XLPE单芯电缆铠装接地探讨.doc

XLPE单芯电缆铠装接地的探讨吴睿力 （广东省工业设备安装公司，广州 510080）摘 要：通过介绍东莞诺基亚XLPE 绝缘导体截面1000mm2单芯电缆敷设运行情况，对环流做了实测，对正三角形、水平排列的护套感应电压做了计算、比较，提出了正三角形排列一端接地的结论和建议，供各地同行参考。关键词：XLPE 单芯电缆 金属屏蔽层 环流 感应电压 两端接地 一端接地 某些工程由于受到空间等因素的影响，使用1000mm2的单芯交联电缆进行低压供电。单芯电缆的使用提高了单回电缆的输送能力和施工效率，短段电缆可以使用，方便了电缆敷设和附件安装。也由此带来了金属屏蔽接地方式的问题。1 电缆实例东莞诺基亚移动电话有限公司的电缆系统已投入使用近两年，但低压配电柜MN11至B电房的供电进线电缆于2001年10月15日被发现发热。电缆规格为XLPE-1000mm2,全长约220米。发热部位为电缆头的5m范围内的电缆金属屏蔽层,发热温度约为110，发热金属屏蔽层对地电流为110A，电缆同低压柜连接线处不发热，温度约为40。电缆分3相，每相有3条XLPE-1000mm2电缆，每相有12条电缆的金属屏蔽层发热。电缆排列形式全长为紧贴三角形布置，电缆两端距离电缆端头34米处因为进柜原因为平行排列方式。我司接到诺基亚通知后，立即于当天将发热的电缆金属屏蔽层进行悬空（不接地）的应急处理，经运行13小时后，电缆不发热，但悬空的电缆金属屏蔽层产生了120V左右的感应电压，较危险。1.1.初步判断电缆的金属屏蔽层发热的原因有两个：1.1.1.绝缘层被发热击穿，有泄漏电流，使金属屏蔽层带电；1.1.2.电缆长期使用后，由于电缆受到电场力和配电柜柜顶板受电场力振动，电缆铜索头松动，造成金属屏蔽层的接地处松动；并且由于金属屏蔽层为铝质材料属硬磁材料，磁滞特性非常显著，在涡流效应的影响下，磁损耗日益增大，发热增加。并且没有定期进行维护，造成铜束头松动并和该处的金属屏蔽层长期发热，导致金属屏蔽层和铜束头表面氧化，引起金属屏蔽层接地不良好，接地电阻过大，同时金属屏蔽层的感应电流因电缆的负荷电流保持较高，因而造成局部金属屏蔽层发热。1.2.验算金属屏蔽层的工频感应电压1.2.1.单芯电缆金属护套工频感应电压计算单芯电缆芯线通过电流时，在交变电场作用下，金属屏蔽层必然感应一定的电动势。三芯电缆带平衡负荷时，三相电流向量和为零金属屏蔽上的感应电势叠加为零，所以可两端接地。单芯电缆每相之间存在一定的距离，感应电势不能抵消。金属屏蔽层感应电压的大小与电缆长度和线芯负荷电流成正比，还与电缆排列的中心距离、金属屏蔽层的平均直径有关。1.2.1.1.电缆正三角形排列时，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下面公式计算：U = 2aILn(2S/D)107（V/m）I-负荷电流，S-电缆中心距离，D-电缆金属屏蔽层平均直径以该单芯电缆计算，电缆中心距离约76mm(S)，电缆屏蔽层平均直径60mm(D)，PVC绝缘层约9mm(a),当电缆“品”字形紧贴排列，负荷电流为300A时，算得电缆护层的感应电压为每米0.5伏，全长感应电压计算值约为110伏。计算值与实测值接近，初步可以认定为第二种原因。1.2.1.2.电缆三相水平排列时，设电缆间距相等，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下式计算：UI（Xs2+XsXm+Xm2）12 Vm边相：Xs=2aLn(2S/D)10-7/M中相：Xm=2aLn210-7/M由于该段电缆的水平排列距离较短（紧占全长的5左右），所以忽略该部分的电压叠加值。1.2.2.同时可由以上计算得知：1.2.2.1.当电缆长度与工作电流较大的情况下，感应电压可能达到很大的数值。1.2.2.2.电缆以紧贴三角形布置时，感应电压最小。