电缆金属护套感应电压计算公式及应用
电缆护层保护器原理及应用
电缆护层保护器原理及应用王培雄【摘要】在10～35kV电力系统中,电缆都为三芯结构,而在高速铁路10KV电力系统中,电缆都为单芯结构,本文分析了单芯电缆金属护层产生的感应电压过高及形成环流的原理,并采用一端金属护层直接接地,另一端金属护层经护层保护器接地的方法避免了电压过高及形成环流.单芯电缆各相之间相互不干扰,能提高供电可靠性,缩短电缆检修时间,方便电缆检修维护.%In power system of 10 ～ 35kV, cables are three core structure, while in the power system of 10KV of high-speed railway, cables are the single core structure. This paper analyzed inductive voltage which was too high generated by metal protective layer of single core cable and the theory of forming circulation. The paper provided a method which metal protective layer of one end directly grounded, and another end grounded after sheath protector, which avoided the voltage which was too high and the formation of circulation. The single core cable does not interfere with each other, which can improve reliability of the power supply, shorten time of repairing cable and conveniently maintain cable.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】2页(P200-201)【关键词】单芯电缆;护层保护器;环流;过电压【作者】王培雄【作者单位】中铁建电气化局集团南方工程有限公司,武汉,430071【正文语种】中文【中图分类】TM7单芯高压电缆常因金属护套过电压引起电缆外护层击穿损坏，为了降低护套对地过电压，避免外护层击穿，使用限压装置，即护层保护器，保证电缆可靠运行。
高压单芯电缆护层的感应电压的分析与应用
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
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。
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：
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
单回路高压单芯电缆金属护套感应电压及限制措施
单回路高压单芯电缆金属护套感应电压及限制措施发表时间：2019-12-27T10:51:41.343Z 来源：《中国电业》2019年第18期作者：韦华[导读] 随着社会的发展和进步，现阶段社会各个行业越来越多的拓展了其发展规模摘要：随着社会的发展和进步，现阶段社会各个行业越来越多的拓展了其发展规模，因此大型企业对供电量的需求也越来越高，但由于化工行业在内的多种大型企业自身的供电需求以及生产限制，使得在企业内部不方便进行架空线路的建设，由此厂区内的主要供电线路会使用电缆在桥架中进行敷设的方法，以此满足企业的生产用电需求。
但对于类似110kv单回路高压单芯电缆线路的使用来说，在正常情况下会由于电缆的长度增加而产生更多的问题。
例如电缆金属护套的发热等问题。
从而需要对这些实际存在的问题进行有效的解决和控制，以此确保企业的生产稳定和生产安全。
关键词：单回路高压单芯电缆：电缆金属护套；感应电压及限制措施一、单回路高压单芯电缆金属护套感应电压概述随着社会各行业生产技术和生产规模的逐渐扩大，现阶段采用单回路高压单芯电缆进行供电的企业，在实际生产的整个过程中会由于单回路高压单芯电缆金属护套产生过高的感应电压，而切实影响到生产的稳定进行和生产过程的安全。
从而需要对这一问题进行有效的解决。
具体的，对于金属护套感应电压的产生，是因为当单芯电缆线中有相应的交变电流流过时，交变电流本身周围就会存在交变磁场，从而交变磁场会与电缆回路形成交变磁通，也从而使其与电缆的金属护套产生交链，至此，金属护套就会带有一定的感应电压，感应电压的实际存在会切实影响到线路的检修和维护，并且感应电压所引起的感应电流，会造成金属护套发热严重，进一步使得电能过多的浪费，并降低电缆的载流量，最终会使得电缆加速老化和出现绝缘方面的问题。
从而对于实际使用造成较大的安全隐患和威胁。
根据国标中制定的相关规范和要求，在GB50217-2017《电力工程电缆设计规范》中提出：在没有采取相应能够有效防止人员接触金属护套而产生安全事故的基础上，交流单芯电力电缆整个线路产生的感应电压不应该超过50V。
5.1.4 高压电缆的护套环流(2)
5.1 单芯电缆护套的工频电压
5.2 单芯电缆护层的冲击过电压
5.3 电缆外护层的保护及其保护器
