高压电力电缆接地技术综述

高压电力电缆接地技术综述

Summary of Grounding Technology of High Voltage Power Cable ABSTRCT:Power cable protection grounding that power cable metal sheath grounding is an important protection measure in guaranteeing the safe operation of the power cable, this paper according to the voltage level, laying and the fault type and the actual operation and maintenance of the operation, discusses the power cable connected role, grounding mode and then the pick resistance selection, focuses on the analysis of the single core high voltage power cable supporting protective layer grounding resistance selection, grounding technology has a guiding role to understand the of high voltage power cable.

KEY WORDS:Grounding Technology；Power Cable；Cross Connection

摘要：电力电缆保护接地即电力电缆金属护套接地是保障电力电缆安全运行的重要保护措施，本文根据电压等级、敷设方式和故障类型和实际运行维护的可操作性,讨论了电力电缆接地作用、接地方式和各种接地方式的接地电阻的选取，重点分析了高压单芯电力电缆护层保护接地电阻的选取，对认识高压电力电缆接地技术有一定的指导作用。

关键词：接地技术；电力电缆；交叉互联

0引言

电力电缆保护接地即电力电缆金属护套接地是保障电力电缆安全运行的重要保护措施。其本质是在正常和事故以及电缆系统内部过电压、雷电过电压情况下,利用大地作为电流回路,将电缆接地处电位固定在允许的接地电位上。接地电位不仅与入地电流的波形和幅值有关,而且与接地体的几何尺寸、大地电阻率等参数有关。

由于大地中自然电场影响,接地体的电位通常在10V 左右。电力电缆系统单相短路故障时,接地体的接地电位可能达到数kV;雷电过电压时,接地体的瞬时接地电位可能高达数百kV 数量级。地电位大幅升高,一方面可能导致高压单芯电力电缆护层绝缘击穿,引起金属护套多点接地故障,另一方面可能导致反击过电压击穿相邻设备或将高电位引向其它低电位处造成设备事故和人身事故,与此同时,接地电流在大地中流散时,大地表面出现较大的电位梯度,可能使人体受到接触电位和跨步电位电击伤害。

1高压电力电缆接地系统的接地作用

感应电压由于超高压交流单芯电缆在磁力线的作用下一定会受到流过导线的电流(或短路电流)等因素影响。感应电压会产生在金属护层上面,尤其是当电缆遭受过电压或发生不对称短路故障时,将击穿护层绝缘。保障电力电缆线路安全运行的重要措施之一是电力电缆接地系统。电力电缆线路利用大地作为回路可以在多种情况下进行,故障或者正常情况下都可以满足、甚至过电压时候,将电位钳制接在相应位置就可以了。接地电位与接地装置的接地电阻值密切相关,其电阻与很多因素有关,比如接地装置形状、大地电阻率、敷设方式等等,甚至电流频率等等。如果电阻不能达到要求,则在出问题时,接地电位可能有很大程度的升高,一方面,电缆外护层绝缘会由于地电位反击被击穿而使得护层多点接地故障;此外,工作人员会在电位大幅升高后反击相邻电气设备、形成跨步电压和接触电压时候受到身体伤害。因此,尽可能地在各方面条件允许的情况下采取优化措施,采用特殊的连接和接地方式在经济合理时,配设护层保护器,以防止击穿护层绝缘。

2高压电力电缆接地系统的接地方式

（1）护层两端接地

电缆金属护层在两个终端位置直接接地的连接方式是护层两端接地,电缆运行时,护层上的环流与导线的负荷电流基本相差不大。当电缆线路短导致传输功率很小时,其金属护层上的感应电压也很小,护层中的环流也因为金属护层两端接地形成通路后而变小,造成电缆的载流量影响不大,损耗不显著。与金属护层的损耗相比,金属护层两端接地后,不需装设保护器,减少维护工作量是合理的。为了使得循环电流的经济密度达到标准,尽量缩小电缆接地引线的截面积

（2）护层一端接地

一端接地,一端经护层保护器接地就是护层一端接地。如果架空线路和电缆线路联合在一起,接触地面的位置一般装设在架空线路端,保护器的另一端。这种方式常用于500m以下的线路上面,当雷击的时候,很大的过电压会发生在金属屏蔽开路端,使得到了大于侵入波的60%,尤其是短路电流流经芯线和短路事故时,大幅的感应电压也很可能会发生在不接地端。使得电缆外护层毁坏的原因是因为它不能承受这种过电压,这样会导致金属护层的多点接地。所以,较短的线路距离是常用这种方法的,而且护层任一非接地处的正常感应电压较小。

(3)护层中点接地

采用这种方式是因为线路过长且感应电压过高时候,可能使护层绝缘击穿而造成金属护层多点接地。而有一种方式可以看作一端接地线路长度的两倍,它就是中点接地法。因为它在线路的中间将金属护层接地,把保护器装在电缆两端,并均对地绝缘。

(4)护层交叉互联

电缆线路分成很多大的部分,每部分上面分成长度相等的三小段,用绝缘接头把他们相连,护层三相之间用换位箱,也就是同轴电缆经接线盒完成换位连接,然后护层保护器装在每个换位箱内,每大段的两端护层分别互联并接地,这就是所谓的护层交叉互联。500m以上的线路常用这种方式。三个区段相同长度时候,低的感应电压和小的环流会发生在护层上面。假如每一段金属护层电压的相位相差120o且幅值相同,那么就称为电缆线路的三相排列是对称的,这样使得位于两个接地点之间的电位差等于零,就不会产生环形电流,这时每一小段长度上的感应电压就是最大的金属护层电压,可以减小到5V以内,当排列方式不对称,如水平排列时,中相感应电压与其他两相相比比较低,虽然三个小段的金属护层有着同样的长度,但是他们的向量和有一个很小的合成电压,这使得环流会在金属护层内形成,因为大的电阻会在大地和接地极上面,所以得到的电流不大。

(5)电缆换位、金属护层交叉互联

将电缆线路金属护层交叉互联、同时再将三相电缆本体进行交叉换位的连接方式的这种方式,叫做电缆换位、金属护层交叉互联。此时,三相电缆金属护层电位所产生的相量和是零,并且环流也为零,因此这种方式优于单独的护层交叉互联。适合用在隧道等电缆本体比较容易换位的宽敞地方。

交叉互联换位接地方式常用于电缆线路敷设、安装过程中,长距离敷设110kVXLPE电力电缆一定按某种等距离分为长度基本相等的3或3的整数倍段。使得感应电压和护层内环流尽可能小,在实际操作中,虽然这样操作,但分段后护层交叉互联接线时易出现某些接点隐性失误,这样就是使得换位不完全,还有不容易立即发现和更正,导致护层中环流增大。

3高压电力电缆接地电阻

（1）35k及以下电力电缆的接地电阻

35kV及以下电压等级的电力电缆通常为三芯电缆，正常运行时金属铠装层外基本没有磁场，两端基本没有感应电压，亦不会产生感应电流；若三个线芯的电流总和不等于零，由于金属铠装层的阻抗较大,环流尚不过分显著，金属铠装层中产生的感应电流仅为线芯电流的5%～8%；故敷设时可采取金属铠装层两端直接接地保护方式。鉴于我国35kV及以下电力系统为不接地或经电阻接地或经消弧线圈接地系统，故其电力电缆保护接地装置的