沖擊過電壓引起的電纜護(hù)層感應(yīng)電壓研究

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。

1 沖擊過電壓引起的護(hù)層感應(yīng)電壓分析

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。

2 電纜線路的改造

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。

3 結(jié)論

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.