5.1.4 高压电缆金属护套环流及其影响因素
（1）金属护套环流的的计算
金属护套交叉互联两端接地或两端直接接地的接地方式存在 护套环流。
导体 金属护套
图
两端直接接地
C相环流(A) 148 153.8 144.2
交叉互联两端接地方式下环流计算与试验的比较
【算例3】区庄—东堤线采用日本古河500mm2交联聚乙烯单芯 电缆，护套交叉互联两端接地。三小段长度分为别 0.738km 、 0.651km、 0.777km。负荷电流为 175A时，用钳表在实际线路 上测得的三相护套环流与编程计算的护套环流的有效值见表。 A相环流(A) B相环流(A) 试验值 计算1 计算2 11.2 8.6 10.1 13.8 9.9 11.6 C相环流(A) 4.5 5.8 6.8
► 由于其它相护套环流在三相护套上感应的电压Ea’，Eb’，Ec’ 与护套环流成正比。可以对方程（ 1）进行整理，并写成矩阵形 式，得到：
RRA RR12 RR13 I sa E a RR21 RRB RR23 I E sb b RR31 RR32 RRC I sc Ec
（3）金属护套环流的影响因素
负荷电流对环流的影响
在两端直接接地方式的基础上，讨论负荷电流对电缆载流量 的影响： 工作电流 100 A相环流 B相环流 C相环流 97.4 比例
80.34 120.5
160.0 200.9 241
80.5 120.8
161.1 241.7
基于atp-emtp电缆金属外护套的感应电压分析计算及相关保护设备选型
2019年增刊1 69基于ATP -EMTP 电缆金属外护套的 感应电压分析计算及相关保护设备选型惠胜达1 张军强2（1. 中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，郑州 450007；2. 河南省众慧电力工程咨询有限责任公司，郑州 450007）摘要 本文提供一种基于ATP-EMTP 计算高压电缆在雷电过电压、工频过电压时的计算方法和模型，并提出相应的限制措施，同时为相关设备的选型提供依据。
关键词：ATP-EMTP ；过电压计算及限制措施；金属外护套；电缆护套电压保护器（电压限制器）Induction voltage analysis and calculation of sheath and selection of relevant protective equipment based on ATP-EMTP cable overvoltageHui Shengda 1 Zhang Junqiang 2(1. China Power Construction Group He ’nan Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd,Zhengzhou 450007;2. He ’nan Zhonghui Power Engineering Consulting Co., Ltd, Zhengzhou 450007)Abstract This paper provides a calculation method and model for calculating over-voltage and power frequency over-voltage of high-voltage cable based on ATP-EMTP, and puts forward corresponding restrictive measures, at the same time, it provides a basis for the selection of related equipment.Keywords ：ATP-EMTP; overvoltage calculation and restriction measures; metal outer sheath; cable sheath voltage protector目前在我国单芯结构的电缆多被用于110kV 及以上的高压电缆。
GYDL00101007 金属护层感应电压
第一章电力电缆基本知识模块7 金属护层感应电压（GYDL00101007）【模块描述】本模块介绍高压单芯电缆金属护层感应电压的基本知识。
通过概念解释、要点讲解和图形示意，了解金属护层感应电压概念及产生原因，熟悉金属护层感应电压对单芯电缆的影响，掌握改善电缆金属护层电压的措施。
【正文】当电缆线芯流过交流电流时,在与导体平行的金属护套中必然产生感应电压。
三芯电缆具有良好的磁屏蔽,在正常运行情况下其金属护套各点的电位基本相等为零电位,而由三根单芯电缆组成的电缆线路中则不同。
一、金属护层感应电压概念及产生原因单芯电缆在三相交流电网中运行时，当电缆导体中有电流通过时，导体电流产生的一部分磁通与金属护套相交链，与导体平行的金属护套中必然产生纵向感应电压。
这部分磁通使金属护套产生感应电压数值与电缆排列中心距离和金属护套平均半径之比的对数成正比，并且与导体负荷电流，频率以及电缆的长度成正比。
在等边三角形排列的线路中，三相感应电压相等；在水平排列线路中，边相的感应电压较中相感应电压高。
二、金属护套感应电压对单芯电缆的影响单芯电缆金属护套如采用两端接地后，金属护套感应电压会在金属护套中产生循环电流，此电流大小与电缆线芯中负荷电流大小密切相关，同时，还与间距等因素有关。
循环电流致使金属护套因产生损耗而发热，将降低电缆的输送容量。
