楊 彬

電纜地溝建設(shè)中電氣技術(shù)難點的探討

楊 彬①

(新疆焦煤集團(tuán)1930煤礦)

討論了在電纜地溝內(nèi)共同敷設(shè)煤礦電力電纜及通訊電纜時的電磁干擾問題。從電纜布置入手加強屏蔽措施,根據(jù)電力事故災(zāi)害的性質(zhì),提出了可靠的人員安全防護(hù)措施、高壓閃絡(luò)及爆裂的防護(hù)對策和漏電保護(hù)的改善措施,從而提高了電力電纜和通訊電纜的利用率。

共同敷設(shè);電磁干擾;電力事故;防護(hù)對策;措施

隨著社會的發(fā)展,煤礦采煤機械化工藝的提高,用電量也在不斷增加,從礦區(qū)變電所到礦井地面配電室鋪設(shè)的電力電纜和通訊電纜越來越多,為了美化礦井環(huán)境,便于管理,將礦區(qū)變電所至礦井地面配電室的電力電纜和通訊電纜由地面轉(zhuǎn)為地下鋪設(shè),即形成電纜地溝。

由于在電纜地溝敷設(shè)電力電纜與通訊電纜過程中,還存在一些技術(shù)難點,需要作深入的研究和探討。本文主要討論電力電纜與通信電纜在共同敷設(shè)時的相互干擾問題以及電力事故災(zāi)害的防護(hù)對策及改善措施。

1 電力與通信纜線的相互干擾問題

由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,目前作為信息傳輸載體的介質(zhì),已越來越多地采用了光纜,而材料的革命,徹底解決了兩者的共同問題,即信息管線介質(zhì)為光纜時,兩者間的相互干擾問題可以忽略不計,無需采取特殊的技術(shù)措施,就可以共同鋪設(shè)?？傮w而言,以光纜作為信息傳輸?shù)奈镔|(zhì)載體,已成為21世紀(jì)信息革命的趨勢和潮流,但完全普及還需時日。

現(xiàn)在煤礦用的通信電纜大多為同軸電纜,若采用同軸電纜作為信息傳輸?shù)奈镔|(zhì)載體時,可以通過以下的技術(shù)方案,來消除電力電纜與通信電纜間的電磁干擾問題。

在電纜地溝內(nèi)敷設(shè)的電力電纜和通訊電纜中,通信線路最易遭受電磁干擾,因為一方面通信屬于弱電信號系統(tǒng),對雜散信號的限制較為嚴(yán)格,另一方面電力電纜與通信電纜往往需長距離的并行,會累積電磁感應(yīng)電壓。因此,首先必須解決電力系統(tǒng)對通信系統(tǒng)的干擾問題。

電磁干擾來自于磁場的縱向感應(yīng)電壓,此電壓與負(fù)載電流、互感阻抗、不平衡率、電力電纜屏蔽系數(shù)、通信電纜屏蔽系數(shù)及背景磁場屏蔽等成正比,每項的減少都會使磁場的縱向感應(yīng)電壓減少,其中負(fù)載電流及不平衡率決定于用電狀況。本研究已考慮其最大值,無法通過電纜地溝的規(guī)劃改善,其余各項可通過電纜布置及加強屏蔽等措施加以改善,說明如下：

1.1 電纜布置策略

電纜布置影響各電纜相互的空間關(guān)系,這種空間關(guān)系將影響互感阻抗,互感阻抗有零序互感阻抗和正序互感阻抗。若距離變大,則零序互感阻抗變小,有助于減少干擾;正序互感阻抗取決于各相電力電纜與被干擾線路距離的比值,此比值愈接近于1,即被干擾線路與每相電力電纜愈等距離,則干擾愈小,若完全等距離(比值為1),則無正(負(fù))序互感阻抗。因此,“最大距離”與“等距離”是電纜布置的兩大原則,其措施如下：

1)電力電纜與弱電(60 V以下)系統(tǒng)的線路(特別是通信線路)應(yīng)盡可能維持最大距離。

2)同回路的各條電力電纜線應(yīng)緊靠配置。

3)三相電纜采用正三角形配置。

4)同回路所有帶電電纜纏繞或完全換位。

5)盡可能采用多芯電力電纜,將同回路所有相導(dǎo)體、中性導(dǎo)體及接地線容納在同一條電纜內(nèi)。

以上1、2兩項是基本措施,是必須要實施的項目,3～5項當(dāng)有必要時擇一實施,即當(dāng)通信電纜與電力電纜長距離平行,且平行長度超過一定值時才有必要實施,對于非多重系統(tǒng)接地的電力電纜(一般低壓、10 k V及35 k V),只要實施3～5中的一項,可完全免除干擾問題。

