(yīng)能通過最大沖擊電流累計20次而不損壞。721 在雷電沖擊電壓作用下，電纜金屬護套一端接地另一端接保護器時，該保

13、護器的通流容量可參照表6確定。722 在操作過電壓作用下，保護器通流容量可參照表7確定。在操作過電壓作用下，流經(jīng)保護器的電流有兩個階段，即換算到820Ps波形的廠。和持續(xù)23ms的方波電流Ic。保護器應(yīng)具有釋放內(nèi)過電壓能量的通流能力。 723 比較雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓作用下，保護器的通流容量Jm和兒取最大者作為設(shè)計值。731 保護器閥片片數(shù)由護層所承受的工頻過電壓確定。保護器閥片片數(shù)為 表6 保護器標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流波的通流容量Im kA 系統(tǒng)額定電壓u820Ps 2040vs kV保護器在電纜首端 保護器在電纜末端 保護器在電纜首端 保護器在電纜末端 1105.10.283.00.12201

14、0.00.446.00.333015.01.258.01.050020.03.1012.01.8表7 電纜在操作波作用下保護器的通流容量Im'和Ic 系統(tǒng)額定110220330550電壓U/kV 電纜回路數(shù) Im' kA Ic A Im' kA Ic A Im' kA Ic A Im' kA Ic A 6.91.78.63.39.15.610.7238.92.311.34.512.07.615.531.39.92.712.6E,513.48.718.035.510.52.913.45.714.39.319.637.710.93.013.95.814.99

15、.720.439.711.13.214.35.915.310.021.640.8注:只有一回路的電纜,操作過電壓值很低,故未列入表內(nèi) m=Us/U' 式中：m- 保護器閥片片數(shù)；Us- 護層工頻過電壓值，kV; U'- 一片閥片所能承受的工頻電壓值(由保護器生產(chǎn)廠家提供)，kV。732 應(yīng)優(yōu)先采用氧化鋅閥片的保護器。 741 連接導(dǎo)線應(yīng)盡量短，宜采用同軸電纜。 742 連接導(dǎo)線截面應(yīng)滿足熱穩(wěn)定要求。 743 連接導(dǎo)線的絕緣水平與電纜護層絕緣水平相同。 744保護器應(yīng)配有動作記錄器。 設(shè)一電纜線路一端與架空線相連，另一端與變壓器相連，如圖Al所示。當(dāng)雷電沖擊波在電纜線路中傳播時，

16、沿電纜長度方向各點電壓值并不相等。由于架空線的波阻抗比電纜大得多，考慮B點的反射波，最高電壓總是發(fā)生在電纜末端B點。如進入電纜的波為單指數(shù)衰減波，當(dāng)電纜長度不大，且雷擊點離電纜較遠時，沿電纜脈沖波幅值的衰減可以忽賂不計，且只考慮電纜連接點的反射，B點的電壓UB(t)為 (A1)上五式中：UB(t)-圖A1中B點的電壓，kV; Uim-雷電沖擊波的幅值，kV; t-時間,us; a12,a23-電纜線路兩端的折射系數(shù); 12.32-電纜線路兩端的反射系數(shù); Zl-架空線路波阻抗,； Z2-變壓器波阻抗，;Zt-電纜線路波阻抗，; -沖擊波沿電纜線路長度往返一次所需時間，us； l-電纜線路長度，

17、m； v-沖擊波沿電纜線芯的傳播速度，m/us； a-沖擊波陡度，kV/us；n-折反射次數(shù); 圖A2 電纜實際長度與其特性長度之比l/l0和Ubm/Uim關(guān)系 變壓器波阻抗Z2時，電纜沖擊特性長度Lo554m 表A1 電纜上UbmUim比與電纜長度的關(guān)系 電纜長度l m 10020030040050075010001500Ubm/Uim 1.451.251.100.990.890.770.660.56達到Ubm時間 us 22.535425157.5727990由圖A2 可見：a當(dāng)電纜實際長度小于其沖擊特性長度時，電纜的沖擊絕緣水平必須取比系統(tǒng)較高值，或?qū)﹄娎|另加保護措施， 如在電纜末端加裝

18、避雷器。 b當(dāng)電纜實際長度等于其沖擊特性長度時，電纜的沖擊絕緣水平可與系統(tǒng)取相同值。 c當(dāng)電纜實際長度大于其沖擊特性長度時，電纜的沖擊絕緣水平可取比系統(tǒng)較低值。 如圖BI所示，護層所受電壓計算公式見表B1。 表B1 電纜金屬護套一端互聯(lián)接地時護層所受電壓 流經(jīng)保護器的沖擊電流 保護器所受工頻電壓 護層所受電壓 短路方式 計 算 公 式 工頻 沖擊UaUaKUa三相短路A.C兩相短路 A相接地電線頭地網(wǎng)中短路=-（Xs+zR1）地網(wǎng)外短路 注：由于單相接地電流以大地為回路所以金屬護套兩端將感應(yīng)很高的電壓Xs。 加在護層和保護器上的電壓除金屬護套兩端的感應(yīng)電壓Xs外，還要疊加地網(wǎng)電位R1。當(dāng)流經(jīng)地

