DL401-91高压电缆选用导则.pdf 15页

'中华人民共和国行业标准DL401一91高压电缆选用导则本导则参照采用国际电工委员会IEC183-1984((高压电缆选用导则》1主题内容与适用范围本导则适用于交流50Hz,额定电压1kV以上供输配电的各种类型电力电缆。本导则就电缆的使用条件、绝缘水平、结构型式、导体截面和终端等附件的选择提供指导。2定义2.1电缆和附件的电压值2.1.1U}-一设计时采用的电缆的每一导体与屏蔽或金属护套之间的额定工频电压2.1.2U—设计时采用的电缆的任何两个导体之间的额定工频电压。2.1.3U.=-一一设计时采用的电缆的任何两个导体之间的工频最高电压。U，应等于或大于在正常运行状态下电缆所在系统内，在任何时间内能持续在任何一点的工频最高电压，但不包括由于事故和突然甩负荷所造成的暂态电压升高。2.1.4Um—设计时采用的电缆的每一导体与屏蔽或金属护套之间的雷电冲击耐受电压之峰值。2.飞.5Uoz—设计时采用的电缆的每一导体与屏蔽或金属护套之间的操作冲击耐受电压之峰值。电缆的额定电压值列于表10表1电缆的额定电压值kVL——一—一一一一厂一-第1类第1一3类一一33.61.8667.23.68.7101261乃乙1517.58.7]只202412八叹352︺4221几︹6337﹄︹72.5110126642202521273303631905005502902.2电缆绝缘材料的种类2.2.1油浸纸绝缘是用绝缘油对经过干燥的纸进行真空浸渍而成。油浸纸绝缘的绝缘性能主要决定于纸和浸渍剂(绝缘油)的性能以及生产制造工艺。2.2.2橡塑材料绝缘a.热塑性材料。以聚抓乙烯或醋酸乙烯m共聚物为基材用于额定电压UdU<1.8/3kV电缆的绝缘材料(简称PVC/A);以上述材料为基材用于额定电压Uo/U>1.8/3kV电缆的绝缘材料〔简称中华人民共和国能源部1991一03-08批准1991一08-01实施 DI,401-91PVC/B);以热塑性聚乙烯为基材的绝缘材料(简称PE)b.弹性材料或热固性材料以乙丙橡胶或其他类似化合物(EPM或EPDM)为基材的绝缘材料(简称EPR);以交联聚乙烯为基材的绝缘材料(简称XLPE)o3使用条件在选用电缆时，应考虑以下使用条件11运行条件3.1.1系统额定电压为发电机出线选用电缆时，应按照我国发电机电压等级13.8,15.75,18,20kV选择其额定电压门3.1.2系统最高工作电厌。31.3"f电冲击电压3.1.4操作冲击电压3.1.5系统频率3.1.6系统的接地方式、a.中性点非有效接地(包括中性点不接地和经消弧线圈接地)，一次接地故障的最长允许持续时!间。b中性点有效接地(包括中性点直接接地和经小电阻接地)。3.1.7电缆终端的环境条件如要求厂商同时提供电缆终端，需提出终端安装地点的海拔高度和大气污秽等级3.1.8量大载流量。应计及三种情况:持续运行载流量、周期运行(应考虑负荷曲线)载流量、事故紧急运行或过负荷运行时的载流最L、3门.9预期的相间或相对地短路时流过的对称和不对称的短路电流31.10短路电流最长持续时间.〕3.1.11电缆线路压降。3.2敷设条件3.2.1一般资料a.电缆线路的长度、走向、地形和高差;b.城市规划部门确认的用地批准书和有关地下建筑物的资料及近期城市建筑用地计划;c.电缆的排列方式和余属护套接地方式;d.特殊敷设方式(如水卜敷设)及个别线路的特殊要求;。.敷设电缆时的可能最低环境温度。3.22地一下敷aa.为确定金属护套结构、恺装型式和外护套型式(如防腐、防鼠、防自蚁、防潮等)所需的敷设条件;b.埋设深度;c.