高壓電纜選用導則

1、中華人民共和國行業(yè)標準DL40191高壓電纜選用導則中華人民共和國能源部1991-03-08批準1991-08-01實施本導則參照采用國際電工委員會IEC1831984高壓電纜選用導則。1主題內(nèi)容與適用范圍本導則適用于交流50Hz、額定電壓1kV以上供輸配電的各種類型電力電纜。本導則就電纜的使用條件、絕緣水平、結(jié)構(gòu)型式、導體截面和終端等附件的選擇提供指導。2定義2.1電纜和附件的電壓值U0設(shè)計時采用的電纜的每一導體與屏蔽或金屬護套之間的額定工頻電壓。U設(shè)計時采用的電纜的任何兩個導體之間的額定工頻電壓。Um設(shè)計時采用的電纜的任何兩個導體之間的工頻最高電壓。應等于或大于在正常運行狀態(tài)下電纜所在系統(tǒng)

2、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荷所造成的暫態(tài)電壓升高。Up1設(shè)計時采用的電纜的每一導體與屏蔽或金屬護套之間的雷電沖擊耐受電壓之峰值。Up2設(shè)計時采用的電纜的每一導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kVUUmU0第類第類33.61.8367.23.66101268.71517.58.71220241218354221266372.5374811012664220252127330363190500550290 2.2電纜絕緣材料的種類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

3、。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。橡塑材料絕緣a.熱塑性材料。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)。3使用條件在選用電纜時，應考慮以下使用條件。3.1運行條件系統(tǒng)額定電壓。為發(fā)電機出線選用電纜時，應按照我國發(fā)電機電壓

4、等級13.8、15.75、8、20kV選擇其額定電壓。系統(tǒng)最高工作電壓。雷電沖擊電壓。操作沖擊電壓。系統(tǒng)頻率。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)。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。最大載流量。應計及三種情況：持續(xù)運行載流量、周期運行(應考慮負荷曲線)載流量、事故緊急運行或過負荷運行時的載流量。預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。短路電流最長持續(xù)時間。電纜線路壓降。3.2敷設(shè)條件一般資料a.電纜線

5、路的長度、走向、地形和高差；b.城市規(guī)劃部門確認的用地批準書和有關(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。地下敷設(shè)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)對其熱阻系數(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

6、的長度以及工井之間的距離；g.排管或管子的數(shù)量、內(nèi)徑和構(gòu)成材料；h.排管或管子之間的距離?？諝庵蟹笤O(shè)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方式；d.陽光直接照射在電纜上的情況；e.特殊條件，如火災危險以及防火措施。4電纜絕緣水平選擇4.1U0類型的選擇正確地選擇電纜的U0值是確保電纜長期安全運行的關(guān)鍵之一，應嚴格按照下列規(guī)定選擇。當電纜所在系統(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，可選用第類的U0 (見表1)。當電纜所在系統(tǒng)中的單相故障持續(xù)時間在1min到2h

7、之間，個別情況在28h之間時，必須選用第類的U0 (見表1)。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按第類選擇(見表1)。4.2U的選擇U值應按等于或大于電纜所在系統(tǒng)的額定電壓選擇。4.3Um的選擇Um值應按等于或大于電纜所在系統(tǒng)的最高工作電壓選擇。4.4Up1的選擇Up1應根據(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。Up1的選擇和保護電纜線路的避雷器配置，應考慮電纜線路的沖擊特性長度。a.電纜長度等于其沖擊特性長度時，電

8、纜線路可不必增加其它保護措施，Up1與系統(tǒng)基本絕緣水平相同；表2電纜的雷電沖擊耐受電壓kV額定電壓U0/U3.6/66/6，6/108.7/10，8.7/1512/2021/3526/35雷電沖擊耐受電壓Up1607595125200250額定電壓U0/U37/6348/6364/110127/220190/330290/500雷電沖擊耐受電壓Up132545055095010501175130015501675 b.電纜線路長度大于其沖擊特性長度時，Up1可比系統(tǒng)基本絕緣水平略低些，但選擇時要極為慎重；c.電纜線路長度小于其沖擊特性長度時，Up1應比系統(tǒng)基本絕緣水平高些，或?qū)﹄娎|另

9、加保護措施，例如在電纜線路末端加裝避雷器。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。4.5Up2的選擇對于190/330290/500kV超高壓電纜，應考慮操作沖擊絕緣水平，Up2應與同電壓級設(shè)備的操作沖擊耐受電壓相適應。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kVU0/U190/330290/500Up285095010501240 4.6護層絕緣水平選擇對于高壓單芯電纜，采用金屬護套一端互聯(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

