高壓交聯(lián)電力電纜在系統(tǒng)運(yùn)行里的正確接地分析研究

向少斌

摘要：高壓交聯(lián)電纜在運(yùn)行中會(huì)在金屬屛蔽和鎧裝層中產(chǎn)生感應(yīng)電壓及電流，如果處理不當(dāng)電纜會(huì)發(fā)熱、增大損耗，嚴(yán)重的造成短路事故，接地引起燃燒。在電力系統(tǒng)中高壓電纜的系統(tǒng)的感應(yīng)電壓的計(jì)算以及正確的施工接地就顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：高壓交聯(lián)電纜 感應(yīng)電壓產(chǎn)生 計(jì)算 系統(tǒng)接地

問題：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，超高壓、智能化、電腦、手機(jī)、高鐵等領(lǐng)域都有了飛速發(fā)展，人們充分享受著高科技帶給我們便利幸福生活。近年來我國高壓電纜的發(fā)展無論從數(shù)量上還是質(zhì)量均走在了世界的前面，但高壓電纜對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)行等環(huán)節(jié)都提出了很高的要求，在廣東電網(wǎng)某一高壓電纜運(yùn)行中發(fā)生某一單相電纜發(fā)熱嚴(yán)重，至短路。現(xiàn)場解剖查看，絕緣線芯完好，銅帶上有灼傷未透，其余部分均約傷炭化，由此可見燒傷是由外向里燒，對(duì)于這種燒傷模式，造成電纜燒傷的電流從何而來呢？原因分析如下：

1 是否由電纜附件發(fā)生中間接頭主體擊穿故障導(dǎo)致

1.1 現(xiàn)場對(duì)電纜附件進(jìn)行解體

①外部保護(hù)情況：解剖開三個(gè)接頭后發(fā)現(xiàn)，不管是銅外殼的安裝，地線的連接，還是灌注防水絕緣膠等都符合相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

②擊穿現(xiàn)象：通過解剖接頭后發(fā)現(xiàn)，接頭主體上存在擊穿故障點(diǎn)。

③安裝工藝尺寸：解剖開接頭主體，檢查測量電纜開剝尺寸以及斷口和絕緣的打磨處理、壓接導(dǎo)體后導(dǎo)體間的長度、搭接尺寸等，結(jié)果顯示各尺寸都是符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的。

1.2 供應(yīng)商生產(chǎn)過程追溯及問題排查

①解體后，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司物流服務(wù)中心組織供應(yīng)商對(duì)其產(chǎn)品的原料檢驗(yàn)、生產(chǎn)工藝和試驗(yàn)設(shè)備等各個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的排查，結(jié)果顯示該產(chǎn)品的原料是“道康寧”液體硅橡膠，該原料的各項(xiàng)指標(biāo)和性能如生產(chǎn)過程、進(jìn)廠檢驗(yàn)等都符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

②供應(yīng)商所采用的道康寧硅橡膠材料一直都是公認(rèn)的優(yōu)良原材料，具有很高的絕緣性能，體積電阻率≥1015ω.cm，1mm厚硅橡膠材料能耐受電壓≥23kV實(shí)測值26.86kV。同時(shí)其110kV中間接頭經(jīng)過了出廠試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)和性能都是符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的。

③分析解剖情況發(fā)現(xiàn)，安裝工藝、電纜開剝尺寸及處理、以及接頭主體的搭接尺寸等都符合相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

④從接頭的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上分析，該接頭在正式投入到市場之前是經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)的，完全符合相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并且該接頭設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力控制曲線也是得到了論證的，通過出廠試驗(yàn)分析是完全符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的。另外，該供應(yīng)商的110kV接頭從開始生產(chǎn)到現(xiàn)在，被使用到了很多地方，至今沒有發(fā)現(xiàn)一起由于該接頭異常而發(fā)生的運(yùn)行故障。

