单芯电缆金属护套接地方式比较分析

＿　｜。　＿　ｌ：　ｌ　一　技　＿ｌ芟　与应用ＪＩ　ＳＨＵ　ＪＩＡＯ　ＬＩＵ　ＹＵ　ＹＩＮＧ　ＹＯＮＧ　单芯电缆金属护套接地方式比较分析　杨　杰　，周承启　，王　磊　（１．乌鲁木齐电业局，新疆乌鲁木齐８３００１１；２．珠海供电局，广东珠海０７１００３）　５１９０００；　３．华北电力大学电气与电子工程学院．河北保定摘要：１１０　ｋＶ电力电缆以其设计寿命长、受外界自然条件影响小、日常维护工作量相对较小、不影响城市景观　等优点得到广泛使用。但是，１１０　ｋＶ电力电缆是单芯电缆，必需考虑其金属护套上的环流问题。针对金属护套上　的环流问题，对常见的１１０　ｋＶ单芯电缆金属护套接地方式进行分析，对比各种接地方式的优缺点．根据实际情况　选择合理的金属护套接地方式。　关键词：单芯电力电缆；金属护套；环流：接地方式　中图分类号：ＴＭ２４７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—７５９８（２０１１）０２—００４８—０４　路固定敷设输送电能ｌ　７－８Ｉ。由内而外有９个部分组成：　Ｏ　引言　随着我国电网改造的深入，由于电力电缆受外　导体线芯部分用于传输电能；导体屏蔽部分（俗称内　半导层）可消除导体线芯表面不光滑的影响，因为线　芯表面不光滑会引起表面电场强度增加，在导体线　芯上绕包内半导层，可使绝缘和电缆导体有良好的　接触，排除了气隙，消除和减少了局部放电。达到均　界因素ｆ风雨雷电等）影响小，传输电能稳定，供电可　靠率高，占地面积小，对市容环境影响小，且发生事　故不易危及人身安全，现代电能传输中大量的架空　线路被电力电缆取代　。当然，电力电缆被敷设在　地下，直埋或置于排管井及廊道内，运行维护方面较　为困难，正确使用电力电缆是降低工程投资、保证安　全可靠供电的重要条件。在城市配电网络中。应用最　广的是１０　ｋＶ电力电缆，一般使用交联聚乙烯铠装三　芯电缆，而ｊ芯电缆都采用两端接地方式，因为在电　缆正常运行中，流过３个线芯的电流相量和为零，在　电缆铜屏蔽层及金属铠装层两端基本上没有感应电　压，　芯电缆铜屏蔽及金属铠装两端一般只需直接　接地即可。由于单芯电缆（３５—１１０　ｋｖ）内部构造不同　于　芯电缆，因此金属护套的接地方式和三芯电缆　有所不同　ｊ。为了说明单芯电力电缆金属护套常见　接地方式的优缺点，针对单芯电力电缆金属护套的４　种接地方式进行分析　１单芯电力电缆结构　（ｂ１截面罔　图１为较为常用的１１０　ｋＶ交联聚乙烯绝缘皱纹　铝护套电力电缆，主要用于１　１０　ｋＶ电压等级输电线　收稿日期：２ｏ１０一】０—２０　图１　１　１０　ｋＶ交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电力电缆　作者简介：杨杰（】９８５—），男，新疆乌鲁木齐人，助理丁程师，从事输电线路勘测设汁方面的工作。　ＪＩ　ＳＨＵ　ＪＩＡＯ　ＬｌＵ　ＹＵ　ＹＩＮＧ　ＹＯＮＧ　技术交流与应用≤　；　《　簪缓　ｌ　＿　匀电场强度的作用；交联聚乙烯绝缘层部分起绝缘　作用，一般采用交联聚乙烯材料，是将高压电极与地　属护层，必须直接接地，且在金属护层上任一点非接地　处的感应电压应满足：在金属护套未采取防止人员任　意接触的安全措施时。不得大于５０　ｖ：采取安全措施　后，不得大于１００　Ｖ。电缆金属护套应针对电缆长度和　电极可靠隔离的关键部位，能长期承受工作电压及　过电压。具有较高的耐电强度，能承受发热导体的热　效应；绝缘屏蔽部分（俗称外半导），与被屏蔽的绝缘　层有良好接触。与金属护套等电位，从而避免在绝缘　层与护套之间发生局部放电；半导体电阻水缓冲层　部分主要在绝缘屏蔽和金属铝护套间起缓冲阻水的　导体中电流大小采取不同的接地形式。交流单相电力　电缆的金属护层的接地方式一般应按照具体线路选择　不同的接地方式，常见的接地方式有以下４种：１）方式　１：金属屏蔽层一端直接接地，另一端通过保护器非直　接接地：２）方式２：金属屏蔽层中点直接接地，两端通过　作用：金属铝护套部分起机械保护作用，能够使电缆　承受一定正压力，提高电缆抗机械损伤的能力。并能　起到一定的电磁屏蔽作用，如果电缆绝缘发生破损。　泄露出来的电流可以顺屏蔽层流人接地网，起到安　全保护的作用；铝护套防护层是在金属铝护套上附　着了１层沥青，能防止金属铝护套被腐蚀；外护套部　分起密封保护作用，针对各种使用环境，使电缆达到　防火防水防腐蚀的要求：石墨半导电层部分是１层石　墨附着于外护套上，石墨具有导电作用，以便于做电　缆外护套试验　２单芯电缆金属护套环流的产生　在单芯电力电缆构成的交流电能传输系统中，　电缆导体和金属护套的关系可以看作１个空心变压　器，电缆导体相当于一次绕组，金属护层相当于二次　绕组．