当电缆相间距离增加，相对位置改变时，感应 电压都会相应地改变。另外，多回电缆同路径敷设，也会对感应电压产生影响。 1.3.处理方法经停电测试，电缆金属屏蔽层与电缆各相的绝缘电阻值均大于100M，排除了第一种原因。所以采用以下维修方案：电缆金属屏蔽层采取一端接地，一端悬空（不接地）；使用铝卡卡紧金属屏蔽层引出接地；同时对电缆金属屏蔽层全长有可能接地的地方，使用3M绝缘胶布进行修复，确保电缆金属屏蔽层只有一点接地。至今为止，经处理后的电缆运行两个月，情况正常，无发热情况。1.4.同时对电缆金属屏蔽层的循环电流进行实测分析方式A相B相C相运行电流单支288A单支260A单支290A两端悬空感应电压120V125V122V两端接地循环电流110A105A108A一端接地对地电压10.5、11.4、10.2V7.6、7.1、7.9V10.7、8.3、9.5V一端接地对地电流9A12.5A8.4A分析：1.4.1.采用两端直接接地的方式，由于电磁感应电压的作用，就会在屏蔽层中产生循环电流。循环电流的大小主要与屏蔽层的自感阻抗和互感阻抗有关。即与屏蔽层的电阻、直径、电缆的间距等有关。1.4.2.从实测值可见，循环电流达到负荷电流的30-50%。屏蔽层循环电流的存在，造成屏蔽层发热和电能损耗，降低了电缆的输送容量。因此，有必要采取措施减少或消除该循环电流。1.4.3.实测数值还反映出，环流值并没有绝对地因电缆长度和负荷电流的增大而增加。说明电缆三芯的布置对感应电压的影响不可忽视。1.4.4.采用一端接地后，接地电流和对地低压降低了90，降低了屏蔽层发热和电能损耗。2 金属屏蔽接地方式的选择2.1.采用两端直接接地的方式 2.1.1.1kV单芯电缆金属护层两端接地时，由于护层阻抗值不像35kV以上电缆那样小，环流尚不过分大。有关资料介绍，35kV以上高压电缆两端接地时，护层循环电流可达到线芯电流的50%-90%，从而引起护层发热，严重降低电缆的载流能力。2.1.2.1kV单芯电缆金属护层直接接地减少了附属设备的配置和维护量，对运行人员也比较安全。因此采用两端接地有一定的优势。2.1.3.继续沿用两端直接接地的方式，必须尽可能地降低护层感应电压，使线路损耗达到运行可接受的程度。较有效的办法就是保持三相线芯呈紧贴正三角形布置。在电缆敷设后，每隔1米距离用非铁磁性扎带绑扎。2.2.一端接地的方式 一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地，另一端金属屏蔽对地开路不互联。一般应在与配电房连接端一端接地，以减小线路受雷击时的过电压。一端接地后，可以消除护层循环电流，减少线路损耗。但开路端在正常运行时有感应电压。在雷击和操作时，金属屏蔽开路端可能出现很高的冲击过电压。系统发生短路事故和短路电流流经芯线时，金属屏蔽不接地端也可能出现很高的工频感应电压。当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时，就会造成金属护层的多点接地。但这种方式比较适合线路距离较短，金属护层上任一非接地处的正常感应电压较小时的1Kv以下电缆。3 结论和建议3.1.在大型工业厂房，空间或其他原因不使用母线槽时，而负荷又较高，4240mm2XLPE绝缘电缆达不到供电容量要求时，宜使用300、400、800mm2及以上单芯电缆，以提高供电容量。单芯电缆的金属屏蔽层应采用消磁金属材料结构，接地线截面建议为16mm2以上。使用单芯交联电缆，施工方便，配套的铜接头密封及固定更简单可靠。3.2.从降低金属屏蔽感应电压或降低环流考虑，单芯电缆宜采用外护套紧贴的正三角形排列，宜间隔1M用非磁性带材扎紧，更适合在电缆沟或隧道支架上布置电缆。3.3.从消除环流损耗，不降低电缆的载流量考虑，并且低压电缆一般敷设在室内，受雷击影响极少，所以应提倡电缆金属屏蔽层一端接地方式。3.4.采用金属屏蔽层一端接地方式，非接地端计算和实测感应电压应不超过36V