5.4.2.1 保护器的作用和特性

当电缆导体中有雷击或操作过电压冲击波传播时，电缆金属护套会感应产生冲击过电压。

一端接地的电缆线路可在非接地端装设保护器，交叉互联的电缆线路可在绝缘接头处装设保护器以限制金属护套上和绝缘接头绝缘片两侧冲击过电压的升高。

电缆金属护套的保护方式，曾经过一段摸索过程，我国早期曾采用过放电间隙保护，后来采用带间隙的碳化硅电阻片保护。这些保护器的特性较差，对冲击过电压的反应较慢，残压较高。近几年来，研制了氧化锌电阻阀片避雷器，这种氧化锌电阻片是以高纯度的氧化锌为主要成分，添加微量的铋、锰、锑、铬、铅等氧化物，经过充分混合、造粒、成型、侧面加釉等加工过程，并在1000℃以上的高温下烧制而成。氧化锌阀片具有良好的非线性，同时氧化锌阀片避雷器没有串联间隙，因而保护特性好，已逐渐用作电力系统高压电气设备的保护。目前电缆金属护套的保护也普遍采用氧化锌阀片保护器。在正常工作电压下，保护器呈现高电阻，通过保护器的工作电流极其微小（微安级），基本处于截止状态，使护套与大地之间不成通路。当金属护套上出现的雷击或操作过电压达到保护器的起始动作电压时，保护器的电阻值很快下降，使过电压电流较容易地由金属护套经保护器流入大地，这时金属护套上的电压仅为通过电流时保护器的残压，而保护器的残压和起始动作电压比冲击过电压低得多，并且比金属护套冲击试验电压也小得多，因而使金属护套绝缘免遭过电压的破坏。当过电压消失后，电阻阀片又恢复其高阻特性，保护器和电缆线路又恢复到正常工作状态。而保护器能在最大冲击电流通过时，累积20次作用而不损坏。

当线路出现短路故障时，金属护套上及绝缘接头的绝缘片间也将感应产生较高的工频过电压。此过电压的时间较长，一般为后备保护切除短路故障的时间（2s），此时保护器应在这种最大工频过电压作用下，能承受5s而不损坏。

表5-4-2-1列出了保护器所用氧化锌阀片的规格、性能。如果单片阀片的工频耐压值小于金属护套上和绝缘接头绝缘片两侧可能出现的工频过电压时，可多用几片阀片，但是片数增加后，其残压值也随之提高，而残压提高后的数值应小于0.7倍外护套的冲击试验电压（见表5-4-2-2）。工频耐压提高后的数值应低于外护套的工频试验电压。

表5-4-2-1　氧化锌阀片规格、性能

表5-4-2-2　电缆外护套的冲击试验电压　单位：kV

例：FT电站的110kV充油电缆线路，长度300m，经计算，一端接地时，金属护套上工频过电压最大为1946V，冲击过电压时，保护器通过的冲击电流为3.33kA，因此采用两片φ100×10氧化锌阀片作为保护器，满足了电缆线路的要求。

5.4.2.2 保护器的安装与连接

保护器以分相布置为好，这样连线最短又互不影响。在地方受限制时也可以三相装在一个箱内。保护器装设的位置应满足在正常运行时，人不会触及保护器的带电部分，同时又便于巡视和检修。在保护器的地线上最好能加装过电压动作自动记录仪，以监视电缆运行情况。保护器的三相接线方式宜采用Y0接线。

电缆护层保护器有单相式与三相式两种。单相式是由一片或数片组成的单相阀，装于密封的盒内；三相式是由三片或三组阀片组成。图5-4-2-1所示为FCD型电缆交叉互联箱内部结构示意图。三相保护器装在箱内，可以拆卸，当金属护套及连接线进行10kV直流电压试验时，将保护器拆下，防止损坏。

图5-4-2-1　FCD型电缆交叉互联箱内部结构示意图（单位：mm）

1—电缆进线口；2—夹线座；3—连接片；4—交叉连接片；5—接地端子；6—芯线夹座；7—接地柱；8—连接接地片；9—弓形连接片；10—护层保护器

保护器作星形接线，中性点接至地线，箱内尚有三相换位的连接片，使同轴电缆引线的外导体经过换位后接至内导体，通过这一换位来实现金属护套的交叉互联，这种接线箱适用于绝缘接头绝缘片两侧接线。图5-4-2-2所示为交叉互联箱在电缆线路上的布置图。

