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10kV單芯XLPE絕緣電纜金屬屏蔽層接地方式解說
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時間：2022-07-02 11:39:06
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10kV單芯XLPE絕緣電纜金屬屏蔽層接地方式解說 10kV電纜金屬屏蔽層通常采用兩端直接接地的方式。這是由于10千伏電纜多數(shù)是三芯電纜的緣故。八十年代中期前，10kV電纜均采用油浸紙絕緣三芯電纜。結(jié)構(gòu)多為統(tǒng)包型，少量為分相屏蔽型。八十年代末期開始大量使用交聯(lián)聚乙烯絕緣分相屏蔽三芯電纜，逐步淘汰了油紙電纜。九十年代以來，隨著大連經(jīng)濟建設(shè)的迅猛發(fā)展，負(fù)荷密度增大，環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜等小型設(shè)備的應(yīng)用，市區(qū)變電所出線和電纜網(wǎng)供電主干線電纜開始采用較大截面單芯電纜。單芯電纜的使用提高了單回電纜的輸送能力，減少了接頭，短段電纜可以使用，方便了電纜敷設(shè)和附件安裝。也由此帶來了金屬屏蔽接地方式的問題。
一、單芯電纜金屬護套工頻感應(yīng)電壓計算
單芯電纜芯線通過電流時，在交變電場作用下，金屬屏蔽層必然感應(yīng)一定的電動勢。三芯電纜帶平衡負(fù)荷時，三相電流向量和為零金屬屏蔽上的感應(yīng)電勢疊加為零，所以可兩端接地。單芯電纜每相之間存在一定的距離，感應(yīng)電勢不能抵消。金屬屏蔽層感應(yīng)電壓的大小與電纜長度和線芯負(fù)荷電流成正比，還與電纜排列的中心距離、金屬屏蔽層的平均直徑有關(guān)。
1、 電纜正三角形排列時，金屬屏蔽單位長度的感應(yīng)電壓可按下面公式計算：
公式1 I---負(fù)荷電流，S---電纜中心距離，D--電纜金屬屏蔽層平均直徑
以YJSY-8.7/15kV-1×300mm,2單芯電纜為例，電纜屏蔽層平均直徑40mm，PVC護套厚度3.6mm，當(dāng)電纜“品”字形緊貼排列，負(fù)荷電流為200A時，算得電纜護層的感應(yīng)電壓為每公里10.7伏。 2、 電纜三相水平排列時，設(shè)電纜間距相等，金屬屏蔽單位長度的感應(yīng)電壓可按下式計算：
公式2、3 、4 當(dāng)三相電纜緊貼水平排列，其它條件與1相同時，算得邊相的感應(yīng)電壓為每公里16.9伏，中相的感應(yīng)電壓為每公里10.7伏；當(dāng)電纜間距200mm時，算得邊相的感應(yīng)電壓為每公里36.1伏，中相的感應(yīng)電壓為每公里31伏。邊相感應(yīng)電壓高于中相感應(yīng)電壓。
由以上計算可知：
（1）當(dāng)電纜長度與工作電流較大的情況下，感應(yīng)電壓可能達到很大的數(shù)值。
（2）電纜以緊貼三角形布置時，感應(yīng)電壓最小。當(dāng)電纜相間距離增加，相對位置改變時，感應(yīng) 電壓都會相應(yīng)地改變。另外，多回電纜同路徑敷設(shè)，也會對感應(yīng)電壓產(chǎn)生影響。
二、屏蔽層循環(huán)電流實測分析
采用兩端直接接地的方式，由于電磁感應(yīng)電壓的作用，就會在屏蔽層中產(chǎn)生循環(huán)電流。循環(huán)電流的大小主要與屏蔽層的自感阻抗和互感阻抗有關(guān)。即與屏蔽層的電阻、直徑、電纜的間距等有關(guān)。
目前，大連市區(qū)應(yīng)用的300mm2單芯電纜單根長度已有200多公里，電纜敷設(shè)方式以直埋為主，使用混凝土槽保護。金屬屏蔽層全部采用兩端接地的方式。下面實測的線路是沿解放路敷設(shè)的電纜主干線，電纜三相每3-3.5米用扎帶綁扎成“品” 字形 ，綁扎兩點中間的部分線芯散開呈水平放置。每個混凝土槽內(nèi)并排敷設(shè)有兩回電纜。我們對解放路的電纜屏蔽層環(huán)流進行了實測。實測的環(huán)流電流值如下表。
表格1 T
able 1. 表1 線路名稱 勝利線 紅港線 桃源線 嶺前線
