李 艷
吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林 長春 130012
隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展,在城區(qū)的供電線路多是使用電力電纜來輸電網(wǎng)絡(luò),尤其是負(fù)荷容量的不斷增加,單芯電纜在供電網(wǎng)絡(luò)中也占有很大的比重[1]。在設(shè)計和施工單芯電纜時,要重點考慮一個重點問題是電纜金屬護(hù)層的感應(yīng)電壓,一般情況下,在設(shè)計新的電纜線路時可以通過金屬護(hù)層換位的措施解決金屬護(hù)層感應(yīng)電壓的問題[2]。因此,必須深入了解電纜護(hù)層感應(yīng)電壓產(chǎn)生的原因,以便實際工程應(yīng)用中采取有效消除護(hù)層感應(yīng)電壓的措施。本文將從理論上分析金屬護(hù)層感應(yīng)電壓產(chǎn)生的原因,并建立電纜不等長時的護(hù)層感應(yīng)電壓的數(shù)學(xué)模型。
當(dāng)電纜的線路受到操作過電壓或者雷擊電壓的沖擊后,感應(yīng)電壓會在護(hù)套上形成,護(hù)層絕緣容易被擊穿,因此就要分析造成護(hù)層過電壓的元嬰,以便采取相應(yīng)的防護(hù)措施。
1)多根導(dǎo)線上的行波分析
電纜可以分為金屬護(hù)套,線芯和大地三導(dǎo)線系統(tǒng),為此就要分析探討多根導(dǎo)線上的行波,單根導(dǎo)線的原理對于任意n根平行導(dǎo)線的線路同樣有效,這時就要考慮n根導(dǎo)線上的互波阻抗。0、1、2三個數(shù)字代表電纜的護(hù)套,線芯和大地,線芯和護(hù)套可以作為同軸導(dǎo)線,金屬護(hù)套和大地為另一個同軸導(dǎo)線,金屬護(hù)套可以作為參考零電位,因為在一般情況下可以忽視金屬護(hù)套的電阻,電壓是高頻波,與此同時,金屬護(hù)套抱住電纜的線芯,所以金屬護(hù)套可以屏蔽線芯,這里應(yīng)該注意的是,護(hù)套對地電壓大體上相等,但是在不接地的護(hù)套斷連接點上,護(hù)套之間的電壓幾乎是對地電壓的一倍左右,在處理除了護(hù)套交叉互聯(lián)的電纜線路外,是不可以使用護(hù)套斷連又不接地的方式。
2)參數(shù)的計算
Z1/ Z2比:Z1代表電纜線芯對金屬護(hù)套的波阻,它主要受到電纜結(jié)構(gòu)的尺寸,所以他的計算值是相對較為可靠。Z2代表金屬護(hù)套對大地的波阻,它主要與大點電阻率相關(guān),它的計算只有大地電阻率較小時才能依據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)尺寸計算Z2。如果電纜周圍煤質(zhì)是不良導(dǎo)體比如在空氣中鋪設(shè),只能用金屬導(dǎo)體作為回路,這時應(yīng)該計算平行導(dǎo)線Zm代替Z2,Zm的值是40Ω,在計算護(hù)套電壓的準(zhǔn)確度主要由Z2,的值決定。
v1/v2比:當(dāng)過電壓波在線芯和金屬護(hù)套之間通過,它的波速v1與線芯絕緣體的介電常數(shù)ε的平方根成正比,油紙絕緣的ε是3.5,由此還可以算出煤氣波速v2受到大地電阻率的影響,并且當(dāng)過電壓波在線芯和金屬護(hù)套之間進(jìn)行時,當(dāng)大地電阻率等于零時,行波才在金屬護(hù)套的絕緣外戶層內(nèi)傳導(dǎo),也可用金屬護(hù)套的護(hù)層介電常數(shù)ε'進(jìn)行計算,ε'在2~6之間,如果大地是半導(dǎo)體和非導(dǎo)體時,有一些行波是在金屬護(hù)套的絕緣外護(hù)層沒傳播的,剩余的一部分在大地中傳播,大地的接地常數(shù)是4~80之間,所以v1/v2的比應(yīng)在0.75~4.8之內(nèi),它可以影響護(hù)套過電壓的準(zhǔn)確度。
