地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱的研究与应用

杨亨++张瀚+++陈凌宇++林瀚

摘 要：当前我国电力系统不断发展和完善，并要求对于电缆的运行质量把控，并慢慢质量的控制要求越来越高，当前普遍问题是电缆运行中，易产生冲击过电压影响，或是工频感应过电压，对于电缆外护层绝缘部分要求，构成巨大的安全威胁，从而出现保护层出现接地故障问题，这很不利于电缆的长寿命运行保护。所以我们需要研发制造电缆护层保护装置，研究出对其感应或是故障过电压问题，进行有效的安全控制，本文针对地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱的研究进行探讨分析，结合其用途需要、技术原理控制、技术关键点控制及创新点意义进行分析。

关键词：地埋式防水电缆护层；交叉互联；保护接地箱

中图分类号：TM247 文献标识码：A

1.项目背景

随着我国电网的不断发展和城镇化水平的不断提升，在电网建设过程中地下电缆正在逐步取代架空输电线路，随着城市化进程的推进，电缆总长度将会年年增加，如何提高电缆线路供电可靠性和保证供电系统安全稳定运行，并减少停电带来的损失和人力物力成，成为电缆线路运维管理的一个重要课题。

我国目前使用的35kV大截面电力电缆和66kV、110kV及以上电压等级的电力电缆均为为单芯电缆，电缆金属护层一端三相互联并连接地面，另一端不接地面，使用过程中当雷电波或内部通过电压沿电缆线芯流动时，电缆金属护层不接地端就会出现较高的冲击过电压这种现象，或者当系统短路事故发生时电流流经电缆线芯，其护层不接地端也会出现很高的工频感应过电压现象。以上情况电压可能直接穿过电缆外护层绝缘设备，造成电缆金属护层多点接地故障发生，从而严重影响电力电缆正常运行甚至大幅减少电缆使用寿命问题。因此参照我国现使用电力行业标准DL/T401-2002《高压电力电缆选用导则》的规定须采用电缆护层保护器以更好地限制电力电缆金属护层上的感应电压和故障过电压产生。

在目前我国使用的单芯电缆构成的交流传输系统中，电力电缆的金属屏蔽层必须要接地。当单芯电力电缆较远距离施工过程中，需将电缆线路分多段施工，金属屏蔽层相互交叉互联进行，同时再将三相电缆金属屏蔽层连续地进行换位，实现排列对称的三相电缆金属屏蔽层电位向量和为零。交叉互联接地箱就是解决上述问题的一种有效接地保护方法。

电缆护层交叉互联保护接地箱是一种电缆护层接地装置，其最重要目的是为了对电缆金属护层易出现的感应电压、故障过电压影响进行有效的控制，降低护层中环流的出现问题。电缆金属护层的两端分为保护接地和直接接地，但电缆线路相对较长时，需将电缆护层分3段相互绝缘施工，再经过交叉互联后经过保护装置后进行有效接地施工。

目前，输电电缆护层交叉互联保护接地箱安装方式主要有两种，第一种是在中间接头井附近地面上独立设置安装接地箱，将电缆中间接头的接地线引到接地箱中进行接线，并在接地箱外面安装保护壳和保护栏。此种安装方式可以防水防潮，便于運维人员随时打开接地箱进行作业操作，但由于电缆多埋设于市镇街道两旁，接地箱加上保护栏之后外形较大且安装于地面上，容易因遮挡到门面遭到附近商户或住宅的居民群众的反对和阻挠。（如图1所示）第二种是当中间接头井附近地面上无法找到合适的位置独立安装接地箱（或受外来因素阻挠）时，则须将接地箱安装于中间接头井内。但由于目前尚无防水密封性能较好的接地箱，大部分安装于井内的接地箱在运行一段时候后都会不同程度地进水受潮，致使箱内的接地线及其他金属件锈蚀、发热甚至脆断；而且由于安装于中间井内，当需要打开接地箱进行作业操作时，均需要先打开中间井的盖板，井盖笨重不易打开，往往需要耗费一定的人力精力，拖延作业时间。

2.项目研究内容

对此，经过研究设计，各取现有两种安装方法的优点，研制一种结构简单、密封性好的地埋式防水接地箱，通过在电缆中间接头井旁边另外开挖修筑一个“小井”，并将新型防水接地箱以埋地的方式独立安装于“小井”内，将三相接地线及总接地线引到该“小井”内接入防水接地箱。由于接地箱仍是安装于地面下，且“小井”盖板远远小于原中间接头井的盖板（尺寸与普通工作井或10kV电缆井相似），便可达到既不影响市容街道美观，又方便电缆运维人员随时可以打开接地箱进行作业操作，同时还可以有效防止接地箱遭受偷盗或人为损坏的有效措施。在当前，研发制造新型地埋式防水电缆保护层交叉互联保护接地箱装置，接地箱主要包括箱体、防水套、应力支撑架，内部装有连接铜排、铜端子等。接地箱箱体及连接螺栓全部采用不锈钢材料，耐腐蚀性能优良；箱内连接材料均选用导电性能极好的紫铜材料，表面层均镀锡，导电性能大大提高数倍；进线口密封圈采用一次成型三元乙丙橡胶和不锈钢整体车铣，确保密封性。

