针对电缆金属护套不同的接地方式的探讨

摘要：电缆金属护套采取合理的联接和接地方式, 不仅可以提高电缆载流量, 降低工程造价, 而且对电力线路的安全运行都是非常重要的。本文通过不同接地方式进行分析, 提出相应的解决方法, 确保高压电力电缆的安全运行。

关键词：金属护套；电力电缆；接地方式；

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

随着城市建设的发展, 电力电缆的应用日趋广泛。交联聚乙烯( XLPE ) 电缆因其性能优、重量轻、敷设简单、维护方便等诸多优点得到迅速发展, 而它的安全运行与其金属护层接地方式密切相关。高压单芯电缆通常由金属导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、衬垫层、金属护套和外护层等组成。金属护层应满足在发生单相接地故障时, 能承受故障电流流过金属护层而不致损坏, 并起到保护和防水的作用。

1、电缆金属护套接地方式

1.1金属护套两端接地

电缆线路很短、最大利用小时数较低, 且传输容量有较大裕度时, 电缆线路可采用金属护套两端接地的方式。因为电缆线路很短、传输容量很小时, 金属护套上的感应电压也小, 金属护套两端接地形成通路后, 护套中的环流也很小, 造成的损耗不显著,对电缆的载流量影响不大。

1.2金属护套一端接地

线路不长(一般为500m 以下) , 电缆金属护套可以采用一端直接接地, 另一端经保护器接地的方式。采用该方式时, 电缆金属护套在正常满负载情况下的感应电压在维护人员不能采取防护措施而接触护套时, 不得大于50 V; 反之, 不得大于100 V。为降低电缆线路发生故障时金属护套的感应电压, 防止干扰电缆线路附近的其他电缆线路及通信线路, 需沿电缆线路平行敷设一根回流线。回流线的两端应可靠接地, 其截面应满足短路电流热稳定的要求。

1.3金属护套中间接地

电缆线路稍长, 且无法分成三段组成交叉互联系统, 当采用一端接地, 另一端感应电压太高时, 可采用金属护套中点接地的方式。该方式是在电缆线路的中间将金属护套接地, 电缆两端各装设一组保护器, 并按金属护套一端接地方式的相关规定加设回流线。

1.4金属护套交叉互联接地

电缆线路很长(约在1000 m 以上)时, 可将电缆均匀分割成三段或三的倍数段, 采用金属护套交叉互联的接地方式。每组交叉互联段中的两小段之间装设绝缘接头, 绝缘接头处的金属护套通过同轴电缆经交叉互联箱进行换位连接(交叉互联) , 绝缘接头处装设一组保护器, 每组交叉互联段的两端金属护套直接接地。金属护套采用交叉互联的接地方式时, 感应电压低、环流小, 且不需装设回流线。

2、10kV以下电压等级电力电缆接地方式

2.1两端直接接地的方式

10kV以下电压等级的电力电缆通常为三芯电缆, 当为三芯电缆正常运行时金属铠装层外基本没有磁场, 两端基本没有感应电压, 亦不会产生感应电流; 若三个线芯的电流总和不等于零, 由于金属铠装层的阻抗较大, 环流尚不过分显著, 金属铠装层中产生的感应电流仅为线芯电流5%~ 8% ; 故敷设时可采取金属铠装层两端直接接地保护方式。

2.2一端接地的方式

一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地, 另一端金属屏蔽对地开路不互联。一般应在与架空线连接端一端接地, 以减小线路受雷击时的过电压。一端接地后, 可以消除护层循环电流, 减少线路损耗。但开路端在正常运行时有感应电压。在雷击和操作时, 金属屏蔽开路端可能出现很高的冲击过电压。系统发生短路事故和短路电流流经芯线时, 金属屏蔽不接地端也可能出现很高的工频感应电压。当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时, 就会造成金属护套的多点接地。因此, 这种方式宜用于线路距离较短, 金属护套上任一非接地处的正常感应电压较小时。