如果采取金属护套单端接地,另一端对地绝缘,护套中没有电流流过.但是,感应电压与电缆长度成正比,当电缆线路较长时,过高的感应电压可能危及人身安全,并可能导致设备事故。
因此必须妥善处理金属护套感应电压。
三、改善电缆金属护套电压的措施金属护套感应电压与其接地方式有关,我们可通过金属护套不同的接地方式,将感应电压合理改善。
《电力工程电缆设计规程》GB50217－2007规定，单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，金属护套任一点的感应电压(未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时)不得大于50V；除上述情况外，不得大于300V，并应对地绝缘，如果大于此规定电压时，应采取金属护套分段绝缘或绝缘后连接成交叉互联的接线。
110kV线路感应电势计算
110kV-1x300mm2铜芯电缆金属护套感应电势计算U：感应电势；I：载流量；X：单位长度电抗；L：电缆长度Xm：两边电缆单位长度电抗；Xs：中间电缆单位长度电抗一、1500米长电缆感应电势（总长）1、敷设方式：平行敷设、在空气中2、电缆近似外径（Ds）：Φ90mm；相邻电缆中心距离S：120mm3、电缆额定载流量：750 A计算：1、两边电缆金属护套的感应电势注：式中 Xm=2ω（ln2）x 10-7（Ω/m）， Xs= 2ω（ln 2SDs）x 10-7（Ω/m）ω=2πf，f= 50 HzU = I X L= 750 x x 1500 = 102.9 V2、中间电缆金属护套的感应电势U = I Xs L= 750 x 2ω x ln 212090xx 10-7x 1500= 69.3 V二、750米长电缆感应电势（接地处理后单段电缆长）1、敷设方式：平行敷设在空气中2、电缆近似外径：Φ90mm；相间距离：120mm3、电缆额定载流量：750 A计算：1、两边电缆金属护套的感应电势U = I X L= 750=51.45V2、中间电缆金属护套的感应电势U = I X L= 750 x 2ω x ln 212090xx 10-7x 750= 34.65 V因此不采取配置方案中的接地方式，感应电势将会危及人身安全；尤其是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，远远大于计算值，甚至可能击穿护套绝缘。
如果金属屏蔽两端同时接地将使屏蔽线路形成闭合回路，屏蔽中将产生环形电流，电缆正常运行时将产生很大的环流损耗，使电缆发热，影响电缆的载流量，减短电缆的使用寿命，甚至有可能烧穿电缆。
（参考书：西安交通大学编《电气绝缘结构设计原理》）110kV-1x300mm2电缆线路（L=1500m）接地方案。
电缆护套感应电压计算
110kVXX 输变电工程电缆护套感应电压计算(隧道) 资料准备：本工程一回110kV 电缆极限输送容量：135MW功率因数：0.9 则输送电流A U p I 3.7879.01103135000cos 3=⨯⨯=⨯⨯=ϕ 电缆截面：1000mm ²电缆外径：101.3mm（参照中天科技海缆有限公司产品样本） 则护套的几何平均半径mm GMR s 585.4529.03.101=⨯=3145014.322=⨯⨯==f πω一．两回垂直排列1.A 相护套感应电压mm S AB 400==2800=−−→−==n mm ns AC 推出75.0300=−−→−=='P mm PS A A 推出25.150040030022=−−→−=+=='q mm qS B A 推出136.24.85480030022=−−→−=+=='r mm rS C A 推出 根据公式()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=-2242123102S SA GMR P nqrs In j q nr In I E ω代入参数 ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=−−→−-224585.4575.0400136.225.122125.1136.2223103.7873142In j In E SA 推出()km V E j j SA 295.171012.1636216.52297.30643.144244.49=−−→−+=+⨯=取模2.B 相护套感应电压mm S BA 400==1400=−−→−==m mm mS BC 推出25.1500='−−→−='='q mm S q A B 推出75.0300=−−→−=='t mm tS B B 推出25.1500=−−→−=='y mm yS C B 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯⨯=-S S SA m tyGMR S q In j GMR t m sy In I E 242123102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡'-⨯⨯=S S m tyGMR S q In j GMR t m sy In 2212344244.49 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=585.4525.175.0140025.121585.4575.025.140012344244.492In j In ()322.6687.1143414.13233.244244.49j j -=-⨯=km V E SB 64.132=3.C 相护套感应电压2800=−−→−==n mm nS AC 推出1400=−−→−==m mm mS BC 推出136.24.854='−−→−='='='r mm S r C A A C 推出25.1500='−−→−='='='y mm S y C B B C 推出75.0300=−−→−=='z mm zS C C 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯''-⨯'-⨯=-S S SC GMR z y m S r n In j GMR y m s In I E 22421223102ω⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯=585.4575.025.11400136.2221585.45225.140012344244.4922In j In()082.127872.7257.2474.144244.49j j --=-⨯=km V E SC 493.146=二．两回三角排列（一）1.A 相护套感应电压mm S AB 300==667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出667.2800=−−→−=='q mm qs B A 推出848.24.854=−−→−=='r mm rS C A 推出()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=-2242123102S SA GMR p nqrS In j q nr In I E ω ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=22585.45333.1300848.2667.2667.121667.2848.2667.12344244.49In j In ()7055.141672.24866.2499.044244.49j j +=+⨯= km V E SA 837.143=2.B 相护套感应电压mm S BA 300==333.1400=−−→−==m mm mS BC 推出667.1500='−−→−='='q mm S q A B 推出848.24.854=−−→−=='t mm ts B B 推出667.2800=−−→−=='y mm ys C B 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡'-⨯⨯=-S S SB m tyGMR S q In j GMR t m sy In I E 242123102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=585.45667.2848.2333.1300667.121585.45848.2667.2300333.12344244.492In j In ()6165.14173.902956.08238.144244.49j j -=-⨯= km V E SB 35.91=3.C 相护套感应电压667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出1300='−−→−='='r mm S r A C 推出667.1500='−−→−='='y mm S y B C 推出333.1400=−−→−=='z mm zS C C 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯''-⨯'-⨯=-S S SC GMR z y m S r n In j GMR y m s In I E 22421223102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯=585.45333.1667.1333.13001667.121585.45333.1667.130012344244.4922In j In ()45252.909102.08254.144244.49j j --=--⨯=km V E SC 85.100=三．两回三角排列（二）1.A 相护套感应电压mm S AB 300==667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出848.24.854=−−→−=='p mm ps A A 推出667.2800=−−→−=='q mm qs B A 推出333.1400=−−→−=='r mm rS C A 推出()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=-2242123102S SA GMR p nqrS In j q nr In I E ω()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=22585.45848.2300333.1667.2667.121667.2333.1667.12344244.49In j In()4.85868.77273.1158.044244.49j j +-=+-⨯=km V E SA 763.85=2.B 相护套感应电压mm S BA 