浅谈防止电力电缆护层感应电压过高的措施

浅谈防止电力电缆护层感应电压过高的措施

摘要：本文概述了运行中电力电缆护套感应电压的产生及感应电压过高对运行电力电缆及人身安全的危害。根据规程规定：当电缆运行中未采取安全措施以致不能任意接触金属护套时，其金属护套上的正常感应电压不得超过50V；当采取措施后，例如在不接地端电缆终端位置的金属护套上用玻璃纤维绝缘材料包裹起来时，该感应电压允许提高为100V。为了避免感应电压过高的现象出现，主张采取如下有效措施：1.设计阶段必须对电力电缆线路金属护层感应电压的计算；2.根据线路情况按照经济合理的原则选择电力电缆金属护套接地方式：（1）护套一端接地一端接护层保护器；（2）护套两端接地；（3）护套交叉互联；（4）电缆换位、金属护套交叉互联；3.为了防止护套绝缘击穿，护层保护器和回流线的配套安装时的注意事项。并加以论证。

关键词：电力电缆；金属护层；感应电压；接地方式

1. 引言

随着经济的发展和城市建设规划的完善，电缆线路将被广泛的使用，电力建设部门在建设中对电缆线路的安全、经济运行、供电可靠性提出了更高的要求。而电力电缆金属护套感应电压过高不仅直接影响到电力电缆经济运行、人身安全及供电可靠性，还直接关系到电力行业的信誉。那么为了保证敷设的电缆线路能安全、可靠、经济运行，就必须深入探讨以下三个问题：（1）电力电缆金属护层感应电压是怎么产生的？（2）电缆金属护层感应电压过高有什么危害？（3）怎么做才能防止电力电缆金属护层感应电压过高问题的出现？

目前，根据我国电力行业的有关规定：交流单相电力电缆的金属护层，必须直接接地，且在金属护层上任一点非接地处的正常感应电压，应符合下列规定：（1）未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V。

（2）除上述情况外，不得大于100V。为此，作为供电人员有必要探讨防止电力电缆护层感应电压过高的方法和措施，希望通过正确的方法和措施的实施，符合我国电力行业的有关规定和要求。确保电力电缆的安全经济运行。

2. 正文

运行中的超高压交流单芯电缆，单芯电力电缆的金属护套可以看成一薄壁圆筒，同心圆地套在线芯周围。线芯产生的磁通，不仅与线芯回路相连，同时也与金属护套相连，在磁力线的作用下，这部分磁通使金属护套是有电感（一般认为电缆护套的厚度比直径小得多，因此内感可假设为零）在金属护套中产生感应电势。也就是说其金属护套上会产生感应电压。感应电压的大小与电缆的长度和流过导线的电流成正比。如线路很长这一电势可能对人构成危害，如果护套两端接地，这一电势将产生环流，消耗能量，造成损失，同时也使线路发热，危及线路的安全，这样一来，护套环流的大小，成为限制电缆载流量大小的因素之一。另外，当电缆线路发生短路故障时，强大的短路电流将在护套中产生很大的感应电势。此外，在过电压作用下同样也会在护套上产生很大的感应过电压。容易使护套绝缘发生击穿，因此在电缆线路设计时必须计算这些护层的感应电压。并采取相应措施保护电缆线路正常使用。

