避雷器知识培训讲座
（征求意见稿）
二00四年六月
目录
第一篇理论研究
1、配电型支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器运行经验…….1-6
2、防止架空绝缘电缆雷击断线的实用技术…………………….7-11
3、单芯电力电缆护层过电压保护……………………………….12-16
4、上海城市架空绝缘配电线路防雷技术措施的技术经济比较..17-22
5、研制开发支柱式合成绝缘避雷器改进10kV电缆登杆装置…23-26
第二篇培训内容
1、避雷器工作原理…………………………………………………27-28
2、避雷器的分类…………………………………………………29-31
3、避雷器的基本类型………………………………………………32-40
4、氧化锌避雷器的主要电气特性…………………………………41-42
5、避雷器的安装……………………………………………………43-44
6、部分产品说明书…………………………………………………45-52
7、武汉雷泰电力技术有限公司企业简介 (53)
第一篇理论研究
配电型支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器运行经验
Operating Experience of Zinc Oxide surge Arrester Used in Distribution as Post Insulator
国家电力公司武汉高压研究所（430074）罗俊华聂定珍袁淳智
上海市东供电局（200122）张锦秀刘震华张怡金祎
摘要
本文通过分析配电型支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器工况，对比碳化硅阀型避雷器，认为配电型支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器能可靠地耐受弧光接地过电压、PT谐振过电压及各
种操作过电压，能够有效地限制异常操作过电压，起到保护电气设备的重要作用，并可同时兼作
承力支持绝缘子使用，建议推广应用。
Abstract- Being different than carborundum surge arrester, the characteristics of zinc oxide surge arrester such as anti- arc grounding over-voltage , anti-light impulse over-voltage and effectively restricting various operating over-voltage were emphasized in this paper .
A new type polymeric housed zinc oxide surge arrester had been designed and operated several years ago. Not only used as surge arrester , but also used as post insulator have been proved very profitable in the paper.
关键词：氧化锌避雷器复合外套运行经验
Key Words : zinc oxide , surge arrester , polymeric housed , operating experience
1 概述
众所周知，利用氧化锌阀片非线性伏安特性取代碳化硅来制造避雷器有着碳化硅不可比拟的电气性能和保护特性。1985年至1990年期间，我国氧化锌阀片制造技术有了重大突破，阀片电气性能和老化性能大幅度提高，为氧化锌避雷器推广应用奠定了基础。同时，采用硅橡胶复合外套取代瓷套的研究工作取得成功，氧化锌避雷器优异性能得到肯定。1991 年8 月，能源部电力司发出“关于在全国配电系统逐步推广应用合成绝缘氧化锌避雷器的通知”（电供函[1992] 40 号），复合外套无间隙氧化锌避雷器作为避雷器更新换代产品迅速取代瓷套碳化硅避雷器。
硅橡胶复合外套成型工艺有一定的专有技术，如整体一次成型、界面偶联粘接等，到目前为止，国内大部分避雷器生产企业仍然没有解决界面偶联技术问题，以至于避雷器整体质量难以保证。同时，复合外套无间隙氧化锌避雷器内部力学结构普遍采用灌注密封胶结构，这种结构一方面机械强度较低，在安装和运行过程中经常出现断裂损坏；另一方面，密封胶在由液态逐步转变成固态的固化过程中，分子间距离减小，宏观表现出密封胶固化后体积发生收缩，在与复合外套之间形成微小间隙，如果避雷器两端密封不良，极容易导致运行故障。这是现行复合外套无间隙氧化锌避雷器致命缺陷，今后要逐步淘汰这种结构。
除上述界面偶联和灌注密封胶缺陷外，复合外套无间隙氧化锌避雷器电气参数设计和阀片参数选取更为重要，直接关系到避雷器是否能够起到保护电气设备
