王志強(qiáng)　史少偉　郭立秋　趙建宇　李鵬飛

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司原平市供電公司，山西　原平　034100）

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電纜接地故障分析及電纜護(hù)層保護(hù)箱的選用

王志強(qiáng)史少偉郭立秋趙建宇李鵬飛

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司原平市供電公司，山西原平034100）

摘要：在出現(xiàn)電纜接地故障的情況下，電纜維護(hù)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)電壓等級(jí)及電纜敷設(shè)方式進(jìn)行分析，了解電纜保護(hù)層受損程度，并選用最為適用的護(hù)層保護(hù)箱，這樣才能有效解決電纜接地故障。

關(guān)鍵詞：電纜接地；護(hù)層保護(hù)箱；選用

1　電纜接地分析

1.1高壓電纜中間接頭的接地電阻

在電纜正常運(yùn)行的過(guò)程中，其中間接頭經(jīng)保護(hù)器接地，并呈現(xiàn)出高電阻的特征，主要發(fā)揮交叉換位的作用，當(dāng)電纜發(fā)生接地故障時(shí)，保護(hù)器呈現(xiàn)出低電阻的特征，電流通過(guò)保護(hù)器可迅速進(jìn)入大地，達(dá)到保護(hù)電纜的目的，在嚴(yán)重故障的情況下，電纜中間接頭接地裝置的電流最高能達(dá)到10kA，此時(shí)地電位大幅上升，對(duì)相關(guān)設(shè)備及人員的安全都會(huì)造成嚴(yán)重威脅，金屬護(hù)層的感應(yīng)電流也會(huì)超過(guò)最高限制［1］。為了避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生，需將地電位上升產(chǎn)生的過(guò)電壓控制在合理范圍內(nèi)，過(guò)電壓的計(jì)算公式為Uf=IR，當(dāng)過(guò)電壓處于電纜護(hù)層絕緣耐受范圍內(nèi)時(shí)，滿足R＜24/I。式中，R表示接地裝置的接地電阻（Ω）；I表示流經(jīng)接地裝置的入地故障電流（kA）。人體允許的接觸電位Ej和跨步電位Ek分別可通過(guò)下列公式計(jì)算：

Ej=0.165（R0+0.5Rb）/√t

Ek=0.165（R0+2.0Rb）/√t

公式，R0表示人體電阻（Ω），一般R0的值應(yīng)取1 500Ω，Rb表示人體一只腳對(duì)地時(shí)的接地電阻（Ω），t表示電擊時(shí)間（s）。根據(jù)設(shè)計(jì)出的接地裝置，可分別計(jì)算接地電位差Uj和跨步電位差Uk，計(jì)算公式為Uj=KjIR，UK= KKIR。式中，Kj表示接地系數(shù)，通常取0.2；Kk表示跨步系數(shù)，通常取0.1；I表示接地裝置入地短路電流（A）。

通過(guò)上述所有公式的計(jì)算，考慮保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，令t= 1，則可通過(guò)下列公式計(jì)算得出接地裝置的電阻：R≤（174+0.17db）KjI；R≤（174+0.70db）KkI。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)客觀條件以及接地裝置的經(jīng)濟(jì)適用性，R的設(shè)計(jì)值應(yīng)保持在1～5Ω，且必須采取適當(dāng)?shù)母綦x和均壓手段。

1.2高壓電纜終端的接地電阻

大多數(shù)高壓?jiǎn)涡倦娎|保護(hù)層和大地之間都安裝有護(hù)層保護(hù)器，電纜終端還有避雷器，這樣就能使沖擊過(guò)電壓不超過(guò)電纜護(hù)層絕緣耐受范圍，在出現(xiàn)電纜短路故障的時(shí)候，一般應(yīng)重點(diǎn)分析過(guò)電壓保護(hù)接地問(wèn)題，一般線芯電流在正常情況下只有幾百安，且金屬保護(hù)層上的感應(yīng)電壓也比較小。然而，如果出現(xiàn)單相短路故障、兩相短路或三相短路故障，電纜線芯內(nèi)通過(guò)的電流可達(dá)幾千安，金屬護(hù)層兩端的感應(yīng)電壓也會(huì)大幅升高，電纜運(yùn)行的安全性將會(huì)受到嚴(yán)重影響。所以，應(yīng)及時(shí)采取措施降低金屬保護(hù)層的感應(yīng)電壓，而且必須將接地電阻控制在最低，才能避免接地電位產(chǎn)生的不良影響。常見(jiàn)的電力電纜保護(hù)接地方式有Y接線方式和Y0接線方式。在第一種接線方式下，保護(hù)器的工頻電壓不受接地電位的影響，即使護(hù)層沖擊過(guò)電壓降低，護(hù)層的工頻電壓不會(huì)發(fā)生變化，在發(fā)生短路故障時(shí)，這兩種接線方式的護(hù)層過(guò)電壓數(shù)值基本一致。當(dāng)電纜出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，終端接地裝置的接地電位與電纜護(hù)層所承受的過(guò)電壓息息相關(guān)，一旦接地電位出現(xiàn)大幅上升，工頻過(guò)電壓很可能增加到一個(gè)極大值，且接地網(wǎng)內(nèi)外的接地故障工頻過(guò)電壓有很大差異，電纜首末兩端的過(guò)電壓也不相等。采取上述兩種保護(hù)接線方式時(shí)，當(dāng)A相電纜出現(xiàn)多電源網(wǎng)內(nèi)單相接地故障時(shí)，C相電纜護(hù)層的工頻電壓值最高，電纜終端的保護(hù)接地電阻計(jì)算公式為R≤2 000/I，通過(guò)考慮多種因素，一般取R≤0.5Ω，若受客觀因素的限制，不能滿足上述公式時(shí)，則應(yīng)使R＜5.0Ω，并進(jìn)行均壓和隔離。對(duì)于安裝有回流線保護(hù)裝置和均壓線保護(hù)裝置的電纜故障來(lái)說(shuō)，接地電位大小與護(hù)層電壓、保護(hù)器電壓之間互不影響，但是應(yīng)保證均壓線本身的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于均壓線總的自然接地電阻，即滿足6Zd＜R。

