35kV及以上三相单芯电缆基本的接地方式

在现代电力系统中，35kV及以上电压等级的三相单芯电缆因其传输容量大、敷设灵活等优势，在城市电网、工业园区及长距离输电工程中得到广泛应用。与传统的三芯电缆不同，单芯电缆的金属护套（或屏蔽层）接地方式对电缆的安全稳定运行、使用寿命及周边环境均有着至关重要的影响。不合理的接地方式可能导致护套过热、绝缘损坏，甚至引发安全事故。本文将深入探讨此类电缆基本的接地方式，剖析其原理、特点及适用场景，为工程实践提供参考。一、单芯电缆接地的特殊性：感应电压与环流理解单芯电缆接地问题，首先需要认识其金属护套上的感应电压和环流现象。当单芯电缆通过交变电流时，根据电磁感应定律，在电缆金属护套（作为二次绕组）上会感应出电动势。若护套形成闭合回路，则会产生环流。*感应电压：其大小与电缆通过的电流、电缆长度、线路布置方式（如水平排列、三角排列）以及与大地的距离等因素有关。电压过高时，可能对人身安全构成威胁，也可能导致护套绝缘击穿。*环流：若护套两端直接接地，便形成闭合回路，感应电动势产生的环流将在护套中流过。环流不仅会造成额外的功率损耗，导致电缆发热，降低载流量，长期运行还会加速护套老化，影响电缆寿命。因此，单芯电缆的接地设计核心在于：在保证人身安全和设备安全的前提下，尽可能减小或消除金属护套上的感应电压和环流。二、基本接地方式及其工程应用针对单芯电缆的特性，经过长期工程实践，形成了几种基本的接地方式。（一）两端直接接地顾名思义，这种方式是将电缆线路两端的金属护套直接接地。*原理：护套两端电位为零，人身安全得到保障。*特点：*优点：接地简单可靠，故障时护套上的过电压可迅速泄放。*缺点：在正常运行时，护套中会流过较大的环流，导致电缆损耗增加，温升提高，载流量下降。*适用性：由于环流问题突出，此方式一般仅适用于很短的电缆线路（例如几十米以内），或者在某些特殊情况下，经过详细计算确认环流影响可接受时才采用。在35kV及以上高压电缆系统中，除非线路极短，否则两端直接接地方式很少作为常规选择。（二）一端直接接地，另一端经护层保护器（过电压限制器）接地这是目前35kV及以上单芯电缆线路中应用最为广泛的接地方式之一，也常称为“单端接地”或“一端死接地，一端活接地”。*原理：电缆线路一端的金属护套直接可靠接地，另一端则通过一个非线性电阻元件（通常是氧化锌避雷器，即护层保护器）接地。正常运行时，护层保护器呈现高阻抗，护套不形成闭合回路，因此几乎无环流。当系统发生故障或遭受雷击，护套上出现过电压时，护层保护器迅速击穿（或导通），呈现低阻抗，将过电压限制在允许范围内，并将故障电流泄放入地。故障过后，保护器恢复高阻状态。*特点：*优点：有效消除了正常运行时的环流问题，降低了损耗，提高了电缆载流量；接地方式相对简单，经济性较好；能有效保护护套绝缘免受过电压损害。*缺点：非接地端护套上会存在感应电压。此感应电压的大小与电缆长度、负荷电流等成正比。若电缆线路过长，该端感应电压可能过高，超过人身安全电压或护套绝缘耐受电压。*适用性：适用于中等长度的电缆线路。关键在于控制非接地端的感应电压。设计时必须严格计算该端的正常感应电压值，确保其不超过规定的安全值（通常对于人身安全，感应电压应限制在50V以下；对于护套绝缘，则应限制在其冲击和工频耐受电压范围内）。若电缆长度超过一定限度，单端接地方式下非接地端感应电压过高，则需考虑其他接地方式。（三）交叉互联接地当电缆线路较长，采用单端接地方式其非接地端感应电压过高，无法满足安全要求时，交叉互联接地方式是一种有效的解决方案。*原理：将一根长电缆线路分成若干段（通常为三段，也有两段或四段的情况，但三段最为典型），每段电缆的金属护套通过交叉互联箱进行交叉换位连接。即A相第一段护套与B相第二段护套、C相第三段护套相连，B相第一段护套与C相第二段护套、A相第三段护套相连，C相第一段护套与A相第二段护套、B相第三段护套相连，形成一个循环的互联系统。然后，在每大段（由三段组成）的两端，一端直接接地，另一端经护层保护器接地。*特点：*优点：通过交叉换位，各段护套上的感应电动势相互抵消，使得在正常运行时，整个交叉互联段的合成感应电压很小，从而显著降低了环流。与单端接地相比，它能适应更长的电缆线路。*缺点：结构相对复杂，需要增加交叉互联箱、中间接头（若分段处无接头则需专用的交叉互联接头）及护层保护器等设备，成本有所增加；施工和运维的技术要求也更高，对安装质量（如相位、绝缘）要求严格。*适用性：适用于较长的电缆线路。通过将长电缆分段并交叉互联，可以将每小段电缆的感应电压控制在较低水平，同时最大限度地减小环流。对于35kV及以上电压等级的长距离单芯电缆线路，交叉互联接地是一种非常重要的接地方式。实际应用中，可能会根据线路总长度，采用多个交叉互联段串联的方式。（四）其他接地方式除上述三种基本方式外，在一些特殊情况下，还可能采用如中点接地、经阻抗接地等方式。例如，对于很长的电缆线路，也可考虑在电缆中间点直接接地，两端经保护器接地，其原理与单端接地类似，只是将长电缆分为两段，每段的感应电压相应降低。经阻抗接地则是在护套接地回路中串联一个小电感或电阻，以限制故障电流或调整感应电压，但这种方式应用相对较少，需谨慎设计。三、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，需综合考虑以下因素：1.电缆线路长度：这是决定接地方式的最主要因素。短线路可能考虑两端接地；中等长度线路优先考虑单端接地；长线路则需采用交叉互联接地。2.电缆敷设方式与路径：敷设方式（直埋、穿管、桥架、隧道、空气中等）会影响护套的散热和感应电压的大小。路径走向和周围金属构件（如电缆支架、管道）也可能产生电磁耦合，需要在设计中予以考虑。3.系统电压等级与短路电流：电压等级越高，对绝缘的要求越严格。短路电流大小影响护层保护器的选型和接地装置的热稳定校验。4.正常运行时的感应电压水平：必须确保任何情况下，人员可触及处的护套感应电压不超过安全限值。5.故障时的过电压保护：护层保护器的选型应能有效限制各种过电压。6.经济性与运维便利性：不同接地方式的初始投资和运行维护成本不同，需进行技术经济比较。7.对邻近金属设施的电磁干扰：过大的环流或护套感应电压可能对附近的通信线路、金属管道等产生干扰，需采取措施避免。四、结论35kV及以上三相单芯电缆的接地方式选择是一项系统性的工程，直接关系到电缆线路的安全、经济、稳定运行。工程技术人员需深刻理解不同接地方式的原理、特点及适用条件，结合具体工程的实际情况，如线路长度、负荷特性、敷设环境等，进行细致的计算分析和综合比较。在实际应用中，一端直接接地另一端经护层保护器接地的方式，因其简单经济且能有效控制环流，在中等长度线路