300==333.1400=−−→−==m mm mS BC 推出667.2800='−−→−='='q mm S q A B 推出848.24.854=−−→−=='t mm ts B B 推出667.1500=−−→−=='y mm ys C B 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡'-⨯⨯=-S S SB m tyGMR S q In j GMR t m sy In I E 242123102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=585.45667.1848.2333.1300667.221585.45848.2667.1300333.12344244.492In j In ()468.4906.701417.144244.49j j -=-⨯=km V E SB 764.85=3.C 相护套感应电压667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出333.1400=−−→−==m mm mS BC 推出333.1400='−−→−='='r mm S r A C 推出667.1500='−−→−='='y mm S y B C 推出1300=−−→−=='z mm zS C C 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯''-⨯'-⨯=-S S SC GMR z y m S r n In j GMR y m s In I E 22421223102ω⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯=585.451667.1333.1300333.1667.121585.451667.1300333.12344244.4922In j In ()319.66855.114341.1323.244244.49j j --=--⨯= km VE SC 627.132=。
影响电缆金属护套环流大小因素分析及环流计算
影响电缆金属护套环流大小因素分析及环流计算作者：刘荣华来源：《华中电力》2014年第01期摘要：本文就影响电缆金属护套环流大小的因素及环流计算进行了分析，详细介绍电缆金属护层环流产生的原因、金属护套的接地方式及影响环流大小的各种因素，提出了一些减少环流的方法。
关键词：护套环流；电缆金属；影响因素；环流计算1电缆护层接地原因当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属屏蔽层，产生感应电压，感应电压的大小与电缆长度和流过电缆的电流成正比。
当电缆很长时，感应电压叠加可达到危及人身安全的程度；当线路遭遇操作过电压时（或雷击时），护套上将形成很高的感应电压，甚至可将金属护套绝缘击穿。
此时，如果将金属屏蔽层两端三相互联接地，必然会在波纹铝护套产生感应电流，其值可达电缆导体负荷电流值的50%～95%，形成损耗，同时增高电缆运行温度，直接影响电缆线路的输送容量和电缆的老化程度。
因此，对于单芯电缆线路的接地，不能简单地将电缆波纹铝护套两端直接接地，其接地方式，必须使电缆线路在正常负荷电流运行下，波纹铝护套上没有感应电流通过。
2影响电缆金属护套环流大小因素分析2.1金属护套的接地方式2.1.1护层单端接地为减少金属护套内的环流，最简单的方法就是将电缆护层单端接地。
在系统发生短路时，短路电流流经线芯，不接地端会出现较高的工频感应电压，在电缆外护层不能承受这种过电压而损坏时，将出现多点接地，形成环流。
因此，在采用一端互联接地时，必须采用措施限制护层上的过电压。
根据《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007的要求，单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，金属护套的感应电压不应超过50V、100V（未采取不能任意接触金属护套的安全措施时，不大于50V；如果采取了有效措施，不大于100V），并应对地绝缘。
因此，对于不长（一般小于500m）的电缆线路，可采取将电缆护层一端接地，另一端经保护器接地的接地方式。
2.1.2护层中点直接接地，两端经护层保护接地由于电缆工作电流较大，或电缆长度较长，电缆护层单端接地感应电压超过100V时，护层单端接地方式已不适用，可结合电缆分段，采用电缆护层中点接地，两端经护层保护接地的方式。
110 kV电缆单端接地护层感应电压的计算与仿真
110 kV电缆单端接地护层感应电压的计算与仿真胡振兴;肖静;丁唯;王旭;罗晓康;彭勇【摘要】高压单芯电缆运行电流会在电缆金属护层上产生感应电压.当电缆线路发生短路时,高幅度的短路电流在金属护层上产生感应电压可能威胁电缆外绝缘.因此,对110 kV电缆发生单相接故障时故障相和非故障相护层上的感应电压进行计算和仿真.当电缆发生单相接地故障时,电缆护层上的感应电压幅值超过10 kV.随着电缆长度的增长,感应电压幅度逐渐增大,但是故障相护层感应电压幅值相对非故障相增长得多.加回流线后,电缆护层上的感应电压幅值明显降低,减小幅度超过30％.对单相接地故障后的电缆金属护层的感应电压进行ATP-EMTP仿真计算,结果表明,当接地电流全部以大地为回路和接地电流一部分以大地为回路另一部分以护套或回流线为回路时,两种情况下A、B、C三相护层感应电压仿真与计算结果误差均在4％之内,验证了仿真模型的准确性.