電力電纜金屬屏蔽層接地方式的探討

盧志華

摘 要：隨著電力產業的發展，大量的電力電纜的運行帶來了電纜金屬屏蔽層電流過大等問題，導致電纜效率降低，縮短使用壽命，也增加了電力運行的風險。金屬屏蔽層通過正確的接地方式，可以有效抑制暫態過電壓及消除環流，降低工程造價。

關鍵詞：電力電纜；金屬屏蔽層；接地方式

1 金屬屏蔽層的作用

GB/T12706-2008規定1kv到35kv所有電纜的絕緣線芯上應有金屬屏蔽層，金屬屏蔽層主要有以下作用：

1.1 電纜正常通電時金屬屏蔽層通過電容電流。

1.2 將電纜通電時引起的電磁場屏蔽在絕緣線芯內，以減少對外界產生的電磁干擾，同時也起到限制外界電磁場對內部產生的影響。當電纜單芯運行或三芯電纜不平衡運行時，電纜長期處于由電動力所造成的機械力的作用下，導致電纜絕緣受損，減少電纜的使用壽命。

1.3 電站保護系統要求外金屬屏蔽具有較好的防雷特性。當發生雷擊事故時，金屬屏蔽層可將故障電流引入接地系統，保證系統安全運行。

1.4 在發生短路的情況下，在一定時間內承受一部分短路電流，避免絕緣在過高的電流影響下產生熱擊穿。

2 金屬屏蔽層感應電壓的來源

三芯電力電纜的在正常運行中的理論值的向量和為0，此時伴隨電流產生的磁場也為零。但是實際運行中，三相電流不可能完全平衡導致整根電纜將會出現零序電流，或者內部三芯導線因為實際敷設中導致相對位置不平衡（不是正品字），產生的磁場不能完全抵消，這樣金屬屏蔽層兩端仍可能產生感應電壓。

由單芯電纜構成的交流傳輸系統中，電纜導體和金屬護套的關系可以看做一個空心變壓器。電纜導體相當于一次繞組，而金屬護套相當于二次繞組。單芯電纜金屬護套處于導體電流的交變磁場中，因而在金屬護套中產生一定的感應電壓。

在一般情況下，電纜導體中通過的只是載流量安全范圍內的工作電流，這時電纜金屬護套每厘米產生的感應電壓雖然數值不大，但由于電纜可能很長，每厘米長度的感應電壓疊加起來也可能達到危及人身安全的程度。

3 金屬屏蔽層的接地方式

GB50217-2007規定，電力電纜金屬層必須直接接地。電力電纜金屬屏蔽層或金屬套的接地方式有三種：雙端接地、單端接地、交叉互聯接地。

交流系統中三芯電纜的金屬層或者容量較小的單芯電纜，應在電纜線路兩終端和接頭等部位實施接地。由于有感應電壓的存在，金屬屏蔽層和大地之間形成回路，產生感應電流。但是一般情況下感應電壓較低，感應電流很小。根據經驗環流約為實際導體電流的5%-8%。感應電流的存在，導致金屬屏蔽層發熱，降低電纜載流量，嚴重時甚至損壞電纜外絕緣，降低電纜使用壽命。

單端接地是電纜的一端或中央部位將金屬屏蔽層或金屬套直接接地，另一端則不接地或者通過電壓限制器保護接地。電纜在這種情況下運行時，金屬屏蔽層對地之間有感應電壓，但不產生環流。然而，當金屬屏蔽層有一端不接地后，雷擊電流或過電壓電流通過導體時，金屬屏蔽層不接地端會出現很高的沖擊電壓；在系統發生短路時，短路電流流經導體時，金屬屏蔽層不接地端也會出現較高的工頻感應電壓，在電纜外護層絕緣不能承受這種過電壓的作用而損壞時，將導致出現多點接地，形成環流。因此，在必要時必須裝設過電壓保護器以限制屏蔽層上的過電壓，防止電纜護層絕緣被擊穿。這種接地方式僅僅適用于長度較短的線路，也就是說電纜長度所對應的感應電壓不能超過安全電壓。GB50217-2007規定交流單芯電纜電纜的金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電勢在未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V，其他情況不得大于300V。

當線路較長時，終端電壓不能滿足單端接地的要求，此時應該采取交叉互聯接地。交叉互聯接地指的是電纜宜劃分適當的單元，且在每個單元內按3個長度盡可能均等區段并設置絕緣接頭或實施電纜金屬層的絕緣分割。將各部分的金屬護層在每個小段的連接處進行交叉換位連接，以此中和總的三相感應電壓。在完全換位的情況下，金屬屏蔽層或金屬套中沒有環流通過.兩端對地之間也沒有感應電壓，但每段電纜中間有感應電壓，且換位處的感應電壓為最高值。交叉互聯接地方式適合于較長距離線路，實際中應考慮根據最高允許感應電壓來確定相鄰兩個換位點之間的最大距離。

4 實例分析

秦山核電站擴建工程方家山項目主泵單臺電動機每相由2根1*300mm電纜供電，電纜通過電氣貫穿件連接，共計12根電纜。由于是單芯電纜，所以現場應采用單端接地的方式。根據核電現場實際情況，電動機電力電纜金屬屏蔽層接地點可分為四個地點：

（1）電動機側：電動機側位于反應堆廠房內（簡稱堆內），屬于核污染區域，劑量對人員傷害較大；現場環境復雜，電纜金屬屏蔽層發生問題后存在損傷其它設備部件風險；現場作業空間狹小，維修或更換部件運輸不方便。

（2）貫穿件反應堆廠房內側：由于位于反應堆廠房內，在電站運行期間，人員不能進入，對日常檢修及問題查找帶來不便。

（3）貫穿件反應堆廠房外側：位于反應堆廠房外側（簡稱堆外），除貫穿件外無其他工藝設備，便于檢修。

（4）配電柜側：該地點位于電氣廠房，便于維護檢修。

綜上所述，主泵電動機電力電纜金屬屏蔽層接地可以有三種方式：

（1）堆內和堆外金屬屏蔽層通過貫穿件接地棒連接，在開關柜側接地。此種方法在電動機側屏蔽層會出現一個較高的電壓，電壓值的高低與電纜的整體長度成正比。

（2）堆內和堆外金屬屏蔽層通過貫穿件接地棒連接，在常規環境貫穿件處接地。此種方法電動機側與開關柜側屏蔽層均會出現電壓，電壓數值較低。

（3）堆內電纜通過貫穿件接地棒在堆外側接地，堆外電纜在開關柜側接地。此方法將電纜設置成兩段，每段單獨接地。這樣每段屏蔽層電壓將得到限制。與其他接地方式相比，此種方法有兩個接地點，能夠在發生雷擊或者過電壓后更快更安全的釋放電荷。

在秦山一期核電，電力電纜采用的接地方式為第一種，隨后的大亞灣核電站，嶺澳一期，嶺澳二期，秦山二期擴建，秦山一期方家山核電均采用第三種方式。核電站廠用中壓電的電壓等級為6kv，所以現場的實際施工中非接地端熱縮處理后懸空，無需設置電壓限制器。

5 結束語

電力電纜的接地方式越來越受到施工現場的重視。采用正確的連接和接地方式，不僅可以能將感應電壓限制在安全的范圍之內，消除環流影響，并且提高電纜的載流量，降低工程造價。因此電力電纜的接地方式施工中應多方面綜合考慮，根據實際情況選擇合理的方法。

參考文獻

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