高壓?jiǎn)涡倦娎|金屬護(hù)套接地方式探討

李新振

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏 銀川 750411）

0 引言

有關(guān)電纜外護(hù)套絕緣的事故常有發(fā)生,引起了各設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)部門(mén)對(duì)電纜護(hù)套電壓、電流的關(guān)注和研究。3芯電纜正常運(yùn)行時(shí),通過(guò)3芯線的三相電流的總和為0，電纜金屬外護(hù)套中基本無(wú)磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓。高壓?jiǎn)涡倦娎|芯線通過(guò)單相電流時(shí)，有時(shí)電流會(huì)很大，金屬屏蔽層會(huì)感應(yīng)出很高的感應(yīng)電壓，達(dá)到危及人身安全的程度，或造成電纜外護(hù)套絕緣擊穿，引發(fā)電纜損壞事故。

因此，必須采取合適的接地方式，以降低其感應(yīng)電壓，確保電纜安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以下參照電力電纜國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)，闡述了高壓?jiǎn)涡倦娎|線路金屬護(hù)套各種接地方式的特點(diǎn)及其適應(yīng)范圍,對(duì)比了各種鋪設(shè)條件、護(hù)套接地方式下，對(duì)高壓?jiǎn)涡倦娎|金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響，給出了高壓?jiǎn)涡倦娎|外護(hù)套電壓限制器選擇原則及單芯電纜設(shè)計(jì)施工、運(yùn)行維護(hù)中限制外護(hù)套感應(yīng)電壓的一些建議，為工程施工中電纜金屬護(hù)套接地方式提供參考。

1 金屬護(hù)套的接地方式

高壓?jiǎn)涡倦娎|芯線通過(guò)單相電流時(shí)，會(huì)在金屬護(hù)套上產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，當(dāng)電纜長(zhǎng)度和通過(guò)電流很大時(shí)，或當(dāng)電纜遭受操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓時(shí)，會(huì)在金屬護(hù)套上形成很高的感應(yīng)電壓，使電纜外護(hù)套絕緣發(fā)生擊穿。故應(yīng)在金屬護(hù)套的一定位置采用特殊的連接方式和接地方式，同時(shí)安裝護(hù)套電壓限制器，以防止電纜護(hù)套絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象，保障電力電纜線路的安全運(yùn)行。高壓?jiǎn)涡倦娎|金屬護(hù)套通常有兩端接地、一端接地、中間接地與交叉互聯(lián)4種接地方式。

1.1 金屬護(hù)套兩端接地

當(dāng)電纜線路很短，傳輸容量有較大的裕度，金屬護(hù)套上的感應(yīng)電壓極小時(shí)，可以采用金屬護(hù)套兩端直接接地的方式(見(jiàn)圖1)。在此情況下，金屬護(hù)套中的環(huán)流很小，造成的損耗不顯著，對(duì)電纜載流量影響不大，不需要裝設(shè)電纜護(hù)套電壓限制器。這種方式可減少運(yùn)行維護(hù)工作量，但在金屬護(hù)套上存在環(huán)流，一般情況下不宜采用。

圖1 電纜金屬護(hù)套兩端直接接地

1.2 金屬護(hù)套一端接地，另一端保護(hù)接地

電纜線路較短時(shí)(500?m以內(nèi))，金屬護(hù)套通常采用一端單點(diǎn)互聯(lián)直接接地，另一端通過(guò)電壓限制器接地的方式(見(jiàn)圖2)。此時(shí)其他部位對(duì)地絕緣沒(méi)有構(gòu)成回路，可以減少及消除環(huán)流，有利于提高電纜的傳輸容量及運(yùn)行安全。為保證人身安全，電纜在正常運(yùn)行時(shí)，非直接接地端感應(yīng)電壓應(yīng)限制在50?V以內(nèi)；在短路等故障情況下，金屬護(hù)套絕緣的沖擊耐壓和電壓限制器在沖擊電流作用下殘壓的配合系數(shù)不小于1.4。由于電纜越長(zhǎng)，電纜非直接接地端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓越高。因此一端直接接地的接線方式適用的電纜不能太長(zhǎng)。

