沖擊過電壓引起的電纜護層感應電壓研究

李 艷

吉林交通職業技術學院，吉林 長春 130012

隨著城市現代化的發展，在城區的供電線路多是使用電力電纜來輸電網絡，尤其是負荷容量的不斷增加，單芯電纜在供電網絡中也占有很大的比重[1]。在設計和施工單芯電纜時，要重點考慮一個重點問題是電纜金屬護層的感應電壓，一般情況下，在設計新的電纜線路時可以通過金屬護層換位的措施解決金屬護層感應電壓的問題[2]。因此，必須深入了解電纜護層感應電壓產生的原因，以便實際工程應用中采取有效消除護層感應電壓的措施。本文將從理論上分析金屬護層感應電壓產生的原因，并建立電纜不等長時的護層感應電壓的數學模型。

1 沖擊過電壓引起的護層感應電壓分析

當電纜的線路受到操作過電壓或者雷擊電壓的沖擊后，感應電壓會在護套上形成，護層絕緣容易被擊穿，因此就要分析造成護層過電壓的元嬰，以便采取相應的防護措施。

1）多根導線上的行波分析

電纜可以分為金屬護套，線芯和大地三導線系統，為此就要分析探討多根導線上的行波，單根導線的原理對于任意n根平行導線的線路同樣有效，這時就要考慮n根導線上的互波阻抗。0、1、2三個數字代表電纜的護套，線芯和大地，線芯和護套可以作為同軸導線，金屬護套和大地為另一個同軸導線，金屬護套可以作為參考零電位，因為在一般情況下可以忽視金屬護套的電阻，電壓是高頻波，與此同時，金屬護套抱住電纜的線芯，所以金屬護套可以屏蔽線芯，這里應該注意的是，護套對地電壓大體上相等，但是在不接地的護套斷連接點上，護套之間的電壓幾乎是對地電壓的一倍左右，在處理除了護套交叉互聯的電纜線路外，是不可以使用護套斷連又不接地的方式。

2）參數的計算

Z1/ Z2比：Z1代表電纜線芯對金屬護套的波阻，它主要受到電纜結構的尺寸，所以他的計算值是相對較為可靠。Z2代表金屬護套對大地的波阻，它主要與大點電阻率相關，它的計算只有大地電阻率較小時才能依據電纜的結構尺寸計算Z2。如果電纜周圍煤質是不良導體比如在空氣中鋪設，只能用金屬導體作為回路，這時應該計算平行導線Zm代替Z2，Zm的值是40Ω，在計算護套電壓的準確度主要由Z2，的值決定。

v1/v2比：當過電壓波在線芯和金屬護套之間通過，它的波速v1與線芯絕緣體的介電常數ε的平方根成正比，油紙絕緣的ε是3.5，由此還可以算出煤氣波速v2受到大地電阻率的影響，并且當過電壓波在線芯和金屬護套之間進行時，當大地電阻率等于零時，行波才在金屬護套的絕緣外戶層內傳導，也可用金屬護套的護層介電常數ε'進行計算，ε'在2～6之間，如果大地是半導體和非導體時，有一些行波是在金屬護套的絕緣外護層沒傳播的，剩余的一部分在大地中傳播，大地的接地常數是4～80之間，所以v1/v2的比應在0.75～4.8之內，它可以影響護套過電壓的準確度。

衰減系數：行波在線芯和金屬護套中傳播的衰減會相對比較小，可以不計在內，但是如果在護套和大地之間傳播的話它的衰減就會比較大，當計算時，設定波幅油衰減，但是波形不畸變，與實際狀況不同，過電壓的準確性會受到影響。 從上面可以看到，我們只有在實際測試后，以得到更準確 Z2，V2和衰減系數，這些實測值并不具備通用性只是限制于實測值。

2 電纜線路的改造

可以采用110kV電纜作為列子，以便說明電纜金屬護層感應電壓，在實際的應用中的影響。在目前的電網運行中，一般城市都采用單臺主變容量是5萬kVA得110kV的變壓器，變電站一般有兩個或更多的變壓器。因此，本文采用了YJLW03-1x630mm2-64/110kV電壓等級的單回路電力電纜作為研究列子，這主要是考慮到了線路故障發生時，一線帶兩變實施線路輸電的情況，在此條件下，電纜的每相負載電流時I = 500A，電纜中心軸間距離是S= 250mm，電纜護層平均直徑是D S = 77.8mm，三相回路由三根單芯電纜，線路可以用等邊三角形鋪設，同時也可以用直線鋪設，這些計算可以在平衡負載條件下實施。如果電纜長那么護層感應電壓就會很高，如果發生短路事故，感應電壓的數值就會有103數量級，因此，可以采用金屬護層交叉換位的方法，來鋪設長線路電纜，進而消除電纜金屬護層對線路安全和人身安全的影響，保證電網安全的運行。110kV電纜敷設，長度各不相同，即使是正三角形鋪設的狀態下，在金屬護層的兩端也會形成一定的電勢差。這將在金屬護層中形成感應電壓造成的環流損耗，直線或者其他形式的鋪設都會形成更大的損耗。因此，高壓單芯電纜在實施電氣設計時，一定要考慮金屬護層感應電壓的影響，確保線路可靠安全的運行，在改接電纜線路后，此時可以使用連接電感達到增加電纜金屬護層感應電壓，考慮到上述條件，在改造開發電纜線路后，如果原長度大于第三段長度時可以通過第三段電纜護層上連接電感實施補償，這樣三段電纜的電感幾乎相同，三相電壓也可以達到平衡，由此可以減小電纜護層中的環流。電纜的造價比電感的造價便宜很多，同時還可以不受到鋪設條件的影響。

3 結論

由于電力工業的不斷發展，電纜線路的改造也是越來越多，電纜護層過電壓的影響得到了業內不少人士的關注，當前要解決的問題是研究過電壓，以及怎樣減少和降低護層電壓的影響。本文分析了電纜金屬護層感應電壓，提出了在電纜金屬護層的末端連接電感進行電壓補償的方法，可有效地減小由于金屬護層感應電壓不平衡所造成的影響。

[1]王亞兵.變電所進線單芯35kV交聯聚乙烯絕緣電纜護層過電壓的計算和保護[J].電線電纜，2004，4.

[2]鄭曉泉，閻春雨，孫希斌，等.高壓XLPE電纜護層絕緣故障及檢測技術[J].電線電纜，2004，8.

[3]賈欣，喻明，王瑛，等.三回路單芯電纜護套感應電勢的計算[J].高電壓技術，2000，10.