还有一种接线箱，无换位接线，同轴电缆的外导体在接线箱处直接接地。不换位的保护器接线箱及单相接线箱适用于单端接地的电缆线路。三相保护器作星形接线后，中性点接至电缆线路的回流线接地，如图5-4-2-2所示。

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图5-4-2-2　交叉互联箱在电缆线路上的布置示意图

1—电缆；2—绝缘接头；3—绝缘片；4—同轴电缆；5—保护器；6—换位连接线；7—接地线；8—交叉互联箱

电缆金属护套至保护器的连接线应尽量短，一般限制在10m以内，以减小波阻抗。该连接线应采用波阻抗小的同轴电缆，因为同轴电缆单位长度的等值电阻比裸导线低得多，这样一来，就降低了护套上的电压，尤其对于陡波效果更为显著。

电缆金属护套间及至保护器的连接导线截面，应满足在通过可能最大电流时不烧坏。

5.4.2.3 金属护套接地的注意事项

（1）金属护套一端接地的电缆线路如与架空线路相连接时，直接接地点一般装设在与架空线路相连接的一端，保护器装设在另一端，这样可以降低金属护套上的冲击过电压。

（2）有的电缆线路在电缆终端下部，套装了电流互感器作为电流测量和继电保护使用。金属护套两端接地的电缆线路，正常运行时，金属护套上有环流；金属护套一端接地或交叉互联的电缆线路，当金属护套出现冲击过电压、保护器动作时，金属护套上有很大的电流经接地线流入大地。这些电流都将在电流互感器上反应出来，为了抵消这些电流的影响，必须将套有电流互感器一端的金属护套接地线，或者连接保护器的接地线自上而下穿过电流互感器，如图5-4-2-3所示。

图5-4-2-3　护套接地线穿过电流互感器示意图

1—电缆；2—终端；3—电流互感器；4—护套接地线

（3）电缆终端尾管下裸露的金属护套及尾管油管路的绝缘接管离地面的距离应在2.5m以上，以免运行人员触及或碰撞，否则应采取绝缘措施。

（4）单芯高压电缆护层绝缘具有重要作用，不可损坏。电缆线路除规定接地的地方以外，其他部位不得有接地情况。

1）电缆线路非接地的金属护套有感应电压，当护层绝缘不良时将引起金属护套交流电腐蚀或火花放电而损坏金属护套。另外绝缘层对金属护套还有防止化学腐蚀的作用。

2）如果护层绝缘不良，对于一端接地的电缆线路或交叉互联的线路，当冲击过电压时，保护器尚未动作，护层绝缘薄弱的地方就可能先被击穿。

3）金属护套两端接地或交叉互联的电缆线路，当电力系统发生单相接地时，故障电流很大，金属护套中环行电流也很大。如故障电流为6kA时，两端接地电阻即使很小（如为0.5Ω），当通过环行电流时，金属护套电压可能被升高到3000V，如果护层绝缘不良将会被击穿而烧坏金属护套和加强带。

4）护层绝缘损坏击穿后，电缆线路将形成两点或多点接地，金属护套上将产生环行电流。因此电缆线路除规定接地的地方以外，其他部位不得有接地的情况。金属护套的绝缘必须完整良好，施工中必须注意防止护层绝缘损伤，电缆金属护套与金属构件或其他装置相连接时应装设绝缘件以防止接地。如电缆终端底座与支架间相连接的四个支点，需装设绝缘子；电缆终端尾管与压力箱连接的油管路上需装设绝缘接管；电缆接头套管与支墩间需装设绝缘件；金属护套与保护器之间的连接线不能用裸导线，一般采用同轴电缆，以保证引线对地的绝缘。这些绝缘件的绝缘性能应与电缆金属护套对地绝缘具有同一水平（能承受10kV直流电压1min）。安装时可用电压为1kV的兆欧表测量其绝缘电阻，其值应大于5MΩ。

【注释】

[1]具体的尺寸，不同制造厂的产品略有差异，应按制造厂给定的施工图量取。本例标注的尺寸只适用于本例。

[2]具体尺寸应按制造厂给定的施工图量取。本例标注的尺寸只适用于本例。

[3]具体的尺寸应按制造厂的施工图量取。本例标注的尺寸只适用于本例。