沿电缆线路敷设的长壤种类(即沙_L、粘土、人造回填材料)及其热阻系数，且需说明上述资料是实测值还是假设值;d.在理设深度卜上壤的最高、最低和平均温度;e.遇有热Mt(如热力管道)应尽量避开，若靠近热源或运行中的电缆线路·要附有说明;f.电缆沟槽、排管或管线的长度以及工井之间的距离;9.排管或管子的数量、内径和构成材料;h.排竹或管子之间的距离。 DL401一913.2.3空气中敷设a.最高和最低空气平均温度;b敷设方式(即直接敷设于墙卜、支架r等;单根或成组;隧道、排管等);c.对敷设于户内、隧道中或排管中的电缆的通风方式;阳光直接照射在电缆卜的情况;特殊条件。如火灾危险以及防火措施4电缆绝缘水平选择4.1U,。类型的选择正确地选择电缆的U。值是确保电缆长期安全运行的关键之一，应严格按照『列规定选择。4.1.1当电缆所在系统中的单相接地故障能很快切除，在任何情况下故障持续时间不超过1min时，可选用第I类的配。(见表I),4.1.2当电缆所在系统中的单相故障持续时间在Imin到2h之间，个别情况在2^-8h之间时，必须选用第I类的口o见表1),4.1.3对1`1I0kV及NF.电压等级的中性点直接接地系统，单相接地能迅速切除故障时，[.",按第I类选择(见表1)。4.2U的选择U值应按等于或大于电缆所在系统的额定电压选择。4.3U-的选择U,‘值应按等于或大于电缆所在系统的最高工作电压选择〕4.411.的选择4.4.1[%v应根据表2选取.其中220kV及以上电缆线路的UP有两个数值，可根据架空线路的冲击绝缘水平，避雷器的保护特性。架空线路和电缆线路的波阻抗以及雷击点远近等因素通过计算后参照确定。表2电缆的雷电冲击耐受电压kV额定电压i.6/66/6,6110;8.7/10,8.7/15",,12/2021/3526/351U,.IL"———一——一+一一雷电冲击耐受电r:250、，1{{73{95一‘25_{_20(上_____下额定电压37厂6348!63习64;110127/22019e/330290了几00U,/打|一丰|雷电冲击耐受电压1，一:。{:){;一:4.4.21",,,的选择和保护电缆线路的避雷器配置，应考虑电缆线路的冲击特性长度。a.电缆长度等干其冲击特性长度时，电缆线路可不必增加其他保护措施,up与系统基本绝缘水平相同:b.电缆线路长度大于其冲击特性长度时，din可比系统基本绝缘水平略低些.但选择时要极为慎重;。.电缆线路长度小于其冲击特性长度时，t)",「立比系统基木绝缘水平高些，或对电缆另加保护措施.例如在电缆线路末端加装避雷器。电缆线路的冲击特性长度的计算方法以及电缆线路土最友雷电冲击电压与其长度关系曲线见 DL401一91附录A4.5U,:的选择对于190/330--290/500kV超高压电缆，应考虑操作冲击绝缘水平,U"2应与同电压级设备的操作冲击耐受电压相适应表3列出电缆操作冲击耐受电压，供选择使用。齐3申维爆作冲击耐晋由压值kV一t"洲"190/330:290/500U,.::::;::4.6护层绝缘水平选择对于高压单芯电缆，采用金属护套一端互联接地或三相金属护套交叉换位互联接地。当电缆线路所在系统发生短路故障或遭受雷电冲击和操作冲击电压作用时，在金属护套的不接地端或交叉互联处会出现过电压，可能会使护层绝缘发生击穿。为此需在不接地端装设保护器，此时作用在护层上的电压主要取决于保护器的残压。护层绝缘水平应按表4选择，必要时可参照附录B进行验算。表4电缆护层绝缘耐受电压值kV雷电冲击耐受电压(峰值)17/6337.547.5190/33062.5290/3005电缆类型和导体截面选择5.1绝缘类型选择5.1.1油纸绝缘电缆具有优良的电气性能，使用历史悠久，一般场合下均可选用。