電纜線路的防雷保護

電纜線路的防雷保護

雷電將直接或間接導(dǎo)致電力系統(tǒng)的部分設(shè)備或線路產(chǎn)生雷電過電壓及電力系統(tǒng)安全運行，，是電力系統(tǒng)發(fā)生故障的主要因素之一。盡管電纜線路大多數(shù)都埋設(shè)在地下、水下、管道等建筑物中，而架空絕緣電纜只占極少數(shù)，遭受雷擊可能性很小，但它必定是與架空線或其他電氣設(shè)備相連接的，因此同樣有被雷擊的可能，要對其采取防雷保護。固有必要了解電纜線路的防雷保護和與之相關(guān)的電纜接地裝置設(shè)計的基本知識。

1.電纜主要絕緣的防雷保護措施及設(shè)備

為了保證電纜線路的安全運行，必須考慮對電纜的主絕緣和金屬護套進行防雷保護設(shè)計。

電纜的額主絕緣的防雷保護，可采用空氣間隙和避雷器。

另外，在發(fā)電廠、變電站，除使用避雷器，也采用避雷針（線）作為防雷保護，處于這些地方的電纜因此而受到保護。

（1）保護間隙：主要作用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電站進線段保護。采用保護間隙的防雷保護措施目前已基本被淘汰。

（2）避雷器：用來保護變（配）電設(shè)備和線路免受大氣過電壓的損害。它接于高壓導(dǎo)線與地之間，借助于火花間隙和閥片的作用，限制被保護設(shè)備上的過電壓值小于允許電壓值，并在半個周期時間內(nèi)切斷工頻續(xù)流，從而對變（配）電設(shè)備起保護作用。

20世紀20年代，出現(xiàn)了鋁避雷器、氧化膜避雷器和丸式避雷器，30年代出現(xiàn)了管式避雷器，50年代出現(xiàn)了碳化硅避雷器、70年代又出現(xiàn)了金屬氧化物避雷器。現(xiàn)代高壓避雷器，不僅用于限制電力系統(tǒng)中因雷電引起的過電壓，也作用于限制因系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓。

1）管式避雷器，是一種滅弧能力很強的避雷器。管式避雷器由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙三部分組成。產(chǎn)氣管由纖維有機玻璃或塑料制成，內(nèi)部間隙裝在產(chǎn)氣管內(nèi)，一個電極為棒形，另一個電極為環(huán)形。當線路上遭到雷擊或感應(yīng)雷時，雷電過電壓使管式避雷器的內(nèi)、外間隙擊穿，強大的雷電流通過接地裝置入地。由于避雷器放電時內(nèi)阻接近零，因此其殘壓極小，但工頻續(xù)流極大。雷電流和工頻續(xù)流使管子內(nèi)部間隙產(chǎn)生強烈電弧，使管內(nèi)壁材燃料產(chǎn)生大量滅弧氣體，由管口噴出，強烈吹弧，使電弧迅速熄滅，全部滅弧時間至多0.01S（半個周期）。這時外部間隙的空氣恢復(fù)絕緣，使避雷器與系統(tǒng)隔離，恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。

2）閥式避雷器分為碳化硅避雷器和金屬氧化物避雷器（又稱氧化鋅避雷器）。碳化硅避雷器廣泛應(yīng)用于交、直流系統(tǒng)，保護法定、變電設(shè)備的絕緣。

氧化鋅避雷器由于保護性能的優(yōu)于碳化硅避雷器，正逐步取代后者，廣泛應(yīng)用于交、直流系統(tǒng)，保護發(fā)電、變電設(shè)備的絕緣，尤其適用于中性點有效接地的110kV及以上電網(wǎng)。這類裝置通常安裝在架空線側(cè)和變電站側(cè)，與被保護的電纜導(dǎo)體并聯(lián)且接地，只有少數(shù)情況下才在電纜兩側(cè)安裝。

2.電纜金屬護套的防雷保護

雷電流不僅會侵入電纜的導(dǎo)體，還會侵入電纜的金屬護套。當雷電流侵入時，雷電波在終端盒絕緣接頭的金屬護套處會發(fā)生畸變，產(chǎn)生相當高的過電壓，以至使電纜的外呼層被擊穿危及電纜的安全運行。因此，必須對電纜的金屬護套、外護套采取防雷保護措施，一般都使用護層保護器。

電纜護層保護器，應(yīng)用于單芯電力電纜線路中，限制電纜金屬護層上的感應(yīng)過電壓，確保保護層絕緣不被電壓擊穿，在一端接地的電纜線路及交叉互聯(lián)的電纜線路中都可以使用它。護層保護器分單相式和三相式兩種，主要原件是非線性電阻的閥片。其工作原理同金屬氧化物避雷器工作原理相似。單相式護層保護器是將三組閥片裝在一個密封罐內(nèi)，或密封在一個環(huán)氧樹脂的鑄件內(nèi)。三相式護層保護器是將三組閥門接成星形接線，并進行密封，適用于終端或工作井內(nèi)的絕緣接頭。三相式護層保護器與換位銅排一起裝在特制的換位箱內(nèi)，用三根同軸引出線（或稱同軸電纜）與絕緣接頭鏈接。

但從經(jīng)濟角度考慮，一般僅對110kV及以上電壓等級的超高壓電纜（單芯電纜）的金屬護套、外護套作防雷保護。

由于雷電流在金屬護套的傳輸現(xiàn)象很復(fù)雜，迄今為止，還沒有研究出好的方法對電纜金屬護套進行防雷保護，對此世界各國正加緊研究。如日本對電纜金屬護套的防雷主要采用氣體絕緣金屬封閉電器（GIS）電纜終端保護。