王旭升 溫克波

（山東省黃金電力公司，山東萊州 261441）

高壓電纜鋼鎧及金屬屏蔽層接地問題淺析

王旭升 溫克波

（山東省黃金電力公司，山東萊州 261441）

在某礦山供電系統(tǒng)中，發(fā)生了一起35kV出線電纜故障導(dǎo)致開關(guān)速斷保護(hù)跳閘的故障。技術(shù)人員對電纜線路進(jìn)行故障點(diǎn)查找，發(fā)現(xiàn)B、C相各有一根電纜故障接地，故障點(diǎn)在電纜線路和架空線路連接處鐵塔下10m以內(nèi)。工作人員對故障電纜進(jìn)行解除，對電纜故障點(diǎn)進(jìn)行人工開挖，發(fā)現(xiàn)B、C相各一根電纜發(fā)生絕緣層擊穿現(xiàn)象，外護(hù)套小面積燒傷導(dǎo)致A相一根電纜外護(hù)套及鎧裝層損傷。聯(lián)系設(shè)計(jì)院及廠方技術(shù)人員，對故障點(diǎn)進(jìn)行做電纜中間頭處理。結(jié)合此次電纜故障，筆者對35kV高壓單芯電纜的銅屏蔽及鎧裝接地問題進(jìn)行簡單的技術(shù)分析。

高壓電纜 金屬屏蔽 接地問題

高壓電力電纜的銅屏蔽和鋼鎧一般都需要接地，兩端接地和一端接地有什么區(qū)別？制作電纜終端頭時(shí)，鋼鎧和銅屏蔽層能否焊接在一塊？制作電纜中間頭時(shí)，鋼鎧和銅屏蔽層能否焊接在一塊？

為什么金屬屏蔽層非得要接地呢？電力安全規(guī)程規(guī)定：35kV及以下電壓等級的電纜都采用兩端接地方式，這是因?yàn)檫@些電纜大多數(shù)是三芯電纜，在正常運(yùn)行中，流過三個(gè)線芯的電流總和為零，在鋼鎧或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，在鋼鎧或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應(yīng)電壓，所以兩端接地后不會有感應(yīng)電流流過鋼鎧或金屬屏蔽層。但是當(dāng)電壓超過35kV時(shí)，大多數(shù)采用單芯電纜，單芯電纜在通電運(yùn)行時(shí)，在屏蔽層會形成感應(yīng)電壓，如果兩端的屏蔽同時(shí)接地，在屏蔽層與大地之間形成回路，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣電纜屏蔽層會發(fā)熱，損耗大量的電能。如果銅屏蔽及鋼鎧不接地，使電纜芯線-交聯(lián)聚乙烯-金屬屏蔽層之間的電容C1與金屬屏蔽層-電纜外皮-大地間的電容C2形成了串聯(lián)回路，相當(dāng)于構(gòu)成了一個(gè)電壓分壓器，如圖1所示。

電纜芯線導(dǎo)體上的電壓為系統(tǒng)運(yùn)行電壓，即U1=35/√3 kV，因此銅屏蔽對地電壓為：

U2=U1×C1/（C1+C2）

如果金屬屏蔽層上的對地電壓超過其對地絕緣承受能力，就會發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，一旦放電金屬屏蔽層通過電弧通道接地，銅屏蔽上的電荷得到釋放，因而電壓立刻降低，電弧熄滅，電容C2又重新充電，直到電壓達(dá)到絕緣的擊穿電壓再次放電，這樣周而復(fù)始發(fā)生間歇性電弧放電現(xiàn)象。

感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，電纜很長時(shí)，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達(dá)到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時(shí)，屏蔽上會形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。