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】5页(P233-237)【关键词】110kV电缆;护层感应电压;单相接地;ATP-EMTP【作者】胡振兴;肖静;丁唯;王旭;罗晓康;彭勇【作者单位】中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,四川成都 610021;中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,四川成都 610021;中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,四川成都 610021;武汉大学电气工程学院,湖北武汉 430072;中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,四川成都 610021;中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,四川成都 610021【正文语种】中文0 引言随着城市建设规模和标准的不断提高，城市枢纽变电站的进出线电缆化程度越来越高，高电压等级的电力电缆被大量采用。
110 kV电力电缆常用单芯电缆，但单芯电缆在使用中若发生短路，将在电缆护层上产生感应过电压，威胁电缆的外绝缘[1-3]。
110kV高压单芯电缆敷设安全长度分析
110kV高压单芯电缆敷设安全长度分析摘要：本文从110kV高压单芯电缆不同的接地保护方式入手，通过计算感应过电压来求得在满足安全规定的要求下所能敷设长度L所满足的不等式及临界值，为电缆工程的设计提供理论参考依据。
通过理论推导及实例分析表明，在不同接地保护方式下，对于能够敷设安全长度的大小，单端接地时最短，中间接地，两端保护器接地次之，使用交叉互联接地方式最长。
关键词：110kV高压单芯电缆；感应过电压；敷设安全长度引言高压单芯电缆运行时在金属护套上会产生感应过电压，根据电缆敷设长度的不同，其值也将不同，据GB50217—94要求：非直接接地一端金属护套中的感应电压不超过50V。
对于110kV正常工作的高压单芯电缆来说，其产生感应过电压的途径主要有正常工作时，不接地端产生的工频感应电压及在短路与雷电波或内部过电压流入高压电缆在金属护套上产生很高的冲击电压[1]。
电缆不正常工作时需要考虑其绝缘及保护器参数问题[2,3]，本文不予讨论。
文献[4,5]中探讨了正常工作时高压单芯电缆金属接地方式，但都是在给定电缆长度工况下进行讨论，没有一个具体统一的方式对电缆敷设安全长度进行计算分析等，具有一定的限制性。
文献[6]对水平直线敷设方式的高压电缆进行了设计，并未考虑重要的等三角形敷设方式，不够全面。
因此需要对在满足安全规定要求下的高压单芯电缆敷设长度进行讨论分析。
本文首先给出了不同敷设方式下金属护套感应过电压计算公式，然后通过对不同保护接地方式的讨论得出满足安全需要的所能敷设长度L满足的不等式及临界值，最后通过一个实例分析来进行验证及得出结论。
1 电缆金属护套感应过电压计算当单芯电力电缆芯线内流过交流电流时，将使电缆金属护套处于交变磁场中，必定有磁力线交链金属护套，从而使金属护套感应一定的电势。
交流系统中高压单芯电缆线路一回或者两回的各相按通常配置排列情况下，在电缆金属层上任一点非直接接地点的正常感应过电压计算公式为2 电缆金属护套保护接地方式为了避免感应过电压造成危害，必须采取有效的保护接地措施。
高铁电力贯通线的感应电压与金属护层接地方式全解
• 根据高速铁路电力设计规范电缆线路设计要求，全电缆电 力贯通线宜采用单芯电缆，单芯电缆应采用非磁性金属铠 装层，不得选用未经非磁性有效处理的钢制电缆。
聚氯乙烯外护套 非磁性不锈钢带铠装 防水型聚乙烯内护套 铝塑复合带 铜带屏蔽 绝缘屏蔽 交联聚乙烯绝缘 导体屏蔽 导体线芯
交联聚乙烯非磁铠装单芯铜芯电缆特点
• (1) XLPE是交联聚乙烯英文名称的缩写，聚乙 烯是一种线性的分子结构，在高温下极易变形 。交联聚乙烯过程使其变成一种网状结构。这 种结构即使在高温下也一样具有很强的抗变形 能力。
(2) XLPE电缆料是一种含有机过氧化物的聚乙烯。 这种过氧化物在高温高压及惰性气体环境下与聚乙 烯发生化学反应，使热塑性聚乙烯变成热固性（弹 性体）的聚乙烯，即XLPE。 (3) XLPE电缆有极佳的电气性能。介质损耗比纸绝 缘和PVC绝缘都要小，XLPE电缆的电容也小。
护层由包带、内护层、外护 层及金属护层等组成，它的 作用是对电缆特别是对绝缘 层进行保护，它必须能承受 各种机械力、耐大气环境及 化学药品腐蚀、能防止火灾 危害等。绝缘层、护层一般 采用热塑性材料，如聚氯乙 稀、聚乙烯等。 单芯电缆的导线与金属护层的关系，可以看作一个变压 器的初级绕组与次级绕组，当单芯电缆在三相交流电网中运 行时，流经电缆线芯的电流产生的一部分磁通与金属护层交 链，在金属护层中产生纵向感应电动势。 此外，接触网的运行在单芯电缆金属护层中也产生感应 电动势，单芯电缆金属护层中还存在操作过电压等情况。
A A
B
S1 S1
S2
C
A
S3
C
S1
B
S3
B
S2
( a)
S3
(b)
S2
(c)
C
交流系统单芯电缆金属套的正常感应电势计算案例