的作用且长期安全运行。鉴于在3至66kV中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，多次出现复合外套无间隙氧化锌避雷器损坏，不但不能起到保护电气设备的作用，反而增加了电力系统的事故。究其原因，一方面是密封和机械缺陷所致；另一方面是避雷器持续运行电压值和运行额定电压值取值偏低，仅为相电压。而实际运行情况中，单相接地时作用在健全相和避雷器所承受的持续运行电压为 1.73 倍相电压甚致更高，且允许持续时间可达2小时或更长。1993年12月30日，电力部安全监察及生产协调司在《安全情况通报》第十七期发出“关于提高 3 - 66kV 无间隙金属氧化物避雷器额定电压和持续运行电压有关情况的通报”，使人们对复合外套无间隙氧化锌避雷器有了更正确、更清醒的认识。
为了满足电力系统安全运行的需要，严格规范复合外套无间隙氧化锌避雷器生产，1999年，国家行业标准JB/T 8952—1999《交流系统用复合外套无间隙金属氧化物避雷器》批准执行。该标准不仅要求的技术参数较高，而且增加1000小时漏电起痕和电蚀试验项目、热机试验项目，对复合外套无间隙氧化锌避雷器考核更为苛刻。
针对通常使用的复合外套无间隙氧化锌避雷器（即内部结构为灌注密封胶）在安装和运行中出现断裂损坏以及气隙进潮击穿的故障较多情况，1997年中期，一种配电型支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器（通常称为支柱式氧化锌避雷器）从根本上改变了避雷器内部结构。[1]经1996年1月和1999年10月先后二次型式试验、材料性能试验证实：其内部采用了机械强度较高的承力结构、压力释放孔、界面偶联技术和硅橡胶外套一次成型工艺等新技术，除仍保持良好的保护特性和外绝缘特性外，基本解决密封、防爆和承受较大机械外力的问题。由于该类型避雷器的弯曲性能、扭转力矩、热机试验和电蚀损试验均满足支柱绝缘子的国家标准规定以及运行要求，因此，作为避雷器使用的同时，可兼作承力绝缘子使用，其主要技术参数列入表1中。
1998年1月4日，上海市电力工业局安监处在<<上海电力安全简报>>1998年第1 期中，作为技术反措推荐配电系统采用。上海市东供电局经过二年的小批量试运行后，于1998 年6月18日发出“关于逐步推广使用10 千伏支柱式有机外套氧化锌避雷器及改进型电缆登杆装置的通知”（沪供东生字[1998]第122号），大力推广应用该项技术。
2 运行状况调查
配网中使用的瓷套避雷器运行状况差异较大，以上海地区10kV瓷套避雷器为例，避雷器事故的80%以上是由于瓷套内空腔中自由空气因热胀冷缩引起的呼吸效应使得阀片元件受潮而发生爆炸；在预防性试验过程中，至少有10%以上的瓷套避雷器因内部放电间隙烧损、绝缘件受潮而工放试验不合格；在运输、储存、安装过程中至少有7%左右的避雷器损坏。
对5只未使用的普阀型避雷器（FS-10）和5只线路运行18个月的普阀型避雷器（FS-10）进行对比工放试验，试验结果列入表2。
由工放试验结果来看，新的FS-10型避雷器的工放电压很高，约4p.u. 及以上，但它一经运行后其工放电压普遍明显下降，约3p.u. ,尤其是潮湿、阴雨天气，
下降的幅度将更大。一般来说，配电系统大多类内部过电压最高幅值在3p.u. 左右，普阀型避雷器性能符合电力系统安全运行的规定。
1999年8月，按气候条件分类对国内部分城市配电系统中使用的10kV支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器(额定电压为17kV,持续运行电压为12.7kV)的运行状况进行抽样调查，调查结果列入表3。
调查结果表明：支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器均横置安装在配电变压器和电缆终端处，同时兼作支柱绝缘子以承受导线和其他外界机械应力。经过长时期的现场实际运行考核，其复合外套的表面没有明显老化和漏电起痕及电蚀损现象，没有明显的机械变形，电气性能比较稳定。
表4 列出支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器与普阀型避雷器的基本特点。
3 支柱式复合外套无间隙氧化锌避雷器技术分析
不直接与发电机相连接的35kV及以下配电系统一般采取中性点不接地方式，当单相接地故障电容电流较大时，应采用消弧线圈接地方式；6-35kV主要由电缆线路构成的送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，宜采取小电阻接地方式。系统运行中出现于电气设备绝缘上的电压有：a）正常运行时的工频电压；b）暂时过电压（工频过电压、谐振过电压）；c）操作过电压；d）雷电过电压；e）弧光接地过电压；f）最常见的单相金属性接地过电压。这些过电压有一共同特征是：中性点不接地系统的过电压幅值高于中性点经消弧线圈接地或经小电阻接地系统。因此，用于配电系统的避雷器电气参数的选取，应按照中性点不接地系统的运行故障条件进行设计。