圖2 電纜金屬護(hù)套一端接地，另一端保護(hù)接地

1.3 金屬護(hù)套中間直接接地、兩端保護(hù)接地

電纜線路較長(zhǎng)時(shí)(1?000?m以內(nèi))，若電纜線路采用一端接地，其金屬護(hù)套感應(yīng)電壓將不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，此時(shí)可以在電纜線路的中點(diǎn)將電纜的金屬護(hù)套進(jìn)行單點(diǎn)互聯(lián)接地，而電纜金屬護(hù)套的兩個(gè)終端通過(guò)電壓限制器接地(見(jiàn)圖3)，且保證電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓不超過(guò)50?V。中間接地安裝方式的電纜線路可看作2個(gè)一端接地電纜線路連接在一起的安裝方式。

圖3 金屬護(hù)套中間直接接地，兩端保護(hù)接地

1.4 金屬護(hù)套交叉互聯(lián)

當(dāng)電纜線路很長(zhǎng)時(shí)(超過(guò)1?000?m),電纜金屬護(hù)套可以采用交叉互聯(lián)方式接地。交叉互聯(lián)是將電纜線路分成3個(gè)等長(zhǎng)小段(偏差不超過(guò)5?%)，在每小段之間安裝絕緣接頭，金屬護(hù)套在絕緣接頭處用同軸電纜引出并經(jīng)互聯(lián)箱進(jìn)行交叉互聯(lián)后，通過(guò)電纜護(hù)套電壓限制器接地，同時(shí)，電纜2個(gè)終端的金屬護(hù)套直接接地，這樣形成1個(gè)互聯(lián)段位(見(jiàn)圖4)。如果三相電流對(duì)稱，那么電纜末端金屬護(hù)套感應(yīng)電壓就是0，可以直接將其接地，而不會(huì)在金屬護(hù)套中出現(xiàn)環(huán)流。感應(yīng)電壓最高的地方出現(xiàn)在絕緣接頭處，因此應(yīng)在此處裝設(shè)電壓限制器。同樣，在短路等故障情況下，金屬護(hù)套絕緣的沖擊耐壓和電壓限制器在沖擊電流作用下殘壓的配合系數(shù)不小于1.4。電纜線路更長(zhǎng)時(shí)，可以通過(guò)若干個(gè)互聯(lián)段位連接形成1個(gè)多段互聯(lián)。每個(gè)互聯(lián)段位之間安裝直線電纜接頭，金屬護(hù)套互聯(lián)直接接地。如果把這樣一個(gè)交叉互聯(lián)接地，看作是一個(gè)單元，由于該單元金屬護(hù)套是兩端直接接地，所以任何長(zhǎng)度的電纜，都可以分成若干個(gè)單元，理論上這種接線方式適用于各種長(zhǎng)度的電纜。交叉互聯(lián)兩端接地采用正三角形敷設(shè)，3小段長(zhǎng)度相等(分段均勻)時(shí)無(wú)環(huán)流產(chǎn)生；采用水平敷設(shè)且分段均勻時(shí)有微弱環(huán)流(可忽略)；而分段不均勻時(shí)其環(huán)流不可忽略，分段越不均勻環(huán)流越大。采用交叉互聯(lián)方式可以減少金屬護(hù)套感應(yīng)電壓及環(huán)流，有利于提高電纜傳輸容量。

圖4 金屬護(hù)套的交叉互聯(lián)

2 單芯電纜線路金屬護(hù)套感應(yīng)電壓計(jì)算及保護(hù)器的選擇

2.1 單芯電纜線路金屬護(hù)套感應(yīng)電壓技術(shù)要求

電纜線路的正常感應(yīng)電壓最大值規(guī)定如下。

(1)?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50?V。

(2)?除上述情況外，不得大于300?V。

2.2 單芯電纜線路金屬護(hù)套感應(yīng)電壓算例分析

下面給出算例，對(duì)比分析不同護(hù)套接地、鋪設(shè)方式下對(duì)電纜護(hù)套感應(yīng)電壓的影響。設(shè)電纜全長(zhǎng)L=1?000?m，電纜技術(shù)參數(shù)I=800?A，電纜直徑D=90?mm，中心距S=160?mm，品字型、直角、直線鋪設(shè)時(shí)電纜護(hù)套感應(yīng)電壓分別按公式(1)～(3)計(jì)算：

