電力電纜金屬屏蔽層接地方式的探討

盧志華

摘 要：隨著電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量的電力電纜的運(yùn)行帶來了電纜金屬屏蔽層電流過大等問題，導(dǎo)致電纜效率降低，縮短使用壽命，也增加了電力運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。金屬屏蔽層通過正確的接地方式，可以有效抑制暫態(tài)過電壓及消除環(huán)流，降低工程造價(jià)。

關(guān)鍵詞：電力電纜；金屬屏蔽層；接地方式

1 金屬屏蔽層的作用

GB/T12706-2008規(guī)定1kv到35kv所有電纜的絕緣線芯上應(yīng)有金屬屏蔽層，金屬屏蔽層主要有以下作用：

1.1 電纜正常通電時(shí)金屬屏蔽層通過電容電流。

1.2 將電纜通電時(shí)引起的電磁場屏蔽在絕緣線芯內(nèi)，以減少對(duì)外界產(chǎn)生的電磁干擾，同時(shí)也起到限制外界電磁場對(duì)內(nèi)部產(chǎn)生的影響。當(dāng)電纜單芯運(yùn)行或三芯電纜不平衡運(yùn)行時(shí)，電纜長期處于由電動(dòng)力所造成的機(jī)械力的作用下，導(dǎo)致電纜絕緣受損，減少電纜的使用壽命。

1.3 電站保護(hù)系統(tǒng)要求外金屬屏蔽具有較好的防雷特性。當(dāng)發(fā)生雷擊事故時(shí)，金屬屏蔽層可將故障電流引入接地系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1.4 在發(fā)生短路的情況下，在一定時(shí)間內(nèi)承受一部分短路電流，避免絕緣在過高的電流影響下產(chǎn)生熱擊穿。

2 金屬屏蔽層感應(yīng)電壓的來源

三芯電力電纜的在正常運(yùn)行中的理論值的向量和為0，此時(shí)伴隨電流產(chǎn)生的磁場也為零。但是實(shí)際運(yùn)行中，三相電流不可能完全平衡導(dǎo)致整根電纜將會(huì)出現(xiàn)零序電流，或者內(nèi)部三芯導(dǎo)線因?yàn)閷?shí)際敷設(shè)中導(dǎo)致相對(duì)位置不平衡（不是正品字），產(chǎn)生的磁場不能完全抵消，這樣金屬屏蔽層兩端仍可能產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

由單芯電纜構(gòu)成的交流傳輸系統(tǒng)中，電纜導(dǎo)體和金屬護(hù)套的關(guān)系可以看做一個(gè)空心變壓器。電纜導(dǎo)體相當(dāng)于一次繞組，而金屬護(hù)套相當(dāng)于二次繞組。單芯電纜金屬護(hù)套處于導(dǎo)體電流的交變磁場中，因而在金屬護(hù)套中產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓。

在一般情況下，電纜導(dǎo)體中通過的只是載流量安全范圍內(nèi)的工作電流，這時(shí)電纜金屬護(hù)套每厘米產(chǎn)生的感應(yīng)電壓雖然數(shù)值不大，但由于電纜可能很長，每厘米長度的感應(yīng)電壓疊加起來也可能達(dá)到危及人身安全的程度。

3 金屬屏蔽層的接地方式

GB50217-2007規(guī)定，電力電纜金屬層必須直接接地。電力電纜金屬屏蔽層或金屬套的接地方式有三種：雙端接地、單端接地、交叉互聯(lián)接地。

交流系統(tǒng)中三芯電纜的金屬層或者容量較小的單芯電纜，應(yīng)在電纜線路兩終端和接頭等部位實(shí)施接地。由于有感應(yīng)電壓的存在，金屬屏蔽層和大地之間形成回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流。但是一般情況下感應(yīng)電壓較低，感應(yīng)電流很小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)環(huán)流約為實(shí)際導(dǎo)體電流的5%-8%。感應(yīng)電流的存在，導(dǎo)致金屬屏蔽層發(fā)熱，降低電纜載流量，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞電纜外絕緣，降低電纜使用壽命。

單端接地是電纜的一端或中央部位將金屬屏蔽層或金屬套直接接地，另一端則不接地或者通過電壓限制器保護(hù)接地。電纜在這種情況下運(yùn)行時(shí)，金屬屏蔽層對(duì)地之間有感應(yīng)電壓，但不產(chǎn)生環(huán)流。然而，當(dāng)金屬屏蔽層有一端不接地后，雷擊電流或過電壓電流通過導(dǎo)體時(shí)，金屬屏蔽層不接地端會(huì)出現(xiàn)很高的沖擊電壓；在系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)，金屬屏蔽層不接地端也會(huì)出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)電壓，在電纜外護(hù)層絕緣不能承受這種過電壓的作用而損壞時(shí)，將導(dǎo)致出現(xiàn)多點(diǎn)接地，形成環(huán)流。因此，在必要時(shí)必須裝設(shè)過電壓保護(hù)器以限制屏蔽層上的過電壓，防止電纜護(hù)層絕緣被擊穿。這種接地方式僅僅適用于長度較短的線路，也就是說電纜長度所對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓不能超過安全電壓。GB50217-2007規(guī)定交流單芯電纜電纜的金屬層上任一點(diǎn)非直接接地處的正常感應(yīng)電勢在未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時(shí)，不得大于50V，其他情況不得大于300V。