1.2 加強屏蔽措施

增設(shè)各種導(dǎo)體,可改善磁場屏蔽效果,其原理主要是產(chǎn)生感應(yīng)電流磁場以抵消部分干擾源磁場。

通常情況是增設(shè)三相屏蔽導(dǎo)體,屏蔽導(dǎo)體互連且多重接地,此時磁場感應(yīng)屏蔽作用相當(dāng)顯著。理論和實踐證明,在三相電力系統(tǒng)中增加互連且多重接地的屏蔽導(dǎo)體來改善磁場屏蔽效果的措施是可行的,這可從干擾者(電力電纜),被干擾者(通信電纜)及背景環(huán)境(電纜地溝結(jié)構(gòu))三方面來實施：

1)電力電纜加強屏蔽的措施。

a)屏蔽層或中性導(dǎo)體直接并聯(lián)導(dǎo)體,且互連多重接地。

b)使用導(dǎo)體材料(金屬材料)做電流架或電纜槽,此金屬架(槽)必須在縱方向電性連接良好且實施多重接地。

2)通信電纜加強屏蔽的措施。

a)增加專用屏蔽導(dǎo)線,此導(dǎo)線應(yīng)多重接地。

b)使用導(dǎo)體材料(金屬材料)做電流架或電纜槽,此金屬架(槽)必須在縱方向電性連接良好且實施多重接地。

3)電纜地溝結(jié)構(gòu)屏蔽措施。

a)溝體結(jié)構(gòu)鋼筋做良好的電性連接,使用焊接或熔接技術(shù),連接溝體鋼筋。尤其在縱方向的主鋼筋應(yīng)實施此種連接。

b)預(yù)埋接地導(dǎo)線,可使用裸銅線埋設(shè)于溝體底部,一方面做屏蔽導(dǎo)體,另一方面提供各種接地連接,效果尤為顯著。

以上各項措施配合現(xiàn)場需要實施,基本上管道長度超過干擾安全長度時,才有必要擇一實施;只有溝體結(jié)構(gòu)的屏蔽措施,只要有22 k V以上的高壓電纜時,必須實施。

2 電力事故災(zāi)害的防護(hù)對策及改善措施

電纜地溝內(nèi)的電力事故,主要是指接地故障造成的人員及其他管線傷害的問題,至于電纜縱向感應(yīng)電壓所造成的端末設(shè)備障礙問題,因其安全長度大于干擾安全長度,故在解決干擾問題時,即可同時解決本問題,且電纜接地措施可免除縱向感應(yīng)電壓對人員的接觸電壓傷害,故電力事故災(zāi)害的防護(hù)措施應(yīng)以防范接地故障相關(guān)問題為重點,主要包括：

1)人員安全的防護(hù)。

2)高壓閃絡(luò)及爆裂的防護(hù)。

3)漏電的防護(hù)。

針對這些問題的防護(hù)策略及措施說明如下：

2.1 人員安全的防護(hù)措施

對人員安全的威脅主要來自“接觸電壓”和“跨步電壓”,這兩種電壓皆因較大的地電流導(dǎo)致共同溝內(nèi)各處均可能有電位差的存在,一旦此電位差出現(xiàn)在人員手足之間則可能造成接觸電壓傷害;而若出現(xiàn)在雙足之間,則可能造成跨步電壓的傷害。防止此事故發(fā)生可由減少地電流、消除電位差及加強絕緣三方面進(jìn)行,前者是通過各種“地電流的疏導(dǎo)措施”減少接地故障電流流入溝內(nèi)結(jié)構(gòu)物,消除電位差的做法是使人員與接觸物之間加強絕緣阻抗以阻止電流流入人體造成傷害,具體說明如下：

1)接地故障電流疏導(dǎo)措施。接地故障電流必須流回電源端(配電室內(nèi)),此流回的路徑(回路)若經(jīng)過地中或地面,則人員亦受傷害。因此,若能減少流入地中的電流量,則可增進(jìn)人員的安全,其措施是加強電力電纜對接地故障電流分流的能力,通過各種導(dǎo)體與電纜中性導(dǎo)體、屏蔽導(dǎo)體鎧裝導(dǎo)體管的并聯(lián),即可加強分流能力,而消除電磁干擾中的加強屏蔽措施正合乎此項要求,即可同時減少干擾并增進(jìn)安全。

