浅谈电力电缆线路接地导线技术

摘要:本文对平行接地导线的敷设条件、排列方式及截面的选择方法进行了分析。

关键词:电缆线路;感应电压；截面

1 前言

随着电网建设的迅猛发展, 线路施工中, 新建电力线路与运行电力线路交叉跨越的情况日益增多，架空线路广泛采用了电缆线路。。

2 电缆护层感应电压

2. 1 正常感应电压

由于正常工作时三相电流是平衡的,且单芯电缆的间距较小(考虑排管敷设,沟槽敷设及直埋) ,因而电缆护层的感应电压并不太大,周围平行的控制电缆、通信电缆等的感应电压也不大,一般都在人身允许安全电压和干扰电压范围之内,对护层绝缘及邻行电缆线并不会造成严重危害。

2. 2 单相接地时的感应电压

一般认为大地是一良导体,在线路发生单相接地故障时故障接地电流流经大地返回电源端,如图1。

为考虑最严重情况,假设接地电流全部集中以大地作回路,忽略高压电力系统架空地线、电厂或变电所的网状接地体、城市地下网敷设的各种金属管线及各种平行金属管线对感应电压的影响,则电缆护层的感应电压EA 可由式(1) 计算。

图1 单相接地故障时接地电流经大地返回电源端示意图

(1)

式中IO ――接地电流,A;

R1 ――变电所(电厂) 接地电阻,Ω;

rg ――大地电阻,Ω/ km;

ω――角频率,ω= 2πf ;

De ――大地回流深度,m ,De = 93. 18 ρ;

ρ――大地电阻率,Ω•m;

GMRS ――金属护层几何平均半径,m;

L ――电缆长度,km。

式(1)是线路未接负荷时的计算公式,线路只是充电;发生单相接地时,其它两相并无接地电流通过,如接上负荷,则相应地GMRS 应变为

( GMRS•SAB•SAC) 1/3 ,其中SAB 、SAC分别为接地的A 相和B、C相的间距。

3 平行线对护层感应电压的影响

3. 1 平行线的分流作用

在单点互联电缆线路旁平行敷设1 根金属导线,它的二端尽可能地良好接地,如图2 所示。由于平行线与大地构成一闭合回路,则有:

(2)

式中IP ――通过平行线的电流,A;

ZPP ――平行线以大地为回路的自感阻抗,Ω。

(3)

式中rp ――平行线电阻,Ω/ km;

GMRP ――平行线的几何平均半径,m;

ZOP ――接地相导线和平行线各以大地为回路的互感阻抗。

(4)

式中SAP ――平行线对接地相电缆的平行间距,m;

R2 ――平行线的接地电阻,Ω;

由式(2) 可得

(5)

显然,为使流经平行线的电流IP 大一些(也就是使故障电流尽量多地流经平行线) ,应尽可能地使接地电阻R2 小一些,或使ZOP 大一些,并且使ZPP小一些。由式(4) 可知,欲增大ZOP , 必须减小SAP ,让平行线尽可能地靠近电缆线路。由式(3) 可知,欲减小ZPP须减小rP ,同时增大GMRP ,即平行线的电阻要小,而它的半径要大(如使用扩径导线) 。

图2 平行线对故障电流的分流示意图

3. 2 平行线分流对护层感应电压的影响

若已知平行线中流经的故障电流IP ,则可得出电缆金属护层的感应电压为:

(6)

式中ZOS ――故障相电缆金属护层和导线各以大地为回路的互感阻抗,Ω

(7)

式中ZSP ――故障接地相电缆金属护层和平行线各以大地为回路的互感阻抗,Ω。

(8)

从式(6) 中很明显地可以看出,当流经平行线的电流IP 增大时,感应电势增大,金属护层上的感应电压也就降低了。

4 平行线的敷设

4. 1 敷设平行线的条件

4. 1. 1 如果电缆线路在500 m以上,则可分为几个换位段交叉互联,并将线路两端金属护层接地。这样,金属护层本身起到了平行线作用,而且电阻较小,又有较大的几何平均半径。在这种情况下勿须专门敷设一根平行线。

4. 1. 2 当电缆线路在200 m以下,且线路输送容量

有裕度时,一般采用金属护套两端直接接地方式来代替平行线。

4. 1. 3 当线路长度在200 m至500 m时,由于电缆线路护套损耗大,且无法采用交叉互联方式,一般多采用专门敷设一根平行线的方式,其接线原理如图3。

图3 单点互联线路平行线接线原理图

图3 所示接线方式一般称为单点互联方式,即一端直接接地(加闸刀) ,另一端在正常情况下不接地。当发生接地故障时阀门被击穿,电缆经阀片接地。

4. 2 平行线的排列

在现有的城市电网中,电缆一般敷设在排管、沟槽(电缆沟) 中,也采用直埋敷设。如按图4 所示敷设平行线,在正常运行情况下,平行线有感应电压,产生

以大地为回路的电流,造成不必要的损耗。为减少这个损耗,通常将平行线敷设在电缆间距之内。

图4 防止工频损耗的平行线布置

图5 平行线的排布方式

(a) 电缆平摊; (b) 电缆三角形排列

在图4 中,当 ,平行线中的感应电势为零,避免了正常运行时产生的损耗。当实际中无法满足这种排列方式时(如排管敷设) ,亦须将平行线尽量靠近电缆,如图5。

4. 3 平行线截面的选择

在上面已经说明,平行线的电阻越小,直径越大,其分流作用就越大。所以平行线一般采用10 kV单芯铜芯电缆1 ×120 mm2 ,并使用扩径导线。

在选用1 ×120 mm2 和1 ×240 mm2 电缆作回路线,由于平行线的接地电阻R2 较大,因此即使采用了更大直径的平行线,亦不能使感应电压明显降低。而240 mm2截面的平行线要比120 mm2 截面的平行线价格贵将近一倍;因此,应尽量将平行线良好接地,降低其接地电阻;并在选用平行线时,优先考虑接地电阻,如果接地电阻无法降低到令人满意的水平,则无论采用何种截面平行线,其降低护层感应电压的作用亦不会有很大区别。

5 结论

5. 1 对于单点互联单芯电缆线路,平行敷设一根接地导线线,不但可以降低地电位升高,同时也大大降低了各种平行电缆线的纵向感应电压。

5. 2 平行线的作用很大程度上取决于平行线的接地电阻,因此应尽量妥善地将平行线接地,减少其接地电阻。

5. 3 在尽量减小平行线接地电阻的同时,亦应尽量将平行线靠近电缆线路,并在经济合理的原则下选择适当截面的平行线。

5. 4 为避免平行线在正常运行时产生环流损耗,其敷设应按图4 进行换位。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准􀀁 架空送电线路施工及验收规范[ S] 􀀁 北京: 中国建筑工业出版社, 2002􀀁

[2]李景禄.实用电力接地技术[m]. 中国电力出版社

[3] GB 50217―94, 电力工程电缆设计规范[S]

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。