根据电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中第4.2.9条、第5.3.4 a) 条规定，配电系统中采用无间隙氧化锌避雷器限制各类操作过电压、雷电过电压时，避雷器的持续运行电压和额定电压应不低于表5所列值。
支柱式复合外套氧化锌避雷器的持续运行电压为：43.2kV（35kV级）、12.7kV (10kV级) ；额定电压值为：54 kV (35kV级)、17 kV (10kV级)，符合标准DT/T 620-1997规定。
根据电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中第5.3.1 c条、第5.3.4 b) 条规定，不接地、消弧线圈接地和高电阻接地的配电系统中采用无间隙氧化锌避雷器限制各类操作过电压、雷电过电压时，要考虑系统可能发生的谐振过电压、间歇性弧光接地过电压的严重程度以及避雷器能否承受过电压的能量。
经理论分析和计算支柱式复合外套氧化锌避雷器在操作过电压下的工况、弧光接地过电压下的工况、铁磁谐振过电压下的工况以及在断线时激发线路电容与变压器电感间高倍数谐振过电压下的工况后证实: [2]1) 支柱式复合外套氧化锌避雷器在操作过电压下吸收的过电压能量较小，即使是在极端情况，吸收的能量折合2ms 方波电流为23 A ，而支柱式复合外套氧化锌避雷器设计的2ms 方波通流容量为100 A；2) 在弧光接地过电压下，考虑到线路电容，则支柱式复合外套氧化锌避雷器吸收的过电压能量约为100J /μ f 。如果在线路电容为1μ f的线路上安装20组支柱式复合外套氧化锌避雷器，则每只支柱式复合外套氧化锌避雷器吸
收的能量就很小，接近 3 p.u.工频过电压下消散的功率。显然，如果支柱式复合外套氧化锌避雷器的直流参考电压达到25kV以上，在弧光接地过电压下是十分安全的，而支柱式复合外套氧化锌避雷器直流参考电压为不小于26kV。3）系统发生谐振过电压时，支柱式复合外套氧化锌避雷器吸收的能量较小。同时，由于支柱式复合外套氧化锌避雷器的荷电率在70 %以下，且呈阻性，相应能够抑止谐振，故十分安全。4）断线时，由于支柱式复合外套氧化锌避雷器的参考电压较高，瞬间吸收的能量低于操作过电压时吸收的能量，对支柱式复合外套氧化锌避雷器不够成威胁。近五年的实际运行的情况印证了上述理论分析和计算结果是正确的。大约有近四万只支柱式复合外套氧化锌避雷器在上海市配电系统中运行，这些系统中有不接地方式、消弧线圈接地方式和小电阻接地方式，避雷器运行状况良好，保护特性和外绝缘特性满足系统可靠性和安全运行的要求。
综上所述，支柱式复合外套氧化锌避雷器能可靠地耐受弧光接地过电压、PT谐振过电压及各种操作过电压，能够有效地限制异常操作过电压，起到保护电气设备的重要作用。不仅具有优异的保护特性和外绝缘特性，而且可兼作承力支持绝缘子使用。
4．结论
4．1支柱式复合外套氧化锌避雷器能可靠地耐受弧光接地过电压、PT谐振过电压及各种操作过电压，能够有效地限制异常操作过电压，起到保护电气设备的重要作用。
4．2支柱式复合外套氧化锌避雷器机械强度高，可横置安装兼作支柱绝缘子承受较大机械应力。比一般安装方式减少了瓷支柱绝缘子、金属构架和联络线等部件，节省电杆空间，便于线路其他设备检修。
4．3支柱式复合外套氧化锌避雷器可用于不接地、消弧线圈接地和小电阻接地的配电系统中，其保护特性和外绝缘特性满足系统可靠性和安全运行的要求。5．参考文献
[1]张怡、张锦秀、金祎、陈守直“支柱式合成绝缘避雷器改进电缆登杆装置”
高电压技术1997.2
[2]董振亚《电力系统的过电压保护（第二版）》中国电力出版社1997年。
防止架空绝缘电缆雷击断线的实用技术Applied Technology for Protecting Insulated Overhead Line from
lightning Strike Breakdown
武汉雷泰电力技术有限公司（武汉430070）李敏罗彦陶克志
上海市东供电局（上海200122）张锦秀刘震华袁检
摘要本文提出一种防止配电线路架空绝缘电缆雷击断线的实用技术和装置，可有效地防止架空绝缘电缆雷击断线、绝缘子损坏等事故。该装置结构简单、安装方便。
Abstract The applied technology and a equipment are mentioned for protecting insulation overhead line from lightning strike breakdown in this paper. Structure of the equipment is simply, and installation of the equipment is convenience.
