高压单芯电缆金属屏蔽层及接地问题探究

高压单芯电缆金属屏蔽层及接地问题探究

刘赞孙宇

杭州华电工程咨询有限公司浙江省杭州市310030杭州华电能源工程有限公司浙江省杭州市310030

摘要：按照现有国家有关标准规定，电力电缆屏蔽短路试验由制造厂与用户考虑电网实际短路条件确定；中压电力电缆标准缺少关于金属屏蔽截面积的规定，制造厂一般都没有对电缆的金属屏蔽层进行短路热稳定试验；在实际招投标过程中，往往缺少对电力电缆金属屏蔽的截面积的明确规定，虽然单芯电缆的使用提高了单回电缆的输送能力，减少了接头，方便了电缆敷设和附件安装，但高压单芯电力电缆在敷设安装中还存在一些问题。

关键词：高压电力；单芯电缆；金属屏蔽层；接地问题；探究

引言：高压单芯电力电缆线路金属屏蔽层或金属护套上感应电势的幅值，与线路的长度和电流大小成正比关系。当电缆越长或电流越大时，感应电势叠加起来就越大，会危及人身安全和电缆绝缘安全；当高压单芯电力电缆线路发生短路故障、遭受雷电冲击或操作过电压时，该感应电势很高，有可能击穿金属屏蔽层绝缘。

1.高压单芯电力电缆与统包电力电缆接地方式的不同

三芯或四芯电缆都属于统包电力电缆，其芯线在电力电缆中呈品字形对称分布，若三相负荷平衡，则流过每条线芯的电流大小相等、三相电流矢量和为零，所以金属护套或金属屏蔽层上不会产生感应电压。然而对于单芯电力电缆，当线芯中有交流电流流过时，高压单芯电力电缆在金属屏蔽层或金属护套上就会存有磁链，金属护套或金属屏蔽层两端就会出现感应电势。如果把单芯电力电缆金属屏蔽层一端接地，另一端不接地，当单芯电力电缆线芯有过电压或雷电流波流过时，很高的冲击电压会出现在单芯电力电缆金属屏蔽层不接地端；当电力系统发生短路故障时，高压单芯电力电缆的金属屏蔽层不接地端因电力电缆线芯流过较大的短路电流，从而在金属屏蔽层不接地端出现很高的工频感应电势，如果电缆金属屏蔽层的绝缘强度承受不了这种感应过电压的冲击，那么电缆金属屏蔽层的绝缘将被损坏，高压单芯电力电缆上将会出现多点接地现象，形成环流，这就是统包电力电缆和高压单芯电力电缆接地方式的不同之处。

2.电缆金属屏蔽层的规定

额定电压U0为1kV及以上的电力电缆，其绝缘层的外面应设计有绝缘屏蔽，其作用是改善绝缘表面的电场分布、提供短路电流流通路径。绝缘屏蔽由半导电材料加金属带或金属丝组合组成，半导电材料除了改善绝缘层表面的电场分布以外，还起到消除绝缘层与金属带或金属丝之间的气隙的作用，金属带或金属丝为短路电流提供流通路径。金属带或金属丝一般选用导电性能良好的铜材。金属屏蔽层的截面积由系统的短路电流决定，若截面积太小，当短路电流通过时将产生过热或烧断，并损坏绝缘。所以，在实际应用电力电缆过程中，应根据系统的单相对地短路容量大小，选择合适截面积的金属屏蔽。GB/T12706.2—2002附录G规定，铜丝屏蔽由疏绕的软铜线组成，其表面应用反向绕包的铜丝或铜带扎紧，相邻铜丝的平均间隙应不大于4mm，任何两根相邻铜丝间隙应不大于8mm，铜丝屏蔽的标称截面可根据故障电流容量要求选用；铜带屏蔽由一层重叠绕包的软铜带组成，也可采用双层铜带间隙绕包，铜带间的平均搭盖率应不小于15%（标称值），其最小搭盖率应不小于5%，铜带标称厚度应按下列要求选用：