1.335kV及其以下電纜的接地電阻

對(duì)于35kV及其以下的電壓等級(jí)的電纜來(lái)說(shuō)，其在正常運(yùn)行的過(guò)程中，金屬護(hù)層外并不存在磁場(chǎng)，電纜兩端也沒(méi)有感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，當(dāng)不同線芯中電流的總和不為0時(shí)，金屬護(hù)層的阻抗偏大，環(huán)流不是很明顯，護(hù)層中產(chǎn)生的感應(yīng)電流最高僅為線芯內(nèi)總電流的8%。因此，在敷設(shè)時(shí)應(yīng)采用金屬護(hù)層兩端直接接地的保護(hù)方式，此時(shí)電纜保護(hù)接地裝置的電阻R應(yīng)滿足該關(guān)系式：R≤250/I，式中，I表示接地故障電流，單位為A，對(duì)于一般電力工程來(lái)說(shuō)，一般取R≤4Ω最為合理，若由于一些因素的限制而不能滿足上述要求時(shí)，可適當(dāng)放寬限制，但R的最大值不能超過(guò)10Ω。

表1　保護(hù)器的通流容量選取

2　電纜護(hù)層保護(hù)箱的選用

2.1電纜過(guò)電壓產(chǎn)生原理

對(duì)于10Kv及以上的三芯電纜來(lái)說(shuō)，由于電纜三芯同時(shí)接通電流，電流也基本上保持平衡，因此，可以認(rèn)為電纜保護(hù)層上的電流為0，金屬護(hù)套和電纜之間的關(guān)系等同于一個(gè)變壓器的次級(jí)繞組和初級(jí)繞組之間的關(guān)系，當(dāng)線芯中有電流通過(guò)時(shí)，金屬護(hù)套將和磁力線交鏈，這就導(dǎo)致護(hù)套產(chǎn)生感應(yīng)電壓，且電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)、電流越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓越大。當(dāng)電纜過(guò)長(zhǎng)時(shí)，護(hù)套上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓可能會(huì)危及到人身安全，單芯電纜過(guò)電壓產(chǎn)生的原理如圖1所示。

圖1　單芯電纜過(guò)電壓產(chǎn)生的原理圖

2.2電纜護(hù)層保護(hù)箱的選擇

選擇保護(hù)箱時(shí)，首先應(yīng)計(jì)算最大沖擊電流值，保證最大沖擊電流時(shí)的殘壓乘以1.4之后比電纜護(hù)層絕緣的沖擊耐壓值小，保護(hù)箱應(yīng)在最大工頻電壓作用5s內(nèi)不被破壞，而且應(yīng)在最大電流沖擊下累積20次不被損壞，保護(hù)器的閥片數(shù)應(yīng)根據(jù)工頻電壓的大小進(jìn)行確定，閥片數(shù)量的計(jì)算公式為：m=Us/U1。式中，U1表示每片閥片所能承受的工頻電壓值，Us表示護(hù)層工頻過(guò)電壓值的大?。╧V）。

3　電纜護(hù)層保護(hù)箱的參數(shù)設(shè)計(jì)

電纜護(hù)層保護(hù)箱主要由金屬電極、非線性限流元件和硅橡膠外絕緣三部分組成，其絕緣效果和使用壽命的長(zhǎng)短主要由電氣參數(shù)的設(shè)計(jì)質(zhì)量決定，根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)電纜護(hù)層保護(hù)箱參數(shù)選取的相關(guān)規(guī)定，在對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。首先，應(yīng)計(jì)算出起始動(dòng)作電壓UImA和額定電壓Ur，護(hù)層保護(hù)器額定電壓的計(jì)算公式如下：Ur=Up/K。式中，K表示保護(hù)器工頻電壓配合系數(shù)，UP表示短路故障出現(xiàn)時(shí)電纜中工頻電壓的最大值。根據(jù)保護(hù)器的動(dòng)作狀況的差異，K應(yīng)在1.1～1.3之間取值。K值的大小與其保護(hù)水平成反比。其次，應(yīng)對(duì)保護(hù)器的通流容量Im進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，當(dāng)電纜遭受雷電沖擊時(shí)，金屬護(hù)套的一端連接保護(hù)器，另一端接地，保護(hù)器的通流容量應(yīng)按照表1所示進(jìn)行選取。

參考文獻(xiàn)：

［1］王欣.經(jīng)電阻接地電力系統(tǒng)的接地保護(hù)研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

中圖分類號(hào)：TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5168（2016）01-0136-02

收稿日期：2015-12-20

作者簡(jiǎn)介：王志強(qiáng)（1978-），男，技師，研究方向：電氣自動(dòng)化。

Failure Analysis and Selection of Cable Grounding Cable Sheath Protection Box

Wang ZhiqiangShi ShaoweiGuo LiqiuZhao JianyuLi Pengfei
（State Grid Electric Power Company,Shanxi Province Yuanping city Power Company，Yuanping Shanxi 034100）

Abstract:In the event of a ground fault in the cable,the cable should be timely maintenance personnel voltage cable laying and analyzed to understand the extent of the damage protective layer of the cable,and the choice of the most suitable protective layer protecting box,so as to effectively solve the grounding cable malfunction.

Key words:grounding cable；protective layer protecting box；selection