高壓電力電纜金屬屏蔽層接地問題分析

王 文

（貴州黔源電力股份有限公司普定發(fā)電公司，貴州 安順 562100）

0 引言

高壓單芯電力電纜線路金屬屏蔽層或金屬護套上感應電勢的幅值，與線路的長度和電流大小成正比關系。當電纜越長或電流越大時，感應電勢疊加起來就越大，會危及人身安全和電纜絕緣安全；當高壓單芯電力電纜線路發(fā)生短路故障、遭受雷電沖擊或操作過電壓時，該感應電勢很高，有可能擊穿金屬屏蔽層絕緣［1－2］。

1 高壓單芯電力電纜與統(tǒng)包電力電纜接地方式的不同

三芯或四芯電纜都屬于統(tǒng)包電力電纜，其芯線在電力電纜中呈品字形對稱分布，若三相負荷平衡，則流過每條線芯的電流大小相等、三相電流矢量和為零，所以金屬護套或金屬屏蔽層上不會產(chǎn)生感應電壓。然而對于單芯電力電纜，當線芯中有交流電流流過時，高壓單芯電力電纜在金屬屏蔽層或金屬護套上就會存有磁鏈，金屬護套或金屬屏蔽層兩端就會出現(xiàn)感應電勢。如果把單芯電力電纜金屬屏蔽層一端接地，另一端不接地，當單芯電力電纜線芯有過電壓或雷電流波流過時，很高的沖擊電壓會出現(xiàn)在單芯電力電纜金屬屏蔽層不接地端；當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，高壓單芯電力電纜的金屬屏蔽層不接地端因電力電纜線芯流過較大的短路電流，從而在金屬屏蔽層不接地端出現(xiàn)很高的工頻感應電勢，如果電纜金屬屏蔽層的絕緣強度承受不了這種感應過電壓的沖擊，那么電纜金屬屏蔽層的絕緣將被損壞，高壓單芯電力電纜上將會出現(xiàn)多點接地現(xiàn)象，形成環(huán)流，這就是統(tǒng)包電力電纜和高壓單芯電力電纜接地方式的不同之處［3-4］。

2 高壓三芯電力電纜金屬屏蔽層接地方式

10 kV電纜一般是使用交聯(lián)聚乙烯改裝的高壓三芯電力電纜，如果高壓三芯電力電纜在正常運行時的三相電流大小相等，高壓三芯電力電纜的金屬屏蔽層或金屬護套上無磁鏈，由法拉第電磁感應定律可知在金屬護套或金屬屏蔽層兩端就沒有感應電勢，所以三芯電力電纜的金屬護套或金屬屏蔽層兩端接地后，不會有感應電流流過金屬護套或金屬屏蔽層，從而使電纜發(fā)熱、絕緣老化［5-6］。但是三芯電力電纜在實際運行中，三相負荷不可能平衡，由于三相負荷不平衡產(chǎn)生的零序電流將會使三芯電力電纜屏蔽層兩端存在感應電壓，但是這種零序電流在三芯電力電纜屏蔽層兩端產(chǎn)生的感應電壓一般很小，所以10 kV高壓三芯電力電纜的金屬屏蔽層或金屬護套一般采用兩端直接接地。高壓三芯電力電纜金屬屏蔽層兩端直接接地這種接地方式能減少一定的工作量，但是適用的條件非?？量?，這種接地方式要求10kV高壓三芯電力電纜線路長度不能太長并且傳輸功率小、電纜傳輸容量裕度大。

3 高壓單芯電力電纜金屬屏蔽層接地方式

3.1 金屬屏蔽層兩端分別接地

當單芯電力電纜線路在500 m內時，高壓單芯電力電纜金屬屏蔽層或金屬護套兩端接地方式一般采取一端直接接地，另一端通過保護器接地，高壓單芯電力電纜金屬屏蔽層對地沒有形成閉合回路，可以減少甚至消除環(huán)流，有利于提高單芯電力電纜的載流量和電纜運行安全可靠性。根據(jù)有關電力安全要求［7］，非直接接地的一端金屬屏蔽層或金屬護套上的感應電勢不能大于50 V，當高壓單芯電力電纜與架空線路有連接時，連接端的金屬屏蔽層直接接地，另一端通過保護器接地，如圖1所示。

圖1 電纜金屬屏蔽層兩端分別接地

3.2 單芯電力電纜金屬屏蔽層中點接地

當單芯電力電纜線路在1 000 m內時，在高壓單芯電力電纜線路的中間位置將單芯電力電纜的金屬屏蔽層剝開后直接接地。若高壓單芯電力電纜線路采取一端接地，其金屬屏蔽層上不接地端的感應電壓將按照不大于50 V進行設計；在高壓單芯電力電纜線路的中間位置將單芯電力電纜的金屬屏蔽層剝開后直接接地，在其金屬屏蔽層的兩端分別通過保護器進行接地。采取這種接地方式的高壓單芯電力電纜線路，可看成是兩個“一端直接接地，一端通過保護器接地”的高壓單芯電力電纜線路互相連接在一起的安裝接線方式［8］。假如高壓單芯電力電纜線路是一根無接頭的電纜，那么就在高壓單芯電力電纜的中間位置將電力電纜的金屬屏蔽層剝開，然后直接在高壓單芯電力電纜的金屬屏蔽層上接地（安裝接地裝置），同時必須做好防水處理。如果高壓單芯電力電纜線路是由兩盤電纜互相連接時，就在單芯電力電纜中間連接處安裝一個直通接頭然后直接接地，單芯電力電纜金屬屏蔽層兩端則通過保護器接地［9］，如圖2所示；也可以選擇在單芯電力電纜中間連接處安裝一個絕緣接頭然后通過保護器接地，單芯電力電纜金屬屏蔽層兩端直接接地，如圖3所示。