交流系统单芯电缆金属套的正常感应电势计算方式，在《电力工程电缆设计标准》GB50217-2018中P79有说明，但是有些参数和取舍还是有待商榷的，同时很多同行也都是靠经验，很少人能够真正的计算一下这个电缆金属套的感应电势，我借助某工程来粗略的计算一下，有些数值为估算，不一定全部正确，算是作为一个工程的总结吧。
某220千伏输电线路工程，双回路，正常运行方式为两个回路分别担负一半的负荷，特殊情况下可以转带变电站全部负荷，其中变电站出站段为电缆出线，电缆出线长度为700米，之后电缆转架空线路至另外一个220千伏变电站，电缆型号为YJLW03-127/220-2500mm2的单芯交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套聚乙烯外护套电力电缆，导线型号为双分裂JL/G1A-630/45钢芯铝绞线，地线为两根72芯OPGW-150光缆。
电缆敷设方式为垂直排列（3根电缆直线并列），电缆之间的中心间距为0.35米。
电缆结构图（2500平方截面）根据电缆线路的设计规程规范，需要根据电缆的外护套的接地方式来计算校核该段电缆的正常感应电势，以便保证在该段电缆线路上任意一点的正常感应电势最大值应符合下列规定：1、未采取能有效防止人员任何接触金属套的安全措施时，不得大于50V。
2、除本条第一款规定的情况外，不得大于300V。
根据行业内的常规做法，一般电缆长度不长时，采用一端直接接地，一端经保护器接地的方式，电缆较长时候，采用交叉互联接地方式，电缆输送容量较少或者无法满足上面的规定时候采用两端直接接地的方式。
接地箱这里有个问题就是这个电缆不长，电缆较长和电缆较短的距离，没有定论，一般都是要满足以上的第一、二条规定才行，所以工程实际经验中，这个接地方式的护层电缆计算结果是制约电缆设计重要的因素，但是经常被选择性的忽略计算，也没有一个明确的长度要求，我们在工程实践中一般定义为大于1000米为较长电缆线路，可以选择交叉互联接地方式，小于500米的为较短线路，可以采用一端电缆直接接地，一端采用护层保护器接地，大于500米小于1000米的电缆线路比较尴尬，两个都靠不上，于是一般选择中间单点直接接地，两端采用护层保护器接地方式。
浅析铁路客运专线单芯电缆线路金属护层接地
浅析铁路客运专线单芯电缆线路金属护层接地摘要] 铁路客运专线为保证通信、信号等重要负荷的供电可靠性一般设置两路10kV全电缆线路。
为减少电缆线路中间接头、提高电缆线路的供电可靠性，铁路客运专线10kV电力贯通线多采用单芯电缆线路。
本文从单芯电缆结构、金属护层接地原理、接地方式、感应电压计算等方面对单芯电缆线路金属护层接地进行了全面的分析，以期提高客运专线单芯电缆线路的运行可靠性。
[关键词]铁路客运专线、单芯电缆线路、金属护层接地、感应电压计算1 铁路客运专线10kV电力贯通线特点铁路客运专线为保证通信、信号等重要负荷的供电可靠性一般设置两路10kV全电缆线路。
为减少电缆线路中间接头、提高电缆线路的供电可靠性，铁路客运专线10kV电力贯通线多采用单芯电缆线路。
根据我国电力安全规程的规定，电气设备非带电的金属外壳都要接地，因此电缆的金属屏蔽层都要求接地。
对于三芯电缆来说，正常运行时流经三个导电线芯的三相电流相量和为0，在金属屏蔽层两端基本上无感应电压。
但当采用单芯电缆时，其导电线芯有电流通过，就有磁力线交链金属屏蔽层，使金属屏蔽层的两端产生感应电压。
如果接地方式处理不当，将在屏蔽层产生很大的感应电流，从而影响电缆的正常运行，甚至发生事故。
2 单芯电缆的结构及各部分的主要作用单芯电缆从内向外的结构依次为：导体、内半导体层、绝缘层、外半导体层、金属屏蔽层、内护层、金属铠装层、外护层。
(1)导体：传输电能，提供负荷电流的通路。
(2)内半导体层：起均匀导体表面电位的作用，用于改善金属电极表面电场分布，提高绝缘层表面耐电强度。
(3)绝缘层：起绝缘作用，一般采用聚乙烯材料，是将高压电极与地电极可靠隔离的关键部位，能承受工作电压及过电压长期作用，具有较高的耐电强度，能承受发热导体的热效应。
(4)外半导体层：起屏蔽作用，消除绝缘层与金属屏蔽层之间的间隙，用于改善金属电极表面电场分布，提高绝缘表面耐电强度。
(5)金属屏蔽层：也可称作薄铜带屏蔽层，起屏蔽作用，用于形成工作电场的低压电极，提供电容电流及故障电流的通路，以免因短路引起电缆温升过高而损坏绝缘层。
10kV单芯XLPE绝缘电缆金属屏蔽层接地方式解说
10kV单芯XLPE绝缘电缆金属屏蔽层接地方式解说10kV电缆金属屏蔽层通常采用两端直接接地的方式。
这是由于10千伏电缆多数是三芯电缆的缘故。
八十年代中期前，10kV电缆均采用油浸纸绝缘三芯电缆。
结构多为统包型，少量为分相屏蔽型。
八十年代末期开始大量使用交联聚乙烯绝缘分相屏蔽三芯电缆，逐步淘汰了油纸电缆。
九十年代以来，随着大连经济建设的迅猛发展，负荷密度增大，环网开关柜等小型设备的应用，市区变电所出线和电缆网供电主干线电缆开始采用较大截面单芯电缆。
单芯电缆的使用提高了单回电缆的输送能力，减少了接头，短段电缆可以使用，方便了电缆敷设和附件安装。
也由此带来了金属屏蔽接地方式的问题。
一、单芯电缆金属护套工频感应电压计算单芯电缆芯线通过电流时，在交变电场作用下，金属屏蔽层必然感应一定的电动势。
三芯电缆带平衡负荷时，三相电流向量和为零金属屏蔽上的感应电势叠加为零，所以可两端接地。
单芯电缆每相之间存在一定的距离，感应电势不能抵消。
金属屏蔽层感应电压的大小与电缆长度和线芯负荷电流成正比，还与电缆排列的中心距离、金属屏蔽层的平均直径有关。
