電纜排列方式對金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響

王冉冉 張改玲

c摘? 要：隨著人口基數(shù)和用電需求的持續(xù)提升，電力電纜在城市電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用規(guī)模不斷增多，一方面推動了電力事業(yè)的持續(xù)性發(fā)展，另一方面電纜排列方式對電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓存在的影響也愈發(fā)得到重視。基于此，該文以電纜排列方式對金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響為研究對象，從相關(guān)理論概述出發(fā)，探尋不同電纜排列方式下金屬護(hù)套感應(yīng)電壓情況，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行計算分析。

關(guān)鍵詞：電纜排列? 件數(shù)保護(hù)套? 感應(yīng)電壓

中圖分類號：TM75? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）03（a）-0039-02

城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快推動了我國電力事業(yè)的高速發(fā)展。在此背景下，電力電纜以其可靠性強(qiáng)、占地面積小、維護(hù)簡便等優(yōu)勢，在城市輸電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。由于城市輸電網(wǎng)中所應(yīng)用的電纜多為交聯(lián)聚乙烯電纜，在運(yùn)行過程中，電力電纜金屬護(hù)套會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。而且電纜排列方式不同，所以產(chǎn)生的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓也不同。對此，有必要加強(qiáng)電纜排列方式對金屬護(hù)套感應(yīng)電壓影響的研究，以保證電纜運(yùn)行的穩(wěn)定與可靠。

1? 電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的相關(guān)概述

在城市電網(wǎng)建設(shè)過程中，高壓送電線路中配置的電力電纜多為XLPE（交聯(lián)聚乙烯）電纜。XLPE電纜在運(yùn)行過程中與電流接觸后使其周圍產(chǎn)生交變電磁場，電纜金屬護(hù)套在電磁場中則或形成一定的感應(yīng)電動勢。通常情況下，電纜線路越長所具有的負(fù)荷電流則越短，對此電纜金屬護(hù)套的感應(yīng)電壓也就越大。對此，在電纜線路工程建設(shè)中，為避免電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓過大對電纜、人身安全等產(chǎn)生危害，會通過電纜排列方式的科學(xué)設(shè)計以及電纜金屬護(hù)套接地形式的科學(xué)選擇，控制電纜金屬護(hù)套兩端的環(huán)流，提升電纜運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

縱觀我國電纜金屬護(hù)套的接地狀況，不難發(fā)現(xiàn)在具體接地過程中，大部分采用交叉互聯(lián)與單端接地這兩種接地方法，各種接地方法在應(yīng)用效果和應(yīng)用環(huán)節(jié)上都有一些差別存在。其中，若通過信號線來接地，采取單端接地這一方法，能夠讓低頻干擾大大降低，通常使用在等電位導(dǎo)體無法安裝、模擬信號傳送、使用靜態(tài)屏蔽等情況下。對于普通的電纜，如果兩端的系統(tǒng)彼此獨(dú)立，采取兩端接地這一方法，若屬于同一系統(tǒng)，那么單端接地則更加適合。應(yīng)與具體情況相結(jié)合，因地制宜地進(jìn)行接地方法的選擇。一旦電纜金屬護(hù)套出現(xiàn)破裂情況，不但會讓金屬護(hù)套的接地分布相對分散，出現(xiàn)金屬護(hù)套的環(huán)流情況，還會讓電纜的損耗大大增加，對正常的電纜使用產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響。一般來講，電纜排列的方式不同，金屬護(hù)套環(huán)流所受的影響便會有所不同，常見的排列方式包括水平排列、豎直排列等。

2? 電纜排列方式對金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響

2.1 電纜排列方式對單段金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響

目前在城市電網(wǎng)建設(shè)過程中，排管敷設(shè)已經(jīng)成為電纜敷設(shè)應(yīng)用較為廣泛的方式。且在排管敷設(shè)過程中以3×7規(guī)格、2×10規(guī)格為主[1]。與此同時，在高壓電纜線路布設(shè)過程中，為提升散熱性能，110kV以上等級的高壓電纜多設(shè)置在排管外層，這在一定程度上對電纜排列方式的選擇產(chǎn)生了制約。三角排列、水平排列與豎直排列成為110kV以上等級的高壓電纜最為常見的排列方式。

以某地區(qū)110kV電纜線路工程為例，已知電纜線芯電流額定值為698A，根據(jù)上述公式，對不同電纜排列方式單位長度電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓進(jìn)行計算，可得到以下結(jié)果：電纜排列方式為豎直排列、直三角排列、水平排列時，A相分別為91.6∠73.3、80.6∠81.2、89.8∠72.9，B相分別為72.4∠-30、71.6∠-31.3、70.8∠-30，C相分別為91.6∠-133.3、79.8∠133.3、89.8∠-135.9。值得注意“∠”表示與A相線芯電流的相位差。