关键词：过电压实用技术架空绝缘线路
key words: Over-voltage Applied technology Insulated overhead line
1引言
城市配电网络大量采用架空绝缘电缆线路，全国关于运行中的线路发生雷击断线和绝缘子击穿事故的统计数量呈急剧上升趋势。试验研究和实际事故原因分析证实：架空绝缘电缆线路雷电过电压闪络时，瞬间电弧电流很大但时间很短，仅在架空绝缘电缆绝缘层上形成击穿孔，不会烧断导线。但是，当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相（不一定是在同一电杆上）之间闪络而形成金属性短路通道，引起数千安培工频续流，电弧能量将骤增。此时，由于架空绝缘电缆绝缘层阻碍电弧在其表面滑移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点而在断路器动作之前烧断导线。[1,2]
对于裸导线，电弧在电磁力的作用下，高温弧根沿导线表面滑移，并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前引起断路器动作，切断电弧。因此，裸导线的断线故障率明显低于架空绝缘电缆。[1]
国家电力公司发输电输[2001] 7号文件《城市电网架空绝缘导线应用研讨会纪要》中特别指出：宜使用架空绝缘线路过电压保护器来防止架空绝缘电缆雷击断线事故。
本文借鉴国内外新技术，提出一种的架空绝缘电缆过电压保护实用技术和装置，命名为架空绝缘线路过电压保护器。试验和实际运行考核证实：该技术和装置具有保护特性好、安装方便、免维护的特点，使用效果良好。图1所示实际运行现场。
图 1 实际运行现场
2技术参数
架空绝缘线路过电压保护器由限流元件1串联不锈钢引流环2，并与架空绝缘电缆3之间构成的间隙4组成, 结构图如图2所示，实物如图3所示。
图2 保护器结构示意图
图3 保护器实物图
该保护器的设计思想如下：
2.1限流元件的额定电压
限流元件用于截断工频续流，因而必须认真考虑在工频过电压下流过限流元件的电流。对于10kV系统，工频过电压一般不超过1.1√3p.u.。我们把10kV系统用的保护器额定电压定为12.7kV，限流元件直流1mA参考电压应大于18kV[3]。这样在13.2kV工频过电压作用下，如果忽略串联间隙对于工频续流的影响，理论上流过避雷器的工频续流为0.1A，计算结果表明限流元件完全能够很好地切断工频续流。由于串联间隙对小电流具有很好的切断作用，因而流过限流元件的工频续流必然大大的低于0.1A。
2.3限流元通流能力估算
按照DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》推荐，我国一般地区雷电流幅值超过I的概率为P=10（-I/88）。雷电流可能达到的幅值与地域、时间跨度相关。从产品的雷击损坏事故来看，地域范围并不重要，可以忽略不计；至于时间跨度，应该考虑产品预期寿命周期，20年是一个大家可以接受的时间。按DL/T 620-1997的推荐，对于雷暴日T d=40的地区，每100km、每年的雷击次数N L=0.28×4h(h为架空线的平均高度，m，10kV线路h=10m)，则雷电流幅值超过I的雷击次数N1=1.12h×10（-I/88），时间跨度20年、每100km的雷击次数为N2=224×10（-I/88），以基杆间距为50m计算，则每基杆、20年的时间跨度雷电过电压超过U的次数为N=0.112×10（-I/88）。由此可以计算，10000基杆、20年的时间内，雷电流超过200kA 的次数为6次，考虑到配电线路一般位于市区，周围有高大的建筑物和树木的屏蔽作用，可能的雷击次数一定大大小于6次，但从严考虑仍以6次计。
虽然感应雷电流幅值为200kA，但流过保护器的雷电流极少，按规程选择接地电阻30Ω，使用EMTP暂态计算程序，模拟计算结果为流过保护器的雷电流幅值不超过16kA。我们选用D3阀片，它能承受2次65kA的大电流冲击，若设计目标仅考虑200kA及以下的安全性，那么每基杆都安装保护器、20年内，保护器的雷击损坏率约为6/10000，其安全裕度是很大的。若每间隔一基杆安装一组保护器，则保护
