高压单芯电缆护层的感应电压的分析与应用

目前我厂 35-110KV 高压电缆均为单芯电缆，一旦电缆护层有非正常接地点，将导致护 层电流大幅增加，使得电缆运行温度不断升高，少数情况接地点可能频繁放电，将直接危及 电缆主绝缘，危害较大，另外还将产生大量的电能损失。高压单芯电缆护层接地方式的选择 合理性也关系到电缆安全稳定运行，故对高压单芯电缆系统，应根据实际情况而选择合适的 电缆护层接地方式。一般将电缆护层接地方式分为以下四种：（一）当电缆线路很短，传输 功率很小时，金属护套上的感应电压极小时，采用金属护套两端直接接地的方式；（二）当 电缆长度大约在 500m 及以下时，电缆金属护套采用一端直接接地，另一端经护层保护器接 地；（三）当电缆长度很长，感应电压很高时，采用金属护套中点直接接地；（四）当电缆长 度在 1000m 以上时，采用金属护套交叉互联的接地方式。
感应电动势的有效值 Aa = Bb = Cc =2ωiln(2S/Ds)X10-7V/M
3、事故分析
下面就我厂110KV高压单芯电缆韩钢线的事故分析。 韩钢线护层保护情况概述 韩钢线是由韩仓变电所直供三降压的一条 110KV 回路，电缆型号为 YJV-110，电缆是从线路 7#杆至三降压 GIS 开关室，总长约 2475m,电缆护层采取交叉互联的接地方式，其中每段长 度约 825m，中间 2 个交叉互联箱的引出线均采用单心带屏蔽层的电缆，屏蔽层作为电缆前 段护层保护的引出线，而主线心作为后段护层保护的引出线。接线示意图如下：
9 月 22 日，我们对 110KV 韩钢线电缆故障进行处理，利用查找电缆故障的闪洛法进行 查找，最后在落地新隧道距 1650m 交叉互联箱大约 80m 处发现一点非正常接地。因电缆施工 时，接地极铁片没有处理好，在铺设电缆时由于电缆自身质量较大，直接导致电缆插入接地
极铁片的铁刺上，从而形成接地。当我们第一次送电带上负荷时，发现三降压和七#下火杆 中点电流相差不是很大，由于电缆运行时发生震动，导致接地极铁片的铁刺插透电缆。当我 们在 9 月 3 日对韩钢线进行测量时，发现三降压和 7#下火杆中点电流相差很大，在对电缆 故障进行处理时，发现正是由于一点接地导致三降压与 7#下火杆中点电流相差很大，这就 是 110KV 韩钢线电缆发生故障的根本原因。
三相回路电缆护套上的感应电动势单相电缆回路中电缆护套上相链的磁通的关系式可 改写为：
由上式可 推广到三相电缆回路中，由于ia +ib+ic =0，故可视为A相电缆同B相电缆构成一回 路，电流为il ；又与C相电缆构成一回路，电流为it。与A 电缆护套相链的磁通的关系式为：
设A、B相电缆间距为S1，B、C相间距为S 2，A、C相间距为S3 ，则三相电缆回路中电缆 护套上的感应电动势为：
C
11.7
5
A
12
3.2
距三降压 1650m 交叉互联箱
B
12
3.2
C
14
4.8
7#下火杆
0
7
在出现故障时（负荷电流为300A）测的各点的数据为（数据如上图所标）：
线路名称
韩钢线
试验日期
2008 年压 kV 芯数 截面 mm2 长度 M 起始位置
终端位置
料
YJV-110 110
三降压
3 2 1
下火杆
i0：14A
3.7A
19A
1.3A
2.5A 4.4A
45A
I048A
根据以上电缆资料，可得此电缆每米的感应电动势
=2ωiln(2S/Ds)X10-7V/M=2 整根电缆的感应电压 M 整根电缆地电阻、接地电阻、地阻共为2Ω
-7=0.018V/M
所以整根电缆的感应电流i= M =22.275A 故障现象：韩钢线投运带上负荷后（负荷电流为240A）测得各点的数据如下：
我厂的单芯电缆都以等边三角形的方式敷设。按等边三角形敷设电缆（如图所示）时：
有S1=S2=S3=S，则Xa=Xb=Xc=X=2ωln(2S/Ds)X10-7Ω/M,X1=X2=0故有UBA=-jiBXa
cX1 -jiAX,
Uab= jiAXa
cX0 -jiBX, UaB=-jiCXc
AX2 -jiCX.
