单芯电缆金属屏蔽层接地方法

单芯电缆金属屏蔽层接地方法

摘要:单芯电力电缆在运行中金属和铠装层两端接地,会在金属屏蔽和铠装层中形成环流,引起电缆发热,影响电缆载流量;但如果一端接地,则另一端就会出现感应电压,危及人身和设备安全。针对这两种情况,介绍了实际运行中采取的方法和措施。

关键词:单芯电缆金属屏蔽层接地

随着我国电网改造的深入,大量的架空线被电力电缆取代。电力电缆跟架空线不同,它被埋在地下,运行维护较困难,正确使用电缆,是降低工程投资,保证安全可靠供电的重要条件。在城市配电网络中,应用最广的是交联聚乙烯铠装三芯电缆与单芯电缆。

通常三芯电缆都采用两端直接接地方式,这是因为这些电缆大多数是在正常运行中,流过三个线芯的电流总和为零,在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链,这样,在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压,所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。

而单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系,可看作一个变压器的初级绕组,当单芯电力电缆的导体中通过交流电流时,其周围产生的磁场会与金属护套交链,在金属护套上会产生感应电动势。其感应电动势的大小与导体中的电流大小、电缆的排列和电缆长度有关。当电缆长度与工作电流较大的情况下,感应电压可能达到很大的数值。电缆以紧贴三角形布置时,感应电压最小。当电缆相间距离增加,相对位置改变

时,感应电压都会相应地改变。另外,多回电缆同路径敷设,也会对感应电压产生影响。

出于经济安全考虑,在一些电缆不长,导体中电流不大的场合,环流很小,对电缆载流量影响也不大,是可以将金属护套的两端直接接地的。如果仅将电缆的金属护套一端直接接地,在正常运行时,电缆的金属护套另一端感应电压应不超过50V(或有安全措施时不超过100V),否则应划分适当的单元设置绝缘接头。但当电缆很长时,护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度,在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时,屏蔽上会形成很高的感应电压,甚至可能击穿护套绝缘。此时,如果仍将铝包或金属屏蔽层两端三相互联直接接地,则铝包或金属屏蔽层将会出现很大的环流,其值可达线芯电流的50%～95%,形成损耗,使铝包或金属屏蔽层发热,这不仅浪费了大量电能,而且降低了电缆的载流量,并加速了电缆绝缘老化,此时就不应将电缆直接接地。

为了解决电缆金属护套两端同时接地存在环流,和一端直接接地,在另一端会出现过电压矛盾的问题,电缆金属护套应针对电缆长度和导体中电流大小采取不同的接地形式。

1 采用两端直接接地的方式

10kV单芯电缆金属护层两端接地时,由于护层阻抗值不像35kV

以上电缆那样小,环流尚不过分大。10kV电缆回路多,直接接地减少了附属设备的配置和维护量,对运行人员也比较安全。因此采用两端接地有一定的优势。沿用两端直接接地的方式,必须尽可能地降低护层感应电压,使线路损耗达到运行可接受的程度。

2 一端接地的方式

一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地,另一端金属屏蔽对地开路不互联。通过对单芯电缆接地方式的研究,电缆长度小于2km 时,采取一端直接接地、另一端保护接地方式(如图1),电缆越长,电缆非直接接地端产生的感应电压越高,为保证人身安全,电缆在正常运行时,非直接接地端感应电压应限制在50V以内,在短路等故障情况下,金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压,配合系数不小于1.4。因此,一端直接接地的接线方式适用的电缆不能太长。

一般应在与架空线连接端一端接地,以减小线路受雷击时的过电压。一端接地后,可以消除护层循环电流,减少线路损耗。但开路端在正常运行时有感应电压。在雷击和操作时,金属屏蔽开路端可能出现很高的冲击过电压。系统发生短路事故和短路电流流经芯线时,金属屏蔽不接地端也可能出现很高的工频感应电压。当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时,就会造成金属护层的多点接地。因此

这种方式宜用于线路距离较短,金属护层上任一非接地处的正常感应电压较小时。

3 金属护套交叉互联的接地方式

电缆长度大于4km时,采取金属护套交叉互联接地方式.电缆金属护套中间直接接地、两端经过电压保护器接地,是一端直接接地的引伸,可以把一端直接接地电缆的最大长度增加一倍,接线方式和原理与一端直接接地一样。电缆线路很长时,即使采用金属护套中间接地,也会有很高的感应电压。这时,可以采用金属护套交叉互联。(如图2)

如果三相电流对称,那么电缆末端金属护套感应电压就是零,可以直接将其接地,而不会在金属护套中出现环流。感应电压最高的地方出现在绝缘接头处,因此在此处应装设过电压保护器,同样,在短路等故障情况下,金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压配合系数不小于1.4。如果把这样一个交叉互联接地,看作是一个单元,由于该单元金属护套是两端直接接地,所以任何长度的电缆,都可以分成若干个单元,理论上这种接线方式适用于各种长度的电缆。

以上两种方式都需要装过电压保护器,因此会增加运行维护工

作。如果电缆线路很短,传输容量有较大的裕度,金属护套上的感应电压极小,可以采用金属护套两端直接接地。金属护套中的环流很小,造成的损耗不显著,对电缆载流量影响不大,运行维护工作较少。

(1)在大城市和经济发达城市,负荷密度高,10kV三芯240mm2XLPE绝缘电缆达不到供电容量要求时,宜使用300m2、400m2、500mm2及以上单芯电缆,以提高供电容量。单芯电缆的金属屏蔽层应采用疏绕铜线结构,其截面按安装系统不同点两相短路电流值确定,大连为35mm2铜导体。使用单芯电缆,可以使线路的接头数量大幅度减少,并变三相接头为单相接头,使接头密封更简单可靠。

(2)从降低金属屏蔽感应电压或降低环流考虑,单芯电缆宜采用外护套紧贴的正三角形排列,对导体截面240mm2～300mm2XLPE绝缘电缆宜间隔1m用非磁性带材扎紧,对400mm2及以上截面,可适当放大扎紧间隔,但扎带厚度或宽度宜加强。紧贴正三角形排列方式,更适合在电缆沟或隧道支架上布置电缆。

电缆金属护套的接地直接影响电缆运行,金属护套采取合适的联接和接地方式,不仅可以提高电缆载流量,降低工程造价,而且对今后设备的运行维护都是非常重要,因此在电缆线路设计施工中,应特别注意金属护套的接地方法。