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10kV單芯XLPE絕緣電纜金屬屏蔽層接地方式解說
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10kV單芯XLPE絕緣電纜金屬屏蔽層接地方式解說 10kV電纜金屬屏蔽層通常采用兩端直接接地的方式。這是由于10千伏電纜多數是三芯電纜的緣故。八十年代中期前，10kV電纜均采用油浸紙絕緣三芯電纜。結構多為統包型，少量為分相屏蔽型。八十年代末期開始大量使用交聯聚乙烯絕緣分相屏蔽三芯電纜，逐步淘汰了油紙電纜。九十年代以來，隨著大連經濟建設的迅猛發展，負荷密度增大，環網開關柜等小型設備的應用，市區變電所出線和電纜網供電主干線電纜開始采用較大截面單芯電纜。單芯電纜的使用提高了單回電纜的輸送能力，減少了接頭，短段電纜可以使用，方便了電纜敷設和附件安裝。也由此帶來了金屬屏蔽接地方式的問題。
一、單芯電纜金屬護套工頻感應電壓計算
單芯電纜芯線通過電流時，在交變電場作用下，金屬屏蔽層必然感應一定的電動勢。三芯電纜帶平衡負荷時，三相電流向量和為零金屬屏蔽上的感應電勢疊加為零，所以可兩端接地。單芯電纜每相之間存在一定的距離，感應電勢不能抵消。金屬屏蔽層感應電壓的大小與電纜長度和線芯負荷電流成正比，還與電纜排列的中心距離、金屬屏蔽層的平均直徑有關。
1、 電纜正三角形排列時，金屬屏蔽單位長度的感應電壓可按下面公式計算：
公式1 I---負荷電流，S---電纜中心距離，D--電纜金屬屏蔽層平均直徑
以YJSY-8.7/15kV-1×300mm,2單芯電纜為例，電纜屏蔽層平均直徑40mm，PVC護套厚度3.6mm，當電纜“品”字形緊貼排列，負荷電流為200A時，算得電纜護層的感應電壓為每公里10.7伏。 2、 電纜三相水平排列時，設電纜間距相等，金屬屏蔽單位長度的感應電壓可按下式計算：
公式2、3 、4 當三相電纜緊貼水平排列，其它條件與1相同時，算得邊相的感應電壓為每公里16.9伏，中相的感應電壓為每公里10.7伏；當電纜間距200mm時，算得邊相的感應電壓為每公里36.1伏，中相的感應電壓為每公里31伏。邊相感應電壓高于中相感應電壓。
由以上計算可知：
（1）當電纜長度與工作電流較大的情況下，感應電壓可能達到很大的數值。
（2）電纜以緊貼三角形布置時，感應電壓最小。當電纜相間距離增加，相對位置改變時，感應 電壓都會相應地改變。另外，多回電纜同路徑敷設，也會對感應電壓產生影響。
二、屏蔽層循環電流實測分析
采用兩端直接接地的方式，由于電磁感應電壓的作用，就會在屏蔽層中產生循環電流。循環電流的大小主要與屏蔽層的自感阻抗和互感阻抗有關。即與屏蔽層的電阻、直徑、電纜的間距等有關。
目前，大連市區應用的300mm2單芯電纜單根長度已有200多公里，電纜敷設方式以直埋為主，使用混凝土槽保護。金屬屏蔽層全部采用兩端接地的方式。下面實測的線路是沿解放路敷設的電纜主干線，電纜三相每3-3.5米用扎帶綁扎成“品” 字形 ，綁扎兩點中間的部分線芯散開呈水平放置。每個混凝土槽內并排敷設有兩回電纜。我們對解放路的電纜屏蔽層環流進行了實測。實測的環流電流值如下表。
表格1 T
able 1. 表1 線路名稱 勝利線 紅港線 桃源線 嶺前線
負荷電流（A） 160 50 100 140
電纜長度（m） 125 125 298 1059環流值（A/B/C）