19、網(wǎng)短路電流大時，后者可達極高數(shù)值。 由于三相和兩相短路時短路電流不以大地為回路，其感應(yīng)電壓很低，故護層和保護器所受工頻電壓取決于單相接地故障。 如圖B2所示，護層所受電壓計算公式見表B2。圖B1 電纜金屬護套一端互聯(lián)接地圖B2 電纜金屬護套交叉互聯(lián)，保護器丫。接線表 B2 電纜金屬互套交叉互聯(lián),保護器Y0接線護層所受電壓 流經(jīng)保護器的沖擊電流 保護器所受工頻電壓 護層所受電壓 短路方式 計 算 公 式 工頻 沖擊 Uc或Uc' Uc或Uc' KUc或KUc' 三相短路 A.C兩相短路 A 相 接 地 電纜頭地 網(wǎng)中短路 地網(wǎng)外 短 路 注：由于金屬護套兩端壓降和地網(wǎng)的壓

20、降部分抵消，因此A相接地時，c相護層和保護器所受的工頻電壓要比A相高。 單相接地時護層和保護器所受工頻電壓和接地電阻R1、R2以及流經(jīng)接地電阻的電流有關(guān)。當(dāng)流經(jīng)接地電阻的電流大時，工頻電壓可達很高數(shù)值。這種情況一般出現(xiàn)在單電源網(wǎng)外接地和多電源網(wǎng)內(nèi)接地，此時護目和保護器所受工頻電壓取決于單相接地故障，且首端(Uc')和末端(Uc)的電壓是不相等的。 網(wǎng)內(nèi)單電源時，由于大部分電流將以金屬護套為回路，所以護層和保護器所受電壓特大大降低此時護層和保護器所受工頻電壓將取決于兩相接地故障。 和保護器丫接線比較，由于保護器所受工頻電壓高，所以其殘壓及護層所受沖擊電壓隨之升高。 如圖B3所示，護層所受

21、電壓計算公式見表B3。 圖B3 電纜金屬護套交叉互聯(lián)，保護器丫接線 表B3 電纜金屬護套交叉互聯(lián)，保護器丫接線護層所受電壓 流經(jīng)保護器的沖擊電流 保護器所受工頻電壓 護層所受電壓 短路方式 計算公式 工頻沖擊(當(dāng)保護器接線時為Uac)Uc或Uc'三相短路Uc同方案二 A.C兩相短路Uc同方案二 A 相 接 地 電纜頭地網(wǎng)中短路 及同方案二地網(wǎng)外短路注：由于保護器采用了丫接線，單相接地時，保護器所受工頻電壓和接地電阻以及流經(jīng)接地電阻的電流無關(guān)，其值僅為兩相短路電流的一半。保護器所受工頻電壓將由兩相短路決定。由于保護器所受工頻電壓比方案二低得多，所以其殘壓及護層所受沖擊電壓比方案二要小得多

22、。 護層所受工頻電壓仍受接地電阻以及流經(jīng)接地電阻的電流影響，可達很高數(shù)值。當(dāng)三相絕緣接頭距離較大時，為了減少引線上沖擊壓降的有害作用，可將保護器直接跨接在絕緣接頭上，即采用接法，此時保護器所受電壓為Uac，但護層所受沖擊電壓仍為KUac/2不變。 如圖B4所示，護層所受電壓計算公式見表B4。 圖B4 電纜金屬護套一端互聯(lián)接地加均壓線 表B4 電纜金屬護套一端互聯(lián)接地加均壓線護層所受電壓 流經(jīng)保護器的沖擊電流保護器所受工頻電壓護層所受電壓計 算 公 式 當(dāng)R在0 和之間時用內(nèi)差法計算 工頻沖擊短路方式當(dāng)時當(dāng)R=0時UadUadKUad三相短路 A、 C兩相短路A 相接地電纜頭地網(wǎng)中短路地網(wǎng)外短路

23、注：均壓線的存在使單相接地時護層和保護器所受工頻電壓與地網(wǎng)電位元關(guān)。 由于均壓線的存在，單相接地短路電流在AD兩點的感應(yīng)電壓只與均壓線和金屬護套間的面積有關(guān)式中項，和短路電流回路的遠近無關(guān)。由于單相接地時部分短路電流以均壓線為回路，在均壓線上造成壓降，增大了護層和保護器所受工頻電壓(式中第二項)。流經(jīng)均壓線的電流愈大，護層和保護器所受的電壓愈高。 當(dāng)網(wǎng)外短路R2。時，由于沒有短路電流流經(jīng)均壓線，護層和保護器所受工頻電壓可降到最低值。它將低于三相和兩相短路時的數(shù)值，但當(dāng)均壓線對地泄漏電阻小時，效果將降低。 如圖B5所示，護套一端互聯(lián)接地的電纜線路，為了降低護層電壓，通常在其旁邊平行敷設(shè)一根回流線(兩端按地)。當(dāng)系統(tǒng)單相接地發(fā)生在回流線接地的地網(wǎng)中時，接地電流的絕大部分通過回流線，若忽略入地部分的接地電流，此時電纜護套相對于回流線的感應(yīng)電壓為 (B1)各相電纜護套對回流線的感應(yīng)電壓為 (B2)圖B5 電纜金屬護套一端互聯(lián)接地加回流線 (a)接地電流以回流線為