地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱的研究與應用

楊亨++張瀚+++陳凌宇++林瀚

摘 要：當前我國電力系統不斷發展和完善，并要求對于電纜的運行質量把控，并慢慢質量的控制要求越來越高，當前普遍問題是電纜運行中，易產生沖擊過電壓影響，或是工頻感應過電壓，對于電纜外護層絕緣部分要求，構成巨大的安全威脅，從而出現保護層出現接地故障問題，這很不利于電纜的長壽命運行保護。所以我們需要研發制造電纜護層保護裝置，研究出對其感應或是故障過電壓問題，進行有效的安全控制，本文針對地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱的研究進行探討分析，結合其用途需要、技術原理控制、技術關鍵點控制及創新點意義進行分析。

關鍵詞：地埋式防水電纜護層；交叉互聯；保護接地箱

中圖分類號：TM247 文獻標識碼：A

1.項目背景

隨著我國電網的不斷發展和城鎮化水平的不斷提升，在電網建設過程中地下電纜正在逐步取代架空輸電線路，隨著城市化進程的推進，電纜總長度將會年年增加，如何提高電纜線路供電可靠性和保證供電系統安全穩定運行，并減少停電帶來的損失和人力物力成，成為電纜線路運維管理的一個重要課題。

我國目前使用的35kV大截面電力電纜和66kV、110kV及以上電壓等級的電力電纜均為為單芯電纜，電纜金屬護層一端三相互聯并連接地面，另一端不接地面，使用過程中當雷電波或內部通過電壓沿電纜線芯流動時，電纜金屬護層不接地端就會出現較高的沖擊過電壓這種現象，或者當系統短路事故發生時電流流經電纜線芯，其護層不接地端也會出現很高的工頻感應過電壓現象。以上情況電壓可能直接穿過電纜外護層絕緣設備，造成電纜金屬護層多點接地故障發生，從而嚴重影響電力電纜正常運行甚至大幅減少電纜使用壽命問題。因此參照我國現使用電力行業標準DL/T401-2002《高壓電力電纜選用導則》的規定須采用電纜護層保護器以更好地限制電力電纜金屬護層上的感應電壓和故障過電壓產生。

在目前我國使用的單芯電纜構成的交流傳輸系統中，電力電纜的金屬屏蔽層必須要接地。當單芯電力電纜較遠距離施工過程中，需將電纜線路分多段施工，金屬屏蔽層相互交叉互聯進行，同時再將三相電纜金屬屏蔽層連續地進行換位，實現排列對稱的三相電纜金屬屏蔽層電位向量和為零。交叉互聯接地箱就是解決上述問題的一種有效接地保護方法。

電纜護層交叉互聯保護接地箱是一種電纜護層接地裝置，其最重要目的是為了對電纜金屬護層易出現的感應電壓、故障過電壓影響進行有效的控制，降低護層中環流的出現問題。電纜金屬護層的兩端分為保護接地和直接接地，但電纜線路相對較長時，需將電纜護層分3段相互絕緣施工，再經過交叉互聯后經過保護裝置后進行有效接地施工。

目前，輸電電纜護層交叉互聯保護接地箱安裝方式主要有兩種，第一種是在中間接頭井附近地面上獨立設置安裝接地箱，將電纜中間接頭的接地線引到接地箱中進行接線，并在接地箱外面安裝保護殼和保護欄。此種安裝方式可以防水防潮，便于運維人員隨時打開接地箱進行作業操作，但由于電纜多埋設于市鎮街道兩旁，接地箱加上保護欄之后外形較大且安裝于地面上，容易因遮擋到門面遭到附近商戶或住宅的居民群眾的反對和阻撓。（如圖1所示）第二種是當中間接頭井附近地面上無法找到合適的位置獨立安裝接地箱（或受外來因素阻撓）時，則須將接地箱安裝于中間接頭井內。但由于目前尚無防水密封性能較好的接地箱，大部分安裝于井內的接地箱在運行一段時候后都會不同程度地進水受潮，致使箱內的接地線及其他金屬件銹蝕、發熱甚至脆斷；而且由于安裝于中間井內，當需要打開接地箱進行作業操作時，均需要先打開中間井的蓋板，井蓋笨重不易打開，往往需要耗費一定的人力精力，拖延作業時間。

2.項目研究內容

對此，經過研究設計，各取現有兩種安裝方法的優點，研制一種結構簡單、密封性好的地埋式防水接地箱，通過在電纜中間接頭井旁邊另外開挖修筑一個“小井”，并將新型防水接地箱以埋地的方式獨立安裝于“小井”內，將三相接地線及總接地線引到該“小井”內接入防水接地箱。由于接地箱仍是安裝于地面下，且“小井”蓋板遠遠小于原中間接頭井的蓋板（尺寸與普通工作井或10kV電纜井相似），便可達到既不影響市容街道美觀，又方便電纜運維人員隨時可以打開接地箱進行作業操作，同時還可以有效防止接地箱遭受偷盜或人為損壞的有效措施。在當前，研發制造新型地埋式防水電纜保護層交叉互聯保護接地箱裝置，接地箱主要包括箱體、防水套、應力支撐架，內部裝有連接銅排、銅端子等。接地箱箱體及連接螺栓全部采用不銹鋼材料，耐腐蝕性能優良；箱內連接材料均選用導電性能極好的紫銅材料，表面層均鍍錫，導電性能大大提高數倍；進線口密封圈采用一次成型三元乙丙橡膠和不銹鋼整體車銑，確保密封性。

