中壓電纜系統(tǒng)接地電容電流計(jì)算方法

陳景濤

（上海艾能電力工程有限公司，上海 200023）

中壓電纜系統(tǒng)接地電容電流計(jì)算方法

陳景濤

（上海艾能電力工程有限公司，上海 200023）

摘要：本文提供了單芯電纜、分相鉛（鋁）護(hù)套電纜、屏蔽型電纜每相對(duì)地電容的估算方法，通過算例分析對(duì)比了中壓電纜系統(tǒng)接地電容電流常用估算方法的計(jì)算結(jié)果。認(rèn)為由于電纜材料和結(jié)構(gòu)的變化，在具體工程中不宜再利用《電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》估算公式來計(jì)算中壓電纜系統(tǒng)的接地電容電流值，而應(yīng)根據(jù)廠家提供的電纜每相對(duì)地電容值利用理論公式計(jì)算。

關(guān)鍵詞：電纜每相電容；中壓不接地系統(tǒng)；單相接地電流。

1　概述

電力工程設(shè)計(jì)中，常常為中壓電纜系統(tǒng)的單相接地電容電流值而感到糾結(jié)。有的根據(jù)電纜廠家提供的每相對(duì)地電容值利用理論公式計(jì)算，有的根據(jù)電壓等級(jí)、電纜長(zhǎng)度、電纜截面按《設(shè)計(jì)手冊(cè)》的估算公式計(jì)算，而其計(jì)算結(jié)果相差往往比較大。本文提供了單芯電纜、分相鉛（鋁）護(hù)套電纜、屏蔽型電纜每相對(duì)地電容的估算方法；通過算例分析對(duì)比了中壓電纜系統(tǒng)接地電容電流常用估算方法的計(jì)算結(jié)果。認(rèn)為由于電纜材料和結(jié)構(gòu)的變化，在具體工程設(shè)計(jì)中不宜再利用《設(shè)計(jì)手冊(cè)》估算公式來計(jì)算中壓電纜系統(tǒng)的接地電容電流值，而應(yīng)根據(jù)廠家提供的電纜每相對(duì)地電容值利用理論公式計(jì)算。

2　中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地電流計(jì)算

2.1理論計(jì)算公式

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的等值電路和相量圖見圖1。在正常運(yùn)行時(shí)，回路各相對(duì)地電壓Ua、Ub、Uc是對(duì)稱的，其大小為相電壓。如線路經(jīng)完整的換位或?yàn)殡娎|線路，三相對(duì)地電容相等，都等于C0。則各相對(duì)地電容電流對(duì)稱且平衡（大小相等、相位相差120°），三相電容電流相量和為零，地中沒有電容電流通過，中性點(diǎn)對(duì)地電壓Uc=0。

圖1　中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

當(dāng)A相接地短路時(shí)，故障相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖行渣c(diǎn)對(duì)地電壓值為相電壓，未故障相對(duì)地電壓值升高倍變?yōu)榫€電壓，即

在A相接地短路情況下，A相電容被短接，流過短路點(diǎn)的電流是B、C兩相對(duì)地電容電流之和，即。由和產(chǎn)生的和分別超前它們90°，大小比正常運(yùn)行時(shí)各相電容電流增大了倍。由圖1，又較或增大了倍。因此，短路點(diǎn)接地電流有效值為：

式中：Ik為短路點(diǎn)接地電流有效值，（A）； Un為額定線電壓，（kV）；Uph為額定相電壓，（kV）；C0為每相對(duì)地電容，（μF）；f為額定頻率，（Hz）。

2.2手冊(cè)估算公式

2.2.1電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)

電纜線路的接地電容電流，按下式估算：

式中：Ic為接地電容電流（A）；Un為線路額定線

電壓（kV）；L為線路長(zhǎng)度（ km）。

由于變電所增加的接地電容電流值，見表1。也就是考慮由變電所設(shè)備對(duì)地電容而增加的接地電容電流值。

表1　增加的接地電容電流值

2.2.2電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)

電纜線路的單相接地電容電流Ic，可通過下面的公式求出近似值：

（1） 6 kV電纜線路

（2） 10 kV電纜線路

式中：Ic為單相接地電容電流，（A/ km）；Ue為

系統(tǒng)額定電壓，（kV）；S為電纜截面，（mm2）。

另外，為考慮電纜所接設(shè)備及配電裝置的對(duì)地電容而增加的接地電容電流值，需將求得的電纜接地電容電流值乘以1.25即為全系統(tǒng)總的近似值。