对低中压(35kV及以下)，如电缆落差较大时，可选用不滴流电缆;63kV,110kV可选用自容式充油电缆;220kV及以上优先选用自容式充油电缆。5.1.2由于聚乙烯绝缘电缆(PVC:)介质损耗大，在较高电压下运行不经济，故只推荐用于1kV及以下线路。5.1.3对于6^-110kV交联聚乙烯电缆(XI-PE),因有利于运行维护，通过技术经济比较后.可因地制宜采用;但对220kV及以上电压等级的产品，在选用时应慎重5.1.4乙丙橡胶绝缘电缆(EPR)适用于35kV及以下的线路。虽价格较高，但耐湿性能好，可用于水底敷设和弯曲半径较小的场合。5.2导体截面选择5.2.1导体材料可根据技术经济比较选用铜芯或铝芯。5.2.2导体截面应根据输送容量从有关电缆结构给出的标准截面中选择，或向厂商提出特殊订货5.3交联聚乙烯电缆金属屏蔽层截面选择5.3.1为Y使系统在发生单相接地或不同地点两相接地时，故障电流流过金属屏蔽层而不至将其烧损，该屏蔽层最小截面宜满足表5要求 DL401一91表5交联聚乙烯电缆金属屏一蔽层最小截面推荐值系统额定电压U20!36~10kV一﹁一一一一+-一一金属屏蔽层截面%1mmZ5.3.2对于11OkV及以上单芯交联聚乙烯电缆，为减少流经金属屏蔽层的接地故障电流，可加设接地回流线，该回流线截面应通过热稳定计算确定6电缆终端的选择6.1终端额定电压选择终端的额定电压等级及其绝缘水平，应不低于所连接电缆的额定电压等级及其绝缘水平。6.2户外终端的外绝缘选择户外终端的外绝缘应满足所设置环境条件(如污秽、海拔高度等)的要求，并有一个合适的泄漏比距。63终端的结构型式选择终端的结构型式，与电缆所连接的电气设备的特点必须相适应，与充油电缆连接的SF。组合电器(简称Gls)终端应具有符合要求的接口装置6，4对电缆终端的机械强度的要求电缆终端的机械强度，应满足使用环境的风力和地震等级的要求，并考虑引线的载荷7高压单芯电缆护层保护器选择7.1保护器选择的原则711保护器通过最大冲击电流时的残压乘以1.4后，应低于电缆护层绝缘的冲击耐压值(见表4)71.2保护器在最大工频电压作用下，能承受55而不损坏。了.1.3保护器应能通过最大冲击电流累计20次而不损坏7.2保护器通流容量的确定了，2门在雷电冲击电压作用下，电缆金属护套一端接地另一端接保护器时，该保护器的通流容量可参照表6确定。7.2.2在操作过电压作用下，保护器通流容量可参照表7确定。在操作过电压作用下，流经保护器的电流有两个阶段，即换算到8/20娜波形的1‘m和持续2一3m、的方波电流了。保护器应具有释放内过电压能量的通流能力。了.2.3比较雷电冲击电压和操作冲击电压作用下，保护器的通流容量几和厂。，取最大者作为设计值。73保护器阀片片数的确定7.31保护器阀片片数由护层所承受的工频过电压确定。保护器阀片片数为表6保护器标准冲击电流波的通流容量几kA系统额定电压U8/20尸52(〕/40拜5kV保护器在电缆首端保护器在电缆末端保护器在电缆首端保护器在电缆末端1105。1().122()10，0一:.::一下一拭0.333015.01‘)50020，0一一%1)11·8 DL401一91表7电缆在操作波作用下保护器的通流容量I",。和五110220330500I‘二呱*I,1}1}kV11ff"U:kA艾;k1A-艾Ik"Am艾k11A.女26.91.7}3.3}5.610.72338.92.34·5{7.615.531.349.92.78.718.035.5一510.52.99.319.637.763。