高压电缆钢铠及金属屏蔽层接地问题浅析

王旭升 温克波

（山东省黄金电力公司，山东莱州 261441）

高压电缆钢铠及金属屏蔽层接地问题浅析

王旭升 温克波

（山东省黄金电力公司，山东莱州 261441）

在某矿山供电系统中，发生了一起35kV出线电缆故障导致开关速断保护跳闸的故障。技术人员对电缆线路进行故障点查找，发现B、C相各有一根电缆故障接地，故障点在电缆线路和架空线路连接处铁塔下10m以内。工作人员对故障电缆进行解除，对电缆故障点进行人工开挖，发现B、C相各一根电缆发生绝缘层击穿现象，外护套小面积烧伤导致A相一根电缆外护套及铠装层损伤。联系设计院及厂方技术人员，对故障点进行做电缆中间头处理。结合此次电缆故障，笔者对35kV高压单芯电缆的铜屏蔽及铠装接地问题进行简单的技术分析。

高压电缆 金属屏蔽 接地问题

高压电力电缆的铜屏蔽和钢铠一般都需要接地，两端接地和一端接地有什么区别？制作电缆终端头时，钢铠和铜屏蔽层能否焊接在一块？制作电缆中间头时，钢铠和铜屏蔽层能否焊接在一块？

为什么金属屏蔽层非得要接地呢？电力安全规程规定：35kV及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式，这是因为这些电缆大多数是三芯电缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在钢铠或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在钢铠或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过钢铠或金属屏蔽层。但是当电压超过35kV时，大多数采用单芯电缆，单芯电缆在通电运行时，在屏蔽层会形成感应电压，如果两端的屏蔽同时接地，在屏蔽层与大地之间形成回路，会产生感应电流，这样电缆屏蔽层会发热，损耗大量的电能。如果铜屏蔽及钢铠不接地，使电缆芯线-交联聚乙烯-金属屏蔽层之间的电容C1与金属屏蔽层-电缆外皮-大地间的电容C2形成了串联回路，相当于构成了一个电压分压器，如图1所示。

电缆芯线导体上的电压为系统运行电压，即U1=35/√3 kV，因此铜屏蔽对地电压为：

U2=U1×C1/（C1+C2）

如果金属屏蔽层上的对地电压超过其对地绝缘承受能力，就会发生击穿放电现象，一旦放电金属屏蔽层通过电弧通道接地，铜屏蔽上的电荷得到释放，因而电压立刻降低，电弧熄灭，电容C2又重新充电，直到电压达到绝缘的击穿电压再次放电，这样周而复始发生间歇性电弧放电现象。

感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。

图1　等效电路图

此时，如果仍将钢铠或金属屏蔽层两端三相互联接地，则钢铠或金属屏蔽层将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%--95%，形成损耗，使钢铠或金属屏蔽层发热，这不仅浪费了大量电能，而且降低了电缆的载流量，并加速了电缆绝缘老化，因此单芯电缆不应两端接地。然而，当钢铠或金属屏蔽层有一端不接地后，接着带来了下列问题：当雷电流或过电压波沿线芯流动时，电缆钢铠或金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压；在系统发生短路时，短路电流流经线芯时，电缆钢铠或金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压，在电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时，将导致出现多点接地，形成环流。甚至由于发热导致电缆主绝缘被击穿，造成电缆接地的事故。因此，在采用一端互联接地时，必须采取措施限制护层上的过电压，安装时应根据线路的不同情况，按照经济合理的原则在钢铠或金属屏蔽层的一定位置采用特殊的连接和接地方式，并同时装设护层保护器，以防止电缆护层绝缘被击穿。

高压单芯电缆线路安装时，应该按照GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求采取特殊的接地方式。 一般应按照具体线路选择不同的接地方式，常用的方式有：

（1）金属屏蔽层一端直接接地，另一端通过护层保护器接地；

（2）金属屏蔽层中点直接接地，两端通过护层保护器接地；

（3）金属屏蔽层一端直接接地，电缆中间护层交叉互联接地，另一端通过护层保护器接地；

（4）金属屏蔽层一端直接接地，若干个护层交叉互联接地，金属屏蔽层中点直接接地，若干个护层交叉互联接地，另一端金属屏蔽层直接接地；

（5）金属屏蔽层两端直接接地（仅适用于短电缆和小负载电缆）。

GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求，单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，金属护套任一点的感应电压不应超过50-100V（未采取不能任意接触金属护套的安全措施时不大于50V；如采取了有效措施时，不得大于100V），并应对地绝缘。如果大于此规定电压时，应采取金属护套分段绝缘或绝缘后连接成交叉互联的接线。为了减小单芯电缆线路对邻近辅助电缆及通信电缆的感应电压，应尽量采用交叉互联接线。对于电缆长度不长的情况下，可采用单点接地的方式。为保护电缆护层绝缘，在不接地的一端应加装护层保护器。

本次故障电缆采用的接地方式为一端直接接地，另一端加保护器接地。

在电缆的电缆头制作时，将钢铠和铜屏蔽层分开焊接接地，是为了便于检测电缆内护层的好坏，在检测电缆护层时，钢铠与铜屏蔽间通上电压，如果能承受一定的电压就证明内护层是完好无损。如果没有这方面的要求，用不着检测电缆内护层，也可以将钢铠与铜屏蔽层连在一起接地（提倡分开引出后接地）。