圖2 電纜金屬屏蔽層中點直接接地

圖3 電纜金屬屏蔽層兩端直接接地

通過中間直通接頭接地，雖減少了1臺“直接接地箱”，但當電力電纜外護套出現(xiàn)故障時，不能確定故障點是在電力電纜接頭的左邊還是右邊，而且對電力電纜的維護很不方便；通過絕緣接頭接地，雖然多了1臺“直接接地箱”，成本有所增加，但能很快確定故障點是在電力電纜接頭的左邊還是右邊，維護起來很方便［10］。

3.3 高壓電力電纜金屬屏蔽層交叉互聯(lián)接地

當高壓電力電纜線路長度到1 000 m以上時，高壓單芯電力電纜的金屬屏蔽層可以采用交叉互聯(lián)的安裝接地方式，把1根高壓單芯電力電纜線路等分成3個小段后交叉互聯(lián)起來，在每1小段電力電纜相連接之間安裝1個絕緣接頭，在電力電纜安裝的絕緣接頭處經(jīng)同軸電力電纜引出并經(jīng)交叉互聯(lián)箱后通過保護器進行接地，在電力電纜的兩個終端金屬屏蔽層分別直接接地，這樣就一根長電纜就形成交叉互聯(lián)段位的幾個小單元，如圖4（a）所示，這就是電力電纜金屬屏蔽層交叉互聯(lián)接地；如果電力電纜線路更長的話，在每個交叉互聯(lián)段位連接之間安裝直通接頭，金屬屏蔽層交叉互聯(lián)后通過直通接頭直接接地，如圖4（b）所示，交叉互聯(lián)接地不僅可以減小單芯電力電纜金屬屏蔽層上的環(huán)流，還可以提高輸電電纜的傳輸容量和載流量［11］。

圖4 電纜金屬屏蔽層交叉互聯(lián)接地

4 高壓電力電纜金屬屏蔽層接地的作用

當高壓電力電纜線芯絕緣損傷后對金屬屏蔽層發(fā)生短路時，短路電流會順著接地線流入大地，防止電纜起火。

高壓電力電纜金屬屏蔽層能將流過線芯的交變電流引起的電磁場屏蔽在絕緣線芯內，有效減少電磁場給外界帶來的干擾。

高壓電力電纜在正常運行時電纜線芯雙屏蔽和金屬護套的電容電流有回路流入大地。

當系統(tǒng)里運行中的高壓電力電纜發(fā)生短路的時候，高壓電力電纜的金屬屏蔽層能在有限的時間內能為電力電纜承受一定的電流，防止系統(tǒng)運行中的高壓電力電纜絕緣在過流情況下產(chǎn)生熱擊穿，造成電力事故引起大面積停電。

高壓電力電纜中因三相負荷不平衡產(chǎn)生的零序電流引起的感應電勢，通過接地線與大地形成短路，防止高壓電力電纜與接地支架存在電位差而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

5 結論

因為高壓單芯電力電纜與統(tǒng)包電纜接地方式本質的區(qū)別，所以在施工中應綜合考慮電纜載流量的變化、長度、降低工程造價等因素后再對高壓電力電纜選擇接地方式，在確保高壓電力電纜金屬屏蔽層上至少應有一點接地的前提下根據(jù)實際情況選擇合適且經(jīng)濟性的電力電纜金屬屏蔽層接地方式，提高高壓電力電纜安全運行的可靠性。

單芯電力電纜應以品字形布置以減少金屬屏蔽層上的感應電勢。

從消除環(huán)流損耗，不降低傳輸容量等考慮，提倡電纜金屬屏蔽層一端接地方式。

當電纜長度在500 m以內時，10 kV三芯電力電纜金屬屏蔽層兩端直接接地；當電纜長度在500~1 000 m時，10 kV三芯電纜金屬護套或金屬屏蔽層應采用一端直接接地，若另一端實測感應電壓超過50 V的，則通過安裝保護器接地；當電纜長度不小于1 000 m時，10 kV三芯電纜金屬護套或金屬屏蔽層中間采用保護器接地，兩端直接接地。

當電纜長度在500 m以內時，35 kV和110 kV單芯電力電纜金屬屏蔽層采取一端直接接地，另一端通過保護器接地；當電纜長度在500~1 000 m時，35 kV和110 kV單芯電力電纜金屬屏蔽層采用中間直接接地，兩終端通過保護器接地或者中間通過保護器接地，兩終端直接接地；當電纜長度不小于1 000 m時，35 kV和110 kV單芯電力電纜金屬屏蔽層采用中間采用交叉互聯(lián)接地，兩端采用直接接地。

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