在110kV的高壓電網中，通常將充氣電纜(內部充氣和外部充氣的電纜)敷設在鋼導管中。使用時，鋼管內充裝氣體壓力為(15~16)X10Pa(15~16bar)的氣。如圖14-1所示為外部充氣的充氣電纜的剖視圖。

為此，應將鋼導管兩端密封并與接地裝置絕緣，這樣，承載高壓電纜的鋼導管與所有其他與大地接觸的金屬構筑物實現(xiàn)電絕緣。當電網發(fā)生故障時，為防止出現(xiàn)超標的接觸電壓，必須經由直流去耦器件連接到站內的接地系統(tǒng)上(見圖14-2)[6]。

圖14-1外部充氣的充氣電纜的剖視圖

14.2.1(在套管與接地之間)直流去耦器件的要求

在正常運行中以及電網發(fā)生故障時，直流去耦器件必須滿足以下要求:

(1)它們決不容許產生任何不允許的危險電壓;

(2)在熱力學和力學性能上它們必須維持恒定不變的電流;

(3)它們必須設計成能夠應對預期的瞬時過電壓;

(4)必須確保陰極保護的有效性;

(5)它們應有盡可能低的電阻，一旦發(fā)生短路時能夠維持管子的還原作用。在高壓裝置上開關操作時會引起瞬時過電壓。其結果，如在接地導體中，能夠發(fā)生瞬間高電壓和高電流。在瞬時過電壓時，常常出現(xiàn)幾千赫茲至幾兆赫茲頻率的回波震蕩。與

開啟式裝置相比，在六氟化硫(SF)氣體絕緣的裝置上往往更容易發(fā)生與頻率和振幅有關的較高的瞬時過電壓。

在考慮允許的接觸電壓的限制條件時，必須把機械負荷與熱力負荷考慮在內[2]。如圖 14-3所示為允許的接觸電壓隨電流故障的時間長短的變化情況。從鋼管與接地裝置到直流去耦器件的連接線應越短越好，電感應當越小越好，這樣可以減少在電纜密封端絕緣部件上發(fā)生飛弧的概率。

14.2.2 直流去耦器件的類型與電路

14.2.2.1 低歐姆電阻

如圖14-4所示為約0.01的低歐姆電阻直流去耦器件的電路。采用這樣的去耦器件，甚至是在高故障電流時，也不會產生不允許的接觸電壓。在接地短路電流高達15kA、故障時間長達0.5s的情況下，造成的150V接觸電壓仍在容許范圍以內。要實施陰極保護可借助直流電壓電源在單個電阻或一組電阻上造成大約1V的電壓降(見14.2.3節(jié))，使鋼導管與接地裝置實現(xiàn)必要的直流電壓分離[6]。

14.2.2.2 高歐姆電阻

在本節(jié)中，大約 100m 就理解為高歐姆電阻。這些電阻不能像10mΩ 那樣承受高的負荷。為防止這些高歐姆電阻受到過電壓，應并聯(lián)連接一個擊穿保險絲(電壓保險絲)。一旦該電阻上的電壓降達到擊穿保險絲的標稱值，該保險絲會立刻熔斷。圖14-5即為這樣的放電器的電路。

14.2.2.2 高歐姆電阻

在有諧振接地的電網中，一旦發(fā)生電流故障，剩余接地故障電流或線圈電流或它們的一部分會用好幾個小時流過此電阻。根據電網規(guī)模，此線圈電流能夠高達400A。陰極保護的管子上的故障電流和電壓的詳細說明參見參考文獻[8]。

連接一個由縱向扼流圈與橫向電容器組成的π元件，就能夠避免通過瞬時過電壓時擊穿保險絲不必要的加載。所謂鐵芯扼流圈大多用于串聯(lián)扼流圈，這是電力電子學中常用的器件。最好在π元件的輸人與輸出配一個67的阻尼元件。

14.2.2.3 采用鎳鎘電池的直流去耦器件

鎳鎘電池的交流電阻非常低，只有1m2。電池的充電狀態(tài)是次要的。鎳鎘電池必須有足夠的電流容量和電流穩(wěn)定性。它們能夠直接用作直流去耦器件(見圖14-6)[6]。

正常運行時，熔斷保險絲是不連接的，因為假如令其動作，電池就會發(fā)生短路而被破壞。當電纜通電工作且陰極保護站中斷時，將此開關閉合就使保險絲連接上了。拆下隔離連接線就能隔開1.2V的鎳鎘電池。最終，閉合接地匯流線，建立直接接地。此電池的安裝步驟與此相反。

在運行中，必須使電池的充電狀態(tài)維持0.9~1.2V的電池電壓[6]。因為水會電解分解并析出氣體，所以要避免電池過量充電。因此，電池電壓不得超過1.4V。陰極保護站應在此電池電壓理想的范圍內工作。14.2.2.4 極化電池

極化電池是一個電化學組件，其中，鎳電極或不銹鋼電極浸沒在50%KOH溶液中[9]。在交流電作用下，因為電解液有良好的導電性，并且具有電子導電性鈍化層的鈍化材料有很低的極化阻抗，所以，極化電池有一個幾毫歐姆數(shù)量級的電阻。比較高的幾十歐姆的直流電阻相當于無氧化還原介質中鈍化電極的高極化電阻，假如按照式(2-9)發(fā)生氧化還原反應，或因為發(fā)生式(2-17)和式(2-18)的電化學反應而使極化電池的電壓超過水的分解電壓(按照圖2-2是1.23V)，該電阻就會被擊穿。

