關于單芯電纜接地的研究

摘 要:電力電纜在運行中金屬屏蔽和鎧裝層兩端直接接地，會在金屬屏蔽和鎧裝層中形成環流，引起電纜發熱，影響電纜載流量，如果一端接地，則另一端就會出現感應過電壓，危及人身和設備安全。針對這兩種情況，本文介紹了實際工程中采取的方法和措施。

關鍵詞:單芯電力電纜金屬護套接地

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0087-01

1 問題的提出

由于唐山市南湖生態城項目的實施，開灤唐山礦業公司聯接A、B區變電站的311聯絡線，穿過建設路沿途的線路采用了單芯電纜入地的方式進行供電，三條單芯電纜在電纜溝內一字排列。該段線路為35kV、1×300mm2電力電纜，電纜出地面后在一孔鋼桿上面與240mm2的架空線連接。電纜采取了金屬護套兩端直接接地。311線路平時沒有負荷，作為A、B兩站的備用電源。在2009年9月20日A區變電站發生故障，將311線路投入運行，311帶負荷以后不長時間，供電局保護系統發現311線路接地，經查驗后發現在311線路的電纜和架空線的接頭處過熱。

在我礦配電網絡中，應用最廣的是10 kV的電力電纜，一般是使用交聯聚乙烯鎧裝三芯電纜，這種電纜金屬護套一般只需直接接地即可。而單芯電纜使用較少，單芯電纜金屬護套的接地和三芯電纜不同。與三芯電纜相比，單芯電纜可以提高單回電纜的輸送能力，減少電纜接頭，方便電纜敷設及附件安裝;然而單芯電纜在通過交變電流時，在交變電場的作用下，金屬屏蔽層上必然感應到一定的電動勢。三芯電纜帶負荷平衡時，三相電流向量和為零，金屬屏蔽層感應電動勢疊加為零，所以電纜兩端屏蔽層短接后可接地。單芯電纜每相之間其三相外皮在非品字型緊密連接的情況下，由于相間距離不對稱，交變電場在三相金屬屏蔽層上感應的電勢不能抵消。金屬屏蔽層感應電勢的大小與電纜長度、線芯負荷電流成正比，與電纜排列的中心距離、金屬屏蔽層的平均直徑有關。

2 單芯電纜金屬護套過電壓和環流的產生

單芯電力電纜的導體中通過交流電流時，其周圍產生的磁場會與金屬護套交鏈，在金屬護套上會產生感應電動勢。感應電動勢的大小與導體中的電流大小、電纜的排列和電纜長度有關。對三相等邊三角形排列的電纜，如果將金屬護套兩端直接接地，就會在金屬護套中形成環流，環流的大小與電纜相應的長度，導體中電流大小有關，最大可能達到自身輸送電流的50%以上，出于經濟安全考慮，在一些電纜不長，導體中電流不大的場合，環流很小，對電纜載流量影響也不大，是可以將金屬護套的兩端直接接地的。

如果僅將電纜的金屬護套一端直接接地，在正常運行時，電纜的金屬護套另一端感應電壓應不超過50V(或有安全措施時不超過100V)，否則應劃分適當的單元設置絕緣接頭。在發生短路故障時，導體中有很大的電流，可能會在金屬護套上產生很高的過電壓，危及護層絕緣，因此在電纜線路單相接地時，在電纜的未接地端，應加裝過電壓保護器接地。

3 單芯電纜金屬護套的連接與接地

為了解決電纜金屬護套兩端同時接地存在環流，和一端直接接地，在另一端會出現過電壓矛盾的問題，電纜金屬護套應針對電纜長度和導體中電流大小采取不同的接地形式。

電纜線路不長時，電纜金屬護套應在線路一端直接接地，另一端經過電壓保護器接地，如圖1所示。電纜越長，電纜非直接接地端產生的感應電壓越高，為保證人身安全，電纜在正常運行時，非直接接地端感應電壓應限制在50V以內，因此，一端直接接地的接線方式適用的電纜不能太長。

對于較長線路如仍采用單端接地則會在不接地端產生過高的感應電壓影響人身安全，同時在主回路故障時金屬護套也會產生較高的過電壓，因此要采用交叉互聯系統，如圖2所示，這樣由于A、B、C三相基本對稱，可以使得感應接近趨于0，實際上存在一點很小的不平衡電壓(約幾伏)，但已不影響電纜的安全運行了。電纜金屬護套中間直接接地、兩端經過電壓保護器接地，是一端直接接地的引伸，可以把一端直接接地電纜的最大長度增加一倍，接線方式和原理與一端直接接地一樣。

如果三相電流對稱，那么電纜末端金屬護套感應電壓就是零，可以直接將其接地，而不會在金屬護套中出現環流。感應電壓最高的地方出現在絕緣接頭處，因此在此處應裝設過電壓保護器。如果把這樣一個交叉互聯接地，看作是一個單元，由于該單元金屬護套是兩端直接接地，所以任何長度的電纜，都可以分成若干個單元，理論上這種接線方式適用于各種長度的電纜。

以上兩種方式都需要裝過電壓保護器，因此會增加運行維護工作。如果電纜線路很短，傳輸容量有較大的裕度，金屬護套上的感應電壓極小，可以采用金屬護套兩端直接接地。金屬護套中的環流很小，造成的損耗不顯著，對電纜載流量影響不大，運行維護工作較少。

4 實際運行故障和接地效果

311線路是唐山礦A、B兩區兩個變電站的35kV聯絡線，全長3000m，線路有兩部分組成，其中有1800m是采用架空線，規格為:240mm2的鋼芯鋁導線，其余的1200m是用單芯的35kV、1×300mm2電力電纜，二者在一孔鋼桿上面進行連接，電力電纜的另一端和B區變電站的35kV母線進行連接，電纜的金屬護套兩端都采取了直接接地。311線路做為兩站的聯絡線，平時只充電備用，沒有負荷。

2009年9月25日A區變電站的上級電源進行檢修，接到供電局令后，將311線路投入運行，311線路帶負荷后達到420A，但運行不長時間，供電局保護系統發現311線路接地，經查驗后發現在311線路的電纜和架空線的接頭處過熱，而電力電纜的護套接地線被燒斷。在311線路帶負荷運轉期間，電纜和架空線的接頭處過熱，已經達到了100℃左右，為了A區的供電安全不得與采取了壓負荷的辦法，將A區負荷壓倒100A以內，只保留了重要的負荷。

從故障過程來看，電纜發熱主要是由于金屬護套感應電壓形成的環流引起的。該電纜線路距離長，工作電流較大，正常情況達到420A左右。所以采取兩端直接接地的方式是不妥當的，金屬護套中的環流會引起電纜發熱，由于在接頭處電阻較大，所以在發熱較嚴重，溫升較大。

經過工程技術人員分析后，決定在電纜兩端都加裝了過電壓保護器。該電纜運行至今，沒有發現異常。

5 經驗教訓

35kV以上電壓等級的單芯電纜不同于10kV三芯電纜，電纜的接地系統比較復雜， 接地系統的好壞直接關系到電纜安全運行，因此施工人員嚴格按設計圖紙和施工工藝進行施工非常重要，同時設備驗收方驗收時也要認真仔細，面面俱到，以免給將來運行帶來隱患。

此外，對于單芯電纜，為減少渦流，不應采用未經磁化處理的金屬鎧裝護層。