當(dāng)線路較長時(shí)，終端電壓不能滿足單端接地的要求，此時(shí)應(yīng)該采取交叉互聯(lián)接地。交叉互聯(lián)接地指的是電纜宜劃分適當(dāng)?shù)膯卧?，且在每個(gè)單元內(nèi)按3個(gè)長度盡可能均等區(qū)段并設(shè)置絕緣接頭或?qū)嵤╇娎|金屬層的絕緣分割。將各部分的金屬護(hù)層在每個(gè)小段的連接處進(jìn)行交叉換位連接，以此中和總的三相感應(yīng)電壓。在完全換位的情況下，金屬屏蔽層或金屬套中沒有環(huán)流通過.兩端對(duì)地之間也沒有感應(yīng)電壓，但每段電纜中間有感應(yīng)電壓，且換位處的感應(yīng)電壓為最高值。交叉互聯(lián)接地方式適合于較長距離線路，實(shí)際中應(yīng)考慮根據(jù)最高允許感應(yīng)電壓來確定相鄰兩個(gè)換位點(diǎn)之間的最大距離。

4 實(shí)例分析

秦山核電站擴(kuò)建工程方家山項(xiàng)目主泵單臺(tái)電動(dòng)機(jī)每相由2根1*300mm電纜供電，電纜通過電氣貫穿件連接，共計(jì)12根電纜。由于是單芯電纜，所以現(xiàn)場應(yīng)采用單端接地的方式。根據(jù)核電現(xiàn)場實(shí)際情況，電動(dòng)機(jī)電力電纜金屬屏蔽層接地點(diǎn)可分為四個(gè)地點(diǎn)：

（1）電動(dòng)機(jī)側(cè)：電動(dòng)機(jī)側(cè)位于反應(yīng)堆廠房內(nèi)（簡稱堆內(nèi)），屬于核污染區(qū)域，劑量對(duì)人員傷害較大；現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，電纜金屬屏蔽層發(fā)生問題后存在損傷其它設(shè)備部件風(fēng)險(xiǎn)；現(xiàn)場作業(yè)空間狹小，維修或更換部件運(yùn)輸不方便。

（2）貫穿件反應(yīng)堆廠房內(nèi)側(cè)：由于位于反應(yīng)堆廠房內(nèi)，在電站運(yùn)行期間，人員不能進(jìn)入，對(duì)日常檢修及問題查找?guī)聿槐恪?/p>

（3）貫穿件反應(yīng)堆廠房外側(cè)：位于反應(yīng)堆廠房外側(cè)（簡稱堆外），除貫穿件外無其他工藝設(shè)備，便于檢修。

（4）配電柜側(cè)：該地點(diǎn)位于電氣廠房，便于維護(hù)檢修。

綜上所述，主泵電動(dòng)機(jī)電力電纜金屬屏蔽層接地可以有三種方式：

（1）堆內(nèi)和堆外金屬屏蔽層通過貫穿件接地棒連接，在開關(guān)柜側(cè)接地。此種方法在電動(dòng)機(jī)側(cè)屏蔽層會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較高的電壓，電壓值的高低與電纜的整體長度成正比。

（2）堆內(nèi)和堆外金屬屏蔽層通過貫穿件接地棒連接，在常規(guī)環(huán)境貫穿件處接地。此種方法電動(dòng)機(jī)側(cè)與開關(guān)柜側(cè)屏蔽層均會(huì)出現(xiàn)電壓，電壓數(shù)值較低。

（3）堆內(nèi)電纜通過貫穿件接地棒在堆外側(cè)接地，堆外電纜在開關(guān)柜側(cè)接地。此方法將電纜設(shè)置成兩段，每段單獨(dú)接地。這樣每段屏蔽層電壓將得到限制。與其他接地方式相比，此種方法有兩個(gè)接地點(diǎn)，能夠在發(fā)生雷擊或者過電壓后更快更安全的釋放電荷。

在秦山一期核電，電力電纜采用的接地方式為第一種，隨后的大亞灣核電站，嶺澳一期，嶺澳二期，秦山二期擴(kuò)建，秦山一期方家山核電均采用第三種方式。核電站廠用中壓電的電壓等級(jí)為6kv，所以現(xiàn)場的實(shí)際施工中非接地端熱縮處理后懸空，無需設(shè)置電壓限制器。

5 結(jié)束語

電力電纜的接地方式越來越受到施工現(xiàn)場的重視。采用正確的連接和接地方式，不僅可以能將感應(yīng)電壓限制在安全的范圍之內(nèi)，消除環(huán)流影響，并且提高電纜的載流量，降低工程造價(jià)。因此電力電纜的接地方式施工中應(yīng)多方面綜合考慮，根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]王春江.電線電纜手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001

[2]于景豐，趙峰.電力電纜實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[3]GB/T12706-2008.擠包絕緣電力電纜及附件[S].

[4]GB50217-2007.電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].