（3）《手冊(cè)》P80表3-2

《手冊(cè)》P.80表3-2提供了具有金屬保護(hù)層的三芯電纜每相對(duì)地電容值（μF/ km），見表2。

表2　具有金屬保護(hù)層的三芯電纜每相對(duì)地電容值（μF/ km）

2.2.3上述幾種估算方法的對(duì)比

下面，通過1根10 kV 長(zhǎng)10 km、XLPE、3×150 mm2電纜，采用上述幾種估算方法計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見表3。

表3　計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表3計(jì)算結(jié)果顯示，《手冊(cè)》估算公式及P.81表3-3的計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算公式相差很大，這是因?yàn)椤妒謨?cè)》估算公式年代較久，所依據(jù)的電纜為油浸紙絕緣電纜，其絕緣厚度較厚、且為三相統(tǒng)包金屬護(hù)層而非分相絕緣銅帶屏蔽的XLPE電纜。但《手冊(cè)》P.80表3-2所推薦的具有金屬護(hù)層的3芯電纜每相對(duì)地電容值，與目前廠家提供的數(shù)據(jù)比較接近且稍偏大。

3　電力電纜每相電容值估算

順便指出，如果缺乏廠家電纜每相電容值，則可根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)按以下方法估算。

（1）單芯電纜、分相鉛（鋁）護(hù)套電纜、屏蔽型電纜的每相對(duì)地電容為：

式中：ξ0為真空中的介電系數(shù)，ξ0=8.86×10-14；ξr為絕緣材料的相對(duì)介電系數(shù)。如乙丙橡膠為3.0，丁基橡膠為4.0，聚氯乙烯為8.0，氯乙烯為2.3，交聯(lián)聚乙烯為2.5，天然丁苯橡膠為4.0；G為單芯電纜的幾何因數(shù)。

于是可得，交聯(lián)聚乙烯（XLPE）圓形單芯電纜的每相電容為：

現(xiàn)有中壓系統(tǒng)均采用交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜。其三芯電纜的3根芯線均具有各自的銅帶屏蔽層，且屏蔽層均是接地的。因此，這種結(jié)構(gòu)型式的三芯電纜，其每相電容值可如同單芯電纜一樣計(jì)算。

（2）單芯電纜的幾何因數(shù)為：

式中：ri為絕緣外半徑（cm），不包括絕緣屏蔽；

rc為導(dǎo)體半徑（cm），包括導(dǎo)體屏蔽。

實(shí)例表明，與廠家數(shù)據(jù)相比，其計(jì)算誤差對(duì)單芯電纜在±5%以內(nèi)，對(duì)三芯電纜在-10%以內(nèi)。

4　結(jié)論

（1） 如果缺乏廠家電纜每相電容值，則可根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)按本文方法估算。

（2）由于電纜絕緣和結(jié)構(gòu)的變化，在今后具體工程設(shè)計(jì)中不能再利用《設(shè)計(jì)手冊(cè)》估算公式來計(jì)算電纜系統(tǒng)的接地電容電流值，而應(yīng)根據(jù)廠家提供的電纜每相對(duì)地電容值利用理論公式計(jì)算。否則，接地電容電流值的計(jì)算誤差太大。

參考文獻(xiàn):

［1］ 韋鋼，等.電力系統(tǒng)概論（第二版）（M）.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［2］ 電力工業(yè)部電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)（M）.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［3］ 西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（1）（M）.北京：水利電力出版社，1989.

［4］ 王春江.電線電纜手冊(cè)（第1冊(cè)）（M）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

中圖分類號(hào)：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-9913（2015）02-0041-03

* 收稿日期：2014-07-09

作者簡(jiǎn)介：陳景濤（1981- ），男， 上海崇明人，工程師，主要從事發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究。

Calculation Method of Grounding Capacitive Current for MV Cable System

CHEN Jing-tao
（Shanghai Intelligence Power Electric Engineering Co.， Ltd.， Shanghai 200023， China）

Abstract：This paper briefly described assessment method for phase-to-ground capacitive current of metal armor cable，simply analyzed and compared the calculation result via sample MV cable grounding capacitive current. Figured out that assessment formula of MV cable grounding capacitive current in Electrical Design Manual is no longer practicality in detailed project， because of different cable material and structure， which should be calculated theoretically， based on cable phase-to-ground capacitive parameter provided by cable producer.

Key words：cable phase-to-ground capacitor； MV non-grounded system； single phase grounding current.