金属护层处于导体电流的交变磁场中，在金属　护套上会产生感应电流，电缆的两端会产生感应电　压．而感应电压的高低与电缆线路的长度和流过导　体的电流成正比，当电缆线路发生短路故障、遭受雷　电冲击或操作过电压时，屏蔽上会形成很高的感应　电压．危及巡检人员人身安全。过电压还可能击穿电　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，严重影响电力电缆的正常　运行，甚至大幅减少电缆使用寿命。一旦发生电缆　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。针对此　情况，如果只将单　邕＝电缆的金属护套两端做直接接　地，此时金属护套会和大地形成回路，产生环流．环　流大小可达到电缆线芯正常输送电流的３０％～８０％．　导致金属护套发热，加速护套老化，增加电能损耗．　影响线路输送容量，破坏线路正常运行　０］　３单芯电缆金属护套的连接与接地分析　根据国内的规范和标准，交流单相电力电缆的金　保护器接地：３）方式３：金属屏蔽层一端直接接地．若干　个护层交叉互联接地，金属屏蔽层中点直接接地．若干　个护层交叉互联接地，另一端金属屏蔽层直接接地：４）　方式４：金属屏蔽层两端直接接地。　３．１　方式１　方式１的接线如图２所示。为了解决一端直接接　地，在另一端会出现过电压的问题，电缆线路不长　时，电缆金属护套应在线路一端直接接地，另一端经　过电压保护器间接接地。电缆金属护层一端直接接　地，另一端不接地，则电缆金属护层中无环流，但当　操作过电压或雷电过电压波沿电缆线　流动时，电　缆金属护层不接地端会出现较高的冲击过电压；另　外，当电缆较长时，电缆非直接接地端产生的感应电　压较高。为保证人身安全，电缆在正常运行时，非直　接接地端感应电压应限制在５０￣以内。因此，为了限　制上述过电压对电缆金属护层的危害，保证巡检人　员人身安全，应该在电缆金属护套非接地端加装护　层过电压保护器。其一般采用氧化锌非线性电阻片　作为保护单元，在电缆线路正常＿Ｔ＝作状态时，高乐电　缆护层保护器呈现高电阻状态，截断电缆金属护层　中的１二频感应电流回路：当电缆线路　现接地故障、　雷电过电压、操作过电压导致电缆金属护层中出现　很高的Ｔ频过电压或冲击过电压时，电缆护层保护　器呈现低电阻导通状态，使故障电流经保护器迅速　泄人大地，起到保护电缆外护层绝缘的作用。此种接　地方式在非直接接地端产生较高的感应电压，但由　于对地没有构成回路，电缆金属护层中无环流通过．　有利于提高电缆的传输容量。一般适用于较短线路，　线路的最大长度取决于非接地端所允许产生的最高　感应电压。一端接地除了安装费用较高外，在短路和　投切过程中金属护层的自由终端可能会ｍ现较高的　感应电压。故此种接地方式适用的电缆不能太长，仅　适用于单芯电缆长度小于５００　ｍ的情况。　护套一端接地的电缆线路，还必须安装ｌ条沿电　缆线路平行敷设的导体，导体的两端接地，这种导体　｜　ｉ　羲　萎　麓誊薯，一一　摄拣交流与盈融　ＪＩ　ＳＨＵ　ＪＩＡＯ　ＬＩＵ　ＹＵ　ＹＩＮＧ　ＹＯＮＧ　称为回流线。为了避免正常运行时回流线内出现环　在电气上断开的接头。　形电流，敷设回流线时应使它与中间一相电缆的距　离为０．７　（　为相邻电缆轴间距离），并在电缆线路的　半处换位。单相接地短路故障时，接地短路电流　可以通过回流线流回系统的中性点，特别是当接地　故障发生在回流线的接地网中时。接地电流的绝大　部分通过回流线。由于通过回流线的接地电流产生　一图４方式３接线示意图　的磁通抵消了一部分电缆导线接地电流所产生的磁　通（两者电流方向相反），因而装设回流线后可降低　现单就１个区段讲解交叉互联原理，如图５所示．　Ａ相护套中的感应电流从Ａ　点经Ａ相护套至Ａ　点，经　短路故障时护套的感应电压，同时也防止了电缆线　路附近的二次信号和通信用的电缆产生很大的感应　电压，回流线的两端应可靠接地，截面积应满足短路　电流热稳定的要求。　圈２方式１接线示意图　３－２方式２　电缆金属护套中间直接接地、两端经保护器接　地，是一端直接接地的引伸，可以把一端直接接地电　缆的最大长度增加１倍，接线方式和原理与一端直接　接地一样，其适用于长约ｌ　０００　ｍ的电缆线路，如图３　所示　圈３方式２接线不意图　３．