地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱的研究與應(yīng)用

楊亨++張瀚+++陳凌宇++林瀚

摘 要：當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，并要求對(duì)于電纜的運(yùn)行質(zhì)量把控，并慢慢質(zhì)量的控制要求越來越高，當(dāng)前普遍問題是電纜運(yùn)行中，易產(chǎn)生沖擊過電壓影響，或是工頻感應(yīng)過電壓，對(duì)于電纜外護(hù)層絕緣部分要求，構(gòu)成巨大的安全威脅，從而出現(xiàn)保護(hù)層出現(xiàn)接地故障問題，這很不利于電纜的長(zhǎng)壽命運(yùn)行保護(hù)。所以我們需要研發(fā)制造電纜護(hù)層保護(hù)裝置，研究出對(duì)其感應(yīng)或是故障過電壓?jiǎn)栴}，進(jìn)行有效的安全控制，本文針對(duì)地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱的研究進(jìn)行探討分析，結(jié)合其用途需要、技術(shù)原理控制、技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)控制及創(chuàng)新點(diǎn)意義進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：地埋式防水電纜護(hù)層；交叉互聯(lián)；保護(hù)接地箱

中圖分類號(hào)：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.項(xiàng)目背景

隨著我國(guó)電網(wǎng)的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的不斷提升，在電網(wǎng)建設(shè)過程中地下電纜正在逐步取代架空輸電線路，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，電纜總長(zhǎng)度將會(huì)年年增加，如何提高電纜線路供電可靠性和保證供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，并減少停電帶來的損失和人力物力成，成為電纜線路運(yùn)維管理的一個(gè)重要課題。

我國(guó)目前使用的35kV大截面電力電纜和66kV、110kV及以上電壓等級(jí)的電力電纜均為為單芯電纜，電纜金屬護(hù)層一端三相互聯(lián)并連接地面，另一端不接地面，使用過程中當(dāng)雷電波或內(nèi)部通過電壓沿電纜線芯流動(dòng)時(shí)，電纜金屬護(hù)層不接地端就會(huì)出現(xiàn)較高的沖擊過電壓這種現(xiàn)象，或者當(dāng)系統(tǒng)短路事故發(fā)生時(shí)電流流經(jīng)電纜線芯，其護(hù)層不接地端也會(huì)出現(xiàn)很高的工頻感應(yīng)過電壓現(xiàn)象。以上情況電壓可能直接穿過電纜外護(hù)層絕緣設(shè)備，造成電纜金屬護(hù)層多點(diǎn)接地故障發(fā)生，從而嚴(yán)重影響電力電纜正常運(yùn)行甚至大幅減少電纜使用壽命問題。因此參照我國(guó)現(xiàn)使用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T401-2002《高壓電力電纜選用導(dǎo)則》的規(guī)定須采用電纜護(hù)層保護(hù)器以更好地限制電力電纜金屬護(hù)層上的感應(yīng)電壓和故障過電壓產(chǎn)生。

在目前我國(guó)使用的單芯電纜構(gòu)成的交流傳輸系統(tǒng)中，電力電纜的金屬屏蔽層必須要接地。當(dāng)單芯電力電纜較遠(yuǎn)距離施工過程中，需將電纜線路分多段施工，金屬屏蔽層相互交叉互聯(lián)進(jìn)行，同時(shí)再將三相電纜金屬屏蔽層連續(xù)地進(jìn)行換位，實(shí)現(xiàn)排列對(duì)稱的三相電纜金屬屏蔽層電位向量和為零。交叉互聯(lián)接地箱就是解決上述問題的一種有效接地保護(hù)方法。

電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱是一種電纜護(hù)層接地裝置，其最重要目的是為了對(duì)電纜金屬護(hù)層易出現(xiàn)的感應(yīng)電壓、故障過電壓影響進(jìn)行有效的控制，降低護(hù)層中環(huán)流的出現(xiàn)問題。電纜金屬護(hù)層的兩端分為保護(hù)接地和直接接地，但電纜線路相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)，需將電纜護(hù)層分3段相互絕緣施工，再經(jīng)過交叉互聯(lián)后經(jīng)過保護(hù)裝置后進(jìn)行有效接地施工。