新研制的接地箱體積小、重量輕、質量好、防水（防水等級IP68）、防污穢、耐腐蝕、免維護、安裝方便，能有效解決電纜護層接地箱長期存在的諸如凝露、進潮、進水造成接地箱失效等問題，有效提高電力電纜線路供電可靠性。

3.項目技術關鍵點及創新點

3.1 技術關鍵點

（1）新型防水接地箱的箱蓋及進線口的防水、防污性能處理。

（2）接地箱內部銅排、銅端子等電氣連接件的導電性能處理。

（3）結合周圍地理環境情況，進行“小井”的開挖修筑和接地線的引出和接入。

3.2 技術創新點

（1）獨創性采用“渦輪葉片式”橡膠墊圈 + 一體化車銑不銹鋼螺帽的新型密封圈，橡膠墊圈采用進口的一次成型三元乙丙橡膠，耐候、耐熱、耐油、耐老化等性能優異，確保進線口的密封性；接地箱箱體及連接螺栓全部采用不銹鋼材料，耐腐蝕性能優良，板材厚度均在2.0mm以上，能夠承受較大的機械應力，確保箱蓋可靠密封。

（2）箱內連接使用的材料均選用導電性能極好的紫銅材料，鏈接箱內表面層均使用鍍錫，導電性能大大提高數倍安全；上下排接線端子及每相銅排之間間距合理，確保了絕緣性能。經試驗，銅排連接點的接觸電阻值不超過40μΩ，銅排與外殼的絕緣電阻值不低于20MΩ。endprint

（3）創新性地在電纜中間接頭井旁邊另外開挖修筑一個“小井”，并將新型防水接地箱以埋地的方式獨立安裝于“小井”內，將三相接地線及總接地線引到該“小井”內接入防水接地箱，解決了電纜接地箱現有兩種安裝方式的優缺點之間的矛盾。

我們研制該地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱，就其原本具有一定的高防水性、久抗腐蝕性，從而大大地降低了對環境的影響，更方便地下井里施工使用；這種新型技術對我們研發的電纜護層可持續發展前景，耐久性能使用，做了很好的鋪設；與此同時也給后期施工維護，工作量大大減少數倍；大大增加了使用年限，降低了成本開支。

4.接地箱結構及主要技術參數

4.1 接地箱結構

新研制的地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱包括密封箱、絕緣板和3個電纜護層保護器，絕緣板固定在箱體內，其上固定有銅接地排和與電力電纜各相相對應的3個大夾線座和3個小夾線座；3個電纜護層保護器的下端接銅接地排，上端分別與3個小夾線座連接；3個大夾線座和3個小夾線座分別經3根同軸電纜的外導體和內導體與電力電纜接頭兩側的對應電纜護層連接，3個大夾線座還通過3個交叉連接板與3個小夾線座交叉換位連接，該地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱結構設施最主要由固定腳板設備、護層保護器裝置、接地端頭設備、地網電線設備、外導體夾座螺栓設備、進線端口裝置、端口密封套裝備、同軸電纜設備以及內導體夾座螺母配套組合成。

我們研制的硅橡膠氧化鋅電阻片保護器裝置，在地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱內發揮了很好的自其調節作用，主要體現在其處于穩定運作狀態下，電阻片的電阻會慢慢增加；反之當其處于電壓波侵入運作狀態時，電阻片的電阻會慢慢降低；正由于保護器兩端的電壓值，一直處于被控制的工作狀態；因此無論是多大的電流，運作電壓值都會被受到控制保護，從而實現對電纜金屬護層的保護，最終避免了電壓變化產生的影響。

地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱，具有接地作用、防止松脫措施、有效牢固裝置等有效接地措施，地埋式防水電纜護層交叉互聯保護接地箱，使用材料均采用我們標準304不銹鋼，材質厚度達3mm厚，我們箱體、我們箱蓋之間，均利用高防腐蝕性能的多重的防水密封筋發泡橡膠進行極高密封處理；與此同時我們使用厚12mm不銹鋼螺栓有效緊固，不銹鋼件與鋼件之間的間距控制在70mm以內。我們設備在進線端口中設置了橡膠墊高密封套和專制的不銹鋼航空接頭配件等做了一系列的防潮、防水措施，在地下掩埋實現了更好的保護。

（1）獨創性采用“渦輪葉片式”橡膠墊圈 + 一體化車銑不銹鋼螺帽的新型密封圈，橡膠墊圈采用進口的一次成型三元乙丙橡膠，耐候、耐熱、耐油、耐老化等性能優異，確保進線口的密封性；接地箱箱體及連接螺栓全部采用不銹鋼材料，耐腐蝕性能優良，板材厚度均在2.0mm以上，能夠承受較大的機械應力，確保箱蓋可靠密封。

（2）箱內連接使用的材料均選用導電性能極高的紫銅材料，箱內連接表面材料全部高鍍錫，導電性能大大提高數倍；上下排接線端子及每相銅排之間間距合理，確保了絕緣性能。經試驗，銅排連接點的接觸電阻值不超過40μΩ，銅排與外殼的絕緣電阻值不低于20MΩ。

4.2 主要技術參數（表1）

參考文獻

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