高压单芯电缆金属护层接地电流技术

知识点：单芯电缆

高压单芯电缆金属护层接地电流技术

1. 高压单芯电缆金属护层接地电流的产生机理

高压单芯电力电缆结构如图1所示，主要由导体，电缆绝缘层，电缆屏蔽层，金属护层和外保护层构成。当其线芯流经交流电流，会在线芯周围产生感应磁场，该感应磁场强度与通过电缆线芯的电流大小成正比，磁通不仅与电缆的金属护层相链，同时也与线芯回路相链。由于涡流效应，其金属护套上产生感应电动势，称为感应电压。当流经的线芯电流增大，其周围磁场相应的增加，在金属护套上所引起的感应电压就相应的增大，当电缆线路发生故障或金属护层裸露造成金属护层短接时，金属护层就会与大地之间构成一个有效的电流通路，在其感应电压的条件下产生回路电流，即电缆的接地接地电流。接地电流的存在对电缆造成巨大的影响，首要影响就是降低了电缆线芯的载流量，影响其运行效果，其次由于接地电流的存在，会造成金属护层温度不断上升，造成绝缘一定程度的减弱，缩短电缆运行寿命。

 

图1 高压单芯电力电缆结构

2. 接地电流的影响因素

金属护层上的感应电压大小不仅与线芯电流、电缆长度和敷设方式有关，还与周围回路的排列方式、距离等有关。尤其是电缆很长时，护层上的感应电压可以达到较高的数值。另外，金属护层接地接地电流会随着绝缘状态的变化而增大，绝缘状态良好时，接地感应接地电流接近于零。当电缆外护套破损、遭到过电压或发生不对称短路故障时，将造成金属护套多点接地，电阻变小，即会在金属护套、接地线和接地系统间形成回路，从而产生感应接地电流。当主绝缘发生绝缘劣化，电缆线芯和护层之间电容减小，导致感应电流增大。该电流可达线芯的50%-95%，足以使金属护套或铠装层发热，损耗大量的电能，加速电缆绝缘老化，甚至导致电缆绝缘薄弱处击穿。所以为了保证电缆的安全运行，金属护层一般要可靠接地，同时为了抑制较大的感应接地接地电流，一般用单端接地、双端接地和交叉互联接地的方法进行接地。下面就几种影响较大的因素进行总结。

2.1 排列方式

排列方式可分为三角形排列和水平、竖直排列。

（1）三角形排列：三角形排列是实际工程项目中较为普遍的一种方式，是指将电缆中的线芯排列成三角形，角度近似相差120°，且当交叉互联段等长度时，产生的磁场可以相互平衡，所以每一相上感应电压相等，相角各自差120°。整体即相互抵消使感应电压近似为零，因此产生的接地电流就会大为降低。

（2）水平、竖直排列：与三角形排列方式相比，三相水平和三相竖直排列，由于其不对称的排布方式，会因为互感而对其高压电缆接地接地电流产生较大影响。三段电缆金属护套感应电压不能完全抵消，导致电缆金属护套感应电压相量和较大，进而增大护套接地电流。

2.2 接地方式

接地方式对感应电压也有一定影响，进而影响接地接地电流数值。根据电缆长度的差异接地方式分为直接接地，单端保护接地，中性点接地以及交叉互联接地等。

（1）双端直接接地。如图2所示，双端直接接地是指当长度较短时，将护层双端直接与大地相连。即是利用接地线，将护层两端和专用大地网连接。这种形式，将电缆金属护层和大地构成了一个直接通路形成接地电流。但因为长度非常小，所以感应电压也较低，产生的接地电流可以忽略。而当电缆长度较长时，金属护套上的接地电流与导体的负荷电流基本上为同一数量级，将产生很大的接地电流损耗，使电缆发热，影响电缆载流量，简短电缆的使用寿命。

图2 双端直接接地

（2）单端接地。如图3所示，单端接地的方式是将电缆金属护层的一个单端，或是两组相连的一侧经过专用的保护装置后再接入地网，而另一端无需保护直接接地的一种较为普遍的方式。通常用于500m以下的线路上，由于金属护层经过间隙或非接地线电阻保护器再与大地构成通路，因此有效降低接地电流数值。