在運行中，因為不可避免地存在痕量的氧化還原物質(如空氣中的氧)，所以會有最多1mA的少量擴散電流在流動。當處于交流作用下，通常有一個反向電容充電。但是有足夠高的電壓振幅時，因為水發(fā)生電解，會有感應電流在流動。為了保持足夠小的感應電流，交流電長時間不得大于最大允許短路電流的0.1%。否則，極化狀態(tài)會被破壞，直

必須定期(如每年2次)檢查極化電池，檢查其是否因為電解使水損失很多。如有必要，應添加去離子水到正確液位。此外，每4年應更換1次電解液。為了盡可能減小陰極保護的負荷，建議將直流去耦器件設計成使預期最大的故障電流量能夠流過的盡可能小的極化電池。

14.2.2.5 采用硅二極管的直流去耦器件如壁題資中

 向傳輸方向加載達到閾電壓為+0.7V時，硅二極管的內阻非常高。假如超出該電壓，內阻就減小。如圖14-8所示非對稱反向并聯(lián)電路中，當電壓值介于一2.8V(電壓的4倍)與約+0.7V(電壓)之間時，直去器件前后的電壓會增大

由于鋼導管比接地裝置大約負1V，所以此鋼導管有必要實施陰極保護。假如不超過二極管的閾電壓，此二極管就構成高電阻連接。當電纜結構不對稱或電網故障時，由于該電纜的對稱負荷，該鋼導管中的感應電壓能夠超過這個閾電壓。然后，這個不對稱的二極管布置會起作用，因此有任何高交流干擾時，此鋼導管保持比接地裝置負大約1V。這涉及一個平均直流電壓，它造成交流電壓正半周期間在支路上的直流去耦器件變成低歐姆這樣，鋼導管與接地裝置之間的電壓可以達到約十0.7V。在交流電壓負半周期間，這個電壓大約為-2.8V。因此，算術平均值為一1.05V(見圖14-9)[10]。要達到其他電壓值,只有1個二極管的支路應保持不變，而另一支路上的二極管數(shù)量可以相應變動[見式(23-45)。

孫直流去耦器件帶有對稱的反并聯(lián)電路是不合邏輯的，因為在鋼導管與接地裝置之間通常存在50Hz的交流電壓。采用對稱二極管電路時，在每一支路中必須串聯(lián)相當多的二極管，才能使鋼導管與接地裝置之間的交流電壓保持在低于串聯(lián)的那些二極管的閾電壓總和，否則，平均電壓等于零。那么就再也不可能實施鋼導管的陰極保護了。14.2.3 陰極保護站的安裝

假如鋼導管的陰極保護至多需要10mA的小電流，只要其對接地或對與之連接的裝置沒有明顯的陽極性損壞危險，就可以將變壓整流器的正極接到陰極保護站的接地上。在這種情況中，當開啟陰極保護站時，接地裝置的電位朝正向偏移不超過10mV[6]。當需要更大的電流量時，陰極保護站里需要配備額外的整流器，這樣就抵消了陰極保護站接地的陽極性負荷。采用深井陽極形式，必須利于強制電流輔助陽極的安裝(見9.1.3節(jié)和12.3節(jié))。

低電阻直流去耦器件需要的電流量總是非常大。為了經由陰極保護站里的電阻直接注人保護電流，有必要選用一臺低輸出電壓和高電流的整流器。采用鎳鎘電池或硅二極管的低電阻直流去耦器件時，可以沿電纜走向分布腐蝕防護站。采用鎳鎘電池的直流去耦器件時，如果保護電流需要量也很低，就可以安裝整流器來維持該電池電壓。當直流去耦器件采用極化電池或硅二極管時，在陰極保護中也可以包括犧牲陽極。

為了對陰極保護實施調節(jié)和監(jiān)管，電纜沿線必須有測試點(見10.3.2節(jié))。這些測試點可以很方便地安裝在電纜套管上。測試點之間的距離大約為0.5km。安裝測量導管電流的測試點也能方便地確定事故性接觸的確切位置。

14.2.4 陰極保護的控制與維護

  不能用斷電電位控制陰極保護。只有在直流去耦器件與接地裝置隔離的條件下，進行測量才是正確的。但是，裝置在運行時這是不允許的。假如直流去耦器件沒有隔離，由于均衡的電流、電化學電容電流或由于整流的交流電流就會得出不真實的斷電電位(見23.5.4.2節(jié))。為在運行期間測量無IR降電位，惟一可以考慮的方法就是使用3.3.3.2節(jié)中的外部測量探頭。因此，在建立裝置后，應立即將其安裝到位。

在試運行前以及在臨時停工時，能夠在外部充氣電纜上測量斷電電位。一般說來，進行 U和U。測量能夠得出陰極保護有效性的比較信息。如果偏離這些參照值，通常能夠查出有外部接觸。在這方面，與外部線路交叉、套管和直流去耦器件故障都是可能的原因。

為評價陰極保護，除了電阻率非常高的土壤外，根據經驗，要采用Ucucuso,=-1.5V的通電電位平均值。采用該值，沒有發(fā)生過雜散電流造成的危險[61。