器的雷击损坏率为 1.2?。而每间隔四基杆安装一组保护器，则保护器的雷击损坏率为2.4?。为保证保护器的安全运行，因而建议对人口密集地区或雷电易击区，每基杆安装一组保护器，这样20年内雷击损坏率为6/10000，而对于一般地区，则每隔3-5基杆安装一组保护器，则20年内雷击损坏率约为3?。
同样根据计算[4]，10基杆之外雷电过电压通过保护器的电流已经非常小，其影响可以不计，因而保护器不能每间隔10基杆安装一组保护器，这样不但10基杆之外的雷电过电压不能消除，而且保护器的雷击损坏率为1.2%，雷击损坏率太大。
2.3串联间隙
保护器的串联间隙距离关系到保护器的保护特性，要求满足：
（1）在雷电过电压作用下通过与绝缘子的合理配合，串联间隙应可靠动作，保证绝缘子不闪络；
（2）能够可靠耐受最大工频过电压而串联间隙不击穿；
（3）即使在污秽、安装偏置的情况下不明显改变间隙的放电特性。
从满足雷电过电压作用下串联间隙应可靠动作的要求来看，串联间隙的距离越小越好，这样在雷电冲击下发生被保护绝缘子闪络而串联间隙不放电、保护失败的可能性越小。但是与(2)的要求相矛盾，因而间隙不是越小越好。若以绝缘子闪络率不超过5/100000为依据，按国标规定雷电冲击相对标准偏差0.03进行推算，要保证绝缘子闪络率要求，雷电过电压应小于0.88倍绝缘子50%雷电冲击闪络电压，同理要保证保护器不动作概率小于5/100000，那么保护器串联间隙50%雷电冲击闪络电压应小于0.88倍的雷电过电压。由此可知要保证保护器可靠动作而绝缘子不闪络，要求绝缘子50%雷电冲击闪络电压至少要比串联间隙50%雷电冲击闪络电压高出25.6%以上，即绝缘配合系数应为1.256，这一绝缘配合系数与前苏联的绝缘配合系数一致[5]。
从能够可靠耐受最大工频过电压而串联间隙不击穿这一点来看，串联间隙应足够大，但这又与（1）相矛盾。以10kV为例，串联间隙应可靠耐受1.1√3p.u.，即13.2kV，它必须考虑各种不利的气候条件，如雨、雾、冰等，按照上面所述，绝缘配合系数必须大于1.256，再考虑海拔高度的影响，以海拔1km作为参考，应增加10%，即绝缘配合系数为1.38。
至于污秽、安装偏置，在各种可能的情况下经多次试验得到如下结论：在一定的串联间隙，引流环与绝缘子间平均相距25mm下，污秽、安装偏置对放电特性没有太大的影响，可以不予考虑。
2.4操作过电压对保护器的影响
保护器在投入使用过程中，不可避免地要受到操作过电压的影响。对于10kV 系统，最严重的情况是开断前系统已有单相接地故障，使用一般断路器操作时产生的过电压可能超过4.0p.u.,即39kV。也就是说，在最大操作过电压39kV下，串联间隙不能被击穿，保护器不应动作。
在考虑以上要求之后，对于PQ2绝缘子保护器技术指标与保护性能如下表：
3过电压保护器保护效果
通过对300支、七个易遭雷击断线地区试用保护器实际使用效果的跟踪，使用保护器后没有发生一起雷击断线事故。这足以说明架空绝缘线路过电压保护器保护效果良好，现在许多地区开始大批量地使用。
4结论
5．1该保护器可以有效防止架空绝缘电缆雷击断线事故，并且安装方便，20年内，保护器的雷击损坏率为6/10000。
5．2保护器的串联间隙的确定不仅要考虑串联间隙与绝缘子50%的雷电冲击闪络电压的配合，而且要考虑工频过电压、操作过电压对保护器的影响。因而对不同的绝缘子保护器的串联间隙可能是不同的，以确保保护器的保护特性。
5．3保护器限流元件阀片直径的选择要通过对流过保护器限流元件的雷电流幅值及限流元件吸收雷电流能量进行仔细的校核进行确定。对于10kV系统，在每一基杆安装一组保护器，要求电杆接地电阻小于30Ω。
参考文献
1北京供电局中压架空绝缘线路防雷问题北京：北京供电局资料
2罗俊华、张锦秀等35kV及以下架空绝缘电缆过电压保护技术《高电压技术》2000年第3期
3 电力行业标准DL/T 620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合，电力出版社，1997
4 西安交通大学王秉钧金属氧化物避雷器水利电力出版社，1993
5 水利电力部电力设备过电压保护设计技术规程SDJ 7-79 水利电力出版社，浙江省电力试验研究所，1997
李敏男1965年出生，高级工程师，从事过电压技术研究工作, 电话：027-********。
单芯电力电缆护层过电压保护
北京供电局电缆管理处（北京，100027）陈平薛强