09.720.47一::.{3.2是1234..6493一I1lt,10.021.6一::;注只有一回路的电缆，操作过电压值很低，故未列入表内U(工)m片T式中:。—保护器阀片片数;L"—护层工频过电压值，kV;U"一-一一片阀片所能承受的工频电压值(由保护器生产厂家提供),kV,7.3.2应优先采用氧化锌阀片的保护器。7.4电缆金属护套与保护器连接的要求7.4门连接导线应尽量短，宜采用同轴电缆。7.4.2连接导线截面应满足热稳定要求。7.4.3连接导线的绝缘水平与电缆护层绝缘水平相同‘7.4.4保护器应配有动作记录器 DL401-91附录A电缆线路冲击特性长度和冲击耐受电压(参考件)A1雷电冲击波在电缆线路中的传播设一电缆线路一端与架空线相连，另一端与变压器相连，如图A1所示当雷电冲击波在电缆线路中传播时。沿电缆长度方向各点电压值并不相等由于架空线的波阻抗比电缆大得多，考虑召点的反射波，最高电压总是发生在电缆末端B点。如进人电缆的波为单指数衰减波，当电缆长度不大，且雷击点离电缆较远时，沿电缆脉冲波幅值的衰减可以忽略不计，且只考虑电缆连接点的反射,B点的电压(13,(t)为。:·(，)=U,mexP[一}，一晋)」{a,2aza-aI2az3R12QszeXP(a一，十a,2a23口,,Rizexp(2ar)十⋯⋯、a,zazs/jiz-,风aexp(n一1)ar}1一，2月,,exp(ar)]"}1exp〔一(t一音!〕(A1)一U，一{1一Q,2Razexp(ar)2Z“’2=Z不)一Z,22:I"ll=Z,不万91:一Z,-Z,Z,+zB._=Z2卫2一2,21r一一一别上五式中:(,"d(t)一图A1中B点的电压,kVU:,"雷电冲击波。=认翩一“以去’的幅值，kV;t一时间，Ks;al2,a"L舟一电缆线路两端的折射系数;’9111凤:一一电缆线路两端的反射系数:z一一架空线路波阻抗，Q;z1—变压器波阻抗，fl;2，-一电缆线路波阻抗，n;r—冲击波沿电缆线路长度往返一次所需时间，ps;l一电缆线路长度，m;二一冲击波沿电缆线芯的传播速度.m/ps;a-一冲击波陡度，kV!ps;，，一一折反射次数;二冲击波沿电缆芯线传播某距离、m DL401一91卜一一一‘一一一叫仁-a.全J一二一汤架空线·2不下一电鱿不了一交压S9.Z口,rt,厅120"U-尸必少~3、.~，0}z之奥1}..!{2-D,口1，口，飞b=6,x乙;m`},}=z。.{{万’舀而石一，办"=03U0,10"17I之如临za.公口23声矛zdizU，图A1雷电冲击波在电缆线路中的传播和折反射现象，应在卜十引r>t>I月一12"}r范围内·因为电缆线路进人波为一衰减波，所以只需分析:一(n-12)·时“点的电压，就可确定电缆线路上可能发生的最大冲击电压为(尽1232)”一。Xp(一，tar)Uam=U;.a,za2,(AZ)R?尹，，一exp(一ar)将式(A2)对·微分，并令ddUoH=一。，得—arln,3,风(A3)n片ln<(3:月，，)+UT时，B点冲击电乐有最大值。从上述分析不难看出，当冲击波从架空线进人电缆时，其峰值将大大降低。当进入波到达变压器时，由于全反射而使波幅值增加一倍，但此时变压器受到的冲击波幅值只有架空线上冲击波的几分之一，所以在架空线与变压器间插人电缆后降低了变压器所承受的过电压。但是，如果考虑多次反射，情况就比这复杂实际卜，当反射波的波头走向架空线时，它将叠加到尚在向变压器前进的波尾部分，然后在电缆与架空线连接处冲击波又反射回向变压器，随后又在变压器处反射回架空线。