3.高压单芯电力电缆金属屏蔽层接地方式

3.1金属屏蔽层两端分别接地

当单芯电力电缆线路在500m内时，高压单芯电力电缆金属屏蔽层或金属护套两端接地方式一般采取一端直接接地，另一端通过保护器接地，高压单芯电力电缆金属屏蔽层对地没有形成闭合回路，可以减少甚至消除环流，有利于提高单芯电力电缆的载流量和电缆运行安全可靠性。根据有关电力安全要求，非直接接地的一端金属屏蔽层或金属护套上的感应电势不能大于50V，当高压单芯电力电缆与架空线路有连接时，连接端的金属屏蔽层直接接地，另一端通过保护器接地。

3.2单芯电力电缆金属屏蔽层中点接地

当单芯电力电缆线路在1000m内时，在高压单芯电力电缆线路的中间位置将单芯电力电缆的金属屏蔽层剥开后直接接地。若高压单芯电力电缆线路采取一端接地，其金属屏蔽层上不接地端的感应电压将按照不大于50V进行设计；在高压单芯电力电缆线路的中间位置将单芯电力电缆的金属屏蔽层剥开后直接接地，在其金属屏蔽层的两端分别通过保护器进行接地。采取这种接地方式的高压单芯电力电缆线路，可看成是两个“一端直接接地，一端通过保护器接地”的高压单芯电力电缆线路互相连接在一起的安装接线方式。假如高压单芯电力电缆线路是一根无接头的电缆，那么就在高压单芯电力电缆的中间位置将电力电缆的金属屏蔽层剥开，然后直接在高压单芯电力电缆的金属屏蔽层上接地（安装接地装置），同时必须做好防水处理。

3.3高压单芯电缆金属屏蔽层交叉互联接地

当高压单芯电缆线路长度到1000m以上时，高压单芯电力电缆的金属屏蔽层可以采用交叉互联的安装接地方式，把1根高压单芯电力电缆线路等分成3个小段后交叉互联起来，在每1小段电力电缆相连接之间安装1个绝缘接头，在电力电缆安装的绝缘接头处经同轴电力电缆引出并经交叉互联箱后通过保护器进行接地，在电力电缆的两个终端金属屏蔽层分别直接接地，这样就一根长电缆就形成交叉互联段位的几个小单元，这就是电力电缆金属屏蔽层交叉互联接地；如果电力电缆线路更长的话，在每个交叉互联段位连接之间安装直通接头，金属屏蔽层交叉互联后通过直通接头直接接地，交叉互联接地不仅可以减小单芯电力电缆金属屏蔽层上的环流，还可以提高输电电缆的传输容量和载流量。

4.高压单芯电缆金属屏蔽层接地的作用

当高压单芯电缆线芯绝缘损伤后对金属屏蔽层发生短路时，短路电流会顺着接地线流入大地，防止电缆起火。高压单芯电缆金属屏蔽层能将流过线芯的交变电流引起的电磁场屏蔽在绝缘线芯内，有效减少电磁场给外界带来的干扰。高压单芯电缆在正常运行时电缆线芯双屏蔽和金属护套的电容电流有回路流入大地。当系统里运行中的高压单芯电缆发生短路的时候，高压单芯电缆的金属屏蔽层能在有限的时间内能为电力电缆承受一定的电流，防止系统运行中的高压单芯电缆绝缘在过流情况下产生热击穿，造成电力事故引起大面积停电。

总结：因为高压单芯电力电缆与统包电缆接地方式本质的区别，所以在施工中应综合考虑电缆载流量的变化、长度、降低工程造价等因素后再对高压单芯电缆选择接地方式，在确保高压单芯电缆金属屏蔽层上至少应有一点接地的前提下根据实际情况选择合适且经济性的电力电缆金属屏蔽层接地方式，提高高压单芯电缆安全运行的可靠性。单芯电力电缆应以品字形布置以减少金属屏蔽层上的感应电势。从消除环流损耗，不降低传输容量等考虑，提倡电缆金属屏蔽层一端接地方式。

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