1、电缆正三角形排列时，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下面公式计算：公式1I---负荷电流，S---电缆中心距离，D--电缆金属屏蔽层平均直径以YJSY-8.7/15kV-1×300mm,2单芯电缆为例，电缆屏蔽层平均直径40mm，PVC护套厚度3.6mm，当电缆“品”字形紧贴排列，负荷电流为200A时，算得电缆护层的感应电压为每公里10.7伏。
2、电缆三相水平排列时，设电缆间距相等，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下式计算：公式2、3 、4当三相电缆紧贴水平排列，其它条件与1相同时，算得边相的感应电压为每公里16.9伏，中相的感应电压为每公里10.7伏；当电缆间距200mm时，算得边相的感应电压为每公里36.1伏，中相的感应电压为每公里31伏。
边相感应电压高于中相感应电压。
01单芯电缆线路接地系统的处理及感应电势计算
单芯电缆线路接地系统的处理及感应电势计算1 概述一般情况下，高压电力电缆和截面较大的中压电力电缆常常制造成单芯结构。
在单芯电缆线路的敷设过程中，常常要涉及到电缆的接地方式及电缆金属屏蔽的感应电势计算。
单芯电缆的导线与金属屏蔽的关系，可看作一个变压器的初级绕组与次级绕组。
当电缆的导线通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线将与屏蔽层铰链，使屏蔽层产生感应电压，感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，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击冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。
如果屏蔽两端同时接地使屏蔽线路形成闭合通路，屏蔽中将产生环形电流，电缆正常运行时，屏蔽上的环流与导体的负荷电流基本上为同一数量级，将产生很大的环流损耗，使电缆发热，影响电缆的载流量，减短电缆的使用寿命。
因此，电缆屏蔽应可靠、合理的接地，电缆外护套应有良好的绝缘。
2 几种常用的接地方式以下是单芯电缆线路接地线路的几种常用接地方式：2.1 屏蔽一端直接接地，另一端通过护层保护接地当线路长度大约在500~700m及以下时，屏蔽层可采用一端直接接地(电缆终端位置接地)，另一端通过护层保护器接地。
这种接地方式还须安装一条沿电缆线路平行敷设的回流线，回流线两端接地。
敷设回流线时应使它与中间一相电缆的距离为0.7s(s为相邻电缆间的距离)，并在线路一半处换位。
见图1：图11、电缆2、终端3、电缆金属屏蔽(护套)接地线4、护层保护器5、接地保护箱6、回流线7、接地箱2.2 屏蔽中点接地当线路长度大约在1000~1400m时，须采用中点接地方式。
在线路的中间位置，将屏蔽直接接地，电缆两端的终端头的屏蔽通过护层保护器接地。
中间接地点一般需安装一个直通接头。
见图2：图21、电缆2、终端3、电缆金属屏蔽（护套）接地线4、保护器5、接地保护箱6、接地线7、接地箱8、中间接地点（直通接头）中点接地方式也可采用第二种方式，即在线路中点安装一个绝缘接头，绝缘接头将电缆屏蔽断开，屏蔽两端分别通过护层保护器接地，两电缆终端屏蔽直接接地。
单芯电缆金属护套感应电压计算及分段
单芯电缆金属护套感应电压计算及分段摘要：电缆线路较长时将引起过高的金属护套感应电压，从而降低电缆的使用寿命，并危及人身安全。
建立三相线芯对屏蔽层感应电压计算模型，推导出单芯电缆金属护套的感应电压表达式，得到了正常运行条件下不同长度的单芯电缆线路感应电压。
结合110kV慈溪-浒山π入崇寿变电力电缆工程实例，按照交叉互联接地方式，将电缆全长分为2个大段6个小段，将单芯电缆金属护套感应电压限制在规程规定的范围。
关键词：单芯电缆；金属护套；电磁场理论；感应电压；交叉互联接地；分段0引言工程上采用的传统计算公式对电缆金属护套的感应电压进行估算时，由于公式极其复杂，使用非常不便。
为此，在传统计算公式的基础上对金属护套的感应电压计算公式进行改进，推导出较为简便的感应电压计算公式。
结合110kV慈溪-浒山π入崇寿变电力电缆工程，在输送容量、短路电流等相同的前提下，估算不同长度电缆金属护套感应电压，对电缆线路进行了分段设计，以满足文献[1]对感应电压的要求。
1电缆感应电压及产生原因对于具有公共金属屏蔽的三芯电缆，正常运行的条件下3根线芯通过的三相电流的相量和为零，因此在金属护套上的感应电压相量和也为零，可忽略不计。
对于单芯电缆，金属护套的感应电压就可能达到很大的数值，危及人身安全及降低电缆使用寿命。
因此，必须验算感应电压及采取有效的限制措施，将电缆金属护套感应电压限制在规程规定的范围内。
单芯电力电缆的金属导线与金属护套或屏蔽层可看作双绕组变压器的线圈。
当电缆通过交流电时，导体电流产生的一部分磁通与金属护套或屏蔽层铰链，这部分磁通使屏蔽层产生感应电压[2]。
感应电压的大小与电缆线路的长度、电流的大小及频率、电线排列中心距离和金属护套平均半径之比的对数成正比，例如当电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来会达到危及人身安全的程度。
如果单芯电缆屏蔽层采取两端同时接地，屏蔽层感应电压会在闭合通路中产生环形电流，电缆正常运行时屏蔽上的环流与导体的负荷电流为同一数量级，带来严重的环流损耗，导致电缆发热严重，影响电缆的寿命和载流量。