圖1　等效電路圖

此時(shí)，如果仍將鋼鎧或金屬屏蔽層兩端三相互聯(lián)接地，則鋼鎧或金屬屏蔽層將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達(dá)線芯電流的50%--95%，形成損耗，使鋼鎧或金屬屏蔽層發(fā)熱，這不僅浪費(fèi)了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，因此單芯電纜不應(yīng)兩端接地。然而，當(dāng)鋼鎧或金屬屏蔽層有一端不接地后，接著帶來了下列問題：當(dāng)雷電流或過電壓波沿線芯流動時(shí)，電纜鋼鎧或金屬屏蔽層不接地端會出現(xiàn)很高的沖擊電壓；在系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流流經(jīng)線芯時(shí)，電纜鋼鎧或金屬屏蔽層不接地端也會出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)電壓，在電纜外護(hù)層絕緣不能承受這種過電壓的作用而損壞時(shí)，將導(dǎo)致出現(xiàn)多點(diǎn)接地，形成環(huán)流。甚至由于發(fā)熱導(dǎo)致電纜主絕緣被擊穿，造成電纜接地的事故。因此，在采用一端互聯(lián)接地時(shí)，必須采取措施限制護(hù)層上的過電壓，安裝時(shí)應(yīng)根據(jù)線路的不同情況，按照經(jīng)濟(jì)合理的原則在鋼鎧或金屬屏蔽層的一定位置采用特殊的連接和接地方式，并同時(shí)裝設(shè)護(hù)層保護(hù)器，以防止電纜護(hù)層絕緣被擊穿。

高壓單芯電纜線路安裝時(shí)，應(yīng)該按照GB50217-1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求采取特殊的接地方式。 一般應(yīng)按照具體線路選擇不同的接地方式，常用的方式有：

（1）金屬屏蔽層一端直接接地，另一端通過護(hù)層保護(hù)器接地；

（2）金屬屏蔽層中點(diǎn)直接接地，兩端通過護(hù)層保護(hù)器接地；

（3）金屬屏蔽層一端直接接地，電纜中間護(hù)層交叉互聯(lián)接地，另一端通過護(hù)層保護(hù)器接地；

（4）金屬屏蔽層一端直接接地，若干個(gè)護(hù)層交叉互聯(lián)接地，金屬屏蔽層中點(diǎn)直接接地，若干個(gè)護(hù)層交叉互聯(lián)接地，另一端金屬屏蔽層直接接地；

（5）金屬屏蔽層兩端直接接地（僅適用于短電纜和小負(fù)載電纜）。

GB50217-1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，單芯電纜線路的金屬護(hù)套只有一點(diǎn)接地時(shí)，金屬護(hù)套任一點(diǎn)的感應(yīng)電壓不應(yīng)超過50-100V（未采取不能任意接觸金屬護(hù)套的安全措施時(shí)不大于50V；如采取了有效措施時(shí)，不得大于100V），并應(yīng)對地絕緣。如果大于此規(guī)定電壓時(shí)，應(yīng)采取金屬護(hù)套分段絕緣或絕緣后連接成交叉互聯(lián)的接線。為了減小單芯電纜線路對鄰近輔助電纜及通信電纜的感應(yīng)電壓，應(yīng)盡量采用交叉互聯(lián)接線。對于電纜長度不長的情況下，可采用單點(diǎn)接地的方式。為保護(hù)電纜護(hù)層絕緣，在不接地的一端應(yīng)加裝護(hù)層保護(hù)器。

本次故障電纜采用的接地方式為一端直接接地，另一端加保護(hù)器接地。

在電纜的電纜頭制作時(shí)，將鋼鎧和銅屏蔽層分開焊接接地，是為了便于檢測電纜內(nèi)護(hù)層的好壞，在檢測電纜護(hù)層時(shí)，鋼鎧與銅屏蔽間通上電壓，如果能承受一定的電壓就證明內(nèi)護(hù)層是完好無損。如果沒有這方面的要求，用不著檢測電纜內(nèi)護(hù)層，也可以將鋼鎧與銅屏蔽層連在一起接地（提倡分開引出后接地）。