10KV单相电力电缆屏蔽层的感应电压和环流

王媛

【摘 要】10kV单芯电缆两端接地感应电压与环流导致电缆故障问题，是配电电缆工作者多年困惑的问题。分析10kV电缆故障，直接原因是金属屏蔽层接地方式选择不当，根本原因是设计规范中没有具体对这些问题做出明确的指引和规定。

【关键词】单芯电缆；环流；接地方式；感应电压

引言

分析了10kV单相电力电缆因金属屏蔽层中环流引起的故障。给出了几种常见敷设方式下单相电缆金属屏蔽层感应电压的幅值计算公式，计算结果与实测值较为吻合。提出了电缆安全运行的建议。

一、故障与事故

10kV乙线过流I段跳闸，经检测东湖站10kV乙线电缆有故障，A、B相对地绝缘电阻为零。找到故障点后，没有发现被外力破坏的痕迹，排除中间接头放电和外力破坏引起故障原因。该段电缆属直埋敷设，甲线与乙线均采用单芯电缆，6条电缆水平排列，间距很小且没有相间隔板。乙线A相烧损严重，线芯外露、B线烧损较严重，从挖开的电缆沟来看，电缆沟沙很黑很臭，上面还有两条排污管，现场还看到排污管还有滴漏现象，且电缆沟没有采取防渗措施，使电缆长期受到污水侵蚀。乙变电所变压器出口电缆出现异常，两根电缆带电运行不足两天即出现主变端屏蔽层接地软铜辫接地处过热冒烟。当时金属屏蔽层两端接地，每根负荷～200A，改为单端接地后再投入运行，发热现象消失。

二、故障原因分析

事故中电缆金属屏蔽层虽已改为单端接地，但仍将其判断为金属屏蔽层中的环流所致：①事故发生处有尖锐的焊渣使电缆外护套绝缘受损，造成屏蔽层多点接地，并为红外测温异常所证实，环流经接触电阻造成高温；②18根电缆（其中5根为新换）按预试规程进行金属屏蔽层10kV直流耐压试验，两根没通过。

（一）乙线其中一相电缆应该存在一个“隐患点”

该点可能是制作过程中存在的一个气泡或一个小孔，也有可能是运输、施工等过程中造成的一点损伤（由于电缆毁坏严重，已无法判断），导致电缆绝缘层受潮，电缆绝缘性能降低，长期受污水渗入电缆里面导致电缆放电。随着该点电缆放电时间增加，最后把最近的乙线另一相电缆也放电击伤，导致相间短路接地，引起线路跳闸。

（二）该电缆金属屏蔽层采用两端接地方式的原因

屏蔽层上长期存在较大的工频感应电压，三相水平排列，使感应电压进一步增大。出现较大环流，所产生的热损耗加速电缆主绝缘电—热老化。在电缆绝缘的薄弱点出现放电，最终导致相间短路。

（三）金属屏蔽层双端接地的环流在软铜辫接地处因接触电阻较大发热。

用红外热像仪对甲、乙两座变电所的电缆进行红外测温，甲变电所电缆（双端接地）有一根金属屏蔽层接地辫处温度高达110℃，金属屏蔽层改为单端接地运行后温升消失；乙变电所电缆（烧坏的电缆已更换，金属屏蔽层全部为单端接地）有3根温度异常，高出其它电缆15K，将温度异常的电缆与支架角铁之间用一层绝缘垫隔开投运后温度正常。

三、改进措施分析

乙线故障修复后，现在仍采用金属屏蔽层两端接地，金属屏蔽层仍然有环流，对电缆绝缘来说，隐患仍然存在。为了降低电缆金属屏蔽层感应电压，进而降低环流对电缆绝缘的损害。应采取以下措施：

（一）选用电缆时不光要考虑外护套的绝缘强度

还应考虑外护套的机械强度，在费用增加不多时可选用防水或其它外护套质量更好的电缆。另外，将电缆穿入塑料管直埋于地下比用角铁支撑更加有利于保护护套绝缘。

（二）金属屏蔽层一端接地

金属屏蔽层采用一端接地时，如也采用三相品字形排列，正常运行时另一端工频感应电压三相均为96.2V，满足设计规范中采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时小于300V的要求。一端接地没有构成回路，可以消除环流，有利于提高电缆的传输容量不会造成电缆附加的热损耗，有利于绝缘。

（三）交接验收时金属屏蔽层要进行直流耐压试验

GB20217-1994《电力工程电缆设计规范》没有明确规定这一点，而GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》则有明确的要求。由于电缆在施放过程中护套绝缘很容易受伤，如不进行直流耐压试验，单相电缆很可能会留下金属屏蔽层多点直接接地的事故隐患。电缆金属屏蔽层接地方式中300V与50V的规定，用于配电电缆与输电电缆时按规程规定标准是一样。但实际中发现，用此标准套用配电网络10kV单芯电缆两端接地时，经常出现感应电压较高、环流太大导致出现电缆故障。电力企业配电电缆与输电电缆也是分开设计的。对《电力工程电缆设计规范》建议：对配电电缆与输电电缆金属屏蔽层接地方式与工频感应电压做出不同的规定；对环流数值做出规定。

（四）电缆采用品字形排列

前面计算可知，水平排列正常运行时工频感应电压最大值出现在边相为140.58V；三相品字形排列正常运行时工频感应电压三相均为96.2V。采用品字形排列有利于降低正常运行时工频感应电压和环流。如果未采取能有效防止人员任意接触金属的安全措施，96.2V大于50V，不符合要则不能采用一端接地方式。为防止短路时另一端出现的工频过电压，以及防止另一端的冲击过电压。当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时，就会造成金属护层的多点接地，因此另一端必须通过保护器接地。当考虑减小接地短路的工频感应电压值或减小对通信干扰等问题时，需同步敷设事故回流线。

（五）金属屏蔽层中点接地

在施工工艺、现场敷设条件允许的情况下。较长的单相电缆应尽量采用正三角形排列，且电缆间距离要尽量小。同样条件下，紧贴的一字排列与紧贴的三角排列相比，边相感应电压增大70%以上。三相品字形排列，一端接地，正常运行时另一端工频感应电压三相均为96.2V，如果未采取安全措施，96.2V大于50V，不满足要求，可采用中点接地。这种接地方式相当于两个一端接地方式串联。接地点两端金属屏蔽层正常运行时工频感应电压最大为96.2V的一半。即48.1V，满足50V的要求。

四、结语

10kV单芯电缆两端接地感应电压与环流导致电缆故障问题，是配电电缆工作者多年困惑的问题。揭示导致这起事故的直接原因是金属屏蔽层接地方式选择不当，不应选用两端接地，而应根据需要選择一端接地或中点接地。而根本原因是设计规范中没有具体对这些问题做出明确的指引和规定。a.伸长接地体上冲击电流的分布特性与所作用的冲击电流的幅值有关，冲击电流幅值越大，电流分布相对越不均匀。随着土的电阻率增大，冲击电流分布趋于均匀。b.伸长接地体上的电压分布随冲击电流幅值的增加而下降，随土中电阻率的下降而下降，随着接地体长度的增加而下降。

参考文献：

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[2]胡其秀.电力电缆线路手册（设计、施工安装、运行维护）.京：中国水利水电出版社，2005.

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