淺談單芯電纜金屬套接地方式

田婷

摘要：電纜因其易敷設、可靠性等優勢廣泛應用于各行各業的輸電系統中。但是單芯電纜金屬套的過電壓會導致電纜外絕緣層擊穿，形成環流，影響電纜線路的安全運行。合理的選擇單芯電纜金屬套的接地方式，可以減小電纜外護層電壓，提高電纜線路運行的安全性及可靠性。

關鍵字：單芯電纜;金屬套接地方式;護層電壓

1 前言

電纜由于其占地小（可直埋敷設于土壤中或是敷設于空氣中，其線間絕緣距離小）、可靠性高（受氣候和周圍環境的影響小、傳輸性能穩定）并且具有超高壓、大容量發展等優勢條件，被越來越廣泛的應用于各行各業的輸電系統中。在輸送容量比較大的工程中，通常會用到單芯電纜，但是單芯電纜金屬套的接地必須要考慮其護層感應電壓的問題，過高的護層電壓不但對人和相關設備的安全產生影響，更重要的是，護層電壓會產生護層環流，護層環流不但造成能量損耗，降低傳輸效率，還會使電纜溫度上升，影響電纜壽命，并影響電纜的傳輸容量，還可能造成重大電力事故。所以通過合理的選擇單芯電纜金屬套的接地方式，將電纜金屬護套的護層電壓限制到一定數值內，對單芯電纜的應用至關重要，本文將對單芯電纜金屬套的接地方式及護層電壓的計算進行梳理介紹。

2 單芯電纜金屬套的接地方式

交流單芯電力電纜金屬套上至少應該有一端為直接接地，并且在任一非直接接地端的正常感應電壓的最大值應該符合下列規定：

（1）當在電纜敷設的路由中，沒有采取能有效防止人員任意接觸金屬套的安全措施時，其感應電壓不得大于50V;

（2）當在電纜敷設的路由中，采取可靠的有效的防止人員任意接觸金屬套的安全措施時，其感應電壓不得大于300V。

為滿足以上要求，單芯電纜金屬套接地方式可分為以下幾種：

2.1當單芯電纜敷設線路不長，且沒有采取防止人員接觸電纜金屬套的安全措施時護層電壓不大于50V或是采取了防護措施不大于300V時，可以在單芯電纜線路一端單點直接接地或是在電纜中央部位單點直接接地。如圖2.1.1及圖2.1.2所示。

2.2當單芯電纜敷設線路較長，單點直接接地不能滿足要求時，水下電纜、35kV及以下的電纜或是輸送容量較小的35kV以上的電纜，可以采取在線路兩端直接接地，如圖2.2所示。

2.3當單芯電纜敷設線路很長，并且不屬于2.2中介紹的情況時，則應采用交叉互聯的接地方式，即如圖2.3所示：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，并且設置絕緣接頭或是實施電纜金屬套的絕緣分隔。

圖中1表示電纜終端;2表示電纜中間接頭;3表示護層電壓限制器;4表示絕緣接頭。

3 單芯電纜金屬套護層電壓的計算方法

通過第二節分析，想要合理的選擇單芯電纜金屬套的接地方式，首先需要計算出單芯電纜金屬套護層電壓。

交流系統中單芯電纜線路一回或是兩回的各相按照常規配置排列情況下，在電纜金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電動勢值，可按照下式計算：

Es=L×Es0

式中：Es-感應電勢（V）;

L-電纜金屬層的電氣通路上任意部位與其直接接地處的距離（km）;

Es0-單位長度的正常感應電勢（V/km）。

其中，Es0的表達式見下表3.1及表3.2。

表中：ω=2πf;r-電纜金屬層的平均半徑（m）;I-電纜導體正常工作電流（A）;f-工作頻率（Hz）S-各電纜相鄰之間中心距（m）;回路電纜情況，假定其每回I、r均等。

4 工程實例

結合110kV電纜實際的敷設工程，簡單介紹110kV單芯電纜金屬套接地方式的選擇。

工程實例1：

某企業因其廠區內新建110kV變電站需要從上級220kV變電站取2路電源，采用電纜敷設，電纜線路長度為2520米，110kV電纜采用品字形排列，電纜規格為ZC-YJLW03-64/110kV?? 3（1x1000），經計算其電纜金屬套護層電壓為70.7V/km，由于其電纜敷設在可通行人的電纜通廊，并未采取有效防止人員任意接觸金屬套的安全措施，并且其電纜金屬套護層電壓超過50V，所以其電纜金屬套應該采用交叉互聯接地方式敷設。根據計算，電纜分2個單元的交叉互聯，共分成6段，每段420米。

工程實例2：

工程實例1中由于電纜敷設路由長，為滿足電纜金屬套護層電壓的要求，采用了交叉互聯的的接地方式，而另一企業需要敷設2路110kV電纜，其電纜線路長度為1170米，110kV電纜仍然采用品字形排列，電纜規格為ZC-YJLW03-64/110kV?? 3（1x630），經計算其電纜金屬套護層電壓為58V/km，由于其距離較短，采用中間一點直接接地的方式，將電纜分成兩段，其電纜金屬護層電壓則可均降至50V以內，故最終采用電纜中間一點直接接地的方式，線路兩端分別設置護層電壓限制器。

根據以上兩個工程實例簡單的介紹了如何在實際工程中選擇合理的單芯電纜金屬套的接地方式。在實際工程中，除了通過選擇合理的電纜金屬套的接地方式，以滿足護層電壓的要求，還可以應用一些電纜護層電流的監測設備，這樣可以提早發現高壓電力電纜線路中的潛在的故障，從而能夠避免非計劃性的停電，保證電力的正常供應。

在工程實例1中，該企業應用了電纜護層電流的監測設備，其在220kV變電站及110kV變電站分別設置智能直接接地箱，用來監測電纜金屬護套的護層電流，從而提高電纜運行的可靠性。

5 小結

本文就單芯電纜金屬套的接地方式進行了梳理，并且結合實際工程，對其應用進行了說明，合理的選擇單芯電纜金屬套的接地方式，對提高電纜運行可靠性至關重要，在實際工程中，設計人員應該提高重視。

參考文獻

[1] GB 50217-2018 電力工程電纜設計標準