冲击过电压引起的电缆护层感应电压研究

李 艳

吉林交通职业技术学院，吉林 长春 130012

随着城市现代化的发展，在城区的供电线路多是使用电力电缆来输电网络，尤其是负荷容量的不断增加，单芯电缆在供电网络中也占有很大的比重[1]。在设计和施工单芯电缆时，要重点考虑一个重点问题是电缆金属护层的感应电压，一般情况下，在设计新的电缆线路时可以通过金属护层换位的措施解决金属护层感应电压的问题[2]。因此，必须深入了解电缆护层感应电压产生的原因，以便实际工程应用中采取有效消除护层感应电压的措施。本文将从理论上分析金属护层感应电压产生的原因，并建立电缆不等长时的护层感应电压的数学模型。

1 冲击过电压引起的护层感应电压分析

当电缆的线路受到操作过电压或者雷击电压的冲击后，感应电压会在护套上形成，护层绝缘容易被击穿，因此就要分析造成护层过电压的元婴，以便采取相应的防护措施。

1）多根导线上的行波分析

电缆可以分为金属护套，线芯和大地三导线系统，为此就要分析探讨多根导线上的行波，单根导线的原理对于任意n根平行导线的线路同样有效，这时就要考虑n根导线上的互波阻抗。0、1、2三个数字代表电缆的护套，线芯和大地，线芯和护套可以作为同轴导线，金属护套和大地为另一个同轴导线，金属护套可以作为参考零电位，因为在一般情况下可以忽视金属护套的电阻，电压是高频波，与此同时，金属护套抱住电缆的线芯，所以金属护套可以屏蔽线芯，这里应该注意的是，护套对地电压大体上相等，但是在不接地的护套断连接点上，护套之间的电压几乎是对地电压的一倍左右，在处理除了护套交叉互联的电缆线路外，是不可以使用护套断连又不接地的方式。

2）参数的计算

Z1/ Z2比：Z1代表电缆线芯对金属护套的波阻，它主要受到电缆结构的尺寸，所以他的计算值是相对较为可靠。Z2代表金属护套对大地的波阻，它主要与大点电阻率相关，它的计算只有大地电阻率较小时才能依据电缆的结构尺寸计算Z2。如果电缆周围煤质是不良导体比如在空气中铺设，只能用金属导体作为回路，这时应该计算平行导线Zm代替Z2，Zm的值是40Ω，在计算护套电压的准确度主要由Z2，的值决定。

v1/v2比：当过电压波在线芯和金属护套之间通过，它的波速v1与线芯绝缘体的介电常数ε的平方根成正比，油纸绝缘的ε是3.5，由此还可以算出煤气波速v2受到大地电阻率的影响，并且当过电压波在线芯和金属护套之间进行时，当大地电阻率等于零时，行波才在金属护套的绝缘外户层内传导，也可用金属护套的护层介电常数ε'进行计算，ε'在2～6之间，如果大地是半导体和非导体时，有一些行波是在金属护套的绝缘外护层没传播的，剩余的一部分在大地中传播，大地的接地常数是4～80之间，所以v1/v2的比应在0.75～4.8之内，它可以影响护套过电压的准确度。

衰减系数：行波在线芯和金属护套中传播的衰减会相对比较小，可以不计在内，但是如果在护套和大地之间传播的话它的衰减就会比较大，当计算时，设定波幅油衰减，但是波形不畸变，与实际状况不同，过电压的准确性会受到影响。 从上面可以看到，我们只有在实际测试后，以得到更准确 Z2，V2和衰减系数，这些实测值并不具备通用性只是限制于实测值。

2 电缆线路的改造

可以采用110kV电缆作为列子，以便说明电缆金属护层感应电压，在实际的应用中的影响。在目前的电网运行中，一般城市都采用单台主变容量是5万kVA得110kV的变压器，变电站一般有两个或更多的变压器。因此，本文采用了YJLW03-1x630mm2-64/110kV电压等级的单回路电力电缆作为研究列子，这主要是考虑到了线路故障发生时，一线带两变实施线路输电的情况，在此条件下，电缆的每相负载电流时I = 500A，电缆中心轴间距离是S= 250mm，电缆护层平均直径是D S = 77.8mm，三相回路由三根单芯电缆，线路可以用等边三角形铺设，同时也可以用直线铺设，这些计算可以在平衡负载条件下实施。如果电缆长那么护层感应电压就会很高，如果发生短路事故，感应电压的数值就会有103数量级，因此，可以采用金属护层交叉换位的方法，来铺设长线路电缆，进而消除电缆金属护层对线路安全和人身安全的影响，保证电网安全的运行。110kV电缆敷设，长度各不相同，即使是正三角形铺设的状态下，在金属护层的两端也会形成一定的电势差。这将在金属护层中形成感应电压造成的环流损耗，直线或者其他形式的铺设都会形成更大的损耗。因此，高压单芯电缆在实施电气设计时，一定要考虑金属护层感应电压的影响，确保线路可靠安全的运行，在改接电缆线路后，此时可以使用连接电感达到增加电缆金属护层感应电压，考虑到上述条件，在改造开发电缆线路后，如果原长度大于第三段长度时可以通过第三段电缆护层上连接电感实施补偿，这样三段电缆的电感几乎相同，三相电压也可以达到平衡，由此可以减小电缆护层中的环流。电缆的造价比电感的造价便宜很多，同时还可以不受到铺设条件的影响。

3 结论

由于电力工业的不断发展，电缆线路的改造也是越来越多，电缆护层过电压的影响得到了业内不少人士的关注，当前要解决的问题是研究过电压，以及怎样减少和降低护层电压的影响。本文分析了电缆金属护层感应电压，提出了在电缆金属护层的末端连接电感进行电压补偿的方法，可有效地减小由于金属护层感应电压不平衡所造成的影响。

[1]王亚兵.变电所进线单芯35kV交联聚乙烯绝缘电缆护层过电压的计算和保护[J].电线电缆，2004，4.

[2]郑晓泉，阎春雨，孙希斌，等.高压XLPE电缆护层绝缘故障及检测技术[J].电线电缆，2004，8.

[3]贾欣，喻明，王瑛，等.三回路单芯电缆护套感应电势的计算[J].高电压技术，2000，10.