1、110kV 及以下电力电缆金属层接地方式选择分析摘要：本文主要分析了 35110 kV 高压单芯电力电缆金属护层的接地方式和 10 kV 以下电压等级电力电缆接地方式。 关键词：高压电力电缆；金属层；接地方式 中图分类号：O52 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 高压电力电缆可被看作是延长的变压器，导体为一次绕组，电缆金属护套为二次绕组。当导体中流过交变电流时，交变电场将在电缆金属护套上生成感应电压，感应电压的大小与线芯负荷电流、频率、导线和金属护套间的互感、电缆长度成正比。此外，感应电压的大小还与电缆排列的中心距离、金属屏蔽层的平均直径、电缆布置方式有关。金属护层感应电压可根据下式进行计
2、算: Us=2In(s/rm)10-4IKL (V/km) 式中:s电缆中心间距；rm电缆半径；I电缆最大长时工作电流；K校正系统,取 1，2；L电缆长度 在电力电缆线路施工中，应特别注意金属护套的接地。即电力电缆线路不论是在正常运行状态下，还是在发生接地故障，或雷电过电压以及内部过电压下，均需要利用大地作为电流回路，将电缆线路接地位置的电位钳制在允许的接地电位上。 2 35110kV 高压单芯电力电缆金属层的接地方式 当电压超过 35 kV 时，大多数采用单芯电缆。单芯电缆金属屏蔽层在正常运行情况下会流过电容电流，短路时又作为短路电流的通路，同时也起屏蔽电场的作用，现将单芯电缆具体运行特点分
3、析如下： 按 DL/T5221-2005城市电力电缆线路设计技术规定要求，如果仅将电缆的金属屏蔽层一端直接接地，在正常运行时，电缆的金属屏蔽层另一端感应电压应不超过 50V（或有安全措施时不超过 100V） ，否则应采取能防止人员任意接触金属屏蔽层的措施。 如果将金属屏蔽层两端三相互联接地，则金属屏蔽层将会出现很大的环流而形成损耗，使金属屏蔽层发热，浪费大量电能的同时，降低了电缆的载流量，加速了电缆绝缘老化，极易出现电缆金属屏蔽层烧坏的事故。 GB50217-94电力工程电缆设计规范中规定:交流单相电力电缆的金属护层必须直接接地，且在金属护层上任一点非接地处的正常感应电压应符合下列规定: (1
4、)未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于 50 V。 (2)除(1)项情况外，不得大于 100 V。 为限制金属护层的感应电压，安装时应根据线路不同情况，按照经济合理的原则，在金属护层的一定位置采用特殊的连接和接地方式，同时安装护层保护器，以防止电缆护层绝缘发生击穿现象，保障电缆线路的安全运行。高压单芯电缆金属护层通常采用以下几种连接和接地方式。2.1 金属护层两端接地 线路较长，一端直接接地不能满足本要求时（利用第一段中的公式算出线路多长时一端直接接地不能满足要求） ，35 kV 及以上电缆线路，水下电缆或 35 kV 以上高压电缆输送容量较小的情况，可采取在线路两端直接接地(全接
5、地)；35 kV 以上高压电缆线路较短，或利用率很低时，也可采取全接地方式。在此情况下，不需要装设电缆护层保护器，可减少运行维护工作量，但在金属护层上存在环流(一般不宜采用该种方式)。2.2 金属护层一端接地 2.2.1 金属护层一端接地、另一端保护接地 电缆线路较短时(一般在 500m 以内)，金属护层通常采用一端直接接地(单点互联接地)、另一端通过保护器接地的安装方式(见图 1)，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。采用金属护层一端接地的电缆线路在与架空线路连接时，直接接地一般装设在与架空线路相接的一端，保护器装设在另一端，这样可以降
6、低金属护层上的冲击过电压。在直接接地端接地线应先互联后再接地。 图 1 一端接地，另一端保护接地 2.2.2 金属护层中点接地、两端保护接地 电缆线路较长时(一般在 1000m 以内)，若电缆线路采用一端接地，其金属护层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层进行单点互联接地，而电缆金属护层的两个终端通过保护器接地，且保证电缆金属护层感应电压不超过 50V，因此，中点接地安装方式的电缆线路可看作两个一端接地电缆线路连接在一起的安装方式(见图 2)。此安装方式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，同时电缆线路本体无畸变的电场，有利于提高电缆使用寿命及
7、载流量，减少运行维护工作量及故障点，有利于电缆安全运行。 图 2 中点接地，两端保护接地 2.3 金属护层的交叉互联 当电缆线路很长时(一般超过 1000 m)，电缆金属护层可以采用交叉互联方式安装。交叉互联是将电缆线路分成 3 个等长小段(偏差不超过 5%)，在每小段之间安装绝缘接头，金属护层在绝缘接头处用同轴电缆引出并经互联箱进行交叉互联后，通过电缆护层保护器接地，电缆两个终端的金属护层直接接地，这样形成 1 个互联段位。电缆线路更长时，可以通过若干个互联段位连接形成 1 个多段互联(见图 3)。 图 3 交叉互联接地 如果电缆线路的三相排列是对称的，则由于各段护层电压相位差120b，而幅
8、值相等，因此两个接地点之间的电位差是零，这样在护层上就不可能产生环流，这时线路是最高的护层电压，即是按每一小段长度而定的感应电压，可以限制在 50V 以内。当三相电缆排列不对称，如水平排列时，中相感应电压较边相低，虽然 3 个小段护层的长度相等，三相护层电压的向量和有一个很小的合成电压，经两端接地在护层内形成环流，但接地端和大地有一定电阻，故电流很小。采用交叉互联方式可以减少金属护层感应电压及环流，有利于提高电缆传输容量。综上所述，在 35110 kV 单芯电缆线路安装施工中，应进行电缆金属护层感应电压计算，根据电缆长度合理选择金属护层连接和接地方式，使金属护层上一点非接地处的正常感应电压符合
9、电力工程电缆设计规范(GB50217-94)规定，电缆线路施工完成后，应对感应电压进行测量，保障电力电缆线路正常运行。 310 kV 以下电压等级电力电缆接地方式 3.1 两端直接接地的方式 10 kV 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。 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
10、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。 3.3 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
11、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。 3.4 中点直接接地，两端采取保护接地方式 电缆线路较长时(1000 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
12、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。 4 结语 综上所述，高压单芯电缆金属屏蔽层的接地连接方式直接影响电缆安全运行，金属屏蔽层采取合适的连接和接地方式，不仅可以提高电缆载流量，降低工程造价，而且对今后设备的运行维护都是非常重要。因此在电缆线路设计、施工中应多方面综合考虑，根据实际情况选择合理的金属护套接地方式。 参考文献 1李宗廷. 电力电缆施工手册M. 中国电力出版社，2006. 2胡其秀.电力电缆线路手册M.北京：中国水利水电出版社，2005. 3王振文.浅析高压电力电缆金属护套接地方式J.铁道建筑技术，2011(04). 4李建儒.单芯电力电缆护层接地及护套损伤危害性分析J.电气化铁道，2011(02).