10、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電纜額定電壓U0/U1min工頻耐受電壓雷電沖擊耐受電壓(峰值)電纜額定電壓U0/U1min工頻耐受電壓雷電沖擊耐受電壓(峰值)37/63,48/63，64/1102437.5190/3302462.5127/2202447.5290/5002472.5 5電纜類型和導體截面選擇5.1絕緣類型選擇油紙絕緣電纜具有優(yōu)良的電氣性能，使用歷史悠久，一般場合下均可選用。對低中壓(

11、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。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。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，在選用時應慎重。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。5.2導體截面選擇導體材料可根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較選用銅芯或鋁芯。導體截面應根據(jù)輸送容量從有關(guān)電纜結(jié)構(gòu)給出的標

12、準截面中選擇，或向廠商提出特殊訂貨。5.3交聯(lián)聚乙烯電纜金屬屏蔽層截面選擇為了使系統(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UkV6103563110220330500金屬屏蔽層截面mm22535507595120150 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，該回流線截面應通過熱穩(wěn)定計算確定。6電纜終端的選擇6.1終端額定電壓選擇終端的額定電壓等級及其絕緣水平，應不低于所連接電纜的額定電壓等級及其絕緣水平。6.

13、2戶外終端的外絕緣選擇戶外終端的外絕緣應滿足所設(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。6.3終端的結(jié)構(gòu)型式選擇終端的結(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，與充油電纜連接的SF6組合電器(簡稱GIS)終端應具有符合要求的接口裝置。6.4對電纜終端的機械強度的要求電纜終端的機械強度，應滿足使用環(huán)境的風力和地震等級的要求，并考慮引線的載荷。7高壓單芯電纜護層保護器選擇7.1保護器選擇的原則保護器通過最大沖擊電流時的殘壓乘以1.4后，應低于電纜護層絕緣的沖擊耐壓值(見表4)。保護器在最大工頻電壓作用下，能承受5s而不損壞。保護器應能通過最大沖擊電流累計20次而不損

14、壞。7.2保護器通流容量的確定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，該保護器的通流容量可參照表6確定。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8/20s波形的和持續(xù)23ms的方波電流Ic。保護器應具有釋放內(nèi)過電壓能量的通流能力。比較雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓作用下，保護器的通流容量和，取最大者作為設(shè)計值。7.3保護器閥片數(shù)的確定保護器閥片片數(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保護器標準沖擊電流波的通流容量Im系統(tǒng)額定電壓UkV8/20s20/40s保護器在電纜首端保護器在電纜末端保護器在電纜

15、首端保護器在電纜末端1105.10.283.00.122010.00.446.00.333015.01.258.01.050020.03.1012.01.8 表7電纜在操作波作用下保護器的通流容量Im和Ic電纜回路數(shù)系統(tǒng)額定電壓UkV110220330500ImkAIcAImkAIcAImkAIcAImkAIcA26.91.78.63.39.15.610.72338.92.311.34.512.07.615.531.349.92.712.65.513.48.718.035.5510.52.913.45.714.39.319.637.7610.93.013.95.814.99.720.

16、439.7711.13.214.36.015.310.021.640.8注：只有一回路的電纜，操作過電壓值很低，故未列入表內(nèi)。(1)式中m保護器閥片片數(shù)；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。應優(yōu)先采用氧化鋅閥片的保護器。7.4電纜金屬護套與保護器連接的要求連接導線應盡量短，宜采用同軸電纜。連接導線截面應滿足熱穩(wěn)定要求。連接導線的絕緣水平與電纜護層絕緣水平相同。保護器應配有動作記錄器。附錄A電纜線路沖擊特性長度和沖擊耐受電壓(參考件)A1雷電沖擊波在電纜線路中的傳播設(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A1所示。當雷電沖擊波在電纜

17、線路中傳播時，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略不計，且只考慮電纜連接點的反射，B點的電壓為(A1)圖A1雷電沖擊波在電纜線路中的傳播和折反射現(xiàn)象上五式中：圖A1中B點的電壓，kV；雷電沖擊波的幅值，kV；t時間，s；12，23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)；Z1架空線路波阻抗，；Z2變壓器波阻抗，；Z1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，s；l電纜線路長度，m；v沖擊波