2.1电缆金属护层感应电压的计算

2.1.1金属护层的工频感应电压计算

（1）由两根单芯电缆构成的单相回路每厘米长度电缆每相护套中的感应电动势ES（V/cm）：

（2）由三根单芯电缆构成的三相交流电路

在一般情况下，每厘米长度电缆护套上的感应电压US（V/cm）相应于U、V、W三相分别为：

根据三相平衡负载的条件，令

式中 LS ——电缆金属护套的电感，（H/cm）；

I ——导体电流（A）；

——电源频率（HZ）

S——导体轴间距离（cm）；

rs ——护套平均半径（cm）。

当金属护套只有一点接地，不能构成电流通路，护套内只有感应电压而无感

应环流。当金属护套两端接地，构成电流的环路，则护套内有感应电流Is（A）。

式中Rs ——每厘米长度电缆金属护套的电阻（Ω/cm）；

ρ——护套金属的电阻系数（Ω•cm）；

对护套用铝 2.84×10-6

对护套用铜 21.4×10-6

αs——护套金属的电阻温度系数（1/℃）；

对护套用铝 4.03×10-3

对护套用铝合金 4.0×10-3

θs——护套的温度（℃）；

As——护套金属的截面积（c㎡）；

Xs——每厘米长度电缆每相金属护套的电抗（Ω/cm）：

2.1.2金属护层短路感应电压计算

（1）计算条件

短路故障情况下金属护套感应电压的大小，不仅与短路的种类、短路电流的大小有关，

而且与电缆线路的排列方式、接地方式、接地电阻值的大小也都有关联，在此为了简化计算

特做如下假设：

a) 电缆的参数不因为短路电流的影响而变化，短路电流值均为稳态短路电流。

b) 不计负载电流对金属护套电压的影响。

c) 除了说明的均压线、回流线外，无其它与电缆线路平行的金属导线。

d) 三根单芯电缆组成的三相对称交流回路，全线等距平面敷设。

（2）几种类型计算

a) 电缆金属护套一端互联接地，另一端接地保护器

b) 电缆金属护套交叉互联、保护器Yo接线

c) 电缆金属护套交叉互联、保护器Y接线或△接线

d) 电缆金属护套一端互联接地加均压线护层所受电压

2.2电力电缆的护层选用接地方式及保护器、回流线的安装

根据电缆设计规程规定交流单芯电力电缆金属护层的接地方式选择，应符合下列规定：（1）线路不长，能满足第一项要求时，宜采用在线路一端直接接地（单点互联接地），

见图

（2）线路较长，一端直接接地不能满足第一项要求时，35kV及以上电缆线路，水下电

缆或35kV以上高压电缆输送容量较小的情况，可采取在线路两端直接接地（全接地）。

35kV以上高压电缆线路较短，或利用率很低时，也可采取全接地方式。

（3）除上述1、2项外的较长线路，宜划分适当的单元设置绝缘接头，使用电缆护层分

隔在三个区段以交叉互联接地。每单元系统中三个分隔区段的长度宜均等，如下图。

（4）35kV以上交流单相电缆金属护层的电气通路仅有单点互联接地时，在位于远距的

未直接接地端，应经护层绝缘保护器（金属护层电压限制器）接地。

接下来我们来探讨以下几种电缆金属护层的接地方式的特点和使用范围：

2.2.1.护套一端接地一端接护层保护器

护套一端接地是指电缆金属护套在终端位置采取一端直接接地，另一端经间隙或非线性

电阻保护器间接接地的连接方式，保护器的作用是：当电缆受到雷击和操作过电压冲击时，

电缆金属护套会感应产生冲击过电压，用以限制护套上、绝缘接头上、绝缘片两侧的冲击过

电压的升高。

因为护层保护器内的主要元件是非线性电阻阀片，目前常用的是氧化锌电阻片。在正常

工作电压下，保护器呈现高电阻。通过保护器的工作电流极小，护套与大地之间不构成回路。当护套上出现的过电压达到保护器的起始工作电压时，保护器内的电阻值迅速下降，这时过

电流较容易由护层保护器流入大地，而护套上的电压仅为通过电流时保护器的残压。保护器

的残压和起始动作电压要比冲击过电压低得多，从而使护套绝缘避免受过电压的破坏。当过

电压消失后，电阻阀片又恢复其高电阻特性，护层保护器和电缆线路又恢复到正常工作状态。

当电缆线路不长，长度在500m以下时，金属护层的工频感应电压值满足：交流单相电

力电缆的金属护层，金属护层上任一点非接地处的正常感应电压（在未采取不能任意接触金

属护层的安全措施时，不得大于50V；除上述情况外，不得大于100V。）符合规定时，宜采

用在线路一端直接接地（单点互联接地），通常可采用这种的接地方式。由于金属护套的其

他部位对地绝缘，这样护套与地之间不构成回路。国家标准规定，交流单相电力电缆的金属

护套必须直接接地。为保障人身安全，当电缆运行中未采取安全措施以致不能任意接触金属

护套时，其金属护套上的正常感应电压不得超过50V；当采取措施后，例如在不接地端电缆

终端位置的金属护套上用玻璃纤维绝缘材料包裹起来时，该感应电压允许提高为100V。在金属护套一端接地的电缆线路上，为确保护套中的感应电压不超过允许标准，还必须安装一条

沿电缆线路平行敷设的导体，并且导体的两端接地，这种导体称为回流线。当发生单相接地

故障时，接地短路电流可以通过回流线流回系统的中心点。由于通过回流线的接地电流产生

的磁通抵消了一部分电缆导线接地电流所产生的磁通，因而可降低短路故障时护套的感应电压。另外，为了避免正常运行时回流线内出线环行电流，敷设时应与中间一相的距离为0.75S （S为相邻电缆轴间距离），并在电缆线路的一半处换位。回流线的两端应可靠接地，截面

积应满足短路电流热稳定的要求。

2.2.2护套两端接地

护套两端接地是指金属护套在两个终端位置直接接地的连接方式。当线路较长，一端直

接接地不能满足规程规定的安全要求时，或当电缆线路很短，传输功率很小，对电缆的载流

量影响不大，这种情况下电缆线路可采用金属护套两端接地方式。

金属护套两端接地后，不需要装设保护器，可减少运行维护工作，这与护层损耗的损失

相比，相对说还是经济的。具体接地是用多股绞线一端在电缆终端尾管铅封位置以下进行锡