武汉雷泰电力技术有限公司（武汉，430070）罗彦张成勇
摘要本文基于国内外相关标准，从电缆护层过电压保护器参数选择和电缆接地电阻要求两个方面探讨单芯电力电缆护层过电压保护技术，以防止雷电过电压和内部过电压造成电缆金属护层多点接地故障。
关键词电力电缆过电压保护
1 引言
35 kV大截面电力电缆和66、110 kV及以上电压等级的电力电缆均为单芯电缆，敷设时若金属护层两端三相互联后直接接地，则当电缆线芯通过电流时，其金属护层中感应的环流可达线芯电流的50%-95%，感应电流所产生热损耗极大地降低电缆载流量并加速电缆主绝缘电-热老化；若电缆金属护层一端三相互联并接地，另一端不接地，则电缆金属护层中虽无环流，但当雷电波或内部过电压波沿电缆线芯流动时，电缆金属护层不接地端会出现较高的冲击过电压，或当系统短路事故电流流经电缆线芯时，其护层不接地端也会出现很高的工频感应过电压。上述过电压可能击穿电缆外护层绝缘，造成电缆金属护层多点接地故障，大幅增加环流附加热损耗，严重地影响电力电缆正常运行甚至大幅减少电缆使用寿命。
一旦电缆金属护层多点接地故障，故障的测寻、定点和修复均比较困难，停电检修造成的电量损失较大。因此，研究电力电缆护层过电压机理及其保护技术显得尤为重要。本文基于国内外相关标准，从电缆护层过电压保护器参数选择和电缆接地电阻要求两个方面探讨单芯电力电缆护层过电压保护技术，供大家参考。同时，本文作者希望抛砖引玉，热情欢迎大家来函来电垂询（电话：138********，或电子邮件：leitai@https://www.doczj.com/doc/686214102.html,），共同作进一步深入研究工作。
2 电缆护层过电压保护器参数设计
高压电缆护层过电压保护器（简称：护层保护器）一般采用氧化锌非线性电阻片作为保护单元、瓷套作为外绝缘。针对过去常用的瓷套外绝缘诸如体积大、密封性能差、容易爆炸引起事故范围扩大的缺陷，武汉雷泰电力技术有限公司研制生产的高压电缆护层过电压保护器（亦简称：护层保护器）是采用氧化锌非线性电阻片作为保护单元、硅橡胶外套作为外绝缘，除了具有保护特性好的优点外，还具有轻型美观、密封防爆、免维护等突出优点，如图1所示。护层保护器安装在电缆线路交叉互联箱体内和电缆终端位置，其作用是（1）限制电缆线路金属护层中的工频感应电压；（2）迅速减小电缆线路金属护层中的工频过电压和冲击过电压。亦即：（1）在电缆线路正常工作状态时，高压电缆护层保护器呈现高电阻状态，截断电缆金属护层中的工频感应电流回路；（2）当电缆线路出现接地故障、或雷电过电压、
或内部过电压导致电缆金属护层中出现很高的工频过电压或冲击过电压时，高压电缆护层保护器呈现出低电阻导通状态，使得故障电流经保护器迅速泻入大地，起到保护电缆外护层绝缘的作用。
图 1 高压电缆护层过电压保护器 图 2 电缆护层过电压保护器特性参数测试仪
正确选取护层保护器的电气参数直接关系到保护器的保护效果。目前国内外标准中，仅只对护层保护器选用作了一般规定。例如：DL401-91《高压电缆选用导则》（该标准正在修订中）对电缆护层过电压保护器参数选择作了定性规定，而GB/T11017-2002 《额定电压110kV 交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》、GB/Z 18890-2002 《额定电压220kV （Um=252kV ）交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》和DL/T620-1997 《交流电气装置的过电压绝缘配合 》中没有明确规定电缆护层过电压保护器参数选择。
基于上述标准，通过计算电力电缆线路过电压幅值[1，2]，结合电缆外护层的绝缘要求，武汉雷泰电力技术有限公司提出护层保护器电气参数设计原则：当电缆线路出现过电压时，流经护层保护器的瞬态冲击电流I=2U/(Z 1+R) （式中：U 为过电压幅值；Z 1 为电缆线路的波阻抗；R 为电缆线路的接地电阻值，I 为流经护层保护器的瞬态冲击电流，约10kA 。）而保护器不应损坏，且护层保护器的残压乘以1.4后应小于电缆外护层的冲击耐压水平。护层保护器主要电气参数列入表1中。
参数选取合理，电压-电流特性曲线良好，保护曲线平坦。其过电压下的大电流通流容量和残压符合国家标准要求，能够有效限制电缆金属护层工频感应电压和故障冲击过电压，保护电缆线路外护层绝缘。