負(fù)荷電流（A） 160 50 100 140
電纜長度（m） 125 125 298 1059環(huán)流值（A/B/C）
(A) 23/26/28 10/9/10 10/11/11 16/17/16
從實測值可見，循環(huán)電流達到負(fù)荷電流的10-20%。屏蔽層循環(huán)電流的存在，造成屏蔽層發(fā)熱和電能損耗，降低了電纜的輸送容量。因此，有必要采取措施減少或消除該循環(huán)電流。
實測數(shù)值還反映出，環(huán)流值并沒有絕對地因電纜長度和負(fù)荷電流的增大而增加。說明電纜三芯的布置對感應(yīng)電壓的影響不可忽視。
三、金屬屏蔽接地方式的選擇
1.采用兩端直接接地的方式
10kV單芯電纜金屬護層兩端接地時，由于護層阻抗值不像35kV以上電纜那樣小，環(huán)流尚不過分大。有關(guān)資料介紹，35kV以上高壓電纜兩端接地時，護層循環(huán)電流可達到線芯電流的50%-90%，從而引起護層發(fā)熱，嚴(yán)重降低電纜的載流能力。 10kV單芯電纜金屬護層兩端接地的方式有較多的施工經(jīng)驗。10千伏電纜回路多，直接接地減少了附屬設(shè)備的配置和維護量，對運行人員也比較安全。因此采用兩端接地有一定的優(yōu)勢。 繼續(xù)沿用兩端直接接地的方式，必須盡可能地降低護層感應(yīng)電壓，使線路損耗達到運行可接受的程度。較有效的辦法就是保持三相線芯呈緊貼正三角形布置。在電纜敷設(shè)后，每隔1米距離用非鐵磁性扎帶綁扎。
2.一端接地的方式 一端接地是指電纜線路一端金屬屏蔽直接接地，另一端金屬屏蔽對地開路不互聯(lián)。一般應(yīng)在與架空線連接端一端接地，以減小線路受雷擊時的過電壓。一端接地后，可以消除護層循環(huán)電流，減少線路損耗。但開路端在正常運行時有感應(yīng)電壓。在雷擊和操作時，金屬屏蔽開路端可能出現(xiàn)很高的沖擊過電壓。系統(tǒng)發(fā)生短路事故和短路電流流經(jīng)芯線時，金屬屏蔽不接地端也可能出現(xiàn)很高的工頻感應(yīng)電壓。當(dāng)電纜外護層不能承受這種過電壓的作用而損壞時，就會造成金屬護層的多點接地。因此這種方式宜用于線路距離較短，金屬護層上任一非接地處的正常感應(yīng)電壓較小時。
3.一端接地，另一端采用護套保護器接地的方式 為防止金屬屏蔽一端接地時開路端的過電壓擊穿外護套，開路端裝設(shè)護層保護器是限制護層過電壓的有效措施。保護器在正常運行條件下呈現(xiàn)較高的電阻。當(dāng)護套出現(xiàn)沖擊過電壓時，保護器呈現(xiàn)較小的電阻，這時，作用在金屬護層上的電壓就是保護器的殘壓。
四、結(jié)論和建議
1.在大城市和經(jīng)濟發(fā)達城市，負(fù)荷密度高，10KV三芯240mm2XLPE絕緣電纜達不到供電容量要求時，宜使用300、400、500mm2及以上單芯電纜，以提高供電容量。單芯電纜的金屬屏蔽層應(yīng)采用疏繞銅線結(jié)構(gòu)，其截面按安裝系統(tǒng)不同點兩相短路電流值確定，大連為35 mm2 銅導(dǎo)體。使用單芯電纜，可以使線路的接頭數(shù)量大幅度減少，并變?nèi)嘟宇^為單相接頭，使接頭密封更簡單可靠。
2.從降低金屬屏蔽感應(yīng)電壓或降低環(huán)流考慮，單芯電纜宜采用外護套緊貼的正三角形排列，對導(dǎo)體截面240 mm2 —300 mm2 XLPE絕緣電纜宜間隔1M用非磁性帶材扎緊，對400 mm2 及以上截面，可適當(dāng)放大扎緊間隔，但扎帶厚度或?qū)挾纫思訌?。緊貼正三角形排列方式，更適合在電纜溝或隧道支架上布置電纜。
3.從消除環(huán)流損耗，不降低電纜的載流量考慮，應(yīng)提倡電纜金屬屏蔽層一端接地方式。
4.采用金屬屏蔽層一端接地方式，非接地端計算和實測感應(yīng)電壓應(yīng)不超過50V；大于50V的宜安裝護套保護器。
5.直埋敷設(shè)，特別是地下水位高的地方，宜用PE外護套或其它彈性體（氯丁膠、氯磺華聚乙烯或類似聚合物為基的）護套混合料，代號（SE）。
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