綜上所述，可以排除由于電纜附件的質(zhì)量問題導(dǎo)致的電纜有灼燒的現(xiàn)象。

2 線路系統(tǒng)接地是否有問題

2.1 系統(tǒng)接地的要求

①正確認(rèn)識(shí)和掌握保護(hù)接地的兩種保護(hù)方式的不同點(diǎn)和使用范圍。TT系統(tǒng)和TN-C系統(tǒng)是兩個(gè)具有各自獨(dú)立特性的系統(tǒng)，雖然兩個(gè)系統(tǒng)都能夠很好地起到保護(hù)接地的作用，但是兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)保護(hù)措施上的要求是完全不同的。在實(shí)際的應(yīng)用過程中必須正確認(rèn)識(shí)和掌握保證接地的這兩種保護(hù)方式，在同一配電系統(tǒng)中絕不能同時(shí)采取兩種保護(hù)方式，只能單獨(dú)采用一種保護(hù)方式。這是因?yàn)槿绻麅煞N保護(hù)方式同時(shí)應(yīng)用于配電系統(tǒng)中，一旦接地保護(hù)的設(shè)備出現(xiàn)異常情況，零線的對(duì)地電壓就會(huì)升到很高的數(shù)值，在這種情況下，所有受保護(hù)的設(shè)備就會(huì)受到很大的影響，帶上與零線的對(duì)地電壓相同的電位，那么裸露在外面的設(shè)備外殼金屬部分自然也就會(huì)帶上很高的對(duì)地電壓，嚴(yán)重威脅了使用者的生命安全。另外，由于使用人員的生命安全和保護(hù)接地是否安全有著直接的關(guān)系，必須讓使用者懂得什么是保護(hù)接地，并且能夠正確區(qū)分接地與接零保護(hù)的不同點(diǎn)，只有這樣自身的生命安全才有保障，出現(xiàn)運(yùn)行事故和安全事故的概率才會(huì)降低。

②如何正確選擇和使用接地保護(hù)與接零保護(hù)。首先應(yīng)該意識(shí)到接地保護(hù)惡化接零保護(hù)的作用是一致的，都是為了保護(hù)相關(guān)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和保護(hù)使用者的生命安全，都屬于保護(hù)接地的范圍。在此基礎(chǔ)上應(yīng)該通過分析接地保護(hù)和接零保護(hù)之間的區(qū)別和使用范圍，正確選擇和使用接地保護(hù)和接零保護(hù)。具體應(yīng)做到保證受電端建筑物內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)和步驟都是符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和要求的，對(duì)新建或改造的客戶建筑物的室內(nèi)配電部分，實(shí)施以局部三相五線制或單相三線制，即在傳統(tǒng)配線的基礎(chǔ)上，分別各增加一條保護(hù)線接入到客戶每一個(gè)需要實(shí)施接地保護(hù)電器插座的接地線端子上，取代傳統(tǒng)的配電模式，只有這樣才能充分地發(fā)揮保護(hù)接地的作用。

2.2 TT系統(tǒng)接地保護(hù)線（PE）的設(shè)置要求

由于用戶的配電系統(tǒng)是TT系統(tǒng)時(shí)，只能采取接地保護(hù)方式，所以如果當(dāng)用戶所在的配電系統(tǒng)是TT系統(tǒng)時(shí)，用戶應(yīng)該依照相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，在室外埋設(shè)人工接地裝置，只有這樣才能滿足接地保護(hù)的接地電阻值的要求就能滿足接地電阻的阻值要求。然后用直徑≥φ8的圓鋼焊接后引出地面0.6m，再用同引入的電源相線同等材質(zhì)和型號(hào)的導(dǎo)線連接到配電盤的保護(hù)線（PEE）上。

通過現(xiàn)場排查分析，專家組認(rèn)為線路在運(yùn)行中在金屬屏蔽和鎧裝層上產(chǎn)生了感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。感應(yīng)電壓、電流產(chǎn)生的原因：