３方式３　对于更长一级的单芯电缆，且负载率很高的单　芯电缆宜划分适当的单元设置绝缘接头，使电缆金　属护套分隔在３个区段以交叉互联接地。如图４所示。　图４中画出分区段互联接地的２个单元。把１个交叉　互联接地段看作是１个单元，由于该单元金属护套是　两端直接接地，所以任何长度的电缆都可以分成若　干个单元。在此，需要就图４中所示的直通接头及绝　缘接头做出解释。直通接头是连接２根电缆形成连　续电路的接头。特指接头的金属外壳与被连接电缆　的金属屏蔽和绝缘屏蔽在电气上连续的接头：绝缘　接头就是将电缆的金属护套、金属屏蔽和绝缘屏蔽　过换相至ｃ　点，再经Ｃ相第二段电缆护套的护套至ｃ　点，随后换相至Ｂ　点，再经Ｂ相第三段电缆的护套至　Ｂ　点接地，从而完成金属护套的完全换位。Ｂ相和Ｃ　相护套采用同样换位方法。由于此三根单芯电缆的３　个换位段长度大致相等，如果三段电缆中每个护套　段距离相等，经以上方法换位后其电流的矢量和为　零，那么电缆末端金属护套感应电压就是零。可以直　接将其接地，而不会在金属护套中出现环流。所以任　何长度的电缆，都可以分成若干个单元，理论上这种　接线方式适用于各种长度的电缆，但其投资较大，常　用于１　０００　１ＴＩ以上且输送容量很大的单芯电缆。　图５方式３单区段接线示意图　３．４方式４　出于经济方面的考虑，对一些电缆长度很短，负　载也很小的情况下，当金属护套环流很小、传输功率　较小时，金属护套上的感应电压极小，损耗不显著，　对载流量影响不大，也可以将金属护套的两端直接　接地，如图６所示。两端直接接地，就是将金属护套的　两端均直接接地，不需要装设电缆护层保护器可减　少运行维护工作，这种方式感应电压会引起金属护　套内产生环流，产生附加损耗。不需加装保护器．这　与护套上的电能损耗相比还是经济的，其安装及后　期维护都较为容易。　图６方式４接线示意图　ＪＩ　ＳＨＵ　ＡＯ　ＬＩＵ　ＹＵ　ＹＩＮＧ　ＯＮＧ　援术交瀛与敷　－一ｔ　０叠　薯薯　｜｜≯ｌ譬　：　强综上所述．可以看出由于方式１和方式２中的护　缆的金属护套接地问题涉及电缆线路设计、安装、运　套另一侧不直接接地，故护套上无环流，损耗较小，　但由于护套上感应电压问题，其只适合于较短的电　缆　以上２种方式都加装了护层保护器，所以会增加　运维检修工作。方式３可有效降低感应电压，减小护　套环流。有利于提高电缆传输容量。此种接线方式　投资较大，施工丁艺较为复杂，同时也增加了后期运　行维护、投资等各个方面，必须根据实际情况综合各　方面因素选择较为合适的接地方式，才能保证电缆　线路的长期安全可靠运行。　参考文献　［１］蒲路，郑建康，景晓东，等．交联电力电缆运行维护新技术　评估ＩＪＪ．陕西电力，２００９，３７（７）：５７—６１．　［２］　陈强．安康城区电缆人地改造中的技术分析ｌ　Ｊ１．陕西电　行维护工作，故只应用于长距离大负载电缆。方式４　接线较为简单，运行维护方面也较为简单，但由于其　两端直接接地后，金属护套与大地形成回路，在电能　力，２００６，３４（６）：３７—３８．　输送过程中会带来一定的损耗。相对于其他几种接　［３】罗俊华，周作春，李华春，等．单芯电力电缆金属护层过电　地方式此种方式较为经济，但只适合于很短的电缆，　压保护器参数设计ＩＪＩ．高电压技术，２００８，３４（２）：３５５—３５８，　３７２．　且电缆的负载率不高的情况。　［４］李文豪，崔校玉，陈维荣，等．客运专线１０　ｋＶ单芯电缆接　地方式的研究『Ｊｌ＿铁道工程学报，２００９，２６（４）：３９—４２．　４结论　［５］王敏．１０　ｋＶ单相电力电缆屏蔽层的感应电压和环流ｌＪＩ＿高　电压技术，２００２，２８（５）：３０—３２．　单芯电缆金属护套的接地直接影响电缆运行，　［６］盛鹏，李杰．１１０ｋＶ电缆线路护层接地方式及护层保护的　金属护套采取合适的接地方式，不仅可以提高电缆　一些措施　四川电力技术，２００８，３１（８）：９１—９４．　载流量，降低工程造价，而且对今后设备的运行维护　［７］郑肇骥，王琨明．高压电缆线路［Ｍ】．北京：水利电力出版　都非常重要。因此在电缆线路设计施工中，应特别　社．１９８１．　注意金属护套的接地方式。在高压单芯电缆的设计　［８］刘子玉，王惠明．电力电缆结构设计原理［Ｍ］．西安：西安　交通大学出版社．１９９５．　中，由于电缆金属护层感应电压的存在，在单点直　［９］贾欣，喻明，王瑛，等．三回路单芯电缆护套感应电势的计　接接地、两端直接接地、分区段交叉互联接地３种接　算［Ｊ１．