高壓單芯電纜金屬層接地方式的選擇

胡紅勝

仟億達集團股份有限公司，中國·北京 100024

1 引言

在中國城市現代化建設和改造不斷發展的進程中，110kV及以上高壓電纜線路大量建設并投入運行，而且很多線路開始覆蓋于人群集中區域，如何保證人身和電纜線路的安全成為電力設計人員高度重視的問題之一。

中國現行《電力安全規程》中有明確規定：電氣設備非帶電金屬外殼均需要做接地處理。而對于110kV及以上高壓電纜線路，由于多采用單芯電纜，當電纜線芯中有電流通過時，將產生磁力線交鏈電纜金屬層，在其兩端會出現感應電壓。

根據《電力工程電纜設計規范》，電纜線路的正常感應電壓最大值應滿足下列規定：

①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。

②除上述情況外，不得大于300V。

基于此，論文將圍繞110 kV及以上高壓單芯電纜金屬層如何接地以及如何限制金屬層感應電壓進行探討[1]。

2 110 kV及以上高壓單芯電纜金屬層接地問題

35 kV及以下的電纜線路，多采用三芯電纜，正常運行中，流經電纜三個線芯電流的向量和為零，實際運行中電纜金屬層兩端的感應電壓很小或不存在，對此類電纜線路而言，工程中采用電纜金屬層兩端直接接地。

而對于110 kV及以上的高壓單芯電纜，當電纜線芯中通過電流時，就會有磁力線交鏈金屬層，在金屬層的兩端出現感應電壓，感應電壓的大小跟電纜中通過的電流、電纜的長度、電纜的幾何尺寸和敷設方式等有關。這就需要通過計算，選擇合適的高壓單芯電纜金屬層接地方式，把電纜金屬層的感應電壓限制在允許的范圍內。

3 高壓單芯電纜金屬層接地方式

3.1 兩點接地方式

如圖1所示，高壓單芯電纜的金屬層在線路兩端的電纜終端頭處直接接地，在此情況下，不需要安裝護層電壓限制器，可以降低投資和減少運行維護的工作量，但缺點是在金屬層上存在環流，會增加電能損失和影響電纜的載流能力，因此，工程實踐中應盡量少采用。

圖1 兩點接地方式

3.2 單點接地方式

如圖2所示，高壓單芯電纜金屬層一端直接接地，另一端經護層電壓限制器接地，其他部位對地絕緣沒有構成回路，可以減少和消除環流，有利于提高電纜的傳輸容量，對于電纜敷設長度較短的線路推薦采用單點接地方式，但應注意計算電纜金屬層的感應電壓是否在安全允許范圍內。

圖2 單點接地方式

3.3 中點接地方式

如圖3所示，在電纜中點位置，對電纜的金屬層進行單點接地，在兩個終端，電纜的金屬層則經護層電壓限制器接地。中點接地方式，可以看作是兩個單點接地連接在一起的安裝方式[2]。

圖3 中點接地方式

在工程實施中，推薦的做法是在電纜中點部位剝開電纜外護層，將電纜的金屬層接地，這樣節省了絕緣接頭，不僅節約投資，還降低了電纜運行中的故障幾率和維護成本。

3.4 交叉互聯接地方式

如圖4所示，對于高壓單芯電纜整體敷設較長的線路，推薦采用金屬層分段交叉互聯后經護層電壓限制器接地的方式，及交叉互聯接地。

圖4 交叉互聯接地方式

該接地方式是將高壓單芯電纜線路整體劃分為長度相等的三段或三段整倍數段，每個小段之間均裝設絕緣接頭，并在絕緣接頭位置三相屏蔽之間應用同軸電纜，經交叉互聯箱進行換位連接，同時，在交叉互聯箱中裝設護層電壓限制器，線路上每兩組絕緣接頭夾接一組直通接頭。

4 交流高壓單芯電纜金屬層接地方式的選擇

4.1 接地方式的選擇方法

①如果線路不長，且滿足限制金屬層感應電壓的要求時，應采用單點接地或中點接地方式。

②如果線路較長，單點接地或中點接地電纜金屬層感應電壓比較高時，水下電纜、35kV及以下電纜或輸送容量較小的35kV以上電纜，可采用兩點接地方式。

③除上述情況外的長線路，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，采用交叉互聯接地方式。

4.2 屏蔽層電壓計算

交流高壓單芯電纜線路的金屬層上，任一點非直接接地處的正常感應電勢，按照如下公式計算：

其中，

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）；

r ——電纜金屬層的平均半徑（m）。

以某工程選用的220kV銅芯交聯聚乙烯絕緣單芯電纜為例：負荷電流1098A，選用截面為1000mm2的銅芯單芯電纜，電纜金屬層的平均直徑為113mm，采用直埋敷設，三相電纜水平排列，電纜中心距300mm。

I=1098A, S=0.3m, r=0.0565m, f=50Hz

經計算：

EAO=ECO=145.05V/km

EBO=115.12V/km

電纜敷設長度為L=2.9km，電纜金屬層感應電壓

EA=EC=420.65V

EB=333.85V

采用中點接地方式，半段長度的感應電壓為210.33V，電纜金屬層感應電壓值沒有超過規定的范圍[3]。

5 結語

選擇和確定110kV及以上高壓單芯電纜金屬層接地方式時，應根據負荷電流、電纜參數、敷設間距、電纜長度等數據計算電纜金屬層的感應電壓，再根據限制感應電壓的要求，合理選擇采用單點接地、中點接地或交叉互聯接地方式。