高压电缆感应电压及其限制分析

杨健锐 沈建雄 李彦雄

（广州电力设计院，广东 广州 510610）

高压电缆感应电压及其限制分析

杨健锐 沈建雄 李彦雄

（广州电力设计院，广东 广州 510610）

对单芯高压电缆金属护套感应电压计算方法和降低金属护套感应电压措施进行论述，通过对感应电压的计算选择采用相应方法对电缆金属护套进行接地，将其产生的感应电动势大小限制在允许的安全范围内。并对较长线路分段受感应电压限制进行分析，在规范要求范围内，可适当提高电缆的分段长度，减少电缆接头，降低工程造价并提高其稳定性。

高压电缆；感应电压；接地方式；交叉互联；限制值

0 引言

由于城市建设速度加快，城市建设与电力建设的矛盾也日益加剧，特别表现在输电线路走廊与城市建设规划的配合方面。为了解决城市建设与电力建设的矛盾，输电线路逐步由架空敷设转向地下电缆敷设。对于110kV及以上电缆，基本采用单芯电缆。由于单芯电缆铝套的自感和与其他导体之间互感的影响，当这些导体施加电流时，就会在电缆金属套上产生工频感应电压。如果金属护套存在两点或两点以上的接地，就会形成接地环流，产生护套损耗。当金属护套环流过大时将增加环流附加热损耗，严重影响电力电缆的正常运行，不仅会导致电缆主绝缘和护套绝缘的加速老化，甚至可能大幅缩短电缆使用寿命。为了减少电缆线路的损耗，提高电缆的输送容量，对于单芯电缆金属护套的接地，一般采用单点接地或交叉互联接地的方式。

1 电缆金属护套感应电压的计算方法

在单芯电力电缆构成的电力传输系统中，电缆导体和护套间的关系可以看作一个空心变压器。当单芯电缆线芯流过交变电流时，交变电流的周围必然产生交变磁场，在金属护套上将会产生感应电动势。感应电压的高低与流过电缆导体的电流成正比，同时也取决于3根单芯电缆的排列方式和线路的长度。

对于单回路电缆，常采用品字形（图1）与平行排列（图2）的方式布置。

图1 电缆品字形排列

图2 电缆水平排列

根据文献资料，对于品字形排列电缆单位长度的感应电压分别为：式中，S为电缆间距；GMRS为电缆金属护套的等效半径。

通过计算可以得到单回路电缆金属护套的感应电压，从而对电缆采取相应的措施。

2 电缆金属护套感应电压的限制措施

通常35kV及以下电缆都采用两端接地方式，因为这些电缆基本均为三芯电缆，正常运行时流过3个线芯的电流是均衡的，在金属护套层基本没有磁链。但对于单芯电缆，由于感应电压的存在，若采用两端接地方式，那将出现环流，因此单芯电缆不应两端接地。

但是当金属护套有一端不接地后，在雷电冲击或短路故障时，电缆护层不接地端会产生很高的感应过电压，此电压作用在外护层绝缘上。当电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时，就会出现多点接地，形成环流。因此，在电缆金属护套一端接地时，另一端应加装护层保护器。

电缆金属护套一端接地，另一端加装护层保护器的接地方式适用于电缆线路不长，感应电压满足规范要求的情况下。当线路较长，线芯电流较大，金属护套只在一端接地时的感应电压可以很高，甚至可达数百伏，这样会危及人身和设备安全，通常采用交叉互联两端接地的方式。电缆线路被分割成适当的单元，每个单元内按3个长度尽可能均匀地分为3个小段，单元内电缆用绝缘接头将相邻段电缆的金属护套或屏蔽层交叉连接，单元间用直通接头并直接接地。

线路稍长，单点接地感应电压较大，而又无法分成3段组成交叉互联时，可采用在线路中间接地的方式，组成2个单点接地段。

3 电缆金属护套感应电压限制分析

以广州某220kV工程实例进行分析。根据系统要求，电缆载流量为I＝1 811A，电缆GMRS＝67.5mm，对于品字形排列S＝180mm，对于水平排列S＝250mm，代入式（1）和式（2），可得如表1所示结果。

表1 不同排列方式下电缆金属护套感应电压

由以上计算可知，水平排列敷设时，两边电缆护套上产生的感应电压较大。品字形敷设时，电缆护套上的感应电压较小且相等。长度为1km的电缆品字形排列时金属护套感应电压达到101.7V／km，而水平排列边相更是达到200.4V／km。

根据旧规范GB50217—94《电力工程电缆设计规范》要求，在未采用能有效防止人员任意解除金属套的安全措施时，金属护套感应电压不得大于50V；除此以外，不得大于100V。而新规范GB50217—2007保留了50V的规定，采取安全措施的调整为不得大于300V。

如以上工程，对于一回长度为11.1km、品字形排列的电缆，若分为24段，每段长度462.5m，感应电压为47.0V，接头数量为69个；若分为15段，每段长度740m，感应电压为75.3V，接头数量为42个，接头数量减少约40%，出故障几率就更小；若制作工艺和运输条件允许，单段分段长度可达1km以上，此时接头数量更少。

要满足规范要求，我们需对电缆采取安全措施：电缆埋置在地下，电缆金属护层外有非金属外护套，不易被人触摸到金属护层；同时交叉互联箱设计放置于隧道内或工作井内，除运行检修人员外其他人不易触及电缆金属护层。

新规范对电缆的金属护套限制值提高，可适当提高电缆的分段长度、减少电缆接头数量，这不仅降低了工程造价，而且有利于系统今后的运行。实际上，国外对感应电压的限制也比较宽松，日本在使用有效绝缘的防护用具时以300V为限，因而日本的电缆分段长度常常达到1km以上。检索国外其他标准，IEC标准中迄今对此未显示限值，欧洲各国标准中也没作规定。

所以在考虑短路和雷击下接地保护器保护水平的情况下，综合平衡正常条件下感应电压和电缆段长，在满足规范要求时可适当提高电缆段长。

4 结语

通过计算电缆金属护套产生的感应电压，我们可以采用相应方法对金属护套进行接地，一方面将其产生的感应电动势大小限制在允许的安全范围内；另一方面，使感应电动势不致引起较大损耗，以致降低电缆的传输容量。

线路不长，电缆金属护套可采用单点接地；线路稍长，电缆金属护套可采用中间接地，即分为2个单点接地段；长距离线路，电缆金属护套采用交叉互联两端接地方式。在规范要求范围内，可适当提高电缆的分段长度，减少电缆接头，这不仅可以降低工程造价，而且有利于系统今后的运行。

［1］江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路［M］.2版.北京：中国电力出版社，2009.

［2］李国征.电力电缆线路设计施工手册［M］.北京：中国电力出版社，2007.

2015－11－30

杨健锐（1989—），男，广东揭东人，硕士研究生，助理工程师，主要从事高压电缆线路设计工作。