衰減系數(shù):行波在線芯和金屬護(hù)套中傳播的衰減會相對比較小,可以不計在內(nèi),但是如果在護(hù)套和大地之間傳播的話它的衰減就會比較大,當(dāng)計算時,設(shè)定波幅油衰減,但是波形不畸變,與實際狀況不同,過電壓的準(zhǔn)確性會受到影響。 從上面可以看到,我們只有在實際測試后,以得到更準(zhǔn)確 Z2,V2和衰減系數(shù),這些實測值并不具備通用性只是限制于實測值。
可以采用110kV電纜作為列子,以便說明電纜金屬護(hù)層感應(yīng)電壓,在實際的應(yīng)用中的影響。在目前的電網(wǎng)運行中,一般城市都采用單臺主變?nèi)萘渴?萬kVA得110kV的變壓器,變電站一般有兩個或更多的變壓器。因此,本文采用了YJLW03-1x630mm2-64/110kV電壓等級的單回路電力電纜作為研究列子,這主要是考慮到了線路故障發(fā)生時,一線帶兩變實施線路輸電的情況,在此條件下,電纜的每相負(fù)載電流時I = 500A,電纜中心軸間距離是S= 250mm,電纜護(hù)層平均直徑是D S = 77.8mm,三相回路由三根單芯電纜,線路可以用等邊三角形鋪設(shè),同時也可以用直線鋪設(shè),這些計算可以在平衡負(fù)載條件下實施。如果電纜長那么護(hù)層感應(yīng)電壓就會很高,如果發(fā)生短路事故,感應(yīng)電壓的數(shù)值就會有103數(shù)量級,因此,可以采用金屬護(hù)層交叉換位的方法,來鋪設(shè)長線路電纜,進(jìn)而消除電纜金屬護(hù)層對線路安全和人身安全的影響,保證電網(wǎng)安全的運行。110kV電纜敷設(shè),長度各不相同,即使是正三角形鋪設(shè)的狀態(tài)下,在金屬護(hù)層的兩端也會形成一定的電勢差。這將在金屬護(hù)層中形成感應(yīng)電壓造成的環(huán)流損耗,直線或者其他形式的鋪設(shè)都會形成更大的損耗。因此,高壓單芯電纜在實施電氣設(shè)計時,一定要考慮金屬護(hù)層感應(yīng)電壓的影響,確保線路可靠安全的運行,在改接電纜線路后,此時可以使用連接電感達(dá)到增加電纜金屬護(hù)層感應(yīng)電壓,考慮到上述條件,在改造開發(fā)電纜線路后,如果原長度大于第三段長度時可以通過第三段電纜護(hù)層上連接電感實施補(bǔ)償,這樣三段電纜的電感幾乎相同,三相電壓也可以達(dá)到平衡,由此可以減小電纜護(hù)層中的環(huán)流。電纜的造價比電感的造價便宜很多,同時還可以不受到鋪設(shè)條件的影響。
由于電力工業(yè)的不斷發(fā)展,電纜線路的改造也是越來越多,電纜護(hù)層過電壓的影響得到了業(yè)內(nèi)不少人士的關(guān)注,當(dāng)前要解決的問題是研究過電壓,以及怎樣減少和降低護(hù)層電壓的影響。本文分析了電纜金屬護(hù)層感應(yīng)電壓,提出了在電纜金屬護(hù)層的末端連接電感進(jìn)行電壓補(bǔ)償?shù)姆椒?,可有效地減小由于金屬護(hù)層感應(yīng)電壓不平衡所造成的影響。
[1]王亞兵.變電所進(jìn)線單芯35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜護(hù)層過電壓的計算和保護(hù)[J].電線電纜,2004,4.
[2]鄭曉泉,閻春雨,孫希斌,等.高壓XLPE電纜護(hù)層絕緣故障及檢測技術(shù)[J].電線電纜,2004,8.
[3]賈欣,喻明,王瑛,等.三回路單芯電纜護(hù)套感應(yīng)電勢的計算[J].高電壓技術(shù),2000,10.