护层保护器投入运行后，应该定期进行直流1mA电压试验和0.75倍直流1mA电压下的电流试验，以验证护层保护器的工作状态和保护效果。图2 所示的电缆护层过电压保护器特性参数测试仪采用自动控制原理对1mA电流和0.75倍电压进行精密闭环调整，从而获得稳定的1mA电流和0.75倍电压。采用微电脑控制测量过程，将繁杂的手动调节过程“程序”化，只需按一个按钮就可以实现自动完成测量电缆护层保护器在1mA时的直流参考电压和0.75倍参考电压时的泄漏电流。
3 电力电缆线路保护接地要求[3]
电力电缆线路保护接地即电力电缆金属护层可靠接地，是有效保障电力电缆线路安全运行的重要保护措施之一。电力电缆线路不论是在正常运行状态下，还是在发生接地故障、或雷电过电压以及内部过电压状态下，均需要利用大地作为电流回路，将电缆线路接地位置的电位钳制在允许的接地电位上。接地电位与接地装置的接地电阻值密切相关，而接地电阻值不仅与入地电流的波形、频率有关，而且与接地装置的几何形状和尺寸、大地电阻率、电缆线路敷设方式以及电缆故障类型密切相关。如果接地电阻值不满足电缆线路安全运行的要求，则在故障状态下接地电位可能大幅升高至数百kV，一方面，地电位反击可能导致电缆外护层绝缘击穿，引发电缆线路金属护层多点接地故障；另一方面，地电位大幅升高后反击相邻电气设备，或形成跨步电压和接触电压使人员受到身体伤害等等。因此，在地理条件和经济条件允许的情况下，应尽可能地采取优化措施，如：接地装置（接地网）设计时应采用边缘闭合、同时附加垂直接地体的设计方案等，降低电力电缆线路接地装置的接地电阻。
3.1 35kV及以下电力电缆的接地电阻
35kV及以下电压等级的电力电缆通常为三芯电缆，正常运行时金属铠装层外基本没有磁场，两端基本没有感应电压，亦不会产生感应电流；若三个线芯的电流总和不等于零，由于金属铠装层的阻抗较大，环流尚不过分显著，金属铠装层中产生的感应电流仅为线芯电流5%-8%；故敷设时可采取金属铠装层两端直接接地保护方式。鉴于我国35kV及以下电力系统为不接地或经电阻接地或经消弧线圈接地系统，故其电力电缆保护接地装置的接地电阻R值要求可参照A类电气装置保护接地规定，即：R≤250/I （式中R为考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω；I为计算用的接地故障电流，A）。工程设计中，常选取R≤4Ω比较经济合理。因客观因素限制不能满足R≤4Ω要求时，R值可适当放宽至R<10Ω为宜。
3.2 高压单芯电力电缆终端的接地电阻
由于高压单芯电缆护层与大地之间装有护层保护器，终端装有避雷器，冲击过电压被限制在电缆护层绝缘雷电冲击耐受水平以下，一般重点考虑短路故障工频过电压保护接地问题。正常线芯电流只有数百A，金属护层上的感应电压很小。但是再三相、二相或单相短路的故障情况时，短路电流可达几千安培或更大，金属护层两端将会出现很高的感应电压，严重危及电缆安全运行的程度。因此，必须采取措施设法降低金属护层的感应电压，同时还要尽可能减小金属护层的接地电阻，消除接地电位的影响。
高压单芯电力电缆护层保护接地（包括交叉互联保护器三相联接）可采取两种接线方式，即Y0接线方式和Y（或Δ）接线方式。虽然Y（或Δ）接线方式使得保护器所承受的工频电压与接地电位无关，电缆护层冲击过电压降低，但无助于降低护层工频电压，短路故障时两种接线方式的护层过电压数值基本相等。电缆发生单相接地故障时，完好相电缆护层所承受的工频过电压与终端接地装置的接地电位密切相关，接地电位升高，工频过电压可达很高值，且末首端工频过电压不等，接地网内、外单相接地故障工频过电压不等。
上述两种保护接线方式以A相电缆发生多源网内单相接地故障时，C相电缆护层工频过电压为最高，而电缆护层工频耐压为24kV，根据相关标准提供的计算公式，得出电缆终端保护接地电阻值R的估算公式：R≤2000/I 。考虑多方面因素，当电缆终端接地装置受到技术经济和现场客观条件限制，其接地电阻值不能满足R ≤2000/I要求时，可以适当放宽至R<5Ω，但是，必须同时采取相应的均压和隔离措施。
加装均压线或回流线保护的电缆故障时，护层和保护器承受的工频电压与接地电位无关，但必须保证均压线总的自然接地电阻R远大于均压线本身的阻抗Z