这样重复往返，每次均叠加在其本身波尾上。如冲击波波头走过电缆全长所需的时间小于本身波尾时间，在波尾通过电缆以前将有多次反射叠加，因此电缆和变压器承受的过电压有可能达到很高的数值。反之，如果电缆长度大于波尾长度(波尾时间乘波速)，那末电缆和变压器的承受过电压将不会超过电缆人射波的两倍或架空线七入射波的几分之一A2电缆线路的冲击特性长度和冲击耐受电压由式(A2)可知，当李=1.0，则L产1南(月1庐::)”一exp(一nar)a,,a,sl.0(八4)口，口:、:一exp(一ar)-arIn#，召::且刀牛时，电缆中受到的冲击电压不会超过架空线上人射波幅值因为:In(}3,z(iii)+ar724 DL401一91式(A3)和式(A4)，则可得电缆长度1,o换言之，当电缆长度l等于1。时.电缆中受到最大的冲击电压等于架空线上人射波幅值U。，这个长度2。称为电缆线路的冲击特性长度电缆中可能受到最大冲击电压U+..,和队，比值与电缆长度的关系，根据式(A2)和式(A3川一算所得结果如表Al和图A2所示。图A2电缆实际长度与其特性长度之比1/1。和U-/Ill,二关系表Al和图A2所列的数值是根据110kV电缆波阻抗Z,=30d2，架空线波阻抗Z,=5000和变压器波阻抗Zz=-计算出来的，此时10=380m同理可计算出220kV电缆波阻抗Z,=30Cl架空线波阻抗Z,=350Sl和变压器波阻抗Zz=。时、电缆冲击特性长度1,=430m;500kV电缆波阻抗Z,=300，架空线波阻抗Z,=280dZ和变压器波阻抗7.,=、时，电缆冲击特性长度1,=554m表Al电缆上Ue,=/以。比与电缆长度的关系一一电缆长度1一}100200300500750]0001500,n一U-/I了.、1.451.251.100.990.890.77o.660.弓6」一达到U，时间22。535425157.5}90}!$72一}由图A2可见:a.当电缆实际长度小于冲击特性长度时，电缆的冲击绝缘水平必须取比系统较高值，或对电缆另加保护措施，如在电缆末端再加装一组避雷器保护。当电缆实际长度等于冲击特性长度时，电缆的冲击绝缘水平可与系统取相同值当电缆实际长度大于冲击特性长度时，电缆的冲击绝缘水平可取比系统较低值 DL401-91附录B高压单芯电缆护层绝缘的保护方案(参考件)B1电缆金属护套一端互联接地，另一端接保护器(方案一)如图BI所示。护层所受电压计算公式见表B1表B7电缆金属护套一端互联接地时护层所受电压护层所受电压流经保护器一保护器所受短路方式计算公式的冲击电流一工频电压工频冲击一二相短路:r-,-打一奋X,IZ,-2Z.,)+i31f-一U==一‘「一合(二二2。24,〕。一J3、刀〕一一I(X2)_)节|枯今一I(X‘-2山了)!12乏了蝙I(Z,.,-F-R〕十I,R,!之厂、KU.=(Z21+2艺艺十R斗R一，)A相接地卜—1i二一(IX,t1.,R,("11,=一I(X一!,)地网外短路IZ,e一几R,(2Z,)2十R,-R注①均压线的存在使单相接地时护层和保护器所受工频电压与地网电位无关②由于均压线的存在，单相接地短路电流在AD两点的感应电压只与均压线和金属护套间的面积有关〔式中I(X一2“)项己，和短路电流回路的远近无关(3)由千单相接地时部分短路电流以均压线为回路，在均压线卜造成压降，增大了护层和保护器所受工频电且(式中第二项)。流经均压线的电流愈大，护层和保护器所受的电压愈高刃当网外短路R,---时，由于没有短路电流流经均压线，护层和保护器所受工频电压可降到最低值I(X2a)。