浅议单芯XLPE绝缘电缆金属屏蔽层接地

【摘 要】本文主要对西昌钢钒公司的单芯电缆使用状况进行分析，针对金属屏蔽层感应电压问题，重点介绍降低感应电压采取的措施。

【关键词】单芯电缆；感应电压；技术措施

随着经济建设的迅猛发展，负荷密度增大，市区变电所出线和电缆网供电主干线电缆开始采用较大截面单芯电缆，单芯电缆的比重日益增多。新建西昌钢钒公司电网大量采用单芯电缆，YJLW02-64/110KV有93633米，10-35KV单芯电缆越162017米。单芯电缆的使用提高了单回电缆的输送能力，减少了接头，短段电缆可以使用，方便了电缆敷设和附件安装。也由此带来了金属屏蔽接地方式的问题。如何降低电缆金属护套的感应电压是一个很重要的问题。

1 单芯电缆金属护套工频感应电压计算

当电缆线芯回路通过电流时，在其周围产生磁通，磁通不仅与线芯回路相链，同时也与电缆的金属护套相链.在金属护套上产生感应电势。当三相电流基本平衡时，三相合成电流接近于零，合成磁通也接近于零。因此，金属护套上不会有感应电势产生.只有在非对称短路时，破坏了三相电流的对称性，合成磁通不再等于零，金属护套上就会有感应电势产生。对于单芯电缆，每根线芯专用一个金属护套，负载电流或短路电流所产生的磁通，时刻交链着金属护套，医此金属护套上时刻有感应电势存在，这种感应电势的值与线芯截面、缆间距离和电流大小有关，当发生短路事故时，金属护套就会产生很高的感应电势，这就是金属护套过电压。单芯电缆芯金属屏蔽层感应电压的大小与电缆长度和线芯负荷电流成正比，还与电缆排列的中心距离、金属屏蔽层的平均直径有关。电缆正三角形排列时，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下面公式计算：

公式

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）；Eso―单位长度的正常感应电势（V/km）

I―负荷电流（A）；

S―电缆中心距离（mm）；

DS―电缆金属屏蔽层平均直径（mm）；

以YJV--87/10kV-1×300mm2单芯电缆为例，电缆屏蔽层平均直径40mm，PVC护套厚度3.6mm，当电 “品字形紧贴排列，负荷电流为200A时，算得电缆护层的感应电压为每公里10.7伏。

电缆三相水平排列时，设电缆间距相等，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下式计算：

当三根单芯电缆平行敷设在一直线上，电缆中心轴间距离为s，各相感应电势的有效值为：

Xs―两边相单位长度阻抗Ω/m，其余式中各字母含义同上

当三相电缆紧贴水平排列，其它条件与上相同时，算得边相的感应电压为每公里16.9伏，中相的感应电压为每公里10.7伏；当电缆间距200mm时，算得边相的感应电压为每公里36.1伏，中相的感应电压每公里31伏。边相感应电压高于中相感应电压。

由以上计算可知：

（1）当电缆长度与工作电流较大的情况下，感应电压可能达到很大的数值。

（2）电缆以紧贴三角形布置时，感应电压最小。当电缆相间距离增加，相对位置改变时，感应 电压都会相应地改变。另外，多回电缆同路径敷设，也会对感应电压产生影响。

2 屏蔽层循环电流实测分析

采用两端直接接地的方式，由于电磁感应电压的作用，就会在屏蔽层中产生循环电流。循环电流的大小主要与屏蔽层的自感阻抗和互感阻抗有关。我们对炼钢变电所SVC的电缆（YJV-26/35 1×150）屏蔽层环流进行了实测。实测的环流电流值如下表1。

表1

线路名称 SVC2次滤波 SVC3次滤波

负荷电流（A） 202 178

电缆长度（m） 85 69

环流值（A/B/C）A 16/16/18 12/13/12

从实测值可见，循环电流达到负荷电流的7-15%。屏蔽层循环电流的存在，造成屏蔽层发热和电能损耗，降低了电缆的输送容量。因此，有必要采取措施减少或消除该循电流。

3 金属屏蔽接地方式的选择

电力工程电缆设计规范中明确：交流单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处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100V。

3.1 采用两端直接接地的方式

我们采用10kV单芯电缆一般在120～1900m，考虑到电缆载流量设计有一定余量，加之10kV单芯电缆护层阻抗值不像35kV以上电缆那样小，环流尚不过分大。10kV电缆回路多，直接接地减少了附属设备的配置和维护量，对运行人员也比较安全。因此沿用两端直接接地的方式。同时敷设时我们尽量保持三相线芯呈紧贴正三角形布置，每隔1米距离用非铁磁性扎带绑扎，以降低金属屏蔽层感应电压。

3.2 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。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较高的工频感应电压。由于35KV电缆一般较短，在不超过200米的电缆我们采用一端接地方式。

3.3 交叉互联接地的方式

将电缆线路分成若干大段，每大段原则上分成长度相等的三小段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处护套三相之间用同轴引线经接线盒进行换位连接（即交叉互联），绝缘接头处装设一组保护器，每一大段的两端护套分别互联接地。该方式优点：感应电压低，环流小。当三相电缆水平排列时，中相感应电压较边相低，虽然三个小段护套的长度相等，三相护套电压的向量和有一个很小的合成电压，经两端接地在护套内形成环流，但接地极和大地有一定的电阻，故电流很小。我们使用的110KV电缆一般在600米—1700米间，都采用交叉互联接地方式，在GIS端为防止雷电流侵入时，雷电波在终端和绝缘接头的金属护套处会发生畸变，产生的过电压使电缆的外护层被击穿危，采用护层保护器限制层过电压，同时安装一条沿电缆线路平行敷设的BV-120mm2回流线确保护套中间的感应电压降低至规定值。

4 结论和建议

（1）从降低金属屏蔽感应电压或降低环流考虑，单芯电缆宜采用外护套紧贴的正三角形排列，对导体截面240～300mm2XLPE绝缘电缆宜间隔1M用非磁性带材扎紧，对400mm2 及以上截面，可适当放大扎紧间隔，但扎带厚度或宽度宜加强。紧贴正三角形排列方式，更适合在电缆沟或隧道支架上布置电缆；

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