高电压技术，２０００，２６（５）：６１—６２．　地方式中采取何种适宜的接地方式．主要是考虑感　［１０］陈创庭，张国胜，周志成，等．环流法监￣Ｊ］ＸＬＰＥ电缆金属　应电压的幅值是否小于５０Ｖ，从而可保证巡视检修　护套多点接地『ＪＪ．高电压技术，２００２，２８（７）：２８—２９，４０．　人员安全，并采取较为经济的方法减少环流的危害　（责任编辑张健）　也是在设计中需要考虑的重要问题。１　１０　ｋＶ电力电　Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　Ａｎａｌ３＂ａｒａｔｌｖｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　０ｎ　　ＭｅｔａｌＭ　ｅｔａｌ　Ｓｈｅａｔｈｓ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ＩＩｅａｔＩＩＳ　ｃｌｉｎｇ　Ｍｏｄｅｓ　０ｆ　Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｒｅ　Ｃａｂｌｅｓ　ＹＡＮＧ　Ｊｉｅ　，ＺＨＯＵ　Ｃｈｅｎｇ－ｑｉ　，ＷＡＮＧ　Ｌｅｉ　（１．Ｕｒｕｍｑｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｕｒｕｍｑｉ　８３００　１　１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｕｈａｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｚｈｕｈａｉ　５　１　９０００，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ　０７　１００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ　ｏｆ　ｃｉｔｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｇｒｉｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ　１　１０　ｋＶ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃａｂｌｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｇｒｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｌｏｎｇ　ｌｉｆｅ，ｍｉｎｉｍａｌ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆｒｏｍ　ｎａｔｕｒａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｌｉｔｔｌｅ　ｄａｉｌｙ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｎｏ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｏ　ｃｉｔｙ　ｓｃｅｎｅｒｙ．Ｆｏｕｒ　ｃｏｍｍｏｎ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｍｏｄｅｓ　ｉｎ　ｍｅｔａｌ　ｓｈｅａｔｈｓ　ｏｆ　ｌ　１０　ｋＶ　ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｒｅ　ｃａｂｌｅｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｏ　ｓｅｌｅｃｔ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｍｅｔａｌ　ｓｈｅａｔｈ　ａｓ　ｐｅｒ　ｒｅａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ—ｃｏｒｅ　ｃａｂｌｅｓ；ｍｅｔａｌ　ｓｈｅａｔｈｓ；ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ；ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