图3 单端接地

（3）交叉互联接地。交叉互联接地是最常用也是较为有效的一种接地方式，适用于高电压和长距离（500m以上）的电缆线路。如图4所示，其原理是三段等长电缆，将它们相邻处用绝缘接头连接，每一相通过绝缘接头，进行交叉互联，即“A→B→C”、“B→C→A”和“C→A→B”的顺序在换位接地箱内进行连接，由于三相金属护层每一相感应电压大小相等，相位相差120°，经过三相换位后每一段整合后感应电压近似于零，再经电缆护层保护器接地后，大大降低电缆接地电流。若在工程施工中没有按要求把电缆分成3等份，会造成接地电流偏大。或者在施工过程中，没有认真核对各同轴电缆内外线芯的方向是否统一，没有按要求接线，而接错相位。互联箱中的保护器在交流耐压试验后没有解除短接而使各项相连，就会导致接地接地电流的增大。

图4 交叉互联接地

2.3 线路长度

护套感应电压与电缆长度呈正比，长度越大，感应电压越大；对于交叉互联接地方式，电缆总长度对护套电流影响较小，主要与交叉互联单元的分段长度是否均匀有关，即分段越均匀接地电流越小，反之就越大。

当电缆护层接地良好时，高压电缆的线路长度可以不作考虑，但是在电缆护层接地过程中外接了阻值不能忽略的电阻或者接地电阻较大时，此时外串电阻或者接触电阻对整个回路的电阻来说应引起一定的重视，必须考虑到接地电阻的影响，而线路长度此时对接地电流的影响也将不可忽略。

2.4 有无回流线、回流线的根数

回流线是一条沿电缆线路平行敷设的导体，此导体两端接地，其作用是产生反向磁感线来降低感应电压。装设回流线可降低短路故障时金属护层的感应电压，避免干扰二次回路的正常。运行若高压电缆有回流线，则环境对电缆影响较小，电流经由回流线构成回路。

2.5 电缆输送电的大小以及各相回路的互感情况

护套感应电压及接地电流与电缆输送电流呈正比，电缆输送容量越大，感应电压及接地电流越大。

（1）负荷大小。三相互感与其各自的位置有关，应该与电缆的电能无关，但是在实际运送电能的过程中，由于负荷不同，各个电缆所流经的电流不尽相同，因而互感所起到的抑制作用也不尽相同，三相互感由于其自身电流的不同将影响各自的互感造成更大的感应接地电流。

（2）负荷不平衡度。负荷不平衡度有多重方面的影响，例如敷设方式选择不同会对负荷不平衡度造成重大影响，但是敷设方式的选择也仅仅是引起负荷不平衡的一个方面，在电力系统中有很多的单相负荷，由于这些的不规则的负荷存在，也将造成负荷的不均匀，且由于其不稳定运行，造成负荷的不平衡度也有大有小。

2.6 高压电缆所敷设的环境因素以及敷设方式

目前电缆大多是直埋的方式进行敷设。但这种方式受到的影响十分重大，其电缆护层会通过接地线与大地直接构成回路，造成电流较大。还有其他的敷设方式例如安装在电缆沟内，这样环境对于电缆的影响相对降低了。其他方式还有很多种，不同种类的敷设方式对计算都有一定的影响。通过计算不同敷设形式下对感应接地电流的影响可以降低误差，以免对高压电缆的运行状态进行误判。

2.7 其他因素

除上述因素外，接地电流的大小还与以下因素有关：

电缆金属护套存在绝缘损坏。电缆金属护套绝缘老化，白蚁蛀蚀，外力破坏引起的金属护套绝缘破坏而造成多点接地。

电缆的物理参数影响。相同输送电流及敷设工况条件下，电缆铝护套直径越大，感应电压及接地电流越小。

相序的排列方式也会影响感应电压、护套接地电流的大小。

同轴电缆、接地电缆、铜线鼻子与铝护套、接地箱的接触是否良好。

大地电阻率、接地电阻大小等。

3. 电缆接地电流检测相关标准

电缆接地电流检测参照《高压电缆状态检测技术规范Q/GDW11223-2014》，见表1。电缆金属护层接地电流检测报告模板见表2。

相关推荐链接：

1、35kV及以上单芯电缆敷设方式的探讨

2、单芯XLPE绝缘电缆金属屏蔽层的两种接地方式比较