110kV及以上交联聚乙烯电缆金属护套接地浅析
来源:用户上传
作者:
摘要 高压电缆金属护套接地质量的优劣已经成为电网安全可靠运行不可忽视的因素，从金属护套接地方式的选取及施工等方面，对施工中常见的110kV以上电缆金属护套接地进行综合分析。
关键词 交联聚乙烯；电缆；金属护套；接地
中图分类号TM8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）49-0183-02
目前交联聚乙烯电缆巳成为电网的重要组成部分。而由于高压电缆金属护套接地造成的线路故障时有发生，所以高压电缆金属护套正确、可靠的接地，是高压电缆安全、稳定运行的有力保障。本文将从接地方式的选取及施工等方面，对常见的110kV及以上电缆金属护套接地进行综合分析。
1 高压电缆金属护套应正确可靠接地
110kV及以上高压电缆均为单芯，其线芯与金属护套可看作一个变压器，当线芯通过电流时就会有磁力线交链金属护套，在磁力线的作用下，金属护套上会感应电压，感应电压与电缆长度和流过导线的电流成正比。电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，为保障人身安全，金属护套上的感应电压不得超过50V；而当不接地端的电缆金属护套已用绝缘材料包裹时，该感应电压可提高到100V。另外，在发生不对称短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，金属护套上会形成很高的感应电压，将使护套绝缘发生击穿。因此，电缆金属护套对地应保持良好的绝缘，并在设计、安装时，按照安全、可靠、经济合理的原则，在电缆护套的一定位置，根据线路的不同情况，采用护套两端接地、护套一端接地、护套中点接地、护套交叉互联接地、电缆换位接地、金属护套交叉互联接地等特殊的连接和接地方式，以防止电缆护层绝缘被击穿。
2 高压电缆金属护套接地方式
2.1护套两端接地
它是指金属护套在电缆两端直接接地。这样金属护套将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%~95%，使金属护套发热，不仅加速绝缘的老化，还降低了载流量，因此金属护套不宜两端直接接地。个别情况，如线路很短或轻载运行，运行时护套上的感应电压很小，环流对电缆的载流量影响不大，可采用此接地方式。
2.2护套一端接地
当电缆金属护套有一端接地而另一端不接地，将出现下列问题：首先，当雷电流或过电压波沿线芯流动时，金属护套不接地端会出现很高的冲击电压；另外，在短路电流流经线芯时，金属护套不接地端会出现较高的工频感应电压，造成电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏，并导致电缆出现多点接地，形成环流。因此，为了保护绝缘，在采用一端直接接地时，另一端需经护层保护器接地限制护层上的过电压，同时安装沿电缆平行敷设的回流线，并在电缆一半处换位。当接地短路故障时，接地电流可以通过回流线流回系统的中性点。由于通过回流线的接地电流产生的磁通抵消了一部分电缆接地电流产生的磁通，因此装设回流线后可降低短路故障的感应电压。由于护套一端接地，另一端经保护器接地，金属护套的其它部位对地绝缘，这样护套与地之间不构成回路，也就不会形成环流。通常电缆线路长度在500米以下时采用此方式。
2.3护套中点接地
长电缆线路采用一端接地时，由于感应电压太高，易使护层绝缘击穿造成金属护套多点接地。此时，可在电缆线路的中间将金属护套接地，电缆两端均对地绝缘，并分别装设保护器。通常电缆长度在500m以上、1 000m以下时采用此方式。
2.4护套交叉互联
护套交叉互联是指电缆线路分成若干大段，每大段分成长度相等的3小段，每小段之间以绝缘接头连接，绝缘接头处金属护套三相之间用同轴电缆经换位箱进行换位连接，换位箱内装设保护器，每大段的两端护套分别互联并接地。金属护套任一点的感应电压若超过50V~100V，或为了减小电缆对邻近线路及通信的感应，应采用交叉互联接线。通常电缆在1 000m以上时采用此方式。
2.5电缆换位、金属护套交叉互联
它是将金属护套交叉互联，同时再将三相电缆本体进行交叉换位。在此方式下，三相护套电位相量和为零，金属护套中没有环流，因此效果更好。通常在隧道等电缆较容易换位的地方采用。
3 电缆金属护套可靠接地的保障条件
金属护套接地方式应综合考虑接地电阻、通过电缆的工作电流、短路电流、接地故障电流及电缆的长度等要素，并严格控制接地电阻，合理选择接地线、护层保护器等。
3.1接地电阻
接地电阻值主要与土壤电阻率、接地体、电流频率等因素有关。通常根据对接地电阻值的要求，确定埋置接地体的形状、尺寸、数量及布置方式。接地电阻是接地装置技术要求中最基本的技术指标，原则上接地电阻越小越好。大接地短路电流系统接地电阻应符合下述要求：R<=2 000/Id（Ω）（当Id>4 000A时，取R<=0.5Ω）。施工中需按相关规定进行接地体的设置及与引线的连接，避免人为造成接地电阻的增大及在故障时接地回路的开路。
3.2接地线
接地线需能够承受在接地故障时流过金属套的短路电流，所以地线外部，必须具有与高压电缆相同绝缘的外护套，并确保接地线外护套的完整性和延续性。另外，回流线的选择与设置，应符合下列规定：1）回流线的截面需满足最大暂态电流作用下的热稳定要求；2）回流线的排列配置，应保证运行时回流线产生的损耗最小；3）电缆线路任一终端设置在发电厂、变电所时，回流线应与电源中性线接地的接地网连通。通常施工中，对接地引线及回流线外绝缘护套的保护没有引起足够的重视，这必然造成绝缘水平下降及损坏，危及人身安全、加大安全稳定供电的风险。
3.3护层保护器
护层保护器常用氧化锌电阻片，因其是非线性电阻阀片，可做成无间隙避雷器，使放电无延迟。在工作电压下，保护器呈现高阻，通过的工作电流为微安级，护套与大地之间不构成回路。当护套上过电压达到保护器的起始动作电压，保护器内阻值迅速下降，过电流由保护器流入大地，而护套上的电压仅为通过电流时保护器的残压，其残压与流过的电流大小基本无关而为一定值。当作用电压降到动作电压以下时，氧化锌阀片“导通”状态终止，因此不存在工频续流。保护器的残压和起始动作电压要比冲击过电压低得多，从而使护套绝缘避免受过电压的破坏。一般来说，护层保护器的冲击残压应低于0.7倍非金属护层的冲击耐受电压值，额定电压应高于电缆一端接地短路时在护套不接地端产生的工频感应电压。
4 金属套的短路电流
绝热状态下短路电流为：
非绝热状态下短路电流为：I=IAD×ε
综上所述，电缆金属护套接地质量的优劣已成为电网安全可靠运行不可忽视的因素。设计应经济合理、安全实用、便于施工和维护；施工应按照设计和规范精心组织、严格施工，杜绝质量隐患；投入运行后，定期做好试验工作，及时发现和消除事故隐患，使电缆处于可控、在控状态，提高电力系统供电可靠性和稳定性。
参考文献
[1]电力工程电缆设计规范GB 50217-2007.
[2]电力设备接地设计技术规程 SDJ8-79.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-8812228.htm