它将低于三相和两相短路时的数值，但当均压线对地泄漏电阻小时，效果将降低B5电缆金属护套一端互联接地加回流线(方案五)s5.1接地电流以回流线为回路如图B5所示，护套一端互联接地的电缆线路，为了降低护层电压，通常在其旁边平行敷设一根回流线(两端接地)。当系统单相接地发生在回流线接地的地网中时，接地电流的绝大部分通过回流线、若忽略人地部分的接地电流，此时电缆护套相对于回流线的感应电压为:一{R,、一。2-、10-"lln纂川‘一卜+j2.X，。"llnIyd,‘〔Y1队一Rn+j2wX10"lln捺{I}s5.2部分接地龟流以大地为回路各相电缆护套对回流线的感应电压为、lU;=IZ"na一(1}+去)2n+es..IIL﹄l"N=IZn，一(I。斗1)Z1(比2)一!乙一I2，(I;+1=)Z= DL401一91么了~酬、{_ic0/__一v召:1弓二斤)舟功—{、J、自}_入C‘{，一叮~，%J{OO/，、一全J二二些工一/图135电缆金属护套一端互联接地加回流线Ca)接地电流以回流线为回跻:(b)部分接地电流以大地为回路H6符号说明U,,LT,,,U二一分别为A,B,C相电缆护套对回流线的电压,kV;I-一一总的短路电流，kA木站供给的短路电流，kA;通过回流线直接回归的接地电流,kAI,-—回流线I-感应的电压所形成的以大地为1.1路的循环电流，kAR,_丝.,巨灯_I,=尺1十Kz+Z,YR,R电缆护套两端接地电阻f2;U.一沿线路传来的雷电波幅值，等于线路的百分之五十放电电压“，K一一残_工比，保护器10k.A冲击电流下的残压(幅值)K=保护器2"工频耐压值(有效值)V电缆余属护套的白感电抗,n;l..巾相和边相金属护套的互感阻抗，几Zoi一」2、10",,Iln令2。一边相和边相金属护套的互撼阻抗，几.Z。一)2v、。.Wln易 DL401一91Z,-一均压线的自感阻抗，n，Z=R,+]2X10"wlln(D/r,)尺一一均压线的电阻，0;Z“一均压线和电缆的互感阻抗，n，Z、=j2X10-"wlln(D/d)d"--一电缆与均压线间的几何均距.m;Z一交叉互联的三相电缆护套的等值限抗，n.Z=R.,‘jX+Z。十乙R一一电缆金属护套电阻，0，Z,-—电缆芯线对护套的波阻抗，n，In奋Vre,Z、一一架空线路波阻抗，a;R—均压线的总泄漏电阻(不包括R:和R.).n;Rp—回流线的电阻，n;ZA，一A相电缆护套和发生接地故障八相的线芯之间以大地为回路的互感限抗，n，ZAA=R,+j2-X10-"lln(D/r)ZBA.乙一，—分别为B,C相电缆护套与接地的A相的线芯之间以大地为回路的互感阻抗，日ZBA=R,+)2wX10一?lln(D/d)Z,,=R、一j2-X1(〕一’lln(1)!2d)ZpA,ZpR,Z，一分别为回流线与A,B和C相护套之间以大地为回路的互感阻抗.a,ZIA=R,+i2wX10-"Zln(r)/D,,)Zp9=R,+j2wX10-"Iln(D/DD)Zre=R}+j2wX10-"Iln(D/D,)Z=*一回流线自感阻抗，n;RF.-一大地电阻,RB=7r`fx10-",51;r一一电缆金属护套半径，mm;、—均压线半径，m。;r一电缆线芯半径，mm;r。一回流线等值半径，mm;1一一电缆的长度，m;d—电缆间距离,m;1)一地中等值电流的深度，D=94了万，C17;P-一土壤电阻率,n"m;D=,Ds,从一分别为回流线至A,B,C相电缆的间距;fu.—电缆主绝缘的导磁系数;‘一电缆主绝缘的介电系数附加说明:本导则由能源部电力电缆标准化技术委员会提出和归I1本导则主要起草人:江_I-1洪、唐麓基。'