35kV单芯电力电缆金属护层接地方式的探讨分析

35kV单芯电力电缆金属护层接地方式的探讨分析

郑明正

上海电力设计院有限公司 上海 200025

摘要:随着35kV单芯电力电缆的愈发广泛应用，各个领域对于其金属护层的接地质量也愈发重视，在此情况下，要想保证相关电缆线路的正常运作，就必须要注重金属护层接地方式的有效性和合理性。只有对接地方式进行合理选择，才能避免出现严重的接地故障。基于此，本文结合实践经验通过简要介绍35kV单芯电力电缆及其金属护层接地的相关概念，对其接地方式进行了分析及探讨。

关键词:35kV单芯；电缆线路；金属护层；接地方式

一、35kV单芯电力电缆金属护层接地的相关概念

根据《电力工程电缆设计标准》的相关要求，在对交流单相电缆进行实际应用的过程中，一定要保证其金属护层至少有一端是直接接地的，并且在任意一个非接地点上都应保证其正常感应电压要符合以下规定及条件，从而减少电缆故障点的发生概率。

首先，在没有采用“不能对金属护层进行随意接触”的安全措施时，应保证其电压在50伏以下。其次，在其他情况下，要保证电压不得超过300伏。并且，为了对金属护层的感应电压起到有效限制的作用，在实际安装的过程中应结合实际需求根据不同线路的不同情况，严格按照经济适用且合理的使用原则，在符合金属护层要求与规定的位置上，对正确的接地与连接方式进行合理应用。这时，接地方式的有效性与合理性便显得愈发重要。

35kV单芯电力电缆作为最常用的单芯电缆，对其金属护层接地方式加以重视是非常有必要的。基于此，本文结合实践经验从以下几方面初步分析及探讨了金属护层的几种接地方式。

二、单芯电力电缆感应电压的形成及相关计算

在单芯电力电缆线路中，一般可以将导线与金属护层看作是一个由一级和次级绕组共同组合而成的空芯变压器。在此情况下，当交流电流流动时，电缆导线附近所生成的部分磁力线，就会与金属护层交链，进而形成相应的感应电势。在此过程中，虽然单位长度的单芯电力电缆线路金属护层并不会产生较大的电压数值，但若是电缆线路的长度超出一定范围，就会造成感应电压的不断叠加，进而危及相关操作人员的人身安全。比如，在金属护层形成通路的同时，金属护层的感应电势会在其内部形成环流，这时通过对电源能量的不断消耗，就会引起相关电缆线路的发热现象。尤其是在高压电缆的使用中，金属护层的损耗对电缆载流量所产生的影响是非常巨大的。根据《配电设计手册》等相关资料显示，35kV的高压电缆在进行两端接地的过程中，环流严重时大约会占据整个电缆工作电流的一半左右，这便会使整个电缆的温度愈发升高，而电缆载流量也愈发低下，从而影响了电缆线路的正常工作。

此外，对于金属护层的感应电压而言，其与导体电流是成正比的，并且与电缆的尺寸和敷设方式有着直接关系。为此，本文以ZR-YJV-26/35kV 1×300mm2的单芯电缆为例，要求进行2路35kV联络电缆的接地设计(其中输送容量以每路36MWA为标准，每回路单相为长度1.35km)。基于此，本文利用S/rs的函数，通过以下几种排列方式对35kV单芯电缆的感应电压进行如下计算:

总公式：U0=2ω In(S/rs)×10^-4×I×L (V/km)