:即R
d 。
≥6 Z
d
3.3 高压单芯电力电缆中间接头的接地电阻
高压单芯电力电缆线路正常运行时，中间接头经护层保护器接地，护层保护器呈高电阻，起交叉换位,限制电缆金属护层工频感应电压作用；当雷电波和内过电压波侵入电缆线芯，或电缆线路发生接地故障时，护层保护器呈低电阻，使电流经保护器迅速泄入大地，将金属护层中的过电压钳制在电缆外护层冲击绝缘水平以下，以达到保护电缆的目的。极限情况下，流经中间接头接地装置的入地电流可能高达10kA级，地电位迅速上升到严重危及相邻设备和人员安全的程度，甚至电缆金属护层感应电流将超过允许的载流量。
为将地电位上升产生的反击过电压U f=IR限制在电缆护层冲击（工频）绝缘耐受水平或相邻设备绝缘耐受水平以下，电力电缆线路中间接头位置的接地体接地电阻R应满足R< 24 / I （式中：R为接地电阻值, Ω；为流经接地装置的入地故障电流, kA）的要求。工程设计中，考虑到跨步电压和接触电压，常选取R≤1Ω比较经济合理。若因客观因素限制不能满足R≤1Ω要求时，R值可适当放宽至R<5Ω为宜。
4 结论
4.1 35kV、110kV及以上单芯电力电缆线路必须经护层保护器可靠接地，且护层保护器的残压乘以1.4后应小于电缆外护层的冲击耐压水平，以防止雷电过电压和内部过电压造成电缆金属护层多点接地故障。
4.2 电力电缆线路接地装置的接地电阻值应尽可能地降低，建议在经济条件和地理条件允许的情况下，应采取边缘闭合的接地装置、同时附加垂直接地体的设计方案，以降低电力电缆线路接地装置的接地电阻。
参考文献
1. 江日洪交联聚乙烯电力电缆线路。北京：中国电力出版社，1997
2. 董振亚电力系统的过电压保护北京：中国电力出版社，1997
3. 姜芸等“电力电缆保护接地”《高电压技术》1998年第4期，pp36-38
上海城市架空绝缘配电线路
防雷技术措施的技术经济比较ECONOMICAL TECHNIQUE COMPARISON OF LIGHTING PROTECTION METHODS IN SHANGHAI
林智敏, 万幸倍
(上海市东供电公司，上海200122)
摘要本文就上海城市配电线路防止架空绝缘导线雷击断线故障的技术措施，进行经济技术性比较，提出应用线路过电压保护器，可以有效防止架空绝缘导线发生雷击断线事故和降低雷击导致线路开关跳闸的概率，并且安装方便、技术经济性较好。
Abstract Economical technique comparison of lighting protection methods used in Shanghai discussed and an available over-voltage protector for over-head line put forward based on the discussion results in this paper. Applying the protector, the probability of lighting breakdown and switch cut off fall down observably, but installed expediently.
关键词绝缘配电线路防雷技术过电压保护器
key words: Insulated overhead line lighting protection technique over-voltage protector
0引言
近年来大规模城市配电网绝缘化改造，伴随出现了越来越多的架空绝缘线路发生雷击断线和绝缘子击穿事故，并呈上升趋势，严重威胁线路安全运行。架空绝缘线路频繁发生雷击断线事故已引起国内外专家学者广泛重视，并围绕雷击断线的机理，以及如何有效防止架空绝缘线路发生雷击断线事故的焦点问题展开了大量的试验研究和应用技术的研发工作。
5防止架空绝缘导线线路雷击断线事故的技术措施
近几年来，上海地区因雷击引起的绝缘导线断线故障常造成市区大面积供电中断，仅浦东地区就平均每年发生断线故障十余起。架空绝缘导线雷击断线问题引起上海市电力公司高度重视，及时组织有关部门会同武汉高压研究所和华东电力试验研究所等单位技术人员详细分析事故原因、制定相关预防措施，积累了一定的运行经验。为了降低日益高涨的雷击断线事故率，先后采取了如下预防措施和方法。
1.1架空避雷线