目前，輸電電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱安裝方式主要有兩種，第一種是在中間接頭井附近地面上獨(dú)立設(shè)置安裝接地箱，將電纜中間接頭的接地線引到接地箱中進(jìn)行接線，并在接地箱外面安裝保護(hù)殼和保護(hù)欄。此種安裝方式可以防水防潮，便于運(yùn)維人員隨時(shí)打開接地箱進(jìn)行作業(yè)操作，但由于電纜多埋設(shè)于市鎮(zhèn)街道兩旁，接地箱加上保護(hù)欄之后外形較大且安裝于地面上，容易因遮擋到門面遭到附近商戶或住宅的居民群眾的反對(duì)和阻撓。（如圖1所示）第二種是當(dāng)中間接頭井附近地面上無法找到合適的位置獨(dú)立安裝接地箱（或受外來因素阻撓）時(shí)，則須將接地箱安裝于中間接頭井內(nèi)。但由于目前尚無防水密封性能較好的接地箱，大部分安裝于井內(nèi)的接地箱在運(yùn)行一段時(shí)候后都會(huì)不同程度地進(jìn)水受潮，致使箱內(nèi)的接地線及其他金屬件銹蝕、發(fā)熱甚至脆斷；而且由于安裝于中間井內(nèi)，當(dāng)需要打開接地箱進(jìn)行作業(yè)操作時(shí)，均需要先打開中間井的蓋板，井蓋笨重不易打開，往往需要耗費(fèi)一定的人力精力，拖延作業(yè)時(shí)間。

2.項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

對(duì)此，經(jīng)過研究設(shè)計(jì)，各取現(xiàn)有兩種安裝方法的優(yōu)點(diǎn)，研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好的地埋式防水接地箱，通過在電纜中間接頭井旁邊另外開挖修筑一個(gè)“小井”，并將新型防水接地箱以埋地的方式獨(dú)立安裝于“小井”內(nèi)，將三相接地線及總接地線引到該“小井”內(nèi)接入防水接地箱。由于接地箱仍是安裝于地面下，且“小井”蓋板遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原中間接頭井的蓋板（尺寸與普通工作井或10kV電纜井相似），便可達(dá)到既不影響市容街道美觀，又方便電纜運(yùn)維人員隨時(shí)可以打開接地箱進(jìn)行作業(yè)操作，同時(shí)還可以有效防止接地箱遭受偷盜或人為損壞的有效措施。在當(dāng)前，研發(fā)制造新型地埋式防水電纜保護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱裝置，接地箱主要包括箱體、防水套、應(yīng)力支撐架，內(nèi)部裝有連接銅排、銅端子等。接地箱箱體及連接螺栓全部采用不銹鋼材料，耐腐蝕性能優(yōu)良；箱內(nèi)連接材料均選用導(dǎo)電性能極好的紫銅材料，表面層均鍍錫，導(dǎo)電性能大大提高數(shù)倍；進(jìn)線口密封圈采用一次成型三元乙丙橡膠和不銹鋼整體車銑，確保密封性。

新研制的接地箱體積小、重量輕、質(zhì)量好、防水（防水等級(jí)IP68）、防污穢、耐腐蝕、免維護(hù)、安裝方便，能有效解決電纜護(hù)層接地箱長(zhǎng)期存在的諸如凝露、進(jìn)潮、進(jìn)水造成接地箱失效等問題，有效提高電力電纜線路供電可靠性。

3.項(xiàng)目技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）新型防水接地箱的箱蓋及進(jìn)線口的防水、防污性能處理。

（2）接地箱內(nèi)部銅排、銅端子等電氣連接件的導(dǎo)電性能處理。

（3）結(jié)合周圍地理環(huán)境情況，進(jìn)行“小井”的開挖修筑和接地線的引出和接入。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）獨(dú)創(chuàng)性采用“渦輪葉片式”橡膠墊圈 + 一體化車銑不銹鋼螺帽的新型密封圈，橡膠墊圈采用進(jìn)口的一次成型三元乙丙橡膠，耐候、耐熱、耐油、耐老化等性能優(yōu)異，確保進(jìn)線口的密封性；接地箱箱體及連接螺栓全部采用不銹鋼材料，耐腐蝕性能優(yōu)良，板材厚度均在2.0mm以上，能夠承受較大的機(jī)械應(yīng)力，確保箱蓋可靠密封。

（2）箱內(nèi)連接使用的材料均選用導(dǎo)電性能極好的紫銅材料，鏈接箱內(nèi)表面層均使用鍍錫，導(dǎo)電性能大大提高數(shù)倍安全；上下排接線端子及每相銅排之間間距合理，確保了絕緣性能。經(jīng)試驗(yàn)，銅排連接點(diǎn)的接觸電阻值不超過40μΩ，銅排與外殼的絕緣電阻值不低于20MΩ。endprint

（3）創(chuàng)新性地在電纜中間接頭井旁邊另外開挖修筑一個(gè)“小井”，并將新型防水接地箱以埋地的方式獨(dú)立安裝于“小井”內(nèi)，將三相接地線及總接地線引到該“小井”內(nèi)接入防水接地箱，解決了電纜接地箱現(xiàn)有兩種安裝方式的優(yōu)缺點(diǎn)之間的矛盾。