式中：UPZX，UZJ，UZX分別為品字型、直角、直線鋪設(shè)時(shí)的護(hù)套感應(yīng)電壓，V；I電纜電流，A;L為電纜長(zhǎng)度，m；S為電纜中心距，cm;r為電纜半徑，cm；ω為角頻率，rad/s。

計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不同接地、鋪設(shè)方式下電纜護(hù)套感應(yīng)電壓對(duì)比

由公式(1)～(3)及表1可見(jiàn)，影響電纜護(hù)套感應(yīng)電壓的因素除了電纜金屬護(hù)套的接地方式外，還與電纜鋪設(shè)方式、工藝有很大關(guān)系。表1表明：當(dāng)單芯電纜電流很大時(shí)，兩端接地的護(hù)套內(nèi)將產(chǎn)生不小的電流，嚴(yán)重影響了電纜載流量；一端接地系統(tǒng)護(hù)套感應(yīng)電壓最大達(dá)到88.5?V，必須采取有效的措施加以限制；同時(shí)，考慮到經(jīng)濟(jì)性和安全性，單芯電纜長(zhǎng)度超過(guò)1?000?m時(shí)，適宜采用交叉互聯(lián)系統(tǒng)。

2.3 電壓限制器的選擇

單芯電纜護(hù)套電壓限制器參數(shù)的選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定。

(1)?在最大可能沖擊電流作用下護(hù)套電壓限制器的殘壓，不得大于電纜護(hù)套的沖擊耐壓被1.4所除的數(shù)值。

(2)?在系統(tǒng)短路時(shí)產(chǎn)生的最大工頻感應(yīng)過(guò)電壓作用下，在可能長(zhǎng)的切除故障時(shí)間內(nèi)，護(hù)套電壓限制器應(yīng)能耐受。切除故障時(shí)間應(yīng)按5?s以內(nèi)計(jì)算。

(3)?最大可能沖擊電流累積作用20次后，護(hù)套電壓限制器不得損壞。

(4)?同時(shí)應(yīng)考慮雷擊影響下電壓限制器的選擇及安裝要求。

①?電壓限制器的殘壓應(yīng)低于電纜外護(hù)套絕緣的沖擊耐壓，即：

式中：U10——電壓限制器沖擊電流下的殘壓，V；Uch——護(hù)套絕緣沖擊耐壓，V。

②?電壓限制器工頻放電電壓應(yīng)低于護(hù)套工頻擊穿電壓，即：

式中：U放——電壓限制器工頻放電電壓，V；U2——護(hù)套2?s工頻耐壓，V。

3 單芯電纜護(hù)套保護(hù)及限制護(hù)套過(guò)電壓的幾點(diǎn)措施

(1)?合理考慮電纜分段長(zhǎng)度,進(jìn)一步強(qiáng)化設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

(2)?強(qiáng)化對(duì)于線路故障情況下的護(hù)套感應(yīng)電壓設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

(3)?電纜護(hù)套厚度需達(dá)到技術(shù)要求，在符合電纜設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下因地制宜地采用新型外護(hù)套。

(4)?嚴(yán)格電纜線路中間接頭、終端、交叉互聯(lián)系統(tǒng)制作安裝工藝流程。

(5)?在通道情況允許時(shí)采用回流線。

(6)?確保接地電阻達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

(7)?加強(qiáng)環(huán)流監(jiān)測(cè)。

(8)?對(duì)重要的高壓電纜線路，宜設(shè)有溫度檢測(cè)裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高壓?jiǎn)涡倦娎|金屬護(hù)套接地方式的探討，在66?kV及66?kV以上電纜工程設(shè)計(jì)施工中，可在保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇不同的金屬護(hù)套接地方式。單芯電力電纜的金屬護(hù)套電壓保護(hù)涉及電纜線路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)方面，每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)把好關(guān)，才能保證電纜線路的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。

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