单芯电缆金属屏蔽层接地研讨
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单芯电缆金属屏蔽层接地研讨
摘要：单芯电力电缆在运行中金属屏蔽层两端接地不当,会通过屏蔽层形成环流,引起电缆发热及电缆载流量;但如果一端接地,则另一端就会出现感应电压,危及人身和设备安全.针对这两种情况,介绍了实际运行中采取的方法和措施.
关键词：单芯电缆，金属屏蔽层，单点接地，交叉互联接地
笔者在某电厂工程项目管理，一台100MW/110变压器安装投运一天后，检查发现低压侧ZRC－YJV－26/35-1*630电缆发热。经检查，电缆屏蔽层电流高达400余安，电缆温度高达400度，电缆终端处屏蔽线已发热老化。
进行原因查找分析，通常三芯电缆都采用两端直接接地方式,这是因为这些电缆大多数是在正常运行中,流过三个线芯的电流总和为零,在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链,这样,在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压,所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。现场主变低压侧为ZRC－YJV－26/35-1*630单芯电缆,电缆长度100米，电缆两终端屏蔽层均接至接地网。如图一，电缆金属层两端直接接地，大地就可以等效为一根导线，导线和金属层构成一个闭合回路。单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系,可看作一个变压器的初级绕组,当单芯电力电缆的导体中通过交流电流时,根据安培定律，导线周围形成交变环形磁场，交变的磁场通过导线和大地形成的闭合环路，根据楞次定律，闭合环路会产生阻碍磁场变化的感应电流，金属层就存在了感应电流。其周围产生的磁场会与金属护套交链,在金属护套上会产生感应电动势，感应电动势的大小与导体中的电流大小、电缆的排列和电缆长度有关。由于屏蔽层电阻的存在，金属层发热，既损失了电能，又造成电缆载流量大幅度降低，造成电缆老化，严重的会造成火灾。现场就是典型的单芯电缆两点接地引发的问题。
图一
根据《电力工程电缆设计标准》GB50217规定,单芯电缆接地有三种方式：
1一点接地，包括：
1)一端直接接地，另一端不接地或者经过保护层保护器接地；
2)中间直接接地，两端不接地或者经过护动保护器接地；
2 交叉互联接地
这是单芯高压电缆采用的接地方式，目的是减小接地环流，方法是使一个接地回路通过三相单芯电缆，使总的感应电压相互抵消，从而减小接地环流。实施中一般采用绝缘中间接头与交叉互联箱实现。 3 两端直接接地
三种接地方式应该怎么选择呢？
根据《电力工程电缆设计标准》
4.1.12 交流系统单芯电力电缆金属套接地方式选择应符合下列规定：
线路不长，且能满足本标准4.1.11条要求时，应采取在线路一端或中央部位单点直接接地；
线路较长，单点直接接地方式无法满足本标准4.1.11条的要求时，水下电缆、35KV用户忙人下电缆或输送容量较小的35KV以上电缆，可采取在线路两端直接接地；
除本条第1款、第2款外的长线路，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，应设置绝缘接头或实施电缆金属套的绝缘分隔，以交叉互联接地。
从规范4.1.12中可以看出，首先要根据4.1.11进行判断，才能决定选择什么样的接地方式。
4.1.11 交流单芯电力电缆金属套上应至少在一端直接接地，在任一非直接接地端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意接触金属套的安全措施时，不得大于50V
2 除本条第1款规定的情况外，不得大于300V
3 交流系统单芯电缆金属套的正常感应电势宜按照本标准附录F公式计算; 从规范4.1.11中可以看出，首先要根据附录F公式计算单芯电缆金属套的正常感应电势，根据计算结果来确定接地方式。【1】
交流系统中单芯电缆线路1回或2回的各相按通常配置排列情况下，在电缆金属套上任一点非直接接地处的正常感应电势值可按下式计算：
Es=LEso
式中：ES——感应电势(V)；
L——电缆金属套的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离(km)；
ESO——单位长度的正常感应电势(V/km)。
感应电压与电缆长度成正比，当电缆长度与工作电流较大的情况下,感应电压可能达到很大的数值，过高的护套感应电压可能会危及人身安全，并可能导致设备事故，因此，电缆运行规程规定，单芯电缆金属护套感应电压不得超过50V。对于较长的电缆线路，应用绝缘接头将金属护套分隔成多段，使每段的感应电压限制在小于50V安全范围以内。通常将三段长度相等或基本相等的电缆组成一个换位段，其中有两套绝缘接头，每套绝缘接头的绝缘隔板两侧不同相金属护套用交叉跨越法相互连接。
为了减少电缆线路的损耗，提高电缆的输送容量，高压单芯电缆的金属护套，一般均采取交叉互联或单点互联方式。护套感应电压与导体电流成正比，同时与电缆的几何尺寸和敷设方式有关。一般采用3种敷设方式如下：
电缆以紧贴三角形布置时,感应电压最小。当电缆相间距离增加,相对位置改变时,感应电压都会相应地改变。另外,多回电缆同路径敷设,也会对感应电压产生影响。 查出电缆发热问题原因，根据现场单芯电缆长度仅100米实际情况，停运变压器后将变压器低压侧屏蔽层接地断开形成开关柜侧电缆单点接地，再运行，屏蔽层电流降至不足1A，电缆温度降至常温。
下面我简单概括一下其内容：
1、单芯电缆接地设计的时候要计算感应电势Es。
2、根据ES的计算结果选择接地的方式。ES≤50，应采用一点接地，不要求金属套采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施；
3、50S<300V,应采用一点接地，同时要求金属套采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施；
4、当ES>300V时。1）水下电缆、35KV及以下电缆、输送容量较小的35KV
以上电缆可采用两端直接接地；2）除了1）以外的情况宜采取交叉互联接地。
作者简介：李朝东，出生于1973年，男，安徽安庆，大专，1997年毕业于安徽机电学院电气专业，长期从事电气工程咨询管理
参考文献：
【1】GB50217电力工程电缆设计标准