我們研制該地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱，就其原本具有一定的高防水性、久抗腐蝕性，從而大大地降低了對(duì)環(huán)境的影響，更方便地下井里施工使用；這種新型技術(shù)對(duì)我們研發(fā)的電纜護(hù)層可持續(xù)發(fā)展前景，耐久性能使用，做了很好的鋪設(shè)；與此同時(shí)也給后期施工維護(hù)，工作量大大減少數(shù)倍；大大增加了使用年限，降低了成本開支。

4.接地箱結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

4.1 接地箱結(jié)構(gòu)

新研制的地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱包括密封箱、絕緣板和3個(gè)電纜護(hù)層保護(hù)器，絕緣板固定在箱體內(nèi)，其上固定有銅接地排和與電力電纜各相相對(duì)應(yīng)的3個(gè)大夾線座和3個(gè)小夾線座；3個(gè)電纜護(hù)層保護(hù)器的下端接銅接地排，上端分別與3個(gè)小夾線座連接；3個(gè)大夾線座和3個(gè)小夾線座分別經(jīng)3根同軸電纜的外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體與電力電纜接頭兩側(cè)的對(duì)應(yīng)電纜護(hù)層連接，3個(gè)大夾線座還通過3個(gè)交叉連接板與3個(gè)小夾線座交叉換位連接，該地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱結(jié)構(gòu)設(shè)施最主要由固定腳板設(shè)備、護(hù)層保護(hù)器裝置、接地端頭設(shè)備、地網(wǎng)電線設(shè)備、外導(dǎo)體夾座螺栓設(shè)備、進(jìn)線端口裝置、端口密封套裝備、同軸電纜設(shè)備以及內(nèi)導(dǎo)體夾座螺母配套組合成。

我們研制的硅橡膠氧化鋅電阻片保護(hù)器裝置，在地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱內(nèi)發(fā)揮了很好的自其調(diào)節(jié)作用，主要體現(xiàn)在其處于穩(wěn)定運(yùn)作狀態(tài)下，電阻片的電阻會(huì)慢慢增加；反之當(dāng)其處于電壓波侵入運(yùn)作狀態(tài)時(shí)，電阻片的電阻會(huì)慢慢降低；正由于保護(hù)器兩端的電壓值，一直處于被控制的工作狀態(tài)；因此無論是多大的電流，運(yùn)作電壓值都會(huì)被受到控制保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜金屬護(hù)層的保護(hù)，最終避免了電壓變化產(chǎn)生的影響。

地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱，具有接地作用、防止松脫措施、有效牢固裝置等有效接地措施，地埋式防水電纜護(hù)層交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱，使用材料均采用我們標(biāo)準(zhǔn)304不銹鋼，材質(zhì)厚度達(dá)3mm厚，我們箱體、我們箱蓋之間，均利用高防腐蝕性能的多重的防水密封筋發(fā)泡橡膠進(jìn)行極高密封處理；與此同時(shí)我們使用厚12mm不銹鋼螺栓有效緊固，不銹鋼件與鋼件之間的間距控制在70mm以內(nèi)。我們?cè)O(shè)備在進(jìn)線端口中設(shè)置了橡膠墊高密封套和專制的不銹鋼航空接頭配件等做了一系列的防潮、防水措施，在地下掩埋實(shí)現(xiàn)了更好的保護(hù)。

（1）獨(dú)創(chuàng)性采用“渦輪葉片式”橡膠墊圈 + 一體化車銑不銹鋼螺帽的新型密封圈，橡膠墊圈采用進(jìn)口的一次成型三元乙丙橡膠，耐候、耐熱、耐油、耐老化等性能優(yōu)異，確保進(jìn)線口的密封性；接地箱箱體及連接螺栓全部采用不銹鋼材料，耐腐蝕性能優(yōu)良，板材厚度均在2.0mm以上，能夠承受較大的機(jī)械應(yīng)力，確保箱蓋可靠密封。

（2）箱內(nèi)連接使用的材料均選用導(dǎo)電性能極高的紫銅材料，箱內(nèi)連接表面材料全部高鍍錫，導(dǎo)電性能大大提高數(shù)倍；上下排接線端子及每相銅排之間間距合理，確保了絕緣性能。經(jīng)試驗(yàn)，銅排連接點(diǎn)的接觸電阻值不超過40μΩ，銅排與外殼的絕緣電阻值不低于20MΩ。

4.2 主要技術(shù)參數(shù)（表1）

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