电力电缆各屏蔽层作用及金属屏蔽层接地方式的探讨

摘要：本文对电力电缆内、外屏蔽层及金属屏蔽的作用做了简要区分，并结合相关国标规范对电力电缆金属屏蔽层接地方式的选择进行了一些探讨，以期对现场施工中遇到类似问题起到一定的参考作用。

关键词：电力电缆屏蔽层接地

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

1 各屏蔽层的区别

大家都知道一般10KV交联聚氯乙烯电缆的基本结构由导体、内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层、金属屏蔽、填充物、内衬层和阻燃外护套组成。首先我们区别一下内、外屏蔽层与金属屏蔽：内外屏蔽一般为半导体材料制成，作用是改善电缆内电场的分布，以内屏蔽层为例，电缆导体由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，提高了电缆的绝缘性能。同样外屏蔽是防止绝缘层对金属屏蔽层放电的。而金属屏蔽层的作用一般有两个：1、屏蔽自身电场，正常运行时通过电容电流。2、是可以起到一定的接地保护作用，如果电缆芯线内发生破损，泄露出来的电流可以通过屏蔽层流入接地网，起到安全保护的作用。

2 金属屏蔽层接地方式的选择

电力电缆金属屏蔽层需要接地，且以金属层上的电压、电流来决定接地方式。现场施工中，接地方式的选择往往未得到充分地重视。根据《电力工程电缆设计规范》GB 50217―2007（下称《规范》）的规定：电力电缆金属层必须直接接地。交流系统中三芯电缆的金属层，应在电缆线路两终端和接头等部位实施接地。三芯电缆正常运行时其三芯流过的总电流为零，在金属屏蔽层外的磁通一般为0，这样在电缆的两端就不会产生感应电压，使流过金属屏蔽层的环流较小，因此一般用电缆终端头两端接地的方式。

对于单芯电缆《规范》则要求：电缆线路的正常感应电势最大值应满足下列规定：

1、未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50V。

2、除上述情况外，不得大于300V。

交流系统单芯电缆一回或两回的各相按通常配置排列情况，在电缆金属屏蔽层上任一点非直接接地处的正常感应电压可计算为：

Es=L*Es0 （1）

式中 Es感应电势（V）；

L电缆金属层的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离（km）；

Es0单位长度的正常感应电势（V/km）。其取值受电缆排列顺序影响，具体见资料1中附录F的表 F.0.2

根据式（1）可以得出，Es的大小与导体中通过电流成正比，与电缆长度成正比。电缆线路越长，电流越大则在电缆金属屏蔽层上的感应电动势就越大。

目前，35KV及以上电缆大多是单芯电缆，10KV大负载如（烧结主抽、炼铁TRT发电机）使用电缆也为单芯。对于大负载长距离的电力电缆，如果在运行过程中依然采用类似三芯电缆终端两端接地的方式，那么由于感应电动势的存在，电缆金属屏蔽层与大地将会产生环流，使电缆屏蔽层发热，影响电缆绝缘性能，严重时会破环电缆绝缘；而且根据能量守恒定律，产生的环流势必浪费电能，降低电缆的载流量，为避免此种情况，一般在施工中可采用屏蔽层单端接地方式运行。在参考文献1中对带电10KV主变出口电缆（50m）屏蔽层非接地端开口电压和短路环流的测量数据见图1

图1 屏蔽层非接地端开口电压和短路环流的测量数据

由表中数据可知，在正常负载情况下两端接地的屏蔽层上环流约为正常负载的10%。

可是金属屏蔽层单端接地后，当电力电缆发生短路，故障电流会在屏蔽层的非接地端形成较大的感应电压，雷击与隔离开关动作也会产生同样的效果，当电缆外层绝缘无法承受此电压时就会出现击穿事故，引起线路事故。因此《规范》规定：当线路不长，且满足上述对金属层上感应电压的条件时，可采取在线路一端或者中间部位单点直接接地。

如果长距离高压电缆在采取屏蔽层单端接地后，无法满足《规范》对感应电压的要求时，可采取在不直接接地端采用护层电压限制器接地。如果依然无法满足电压要求或者该电力电缆需要通过对电磁兼容要求较高的区域时，宜将电缆划分适当的单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等区段，应设置绝缘接头或实施电缆金属层的绝缘分隔，以交叉互联接地，见下图。

图2 交叉互联接地连接方式

目前工程中常用电缆交叉互联保护接地箱来实现其功能，我公司110KV电缆系统中亦有采用。

3 结论：

1、电力电缆的金属屏蔽层必须直接接地，单芯电力电缆当线路不长且金属屏蔽层感应电压不高满足规范时，可一端接地，另一端只需做好防触电措施，不需采取其他保护手段。

2、对于短距离35KV以下或者载流量很小的35KV单芯电缆屏蔽层可两端接地。此种情况下，应注意将接地小辫连接牢固，不可在锈蚀、接触不良、柜体地排相色漆处接地，防止因电阻过大，环流在接触不良的位置产生热量，引发火灾。

3、一般情况下：10KV单芯电力电缆金属屏蔽层可两端接地，如超过500米应该单端接地，另一端接护层过电压保护器接地。超过1000米时中间直接接地，两端接护层过电压保护器接地。

4、敷设电缆时，尤其是金属桥架的情况下，要避免电缆表皮刮伤。因为刮伤处会造成屏蔽层多点接地产生环流，且因接地电阻较高，易出现过热情况，引发事故。对于要求单端接地的电缆系统尤其不好。

5、在对电缆工程交接、重做电缆头或者内衬层进水后，要用双臂电桥对铜屏蔽层电阻进行测量，判断有电缆头质量或屏蔽层是否被腐蚀。同时单芯电缆对铜屏蔽层应进行直流耐压实验（5KV，1min据《DLT 596-2005 电力设备预防性实验规程》），判断电缆在敷设过程中护套、填充层绝缘有无损伤，避免造成金属屏蔽层多点接地的情况。因此也推荐铠装电力电缆钢丝铠装层与铜屏蔽层分开接地，在钢铠和铜屏蔽层间加电压，测试内衬层和填充物绝缘是否良好。

6、根据《规范》，在现场允许的情况下，单芯电力电缆应采用正三角形排列，能有效降低屏蔽层感应电压且能减少在金属桥架或者金属线箍处引起的涡流效应。

文献：

1、王敏 10kV单相电力电缆屏蔽层的感应电压和环流 HIGH VOLTAGE ENGINEERING 2002