35kV及以上三相单芯电缆基本的接地方式

35kV及以上三相单芯电缆基本的接地方式在电力系统中，35kV及以上电压等级的三相单芯电缆因其传输容量大、敷设方式灵活等优点，在城市电网、工业园区及长距离输电中得到广泛应用。与三芯电缆不同，单芯电缆的金属护套（或屏蔽层）在交流电场作用下会产生感应电动势，若接地方式不当，不仅可能导致护套过热烧毁，还会影响电缆的安全稳定运行和使用寿命。因此，合理选择和设计单芯电缆的接地方式，是电缆线路设计与运行维护中的关键环节。本文将对几种基本的接地方式进行阐述，分析其原理、特点及适用场景。一、一端直接接地，另一端经保护器接地这是35kV及以上单芯电缆线路中最常用的接地方式之一，也被称为“单端接地”或“一端固定接地，另一端悬浮并加装过电压保护”方式。1.基本做法将三相电缆中的每一相金属护套（或屏蔽层）在电缆线路的一端（通常选择变电站内或电缆终端头处）直接可靠接地。而在电缆线路的另一端，金属护套则不直接接地，而是通过一个非线性电阻型过电压保护器（如氧化锌避雷器）接地。保护器的作用是限制当系统发生故障或操作时，在不接地端护套上可能出现的过高感应电压，同时在正常运行时呈现高阻抗，避免形成环流。2.原理分析当电缆通以三相平衡电流时，在电缆金属护套上会感应出一定的电动势。若电缆长度为L，通过的负荷电流为I，电缆的结构参数一定时，护套上的感应电压与电缆长度和负荷电流大致成正比。采用一端直接接地后，另一端的感应电压理论上为未接地时的一半（对于均匀敷设的电缆）。这个电压值可能仍然较高，超过护套绝缘的允许值或人身安全电压，因此需要加装保护器来限制此电压。当感应电压超过保护器的动作电压时，保护器导通，将过电压释放，从而保护护套绝缘和人身安全。3.优点*结构相对简单：仅需在一端进行可靠接地，另一端安装保护器，施工和维护较为方便。*避免了环流损耗：由于另一端不直接接地，正常运行时金属护套中不会形成闭合回路，因此几乎没有环流产生，可有效降低护套的损耗和温升，提高电缆载流量。*过电压保护可靠：通过保护器能有效限制护套上的暂态过电压和稳态感应电压。4.缺点*未接地端感应电压仍可能较高：对于较长的电缆线路，即使一端接地，另一端的感应电压仍可能达到较高数值，对保护器的性能要求较高。*对保护器依赖性强：保护器的质量和性能直接关系到电缆的安全运行，一旦保护器失效，可能导致护套绝缘损坏。5.适用范围适用于电缆线路长度不太长（一般认为不超过1km至几km，具体需根据计算确定）的场合。在城市电网的中短距离输电和配电线路中应用广泛。二、金属护套交叉互联接地对于较长的单芯电缆线路，若采用一端直接接地方式，未接地端的感应电压会过高，此时通常采用金属护套交叉互联接地方式。这种方式能显著降低金属护套上的感应电压和环流损耗。1.基本做法将一根长电缆线路分成若干大段，每大段又分成大约等长的三小段（或三的倍数段）。在每大段的两个终端，分别将A、B、C三相的金属护套进行直接接地或经保护器接地。而在每大段内部的各小段之间的中间接头处，将三相金属护套进行交叉换位连接，即第一段的A相护套接第二段的B相护套，第一段的B相护套接第二段的C相护套，第一段的C相护套接第二段的A相护套，依此类推，形成一个循环的交叉互联系统。为实现交叉互联，通常需要专用的交叉互联接头盒。2.原理分析通过交叉互联，使得在每一大段内，三相电缆护套上的感应电动势能够相互抵消或大大削弱。在理想情况下，若各小段电缆长度相等、参数对称，则每大段内护套的合成感应电动势为零，从而避免了环流的产生。同时，在每个大段的两端仍需采取接地措施（直接接地或经保护器接地），以限制整个大段上可能出现的感应电压和故障过电压。3.优点*显著降低感应电压和环流：能有效解决长电缆线路中护套感应电压过高的问题，降低环流损耗，提高电缆的输送容量和运行经济性。*适用线路长度长：可以应用于数十公里甚至更长的电缆线路。4.缺点*结构复杂：需要设置交叉互联接头，增加了施工难度、成本和故障点。*对电缆分段和参数对称性要求高：各小段电缆的长度应尽可能相等，敷设条件也应尽量一致，否则交叉互联的效果会大打折扣，仍可能产生较大环流。*维护难度增加：对中间接头的质量和运行维护要求较高。5.适用范围适用于较长距离的35kV及以上单芯电缆线路，是长距离电缆输电工程中的主要接地方式。三、两端直接接地两端直接接地方式，即电缆线路的两端金属护套均直接接地。1.基本做法将三相电缆的金属护套在其两端均直接连接到接地网。2.原理分析金属护套形成了一个两端闭合的回路。此时，护套中会流过较大的感应环流，该环流会产生损耗并导致护套发热。3.优点*结构最简单：施工方便，成本低。*护套电位固定：两端均为地电位，不存在过高感应电压的问题。4.缺点*环流损耗大：这是最主要的缺点。过大的环流会导致电缆金属护套温度升高，不仅增加了线路损耗，还会降低电缆的载流量，严重时可能损坏护套甚至主绝缘。5.适用范围仅适用于电缆长度很短（通常认为几百米以内），且经过计算环流引起的温升在允许范围内的特殊情况。或者，对于采用非磁性材料（如铝合金）制作金属护套的电缆，其护套电阻较大，环流较小，在某些情况下也可能采用两端直接接地，但仍需谨慎评估。在35kV及以上电压等级中，除非特殊情况，一般不推荐采用这种接地方式。四、接地方式选择的考量因素在选择35kV及以上三相单芯电缆的接地方式时，应综合考虑以下因素：1.电缆线路长度：这是决定接地方式的首要因素。短线路可考虑一端直接接地另一端经保护器接地；长线路则必须考虑交叉互联接地。2.电缆敷设方式与环境：直埋、穿管、桥架、隧道等不同敷设方式，以及周围土壤热阻系数、是否存在磁性物质等，都会影响电缆的散热和感应电动势的大小。3.系统短路电流水平：短路电流会在护套中产生较大的电磁感应，对接地方式和保护器的选择有影响。4.金属护套材质：磁性材料（如钢）护套与非磁性材料（如铝）护套对环流的影响差异较大。5.运行可靠性与经济性：需要在保证安全可靠运行的前提下，综合考虑初期投资、运行损耗和维护成本。五、总结与注意事项35kV及以上三相单芯电缆的接地方式选择是一项细致的工程，直接关系到电缆的安全稳定运行和使用寿命。一端直接接地另一端经保护器接地方式因其简单经济，在中短线路中应用广泛；交叉互联接地方式则是解决长线路感应电压和环流问题的有效手段；而两端直接接地方式则因其固有的高损耗特性，应用范围受到严格限制。在实际工程应用中，无论采用何种接地方式，都必须：*进行精确的感应电压和环流计算，确保各项参数在允许范围内。*保证接地装置的可靠性，接地电阻应符合设计要求。*过电压保护器的选型和配置应合理，确