2.3一端直接接地, 另一端采用护套保护器接地的方式

为防止金属屏蔽一端接地时开路端的过电压击穿外护套, 开路端装设护层保护器是限制护层过电压的有效措施。保护器在正常运行条件下呈现较高的电阻。当护套出现冲击过电压时, 保护器呈现较小的电阻, 这时, 作用在金属护套上的电压就是保护器的残压。电缆线路较短时( 500 m以内), 金属护套通常采用一端直接接地(单点互联接地) , 另一端通过保护接地, 其他部位对地绝缘没有构成回路, 可以减少及消除环流, 有利于提高电缆的传输容量及电缆的安全运行。

2.4中点直接接地, 两端采取保护接地方式

电缆线路较长时( 1 000 m 以内), 若电缆线路采用一端接地, 其金属护套感应电压将不满足设计规范要求, 可以在电缆线路的中点将电缆的金属护套进行单点互联接地, 且保证电缆金属护套感应电压不超过50 V, 因此, 中点接地安装方式的电缆线路可看作2 个一端接地电缆线路连接在一起安装方式。

当采用中点接地方式时, 根据实际情况, 若电缆长度、运输及敷设能满足要求时, 在施工中可选用单根电缆敷设安装, 在电缆中点部位仅破开电缆的外护套, 直接在铝波纹护套上安装接地装置, 在安装后要做好外护层与金属护套防水处理工作。该安装方式优点是: 电缆未安装中间接头, 避免在安装接头过程中产生绝缘薄弱环节, 同时电缆路本体无畸变的电场, 有利于提高电缆使用寿命及载流量, 节约工程成本, 减少运行维护工作量及故障点,保证电力电缆安全可靠运行。

3、35kV及以上电压等级电力电缆接地方式

3.1 35kV 以上电压等级电力电缆一般都是单芯电缆,若电缆金属护套一端三相互联并接地, 另一端不接地, 则电缆金属护套中虽无环流, 但在未接地端会出现冲击过电压或工频感应过电压。过电压可能击穿电缆外护层绝缘, 造成电缆金属护套多点接地故障, 大幅增加环流附加热损耗, 严重地影响电力电缆正常运行甚至大幅减少电缆使用寿命。

3.2为了解决电缆金属护套两端同时接地存在环流, 一端直接接地在另一端会出现过电压等问题,电缆金属护套应针对电缆长度和导体中电流大小采取不同的接地形式。

3.2.1电缆线路较短时, 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接地, 电缆越长, 电缆非直接接地端产生的感应电压越高, 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50V以内, 在短路等故障情况下, 金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压, 配合系数不小于1.4。因此, 一端直接接地的接线方式适用的电缆不能太长。

3.2.2电缆线路较长时, 即使采用金属护套中间接地, 也会有很高的感应电压，当高压单芯电力电缆线路正常运行时, 中间接头经护层保护器, 护层保护器呈高电阻, 起交叉换位、限制电缆金属护套工频感应电压作用; 当雷电波和内部过电压波侵入电缆线芯, 或电缆线路发生接地故障时, 护层保护器呈低电阻, 使电流经保护器迅速泻入大地, 将金属护套中的过电压钳制在电缆外护层冲击绝缘水平以下, 以达到保护电缆的目的。

3.3如果三相电流对称, 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。感应电压最高的地方出现在绝缘接头处, 因此在此处应装设过电压保护器, 同样, 在短路等故障情况下, 金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压配合系数不小于1.4。如果把这样一个交叉互联接地看作是一个单元, 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, 从理论上讲这种接线方式适用于各种长度的电缆。

结束语

10 kV及以下电压等级的三芯电力电缆, 可采取金属铠装层两端直接接地保护方式。单芯电缆针对不同排列方式和长度采取一端接地、两端直接或采用护套保护器方式进行接地。

35kV及以上电压等级电力电缆, 当线路不长且金属屏蔽层上感应电压不高时(< 50V ) , 可只将一端直接接地而另一端开路, 无需采取其他安全措施。在施工工艺、现场敷设条件允许的情况下, 较长的单芯电缆应尽量采用正三角形排列, 且电缆间距要尽量小。

参考文献

《电力工程电缆设计规范》GB 50217-2007

《城市电力电缆线路设计技术规定》DL/T 5221-2005