中压电缆系统接地电容电流计算方法

陈景涛

(上海艾能电力工程有限公司，上海 200023)

1 概述

电力工程设计中，常常为中压电缆系统的单相接地电容电流值而感到纠结。有的根据电缆厂家提供的每相对地电容值利用理论公式计算，有的根据电压等级、电缆长度、电缆截面按《设计手册》的估算公式计算，而其计算结果相差往往比较大。本文提供了单芯电缆、分相铅(铝)护套电缆、屏蔽型电缆每相对地电容的估算方法；通过算例分析对比了中压电缆系统接地电容电流常用估算方法的计算结果。认为由于电缆材料和结构的变化，在具体工程设计中不宜再利用《设计手册》估算公式来计算中压电缆系统的接地电容电流值，而应根据厂家提供的电缆每相对地电容值利用理论公式计算。

2 中性点不接地系统的单相接地电流计算

2.1 理论计算公式

中性点不接地系统的等值电路和相量图见图1。在正常运行时，回路各相对地电压Ua、Ub、Uc是对称的，其大小为相电压。如线路经完整的换位或为电缆线路，三相对地电容相等，都等于C0。则各相对地电容电流对称且平衡(大小相等、相位相差120°)，三相电容电流相量和为零，地中没有电容电流通过，中性点对地电压Uc＝0。

图1 中性点不接地系统

当A相接地短路时，故障相对地电压变为零，中性点对地电压值为相电压，未故障相对地电压值升高倍变为线电压，即

在A相接地短路情况下，A相电容被短接，流过短路点的电流是B、C两相对地电容电流之和，即I·=I·+I·。由和产生的I·和·kbkckbkIck分别超前它们90°，大小比正常运行时各相电容电流增大了倍。由图 1，I·又较I·或I·kbkck增大了倍。因此，短路点接地电流有效值为：

式中：Ik为短路点接地电流有效值，(A)；Un为额定线电压，(kV)；Uph为额定相电压，(kV)；C0为每相对地电容，(μF)；f为额定频率，(Hz)。

2.2 手册估算公式

2.2.1 电力系统设计手册

电缆线路的接地电容电流，按下式估算：

式中：Ic为接地电容电流(A)；Un为线路额定线电压(kV)；L为线路长度( km)。

由于变电所增加的接地电容电流值，见表1。也就是考虑由变电所设备对地电容而增加的接地电容电流值。

表1 增加的接地电容电流值

2.2.2 电力工程电气设计手册

电缆线路的单相接地电容电流Ic，可通过下面的公式求出近似值：

(1) 6 kV电缆线路

(2) 10 kV电缆线路

式中：Ic为单相接地电容电流，(A/ km)；Ue为系统额定电压，(kV)；S为电缆截面，(mm2)。

另外，为考虑电缆所接设备及配电装置的对地电容而增加的接地电容电流值，需将求得的电缆接地电容电流值乘以1.25即为全系统总的近似值。

(3)《手册》P80表3-2

《手册》P.80表3-2提供了具有金属保护层的三芯电缆每相对地电容值(μF/ km)，见表2。

表2 具有金属保护层的三芯电缆每相对地电容值(μF/ km)

2.2.3 上述几种估算方法的对比

下面，通过1根10 kV 长10 km、XLPE、3´150 mm2电缆，采用上述几种估算方法计算，并对计算结果进行对比，见表3。

表3 计算结果对比

由表3计算结果显示，《手册》估算公式及P.81表3-3的计算结果与理论计算公式相差很大，这是因为《手册》估算公式年代较久，所依据的电缆为油浸纸绝缘电缆，其绝缘厚度较厚、且为三相统包金属护层而非分相绝缘铜带屏蔽的XLPE电缆。但《手册》P.80表3-2所推荐的具有金属护层的3芯电缆每相对地电容值，与目前厂家提供的数据比较接近且稍偏大。

3 电力电缆每相电容值估算

顺便指出，如果缺乏厂家电缆每相电容值，则可根据电缆的结构及材料参数按以下方法估算。

(1)单芯电缆、分相铅(铝)护套电缆、屏蔽型电缆的每相对地电容为：

式中：ξ0为真空中的介电系数，ξ0＝8.86×10-14；ξr为绝缘材料的相对介电系数。如乙丙橡胶为3.0，丁基橡胶为4.0，聚氯乙烯为8.0，氯乙烯为2.3，交联聚乙烯为2.5，天然丁苯橡胶为4.0；G为单芯电缆的几何因数。于是可得，交联聚乙烯(XLPE)圆形单芯电缆的每相电容为：

现有中压系统均采用交联聚乙烯(XLPE)电缆。其三芯电缆的3根芯线均具有各自的铜带屏蔽层，且屏蔽层均是接地的。因此，这种结构型式的三芯电缆，其每相电容值可如同单芯电缆一样计算。

(2)单芯电缆的几何因数为：

式中：ri为绝缘外半径(cm)，不包括绝缘屏蔽；rc为导体半径(cm)，包括导体屏蔽。

实例表明，与厂家数据相比，其计算误差对单芯电缆在±5%以内，对三芯电缆在－10%以内。

4 结论

(1) 如果缺乏厂家电缆每相电容值，则可根据电缆的结构及材料参数按本文方法估算。

(2)由于电缆绝缘和结构的变化，在今后具体工程设计中不能再利用《设计手册》估算公式来计算电缆系统的接地电容电流值，而应根据厂家提供的电缆每相对地电容值利用理论公式计算。否则，接地电容电流值的计算误差太大。

[1]韦钢，等．电力系统概论(第二版)(M)．北京：中国电力出版社，2007．

[2]电力工业部电力规划设计总院．电力系统设计手册(M)．北京：中国电力出版社，2007．

[3]西北电力设计院．电力工程电气设计手册(1)(M)．北京：水利电力出版社，1989．

[4]王春江．电线电缆手册(第1册)(M)．北京：机械工业出版社，2010．