高压单芯电缆护层的感应电压的分析与应用
李赵磊
济南钢铁集团有限公司能源动力厂 摘 要 通过分析能源动力厂 110KV 韩钢线护层接地的隐患，利用对护层感应电压和感应电流的计算，可以准确的计算出护层接 地点的位置。 关键词 高压单芯电缆 电缆护层 感应电压
High-voltage single-core cable sheath of the induced voltage of the analysis and application LI Zhaolei
（3）：14-16。 2、 王曦、张树魁。单芯电缆金属护层接地与电缆故障。山西煤炭管理干部学院学
报，2003,2:91-99。 3、 牛海清，王晓兵，蚁泽沛。1l0kV单芯电缆金属护套环流计算与试验研究。高电
压技术，2005，31(8)：15-17。 4、 王敏。10kV单相电力电缆屏蔽层的感应电压和环流。高电压技术，2002，28(5)：
线路名称
韩钢线
试验日期
2008 年 7 月 28 日
电缆资
型号
额定电压 kV 芯数 截面 mm2 长度 M
起始位置
终端位置
料
YJV-110 110
1*3
800
2450
7#杆
`三降压
地点
相别
电压（V）
电流(A)
A
2.6
B
2.6
三降压
C
2.6
O
5
A
13.1
1.4
距三降压 825m 交叉互联箱
B
8.3
0.4
4、结束语
随着十一五工程的相继竣工，使我厂管辖范围内的高压单芯电缆数目增多，发生护层接 地的故障隐患几率增大。在今后的工作中，定期对35-110KV单芯电缆护层的电压、电流的测 试，结合理论上的计算，判别电缆的护层是否存在非正常的接地。
参考文献 1、 欧景茹。高压单芯电缆金属护套感应电压的计算及其保护方式。吉林电力。2001
30—32。
在进一步排查中，发现距三降压 1650m 交叉互联箱 A 相电压异常，仅为 2V，根据公式 正三角排列的护套感应公式 u=2ωIln2s/d×10-7v/m（电缆直径为 116mm,线心直径取 37mm, 外护套直径取 87mm）可以算出在线路负荷 300A 时护套感应电势为 44.55V，感应电流为 22.275A 。而又根据 9 月 3 日在两端测得的数据（7#下火杆 i048A,三降压 i014A），两端的数 据相差很大，并且与感应电流 22.275A 相差很大，所以可以判定此电缆有一点非正常接地。
2、金属护套产生的感应电压分析
当单芯电缆线芯流过交变电流时，交变电流的周围必然产生交变的磁场，形成与电缆回
路相交链的磁通，也必然与电缆的金属护套相交链，因此，在金属护套上将会产生感应电动 势。由于电缆长度远大于组成电缆回路的电缆之间的距离(L 》s)．我们可以认为电缆金属 护套上产生的感应电动势是均匀分布的，这样就可以计算单位长度金属护套上的感应电动 势。
1*3
300
2450
7#杆
`三降压
地点
相别
电压（V）
电流(A)
A
B 三降压
C
O
14
A
12.5
3.7
距三降压 825m 交叉互联箱
B
18.8
1.3
C
15.5
19
A
2
45
距三降压 1650m 交叉互联箱
B
18.9
4.4
C
15.7
2.5
下火杆
O
48
根据两次测得的各点数据对比分析，2008 年 9 月 3 日所测得的各点数据不正常。因为 在运行电缆中，测得电缆首端与终端的 i0 是否平衡是判断电缆护层是否有非正常接地的有 效办法。2008 年 9 月 3 日所测得三降压侧 i0 为 14A,而下火杆侧 i0 为 48A。而又排除两端接 地不好的现象,从而可以证明韩钢线护层保护有非正常接地点。
1、引言
近几年有关电缆护层接地的故障及隐患时有发生，六降压厚板一线 3107 在投运 6 小时 后由于护层接地，导致电缆爆炸；五降压 3215 由于护层接地，接地点的发热温度高达 105℃， 发现及时，避免了电缆爆炸事故的发生；110KV 韩钢线由于护层接地，电缆发热，随时有爆 炸的可能。事故隐患的接连发生，引起了厂领导的高度关注，由于此前未对电缆护层有深入 的了解，所以开始对高压单芯电缆护层的感应电压和感应电流进行研究。
Energy Power Plant, Jinan Iron and Steel Group Abstract :Energy and Power Plant 110KV Korea sheath grounding wire hidden, use of the sheath induced voltage and induced current calculations can accurately calculate the location of site access sheath. Keywords: high-voltage single-core cable; cable sheath; induced voltage