新研制的接地箱体积小、重量轻、质量好、防水（防水等级IP68）、防污秽、耐腐蚀、免维护、安装方便，能有效解决电缆护层接地箱长期存在的诸如凝露、进潮、进水造成接地箱失效等问题，有效提高电力电缆线路供电可靠性。

3.项目技术关键点及创新点

3.1 技术关键点

（1）新型防水接地箱的箱盖及进线口的防水、防污性能处理。

（2）接地箱内部铜排、铜端子等电气连接件的导电性能处理。

（3）结合周围地理环境情况，进行“小井”的开挖修筑和接地线的引出和接入。

3.2 技术创新点

（1）独创性采用“涡轮叶片式”橡胶垫圈 + 一体化车铣不锈钢螺帽的新型密封圈，橡胶垫圈采用进口的一次成型三元乙丙橡胶，耐候、耐热、耐油、耐老化等性能优异，确保进线口的密封性；接地箱箱体及连接螺栓全部采用不锈钢材料，耐腐蚀性能优良，板材厚度均在2.0mm以上，能够承受较大的机械应力，确保箱盖可靠密封。

（2）箱内连接使用的材料均选用导电性能极好的紫铜材料，链接箱内表面层均使用镀锡，导电性能大大提高数倍安全；上下排接线端子及每相铜排之间间距合理，确保了绝缘性能。经试验，铜排连接点的接触电阻值不超过40μΩ，铜排与外壳的绝缘电阻值不低于20MΩ。endprint

（3）创新性地在电缆中间接头井旁边另外开挖修筑一个“小井”，并将新型防水接地箱以埋地的方式独立安装于“小井”内，将三相接地线及总接地线引到该“小井”内接入防水接地箱，解决了电缆接地箱现有两种安装方式的优缺点之间的矛盾。

我们研制该地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱，就其原本具有一定的高防水性、久抗腐蚀性，从而大大地降低了对环境的影响，更方便地下井里施工使用；这种新型技术对我们研发的电缆护层可持续发展前景，耐久性能使用，做了很好的铺设；与此同时也给后期施工维护，工作量大大减少数倍；大大增加了使用年限，降低了成本开支。

4.接地箱结构及主要技术参数

4.1 接地箱结构

新研制的地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱包括密封箱、绝缘板和3个电缆护层保护器，绝缘板固定在箱体内，其上固定有铜接地排和与电力电缆各相相对应的3个大夹线座和3个小夹线座；3个电缆护层保护器的下端接铜接地排，上端分别与3个小夹线座连接；3个大夹线座和3个小夹线座分别经3根同轴电缆的外导体和内导体与电力电缆接头两侧的对应电缆护层连接，3个大夹线座还通过3个交叉连接板与3个小夹线座交叉换位连接，该地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱结构设施最主要由固定脚板设备、护层保护器装置、接地端头设备、地网电线设备、外导体夹座螺栓设备、进线端口装置、端口密封套装备、同轴电缆设备以及内导体夹座螺母配套组合成。

我们研制的硅橡胶氧化锌电阻片保护器装置，在地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱内发挥了很好的自其调节作用，主要体现在其处于稳定运作状态下，电阻片的电阻会慢慢增加；反之当其处于电压波侵入运作状态时，电阻片的电阻会慢慢降低；正由于保护器两端的电压值，一直处于被控制的工作状态；因此无论是多大的电流，运作电压值都会被受到控制保护，从而实现对电缆金属护层的保护，最终避免了电压变化产生的影响。

地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱，具有接地作用、防止松脱措施、有效牢固装置等有效接地措施，地埋式防水电缆护层交叉互联保护接地箱，使用材料均采用我们标准304不锈钢，材质厚度达3mm厚，我们箱体、我们箱盖之间，均利用高防腐蚀性能的多重的防水密封筋发泡橡胶进行极高密封处理；与此同时我们使用厚12mm不锈钢螺栓有效紧固，不锈钢件与钢件之间的间距控制在70mm以内。我们设备在进线端口中设置了橡胶垫高密封套和专制的不锈钢航空接头配件等做了一系列的防潮、防水措施，在地下掩埋实现了更好的保护。

（1）独创性采用“涡轮叶片式”橡胶垫圈 + 一体化车铣不锈钢螺帽的新型密封圈，橡胶垫圈采用进口的一次成型三元乙丙橡胶，耐候、耐热、耐油、耐老化等性能优异，确保进线口的密封性；接地箱箱体及连接螺栓全部采用不锈钢材料，耐腐蚀性能优良，板材厚度均在2.0mm以上，能够承受较大的机械应力，确保箱盖可靠密封。

（2）箱内连接使用的材料均选用导电性能极高的紫铜材料，箱内连接表面材料全部高镀锡，导电性能大大提高数倍；上下排接线端子及每相铜排之间间距合理，确保了绝缘性能。经试验，铜排连接点的接触电阻值不超过40μΩ，铜排与外壳的绝缘电阻值不低于20MΩ。

4.2 主要技术参数（表1）

參考文献

[1]邱昊，郑志源.高压单芯电缆交叉互联接地方式优化研究[J].电线电缆，2014 （3）：33-37.

[2]于平澜.电缆金属护套感应电压及保护接地的研究[J].哈尔滨理工大学，2013（3）：26-32.

[3]张春旭，李明，刘民，等.外护套环流及接地不良对电力电缆的影响分析[J].山东电力技术，2009（2）：6-9 .

[4]朱启林.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].北京：机械工业出版社，2008（2）：15-38.endprint