當(dāng)電纜在交變電壓下運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)體中通過的交變電流會(huì)產(chǎn)生交變磁場，磁場產(chǎn)生的磁力線與導(dǎo)體相連，同時(shí)也與金屬屏蔽及鎧裝層相通，這樣在金屬鎧裝層就產(chǎn)生感應(yīng)電壓。如果在實(shí)際施工過程中將金屬護(hù)套兩端接地，則會(huì)在金屬護(hù)套中產(chǎn)生感應(yīng)電流（環(huán)流）。

感應(yīng)電流的大小與導(dǎo)體中通的電壓、電流大小，電纜長度、排列有很大關(guān)系，如果不做正確處理，就會(huì)造成感應(yīng)電壓過高而燒毀電纜，所以對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行計(jì)算并采取有效的措施是有益的。高壓電纜金屬屛蔽層（護(hù)套）中感應(yīng)電壓值：兩根單芯電纜組成單相回路護(hù)套電感和線芯計(jì)算方法相同，且金屬護(hù)套厚度比線芯直徑小的多，其內(nèi)感忽略不計(jì)

3 高壓電纜金屬護(hù)套接地

為了更好地解決好系統(tǒng)線路中金屬護(hù)套上產(chǎn)生的環(huán)形電流及感應(yīng)電動(dòng)勢，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠安全運(yùn)行，就必須對(duì)電纜采取正確安全的接地形式。

3.1 一端接地

電纜線路不長時(shí)（約500M以下）可采用這種一端直接接地，通常在終端頭位置接地。另一端通過電壓保護(hù)器接地，電纜護(hù)套對(duì)地絕緣，這樣護(hù)套內(nèi)沒有環(huán)流損耗，運(yùn)行安全。

特別注意的是由于電壓會(huì)隨著電纜線路的增長而升高，并且會(huì)影響電纜非直接接地端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，使其升高，因此為了保證人身安全，應(yīng)該把該感應(yīng)電壓控制在50V內(nèi)。

3.2 中間接地

當(dāng)電纜很長時(shí)，可以采用對(duì)金屬護(hù)套中間直接接地后，兩端經(jīng)過電壓保護(hù)器接地，可以把一端直接接地，電纜長度增大一倍，接線方式和原理與一端接地一樣。

理論上說這種接線方式適用各種長度的電纜，但是電纜線路很長時(shí)，采用這種方式系統(tǒng)上也會(huì)有很高感應(yīng)電壓產(chǎn)生，除了采用上述方法外還可采用金屬護(hù)套的交叉互聯(lián)（換相），以降低感應(yīng)電壓，這在高速鐵路施工上用的較多。

3.3 兩端接地

金屬護(hù)套采用兩端接地方式，適用于電纜較短，其傳輸有較大裕度，感應(yīng)電壓小的線路，由于兩點(diǎn)接地，可產(chǎn)生環(huán)流，故不推薦這種方式。

3.4 三芯電纜接地

由于通過三相交變電流對(duì)稱，故相量為零，金屬屏蔽層中感應(yīng)電壓相量和也為零，從而不會(huì)在金屬護(hù)套上出現(xiàn)環(huán)流及感應(yīng)電壓。按施工規(guī)范要求做即可。

4 問題解決

通過問題的分析，最終確認(rèn)由于電力系統(tǒng)的接地錯(cuò)誤，導(dǎo)致電纜的灼燒，接地問題是造成這一問題關(guān)鍵，由于電壓高，線路長，接地處理不好，則在線路上產(chǎn)生了極高感應(yīng)電壓，電纜發(fā)熱，當(dāng)熱值到一定極限時(shí)就發(fā)生由外向里灼燒，直至短路。按要求做了正確的接地處理后，線路運(yùn)行安全，未再發(fā)生上述現(xiàn)象。

5 小結(jié)

①接地的關(guān)鍵對(duì)于高壓電纜的運(yùn)行很重要，在系統(tǒng)運(yùn)行中，如果線路較短，電壓不高，則采用一端或兩端接地均可。

②如果線路長，電壓高，則適合中間接地兩端經(jīng)過電壓保護(hù)器接地更加安全可靠，雖然運(yùn)行維護(hù)成本會(huì)增加，但是安全性明顯提高。

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