2)同電位措施。

a)工作場所做妥善接地配置。在人員施工時有可能出現(xiàn)高電位差的地方增設(shè)接地網(wǎng)(或鋪金屬板),并將此接地網(wǎng)或金屬板與高壓電纜屏蔽導(dǎo)體、中性導(dǎo)體、管溝墻壁鋼筋、通信光纜屏蔽導(dǎo)體及其他各種金屬管線的接地導(dǎo)體互連,形成同電位,人員工作場所的接地電阻也盡量降低。

b)人員穿導(dǎo)電衣褲、手套及鞋。施工人員穿著互連性好的導(dǎo)電衣褲及手套和導(dǎo)電鞋,則可維持身體各部位同電位,當(dāng)接地故障發(fā)生時,電流流過導(dǎo)電衣褲形成的回路,不經(jīng)過人體可確保人身安全,但此項措施不能影響施工。

3)加強絕緣措施。在可能出現(xiàn)高電位差的位置通過加強絕緣,可使流入人體的電流減少,而增強人員的耐壓能力,其措施如下：

a)工作場所加強絕緣措施。在高危險場所鋪設(shè)絕緣材料(例如塑膠地板)可大量增加接觸電阻而提高人員對接觸電壓和跨步電壓的耐受度。

b)穿絕緣鞋及戴絕緣手套措施,亦可增加接觸電阻,提高接觸電壓和跨步電壓的耐受度,通常只要穿絕緣鞋和戴絕緣手套,即可確保人員安全。

2.2 高壓閃絡(luò)及爆裂的防護(hù)對策

高壓電纜絕緣破壞時,造成接地故障,有大電流及高壓存在,高壓可能會對鄰近其它管線產(chǎn)生閃絡(luò)(Flash over)并可能產(chǎn)生高熱而出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象,可能破壞鄰近管線?？砂聪铝写胧┍苊饣驕p少破壞：

1)與高壓電纜拉大距離。

2)用防爆隔板隔開高壓電纜與其他管線。

3)高壓電纜使用專用管線槽。

4)采用分室配置,將高壓電纜與其他管線隔開。

5)上列措施基本上是針對35 kV以上的電纜提出,但較安全的評估原則是10 k V以上的高壓即應(yīng)考慮擇一實施。

2.3 漏電保護(hù)

漏電現(xiàn)象基本上是一種高阻抗接地故障,因電流不大,不易由電力系統(tǒng)的斷路器切離,故往往使漏電持續(xù)存在而不知,一旦人員碰觸即造成傷害,防范漏電傷害應(yīng)由下列幾項措施來加以彌補：

1)警示標(biāo)志措施。在有高壓電纜的場所應(yīng)明確標(biāo)示其位置及各種注意事項和安全措施。

2)安裝漏電檢測保護(hù)裝置和報警器。在變電硐室內(nèi)或高壓配電室內(nèi)裝設(shè)漏電探測器和報警器,一旦有漏電即可進(jìn)行處理。

3)加強維護(hù)檢查。交接班時的漏電檢測,接地檢查及環(huán)境維護(hù)工作,如積水排除、煤塵清掃、防止鼠類進(jìn)入變電硐室、高壓配電室和電纜地溝內(nèi)等皆可進(jìn)一步加強漏電保護(hù)。

3 結(jié)束語

本文對電纜地溝內(nèi)敷設(shè)電力電纜和通信電纜這一難題做了探討,提出了相應(yīng)的解決措施,并對電纜地溝內(nèi)電力事故的防災(zāi)問題提出了相應(yīng)的處理措施。希望能對國內(nèi)煤礦行業(yè)在電纜地溝內(nèi)敷設(shè)電力電纜和通信電纜時提供借鑒。

[1] 李勝祥,陳宗軍.電力電纜故障探測技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社,1999：77-80.

[2] 吳 強.技術(shù)與事故處理[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001：92-93.

[3] 蔡元宇.電路與磁路[M].北京：高等教育出版社,2002：131-136.

Discussion on Electrical Technology Difficulty in Cable Trench Construction

Yang Bin

Mainly discusses the electromagnetic interference when common placing on power cable and the communication electric cable together of the coal mine in cable trench,from the electric cable arrangement,strengthens the shield measure,according to the electric power accident disaster characteristic puts forward the reliable personal security protective measure,high-voltage flashover and burst protection measures and leakage protection improvement measure,thus enhances utilization the power cable and the communication electric cable.

Common placing;Electromagnetic interference;Electric power accident;Protective counter measures;Measure

TD612

B

1672-0652(2010)02-0051-03

楊 彬 男 1979年出生 2003年畢業(yè)于新疆工業(yè)高等?？茖W(xué)校 助理工程師 烏魯木齊 830025

2009-12-22