18、沿電纜線芯的傳播速度，m/s；a沖擊波陡度，kV/s；n折反射次數(shù)；x沖擊波沿電纜芯線傳播某一距離，m。t應在范圍內(nèi)。因為電纜線路進入波為一衰減波，所以只需分析時B點的電壓，就可確定電纜線路上可能發(fā)生的最大沖擊電壓為(A2)將式(A2)對n微分，并令，得(A3)時，B點沖擊電壓有最大值。從上述分析不難看出，當沖擊波從架空線進入電纜時，其峰值將大大降低。當進入波到達變壓器時，由于全反射而使波幅值增加一倍，但此時變壓器受到的沖擊波幅值只有架空線上沖擊波的幾分之一，所以在架空線與變壓器間插入電纜后降低了變壓器所承受的過電壓。但是，如果考慮多次反射，情況就比這復雜。實際上，當反射波的波頭走向架空線時，

19、它將疊加到尚在向變壓器前進的波尾部分，然后在電纜與架空線連接處沖擊波又反射回向變壓器，隨后又在變壓器處反射回架空線。這樣重復往返，每次均疊加在其本身波尾上。如沖擊波波頭走過電纜全長所需的時間小于本身波尾時間，在波尾通過電纜以前將有多次反射疊加，因此電纜和變壓器承受的過電壓有可能達到很高的數(shù)值。反之，如果電纜長度大于波尾長度(波尾時間乘波速)，那末電纜和變壓器的承受過電壓將不會超過電纜入射波的兩倍或架空線上入射波的幾分之一。A2電纜線路的沖擊特性長度和沖擊耐受電壓由式(A2)可知，當，則(A4)且時，電纜中受到的沖擊電壓不會超過架空線上入射波幅值。因為，聯(lián)解式(A3)和式(A4)，則可得一電纜長

20、度l0。換言之，當電纜長度l等于l0時，電纜中受到最大的沖擊電壓等于架空線上入射波幅值Uim，這個長度l0稱為電纜線路的沖擊特性長度。圖A2電纜實際長度與其特性長度之比I/I0和UBm/Uim關(guān)系電纜中可能受到最大沖擊電壓UBm和Uim比值與電纜長度的關(guān)系，根據(jù)式(A2)和式(A3)計算所得結(jié)果如表A1和圖A2所示。表A1和圖A2所列的數(shù)值是根據(jù)110kV電纜波阻抗Zt=30，架空線波阻抗Z1=500和變壓器波阻抗Z2=計算出來的，此時I0=380m。同理可計算出220kV電纜波阻抗Zl=30架空線波阻抗Z1=350和變壓器波阻抗Z2=時，電纜沖擊特性長度I0=430m；500kV電纜波阻抗Z

21、l=30，架空線波阻抗Z1=280和變壓器波阻抗Z2=時，電纜沖擊特性長度I0=554m。表A1電纜上UBm/Uim比與電纜長度的關(guān)系電纜長度lm10020030040050075010001500UBm/Uim1.451.251.100.990.890.770.660.56達到UBm時間s22.535425157.5727990 由圖A2可見：a.當電纜實際長度小于沖擊特性長度時，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，如在電纜末端再加裝一組避雷器保護。b.當電纜實際長度等于沖擊特性長度時，電纜的沖擊絕緣水平可與系統(tǒng)取相同值。c.當電纜實際長度大于沖擊特性長度時

22、，電纜的沖擊絕緣水平可取比系統(tǒng)較低值。附錄B高壓單芯電纜護層絕緣的保護方案(參考件)B1電纜金屬護套一端互聯(lián)接地，另一端接保護器(方案一)如圖B1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相接地電纜頭地網(wǎng)中短路地網(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很高的電壓。加在護層和保護器上的電壓除金屬護套兩端的感應電壓外，還要疊加地網(wǎng)電位。當流經(jīng)地網(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

23、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。B2電纜金屬護套交叉互聯(lián)，保護器Y0接線(方案二)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Y0接線表B2電纜金屬護套交叉互聯(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UCUC或UCKUC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

24、壓和接地電阻R1、R2以及流經(jīng)接地電阻的電流有關(guān)。當流經(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，此時護層和保護器所受工頻電壓取決于單相接地故障，且首端()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將大大降低，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Y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。B3電纜金屬護套交叉互聯(lián)，保護器Y接線或接線(方案三)如圖B3所示，護層所受電壓計算公式見表B3。圖B3電纜金屬護套交叉互聯(lián)，保護器Y接線表B3

25、電纜金屬護套交叉互聯(lián)，保護器Y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Y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。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。當三相絕緣接頭距離較大時，為了減少引線上

26、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不變。B4電纜金屬護套一端互聯(lián)接地加均壓線(方案四)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R在0和6Zd之間時用內(nèi)差法計算)工頻沖擊短路方式當R6Zd時當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)電位無關(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，但當均壓線對地泄漏