其中：S表示的是电缆的中心间距

rs表示的是电缆半径

I表示的是最大电流

L表示的是电缆长度

因此，可以进行如下计算：

X=2ω lnS/rs×10^-4Ω/km a=2ω ln2×10^-4Ω/km

如图1、图2、图3

图1 三叶形排列 图2 水平排列 图3 90°排列

①当单芯电缆三叶形排列时，感应电压相同

USA=USB=USC=X I

②当单芯电缆水平排列时

USB=X I

USA==USC=1/2 I （ ）

Y=X+a

③当单芯电缆90°排列时

USB=XI

USA=USC=1/2 I

Y=a/2

在本案例中:电流按600 A计算，轴间距按5.1cm计算，半径按2.28cm计算：

①当单芯电缆三叶形排列时

USA=USB=USC=1.35×30.35=40.97 V

②当单芯电缆水平排列时

USB=1.35x30.35=40.97 V

USA=USC=1.35×38.58=66.09 V

③当单芯电缆90°排列时

USB=1.35×30.35=40.97 V

USA=USC=1.35×38.58=52.08 V

由此可以看出，第一种方式所计算出的感应电压更符合相关要求。

三、35kV单芯电力电缆金属护层的几种接地方式

根据上述的感应电势限制及计算引出了以下几种接地方式:

(一) 金属护层两端接地的接地方式

在电缆线路比较长、且利用一端直接接地的接地方式已经无法满足实际要求的情况下，通常会利用线路两端直接连接地线的方式对相关电缆线路的金属护层进行实际安装，如一些输送容量不大的高压电缆等。此外，对于一些电缆线路比较短、且利用效率非常低的电缆线路，也可以通过对此种接地方式的合理利用，实现对金属护层的有效接地。这样，便可以在不安装电缆护层保护装置的情况下，也能保护电缆线路的正常运行，从而减少后期运行维护工作的作业量。但需要注意的是，若是金属护层上存在环流，应注意避免使用此种接地方式。

(二) 金属护层一端接地的接地方式

对于35kV电缆线路金属护层一端接地的接地方式来说，其主要分为以下两种情况:

一种是针对五百米以内的短距离电缆线路。对于此类电缆线路来说，其金属护层在实际安装的过程中，一般会采用其中一端直接连接地线、另外一端通过电缆保护装置连接地线的安装方式。因为在这种方式下，相关电缆线路金属护层的其他结构部位不会构成回路，所以既能够减少甚至避免出现环流现象，也能够在提升电缆线路传输容量的同时保证电缆线路的安全与正常运行。此外，在利用此类接地方式将金属护层其中一端直接接地的电缆线路与架空线路进行实际连接的过程中，应根据实际情况将已经直接接地的一端安装及设置在与架空线路相连接的那一端，并将相应的保护装置安装在没有接地的另一端，这样便可以减少电缆金属护层上所存在的冲击过电压，从而保证线路运行的稳定性。期间，需要注意的是，在将直接接地的一端电缆线路与地线进行实际连接时，应做到先互联、再接地。

而另一种是针对一千米以内的长距离电缆线路。对于此类电缆线路来说，若是在连接地线的过程中采用一端接地的接地方式，就会导致所形成的金属护层感应电压无法满足相关设计规范的实际要求，所以在此情况下，若是想要避免出现以上情况，便可以在相关电缆线路的中点位置，通过利用单点互联接地的方式，将其金属护层与地线进行有效连接，而相关电缆线路金属护层的两个终端位置则可以通过保护装置连接地线，这样便能够保证感应电压的稳定性。换句话说，这种在中点连接地线的安装方式，就是根据实际情况在满足实际需求的基础上将两个一端接地的相关电缆线路进行有效连接。期间值得关注的是，此安装方式下的电缆线路并没有安装中间接头，所以在很大程度上避免了接头在安装过程中可能形成的绝缘薄弱环节，从而促进了电缆线路本身使用寿命和传输容量的有效提升，也减少了后期运维工作的工作量和电缆故障点。

(三) 金属护层交叉互联的接地方式

对于一些一千米以上的长距离35kV单芯电缆线路，便可以通过利用交叉互联的接地方式对金属护层进行实际安装。对于此类接地方式而言，其应用步骤如下:首先应将相关电缆线路合理划分为偏差在5%范围以内的三个小段。其次应根据实际情况在每个小段之间安装能够满足实际需求的绝缘接头，并在安装绝缘接头的部位通过利用同轴电缆将相关电缆线路的金属护层引出，同时通过互联箱实现对金属护层的交叉互联。在完成以上步骤以后，便可以通过保护装置将电缆护层与地线连接在一起，同时将电缆线路两个终端的金属护层直接与地线连接在一起，从而形成一个完整的互联段位。另外，若是电缆线路的距离要比以上两种情况还要长，便可以通过对多个互联段位的有效连接，形成一个更加完整的多段互联。如图4：

