陳景濤

(上海艾能電力工程有限公司，上海 200023)

1 概述

電力工程設計中，常常為中壓電纜系統(tǒng)的單相接地電容電流值而感到糾結。有的根據(jù)電纜廠家提供的每相對地電容值利用理論公式計算，有的根據(jù)電壓等級、電纜長度、電纜截面按《設計手冊》的估算公式計算，而其計算結果相差往往比較大。本文提供了單芯電纜、分相鉛(鋁)護套電纜、屏蔽型電纜每相對地電容的估算方法；通過算例分析對比了中壓電纜系統(tǒng)接地電容電流常用估算方法的計算結果。認為由于電纜材料和結構的變化，在具體工程設計中不宜再利用《設計手冊》估算公式來計算中壓電纜系統(tǒng)的接地電容電流值，而應根據(jù)廠家提供的電纜每相對地電容值利用理論公式計算。

2 中性點不接地系統(tǒng)的單相接地電流計算

2.1 理論計算公式

中性點不接地系統(tǒng)的等值電路和相量圖見圖1。在正常運行時，回路各相對地電壓Ua、Ub、Uc是對稱的，其大小為相電壓。如線路經(jīng)完整的換位或為電纜線路，三相對地電容相等，都等于C0。則各相對地電容電流對稱且平衡(大小相等、相位相差120°)，三相電容電流相量和為零，地中沒有電容電流通過，中性點對地電壓Uc＝0。

圖1 中性點不接地系統(tǒng)

當A相接地短路時，故障相對地電壓變?yōu)榱悖行渣c對地電壓值為相電壓，未故障相對地電壓值升高倍變?yōu)榫€電壓，即

在A相接地短路情況下，A相電容被短接，流過短路點的電流是B、C兩相對地電容電流之和，即I·=I·+I·。由和產(chǎn)生的I·和·kbkckbkIck分別超前它們90°，大小比正常運行時各相電容電流增大了倍。由圖 1，I·又較I·或I·kbkck增大了倍。因此，短路點接地電流有效值為：

式中：Ik為短路點接地電流有效值，(A)；Un為額定線電壓，(kV)；Uph為額定相電壓，(kV)；C0為每相對地電容，(μF)；f為額定頻率，(Hz)。

2.2 手冊估算公式

2.2.1 電力系統(tǒng)設計手冊

電纜線路的接地電容電流，按下式估算：

式中：Ic為接地電容電流(A)；Un為線路額定線電壓(kV)；L為線路長度( km)。

由于變電所增加的接地電容電流值，見表1。也就是考慮由變電所設備對地電容而增加的接地電容電流值。

表1 增加的接地電容電流值

2.2.2 電力工程電氣設計手冊

電纜線路的單相接地電容電流Ic，可通過下面的公式求出近似值：

(1) 6 kV電纜線路

(2) 10 kV電纜線路

式中：Ic為單相接地電容電流，(A/ km)；Ue為系統(tǒng)額定電壓，(kV)；S為電纜截面，(mm2)。

另外，為考慮電纜所接設備及配電裝置的對地電容而增加的接地電容電流值，需將求得的電纜接地電容電流值乘以1.25即為全系統(tǒng)總的近似值。

(3)《手冊》P80表3-2

《手冊》P.80表3-2提供了具有金屬保護層的三芯電纜每相對地電容值(μF/ km)，見表2。

表2 具有金屬保護層的三芯電纜每相對地電容值(μF/ km)

2.2.3 上述幾種估算方法的對比

下面，通過1根10 kV 長10 km、XLPE、3′150 mm2電纜，采用上述幾種估算方法計算，并對計算結果進行對比，見表3。

表3 計算結果對比

由表3計算結果顯示，《手冊》估算公式及P.81表3-3的計算結果與理論計算公式相差很大，這是因為《手冊》估算公式年代較久，所依據(jù)的電纜為油浸紙絕緣電纜，其絕緣厚度較厚、且為三相統(tǒng)包金屬護層而非分相絕緣銅帶屏蔽的XLPE電纜。但《手冊》P.80表3-2所推薦的具有金屬護層的3芯電纜每相對地電容值，與目前廠家提供的數(shù)據(jù)比較接近且稍偏大。

3 電力電纜每相電容值估算

順便指出，如果缺乏廠家電纜每相電容值，則可根據(jù)電纜的結構及材料參數(shù)按以下方法估算。

(1)單芯電纜、分相鉛(鋁)護套電纜、屏蔽型電纜的每相對地電容為：

式中：ξ0為真空中的介電系數(shù)，ξ0＝8.86×10-14；ξr為絕緣材料的相對介電系數(shù)。如乙丙橡膠為3.0，丁基橡膠為4.0，聚氯乙烯為8.0，氯乙烯為2.3，交聯(lián)聚乙烯為2.5，天然丁苯橡膠為4.0；G為單芯電纜的幾何因數(shù)。于是可得，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)圓形單芯電纜的每相電容為：

現(xiàn)有中壓系統(tǒng)均采用交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜。其三芯電纜的3根芯線均具有各自的銅帶屏蔽層，且屏蔽層均是接地的。因此，這種結構型式的三芯電纜，其每相電容值可如同單芯電纜一樣計算。

(2)單芯電纜的幾何因數(shù)為：

式中：ri為絕緣外半徑(cm)，不包括絕緣屏蔽；rc為導體半徑(cm)，包括導體屏蔽。

實例表明，與廠家數(shù)據(jù)相比，其計算誤差對單芯電纜在±5%以內(nèi)，對三芯電纜在－10%以內(nèi)。

4 結論

(1) 如果缺乏廠家電纜每相電容值，則可根據(jù)電纜的結構及材料參數(shù)按本文方法估算。

(2)由于電纜絕緣和結構的變化，在今后具體工程設計中不能再利用《設計手冊》估算公式來計算電纜系統(tǒng)的接地電容電流值，而應根據(jù)廠家提供的電纜每相對地電容值利用理論公式計算。否則，接地電容電流值的計算誤差太大。

[1]韋鋼，等．電力系統(tǒng)概論(第二版)(M)．北京：中國電力出版社，2007．

[2]電力工業(yè)部電力規(guī)劃設計總院．電力系統(tǒng)設計手冊(M)．北京：中國電力出版社，2007．

[3]西北電力設計院．電力工程電氣設計手冊(1)(M)．北京：水利電力出版社，1989．

[4]王春江．電線電纜手冊(第1冊)(M)．北京：機械工業(yè)出版社，2010．