由以上分析可知，電纜豎直排列下的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與電纜水平排列下的金屬護(hù)套感應(yīng)電壓差異不大。導(dǎo)致兩種方式下，金屬護(hù)套感應(yīng)電壓產(chǎn)生差異的因素主要電纜布設(shè)距離存在一定關(guān)系，即水排列下三相電纜線芯間距為230mm，豎直排列下，三相電纜線芯間距為240mm。相對而言，在電纜芯電流一致的情況下，三角形排列方式下的電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓更小。

2.2 電纜排列方式對交叉互聯(lián)金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響

在城市電網(wǎng)建設(shè)過程中，一定范圍內(nèi)電纜的排列方式存在隨意性，屬混合排列。對此，除分析單回路電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓外，也需要對雙回路電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓進(jìn)行分析。假設(shè)雙回路中任意排列電纜的三相電流平衡，線路負(fù)荷電流一致。以電磁學(xué)相關(guān)理論為依據(jù)，可根據(jù)公式計算單位長度電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓[3]。

以某110kV電纜線路工程為例，已知線路敷設(shè)過程中所應(yīng)用的電纜為YJLW03-110kV-1000mm2型號的交聯(lián)聚乙烯波紋鋁護(hù)套銅芯電纜，電纜導(dǎo)體直徑為38mm，電纜導(dǎo)體包帶為0.4mm，電纜金屬護(hù)套為16mm，半導(dǎo)電緩沖阻水帶為2.5mm，電纜外徑為107.3mm，電纜負(fù)荷電流設(shè)計為750A，電纜金屬護(hù)套一端接地電阻為0.6Ω，另一端為0.13Ω，護(hù)套電阻為0.03Ω。以三段電纜交叉互聯(lián)接地為背景，根據(jù)上述公式對電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電流進(jìn)行計算。值得注意的是，由于金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與金屬護(hù)套接地環(huán)流存在密切關(guān)聯(lián)性，對此也需要對電纜金屬護(hù)套接地環(huán)流進(jìn)行計算，通過綜合分析，認(rèn)知電纜排列方式對金屬護(hù)套感應(yīng)電壓存在的影響。計算結(jié)果如下：電纜排列方式為水平排列間距200mm，電纜分段為300m—500m—700m、450m—500m—550m、400m—500m—600m、500m—500m—500m，交叉互聯(lián)兩感應(yīng)電壓最大值V為44.8、21.1、26.5、16.3，金屬護(hù)套接地環(huán)流為59、27.8、34.9、21.5;電纜排列方式為豎直排列間距450mm，電纜分段為300m—500m—700m、450m—500m—550m、400m—500m—600m、500m—500m—500m，交叉互聯(lián)兩感應(yīng)電壓最大值V為51.2、24.3、33、16.3，金屬護(hù)套接地環(huán)流為67.4、32、43.5、21.5。

由以上分析可知，電纜間距、電纜分段長度也是影響電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的關(guān)鍵因素。在電纜分段長度處于不均衡狀態(tài)下時，電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓相對較大。與此同時，直三角排列方式電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓明顯低于水平排列與豎直排列;其他條件一定，電纜間距越大，電力金屬護(hù)套感應(yīng)電壓越高，因此在電纜分段長度均衡情況下，水平排列與垂直排列更容易產(chǎn)生環(huán)流，且隨著環(huán)流的不斷增加，對電纜產(chǎn)生的損耗越大。由此可見，無論是在單回路中，還是在雙回路中，直三角排列方式具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。對此，可進(jìn)行優(yōu)先考慮。但由于影響電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的因素有很多，在進(jìn)行混合排列時，相關(guān)工作人員應(yīng)對交叉互聯(lián)電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的因素具有全面的了解，能夠立足實(shí)際情況，從電纜分段、電纜排列、電纜間距設(shè)置等層面出發(fā)，進(jìn)行綜合分析，以保證電纜線路工程設(shè)計的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，保證所設(shè)計的混合排列方式既符合工程建設(shè)要求，又能獲取最優(yōu)效益。

3? 結(jié)語

綜上所述，伴隨我國需電量的持續(xù)提升，由于電纜線路過長會使金屬護(hù)套的感應(yīng)電壓升高，從而降低電纜的使用壽命，嚴(yán)重時會威脅人們的生命安全。基于此，相關(guān)部門及工作人員加大了對電纜排列方式的重視，其中影響電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的因素有很多，主要包括電力分段長度、電纜間距、電纜排列方式等。而要想減小電纜排列方式對金屬護(hù)套感應(yīng)電壓的影響，工作人員應(yīng)立足工程實(shí)踐，進(jìn)行電纜排列方式的科學(xué)選擇。通常在同等條件下，直三角形排列方式能夠有效降低電纜金屬護(hù)套兩端感應(yīng)電壓。對此，在實(shí)踐過程中，可優(yōu)先選擇該排列方式進(jìn)行設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

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