一起車間變電所到配電柜的聯(lián)結(jié)線故障分析

郭本利

（中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安微 馬鞍山 243000）

1 事件經(jīng)過

作為設計人員工作有半點疏忽在實際中都會產(chǎn)生非常后怕的結(jié)果。2008年我接手一家上市公司生產(chǎn)車間供配電設計任務。由于變壓器室和配電房有一段距離，所以必須用電纜對變壓器的低壓端和配電柜進行連接。現(xiàn)有的一臺500kVA（10/0.4kV）桿式變壓器，平面位置如圖1所示。

圖1 桿式變壓器平面位置

低壓側(cè)額定電流是723A，所以我選擇了4 根YJV-1（3×95+1×50），穿四根100 的鋼管，由于圖紙沒有注明安裝方式，所以現(xiàn)場施工人員就這樣接線，如圖2所示。

圖2 施工單位錯誤接法

現(xiàn)場安裝結(jié)束后，進行送電調(diào)試，過路電纜在鋼管中冒煙，現(xiàn)場工作人員趕緊關掉高壓電源，打電話給我。我拿出圖紙仔細分析，從計算書到圖紙，和辦公室的老師一起分析，沒有看到問題，然后我們來到現(xiàn)場，仔細查看安裝，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場接線把每根YJV-1（3×95+1×50）作為一相穿一根G100 的管施工的，我們讓技術人員把壞了的電纜抽出來，換上4 根新電纜，然后按照圖3所示接線。

圖3 改正后的接法

事故分析：現(xiàn)場配線的接線方式是，變壓器低壓側(cè)引到配電室母排上的4 根電纜YJV-1KV，4（3×95+1×50）。每根電纜穿G100 鋼管，每根電纜一端的4 根芯線均接于變壓器的某一相，如A 相，其電纜的另一端4 根芯線均接于配電室內(nèi)相應的A 相母排。其他三根電纜按此方式接于B 相、C 相、N。這樣一根四芯電纜相當于一根單芯電纜穿鋼管。在三相工頻交流電網(wǎng)中每根電纜傳送單相用電負荷。這種接線方式是完全錯誤的。其原因是，當線路運行時，由芯線傳送的單相交流勵磁產(chǎn)生的磁通φ是隨時間變化，而又按正弦波規(guī)律變化的磁通。φ=φmsinωt。磁通φ的一部分又與鋼管相連，而鋼管為導體，因此在鋼管上產(chǎn)生隨時間變化，而又按照正弦波規(guī)律變化的感應電動勢、電壓、電流。鋼管具有電阻，感應電流流動則產(chǎn)生功耗。鋼管內(nèi)損耗的電能則轉(zhuǎn)化為熱能，使鋼管發(fā)熱。另一個原因是，由于電磁場是按照一定規(guī)律在變化，于是在介質(zhì)中產(chǎn)生損耗，在鋼管上產(chǎn)生循環(huán)電流，形成磁滯和渦流損耗，損耗的電能轉(zhuǎn)化為熱能也會使鋼管發(fā)熱。

電纜運行時，線路有功率損耗，損失的這部分電能轉(zhuǎn)化為熱能。它通過介質(zhì)向外散發(fā)熱量，產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量相等時，達到熱能平衡。電纜芯線溫度保持一定值。由于錯誤的接線造成鋼管發(fā)熱，芯線產(chǎn)生的熱量向外散發(fā)受到一定的阻力，原熱平衡受到破壞，使芯線溫度升高，造成電纜絕緣層發(fā)熱和破壞。

處理意見：選擇合理方案，改變接線方式。變壓器低壓側(cè)至配電室母排的電纜還是用四根，即YJV-1KV，4（3×95+1×50），每根電纜的一端分別接于變壓器的A 相、B 相、C 相、中性線接N。這樣，每根電纜在工頻三相交流電網(wǎng)中傳送三相平衡負荷。由于三相電流正弦波120°相量差，如圖4所示。

圖4

它們的相量和是零，即Ia+Ib+Ic=0，這樣它們就不會產(chǎn)生變化的電流，變化的磁場，就沒有能量損耗產(chǎn)生，也就不會使得電纜發(fā)熱。

2 理論依據(jù)

根據(jù)麥克斯韋電磁理論可知，閉合導體周圍會產(chǎn)生變化的磁場，變化磁場周圍也會產(chǎn)生變化的電場。我們知道，導線單獨穿管時，其中的電流產(chǎn)生的磁通穿過鋼管管壁，這一磁通必然在鋼管這一鐵

磁性物質(zhì)中產(chǎn)生鐵磁損耗，其包括磁滯損耗和渦流損耗，其中渦流損耗是主要的；如閉合磁路包圍的載流導體較長時，導體溫度升高，導體的電阻率增大，導體電阻的功率損耗，這一損耗將使鋼鐵與導體的溫度升高，導線發(fā)熱。

在電力電纜敷設中，單芯電纜的保護套管應采用非磁性材料制作。如果單芯電纜穿越了鐵磁材料保護套管，或是在單芯電纜周圍實際形成了鐵磁閉合環(huán)路時，會造成發(fā)熱，產(chǎn)生嚴重后果。

三相或單相的單芯電纜會在電纜周圍產(chǎn)生交變的磁場，變化的磁場作用在外護鋼管上（鋼管是一個閉合的導體），引起環(huán)形電流，稱為渦流。渦流會造成大量的電能損耗，還會造成鋼管發(fā)熱，嚴重時甚至燒毀電纜。單芯電纜的外護管應選用非磁性材料（如塑料管、銅管）。三相或單相的交流單芯電纜， 不得單獨穿于鋼導管內(nèi)。

3 結(jié)論

通電導線周圍會產(chǎn)生磁場，鋼管又是導體，交流電導線周圍的磁場是變化的，容易造成閉合導體在磁場中切割磁力線的現(xiàn)象，也就是鋼管帶電。閉合線圈在磁場中切割磁力線會產(chǎn)生電流。

奇數(shù)相的電纜產(chǎn)生的磁場，不能全部互相抵消掉，在鋼管內(nèi)部產(chǎn)生渦流。單芯電纜穿鋼管，在電流運動時，電纜自身會產(chǎn)生磁場（電場），會使鋼管變?yōu)殍F心，消耗電纜所載流的電能。另外，交變的磁場本身，會阻礙電流的通過，嚴重時，會發(fā)熱、起火，影響電纜的安全運行。

[1] 周展剛.單芯電纜因套管發(fā)熱燒毀原因探討[J].電線電纜,1990(3).

[2] 劉兵.如何在電氣工程中防止電渦流的危害[J].建筑電氣,2008(6).