电力电缆金属屏蔽层接地方式的探讨

电力电缆金属屏蔽层接地方式的探讨
随着电力产业的发展，大量的电力电缆的运行带来了电缆金属屏蔽层电流过大等问题，导致电缆效率降低，缩短使用寿命，也增加了电力运行的风险。

金属屏蔽层通过正确的接地方式，可以有效抑制暂态过电压及消除环流，降低工程造价。

标签：电力电缆；金属屏蔽层；接地方式
1 金属屏蔽层的作用
GB/T12706-2008规定1kv到35kv所有电缆的绝缘线芯上应有金属屏蔽层，金属屏蔽层主要有以下作用：
1.1 电缆正常通电时金属屏蔽层通过电容电流。

1.2 将电缆通电时引起的电磁场屏蔽在绝缘线芯内，以减少对外界产生的电磁干扰，同时也起到限制外界电磁场对内部产生的影响。

当电缆单芯运行或三芯电缆不平衡运行时，电缆长期处于由电动力所造成的机械力的作用下，导致电缆绝缘受损，减少电缆的使用寿命。

1.3 电站保护系统要求外金属屏蔽具有较好的防雷特性。

当发生雷击事故时，金属屏蔽层可将故障电流引入接地系统，保证系统安全运行。

1.4 在发生短路的情况下，在一定时间内承受一部分短路电流，避免绝缘在过高的电流影响下产生热击穿。

2 金属屏蔽层感应电压的来源
三芯电力电缆的在正常运行中的理论值的向量和为0，此时伴随电流产生的磁场也为零。

但是实际运行中，三相电流不可能完全平衡导致整根电缆将会出现零序电流，或者内部三芯导线因为实际敷设中导致相对位置不平衡（不是正品字），产生的磁场不能完全抵消，这样金属屏蔽层两端仍可能产生感应电压。

由单芯电缆构成的交流传输系统中，电缆导体和金属护套的关系可以看做一个空心变压器。

电缆导体相当于一次绕组，而金属护套相当于二次绕组。

单芯电缆金属护套处于导体电流的交变磁场中，因而在金属护套中产生一定的感应电压。

在一般情况下，电缆导体中通过的只是载流量安全范围内的工作电流，这时电缆金属护套每厘米产生的感应电压虽然数值不大，但由于电缆可能很长，每厘米长度的感应电压叠加起来也可能达到危及人身安全的程度。

3 金属屏蔽层的接地方式
GB50217-2007规定，电力电缆金属层必须直接接地。

电力电缆金属屏蔽层或金属套的接地方式有三种：双端接地、单端接地、交叉互联接地。

交流系统中三芯电缆的金属层或者容量较小的单芯电缆，应在电缆线路两终端和接头等部位实施接地。

由于有感应电压的存在，金属屏蔽层和大地之间形成回路，产生感应电流。

但是一般情况下感应电压较低，感应电流很小。

根据经验环流约为实际导体电流的5%-8%。

感应电流的存在，导致金属屏蔽层发热，降低电缆载流量，严重时甚至损坏电缆外绝缘，降低电缆使用寿命。

单端接地是电缆的一端或中央部位将金属屏蔽层或金属套直接接地，另一端则不接地或者通过电压限制器保护接地。

电缆在这种情况下运行时，金属屏蔽层对地之间有感应电压，但不产生环流。

然而，当金属屏蔽层有一端不接地后，雷击电流或过电压电流通过导体时，金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压；在系統发生短路时，短路电流流经导体时，金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压，在电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时，将导致出现多点接地，形成环流。

因此，在必要时必须装设过电压保护器以限制屏蔽层上的过电压，防止电缆护层绝缘被击穿。

这种接地方式仅仅适用于长度较短的线路，也就是说电缆长度所对应的感应电压不能超过安全电压。

GB50217-2007规定交流单芯电缆电缆的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势在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，其他情况不得大于300V。

当线路较长时，终端电压不能满足单端接地的要求，此时应该采取交叉互联接地。

交叉互联接地指的是电缆宜划分适当的单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等区段并设置绝缘接头或实施电缆金属层的绝缘分割。

将各部分的金属护层在每个小段的连接处进行交叉换位连接，以此中和总的三相感应电压。

在完全换位的情况下，金属屏蔽层或金属套中没有环流通过.两端对地之间也没有感应电压，但每段电缆中间有感应电压，且换位处的感应电压为最高值。

交叉互联接地方式适合于较长距离线路，实际中应考虑根据最高允许感应电压来确定相邻两个换位点之间的最大距离。

4 实例分析
秦山核电站扩建工程方家山项目主泵单台电动机每相由2根1*300mm电缆供电，电缆通过电气贯穿件连接，共计12根电缆。

由于是单芯电缆，所以现场应采用单端接地的方式。

根据核电现场实际情况，电动机电力电缆金属屏蔽层接地点可分为四个地点：
（1）电动机侧：电动机侧位于反应堆厂房内（简称堆内），属于核污染区域，剂量对人员伤害较大；现场环境复杂，电缆金属屏蔽层发生问题后存在损伤其它设备部件风险；现场作业空间狭小，维修或更换部件运输不方便。

（2）贯穿件反应堆厂房内侧：由于位于反应堆厂房内，在电站运行期间，人员不能进入，对日常检修及问题查找带来不便。

（3）贯穿件反应堆厂房外侧：位于反应堆厂房外侧（简称堆外），除贯穿件外无其他工艺设备，便于检修。

（4）配电柜侧：该地点位于电气厂房，便于维护检修。

综上所述，主泵电动机电力电缆金属屏蔽层接地可以有三种方式：
（1）堆内和堆外金属屏蔽层通过贯穿件接地棒连接，在开关柜侧接地。

此种方法在电动机侧屏蔽层会出现一个较高的电压，电压值的高低与电缆的整体长度成正比。

（2）堆内和堆外金属屏蔽层通过贯穿件接地棒连接，在常规环境贯穿件处接地。

此种方法电动机侧与开关柜侧屏蔽层均会出现电压，电压数值较低。

（3）堆内电缆通过贯穿件接地棒在堆外侧接地，堆外电缆在开关柜侧接地。

此方法将电缆设置成两段，每段单独接地。

这样每段屏蔽层电压将得到限制。

与其他接地方式相比，此种方法有两个接地点，能够在发生雷击或者过电压后更快更安全的释放电荷。

在秦山一期核电，电力电缆采用的接地方式为第一种，随后的大亚湾核电站，岭澳一期，岭澳二期，秦山二期扩建，秦山一期方家山核电均采用第三种方式。

核电站厂用中压电的电压等级为6kv，所以现场的实际施工中非接地端热缩处理后悬空，无需设置电压限制器。

5 结束语
电力电缆的接地方式越来越受到施工现场的重视。

采用正确的连接和接地方式，不仅可以能将感应电压限制在安全的范围之内，消除环流影响，并且提高电缆的载流量，降低工程造价。

因此电力电缆的接地方式施工中应多方面综合考虑，根据实际情况选择合理的方法。

参考文献
[1]王春江.电线电缆手册[M].北京：机械工业出版社，2001
[2]于景丰，赵峰.电力电缆实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，2002.
[3]GB/T12706-2008.挤包绝缘电力电缆及附件[S].
[4]GB50217-2007.电力工程电缆设计规范[S].。