(A) 23/26/28 10/9/10 10/11/11 16/17/16
從實測值可見，循環電流達到負荷電流的10-20%。屏蔽層循環電流的存在，造成屏蔽層發熱和電能損耗，降低了電纜的輸送容量。因此，有必要采取措施減少或消除該循環電流。
實測數值還反映出，環流值并沒有絕對地因電纜長度和負荷電流的增大而增加。說明電纜三芯的布置對感應電壓的影響不可忽視。
三、金屬屏蔽接地方式的選擇
1.采用兩端直接接地的方式
10kV單芯電纜金屬護層兩端接地時，由于護層阻抗值不像35kV以上電纜那樣小，環流尚不過分大。有關資料介紹，35kV以上高壓電纜兩端接地時，護層循環電流可達到線芯電流的50%-90%，從而引起護層發熱，嚴重降低電纜的載流能力。 10kV單芯電纜金屬護層兩端接地的方式有較多的施工經驗。10千伏電纜回路多，直接接地減少了附屬設備的配置和維護量，對運行人員也比較安全。因此采用兩端接地有一定的優勢。 繼續沿用兩端直接接地的方式，必須盡可能地降低護層感應電壓，使線路損耗達到運行可接受的程度。較有效的辦法就是保持三相線芯呈緊貼正三角形布置。在電纜敷設后，每隔1米距離用非鐵磁性扎帶綁扎。
2.一端接地的方式 一端接地是指電纜線路一端金屬屏蔽直接接地，另一端金屬屏蔽對地開路不互聯。一般應在與架空線連接端一端接地，以減小線路受雷擊時的過電壓。一端接地后，可以消除護層循環電流，減少線路損耗。但開路端在正常運行時有感應電壓。在雷擊和操作時，金屬屏蔽開路端可能出現很高的沖擊過電壓。系統發生短路事故和短路電流流經芯線時，金屬屏蔽不接地端也可能出現很高的工頻感應電壓。當電纜外護層不能承受這種過電壓的作用而損壞時，就會造成金屬護層的多點接地。因此這種方式宜用于線路距離較短，金屬護層上任一非接地處的正常感應電壓較小時。
3.一端接地，另一端采用護套保護器接地的方式 為防止金屬屏蔽一端接地時開路端的過電壓擊穿外護套，開路端裝設護層保護器是限制護層過電壓的有效措施。保護器在正常運行條件下呈現較高的電阻。當護套出現沖擊過電壓時，保護器呈現較小的電阻，這時，作用在金屬護層上的電壓就是保護器的殘壓。
四、結論和建議
1.在大城市和經濟發達城市，負荷密度高，10KV三芯240mm2XLPE絕緣電纜達不到供電容量要求時，宜使用300、400、500mm2及以上單芯電纜，以提高供電容量。單芯電纜的金屬屏蔽層應采用疏繞銅線結構，其截面按安裝系統不同點兩相短路電流值確定，大連為35 mm2 銅導體。使用單芯電纜，可以使線路的接頭數量大幅度減少，并變三相接頭為單相接頭，使接頭密封更簡單可靠。
2.從降低金屬屏蔽感應電壓或降低環流考慮，單芯電纜宜采用外護套緊貼的正三角形排列，對導體截面240 mm2 —300 mm2 XLPE絕緣電纜宜間隔1M用非磁性帶材扎緊，對400 mm2 及以上截面，可適當放大扎緊間隔，但扎帶厚度或寬度宜加強。緊貼正三角形排列方式，更適合在電纜溝或隧道支架上布置電纜。
3.從消除環流損耗，不降低電纜的載流量考慮，應提倡電纜金屬屏蔽層一端接地方式。
4.采用金屬屏蔽層一端接地方式，非接地端計算和實測感應電壓應不超過50V；大于50V的宜安裝護套保護器。
5.直埋敷設，特別是地下水位高的地方，宜用PE外護套或其它彈性體（氯丁膠、氯磺華聚乙烯或類似聚合物為基的）護套混合料，代號（SE）。
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