图4 交叉互联接地

除此之外，需要注意的是，若是相关电缆线路三个小段的三相电排列满足对称要求，那么各个段护层之间所产生的电压相位差和幅值都是一样的。所以在这样一种情况下，电缆金属护层中的相关接地点间，是相当于不存在电位差的，这时在相关电缆护层的内部，就不会出现环流的情况。在此条件下，电缆线路便成为了最高的护层电压，从而起到对每小段感应电压的有效限制的作用。但若是相关电缆线路三个小段的三相电排列是不对称的，那么中相电的感应电压就会比边相电低一些，这时，即使三个小段的电缆护层在长度方面是一样的，也会因为存在电压差，导致其在经过两端接地的过程中，在电缆护层内部产生环流。但由于与地线相连接的一端，与大地之间存在一定的电阻，所以所产生的电流并不大，这时利用交叉互联的接地方式，便可以减少甚至避免出现环流和电缆金属护层感应电压不稳定的现象，从而保障电缆线路的稳定运行。

四、金属护层绝缘的保护

在电缆线路的金属护层中，若是只有其中一端直接接地，则其内部不会产生环流。但若是通过操作过电压，使其沿着电缆线芯流动，那么其金属护层中没有接地的一端，就会形成一定强度的冲击过电压。此外，若是系统在发生短路时所产生的故障电流流经电缆线芯，那么不接地的一端同样也会产生较高的工频感应过电压。这不仅会加大对电缆外护层绝缘的击穿概率、造成多个点位的接地故障，也会因内部环流致使电缆温度升高、载流量下降，进而影响整个电力电缆的运行效率和使用期限。

基于此，为了能够有效的限制和避免出现以上情况，应在相关电缆金属护层的非接地端，对护层过电压保护装置进行合理安装，并保证其有效性。一般情况下，电压保护装置的设计，通常是将氧化锌非线性电阻片作为整个装置的保护单元。当相关电缆线路进入并保持正常的运行状态时，其护层保护装置，就会利用高电阻阻断工频感应电流回路。但若是出现接地故障或是冲击过电压，就会利用低电阻通过护层保护装置本身，将故障电流导入到地面以下，从而实现对电缆外护层绝缘的有效保护。

对于电缆护层保护装置本身而言，其三相连接通常采用的是中性点接地的接地方式，这种方式在实际应用的过程中不仅能够对冲击过电压起到限制作用，还能实现对工频过电压的有效降低，更重要的是有利于对氧化锌阀片的老化程度进行实时检测，从而保证整个电力电缆的稳定运行。另外，在重要性交流单相高压电缆回路中，应结合电流情况设置相应的护层绝缘监察装置和并行回流线，以保证电缆的正常工作。

五、结语

综上所述，在对35kV单芯电力电缆金属护层进行实际安装的过程中，要想保证后期电力电缆线路的稳定运行，就必须要注重对电缆线路长度和金属护层接地方式的合理选择，同时也要加大对金属护层感应电压的重视力度，只有这样，才能保证所安装的金属护层能够符合相关规范与规定的实际要求，从而避免出现电缆故障、提升电缆运行的安全性与稳定性。

参考文献

[1]邓军.35kV单芯电力电缆金属屏蔽层交叉互联接地错误的分析与处理[J].电气技术,2019,20(02):105-107.

[2]程杰.高速铁路27.5kV馈线电缆护层感应电压与接地方式研究[D].西南交通大学,2016.

[3]张恩峰,孟凡民,李昆鹏.35~110kV单芯电力电缆金属护层接地方式的探讨[J].中国煤炭,2008(08):70-71+74.

[4]王延涛.35kV单芯电力电缆金属护层的接地设计[J].电气传动自动化,2007(04):60-62.

[5]陈兆鑫.论述电力电缆中金属护层的接地方式[J].广东科技,2009(08):176-177.