高压电力电缆金属屏蔽层接地问题分析

王 文

（贵州黔源电力股份有限公司普定发电公司，贵州 安顺 562100）

0 引言

高压单芯电力电缆线路金属屏蔽层或金属护套上感应电势的幅值，与线路的长度和电流大小成正比关系。当电缆越长或电流越大时，感应电势叠加起来就越大，会危及人身安全和电缆绝缘安全；当高压单芯电力电缆线路发生短路故障、遭受雷电冲击或操作过电压时，该感应电势很高，有可能击穿金属屏蔽层绝缘［1－2］。

1 高压单芯电力电缆与统包电力电缆接地方式的不同

三芯或四芯电缆都属于统包电力电缆，其芯线在电力电缆中呈品字形对称分布，若三相负荷平衡，则流过每条线芯的电流大小相等、三相电流矢量和为零，所以金属护套或金属屏蔽层上不会产生感应电压。然而对于单芯电力电缆，当线芯中有交流电流流过时，高压单芯电力电缆在金属屏蔽层或金属护套上就会存有磁链，金属护套或金属屏蔽层两端就会出现感应电势。如果把单芯电力电缆金属屏蔽层一端接地，另一端不接地，当单芯电力电缆线芯有过电压或雷电流波流过时，很高的冲击电压会出现在单芯电力电缆金属屏蔽层不接地端；当电力系统发生短路故障时，高压单芯电力电缆的金属屏蔽层不接地端因电力电缆线芯流过较大的短路电流，从而在金属屏蔽层不接地端出现很高的工频感应电势，如果电缆金属屏蔽层的绝缘强度承受不了这种感应过电压的冲击，那么电缆金属屏蔽层的绝缘将被损坏，高压单芯电力电缆上将会出现多点接地现象，形成环流，这就是统包电力电缆和高压单芯电力电缆接地方式的不同之处［3-4］。

2 高压三芯电力电缆金属屏蔽层接地方式

10 kV电缆一般是使用交联聚乙烯改装的高压三芯电力电缆，如果高压三芯电力电缆在正常运行时的三相电流大小相等，高压三芯电力电缆的金属屏蔽层或金属护套上无磁链，由法拉第电磁感应定律可知在金属护套或金属屏蔽层两端就没有感应电势，所以三芯电力电缆的金属护套或金属屏蔽层两端接地后，不会有感应电流流过金属护套或金属屏蔽层，从而使电缆发热、绝缘老化［5-6］。但是三芯电力电缆在实际运行中，三相负荷不可能平衡，由于三相负荷不平衡产生的零序电流将会使三芯电力电缆屏蔽层两端存在感应电压，但是这种零序电流在三芯电力电缆屏蔽层两端产生的感应电压一般很小，所以10 kV高压三芯电力电缆的金属屏蔽层或金属护套一般采用两端直接接地。高压三芯电力电缆金属屏蔽层两端直接接地这种接地方式能减少一定的工作量，但是适用的条件非常苛刻，这种接地方式要求10kV高压三芯电力电缆线路长度不能太长并且传输功率小、电缆传输容量裕度大。

3 高压单芯电力电缆金属屏蔽层接地方式

3.1 金属屏蔽层两端分别接地

当单芯电力电缆线路在500 m内时，高压单芯电力电缆金属屏蔽层或金属护套两端接地方式一般采取一端直接接地，另一端通过保护器接地，高压单芯电力电缆金属屏蔽层对地没有形成闭合回路，可以减少甚至消除环流，有利于提高单芯电力电缆的载流量和电缆运行安全可靠性。根据有关电力安全要求［7］，非直接接地的一端金属屏蔽层或金属护套上的感应电势不能大于50 V，当高压单芯电力电缆与架空线路有连接时，连接端的金属屏蔽层直接接地，另一端通过保护器接地，如图1所示。

图1 电缆金属屏蔽层两端分别接地

3.2 单芯电力电缆金属屏蔽层中点接地

当单芯电力电缆线路在1 000 m内时，在高压单芯电力电缆线路的中间位置将单芯电力电缆的金属屏蔽层剥开后直接接地。若高压单芯电力电缆线路采取一端接地，其金属屏蔽层上不接地端的感应电压将按照不大于50 V进行设计；在高压单芯电力电缆线路的中间位置将单芯电力电缆的金属屏蔽层剥开后直接接地，在其金属屏蔽层的两端分别通过保护器进行接地。采取这种接地方式的高压单芯电力电缆线路，可看成是两个“一端直接接地，一端通过保护器接地”的高压单芯电力电缆线路互相连接在一起的安装接线方式［8］。假如高压单芯电力电缆线路是一根无接头的电缆，那么就在高压单芯电力电缆的中间位置将电力电缆的金属屏蔽层剥开，然后直接在高压单芯电力电缆的金属屏蔽层上接地（安装接地装置），同时必须做好防水处理。如果高压单芯电力电缆线路是由两盘电缆互相连接时，就在单芯电力电缆中间连接处安装一个直通接头然后直接接地，单芯电力电缆金属屏蔽层两端则通过保护器接地［9］，如图2所示；也可以选择在单芯电力电缆中间连接处安装一个绝缘接头然后通过保护器接地，单芯电力电缆金属屏蔽层两端直接接地，如图3所示。

图2 电缆金属屏蔽层中点直接接地

图3 电缆金属屏蔽层两端直接接地

通过中间直通接头接地，虽减少了1台“直接接地箱”，但当电力电缆外护套出现故障时，不能确定故障点是在电力电缆接头的左边还是右边，而且对电力电缆的维护很不方便；通过绝缘接头接地，虽然多了1台“直接接地箱”，成本有所增加，但能很快确定故障点是在电力电缆接头的左边还是右边，维护起来很方便［10］。

3.3 高压电力电缆金属屏蔽层交叉互联接地

当高压电力电缆线路长度到1 000 m以上时，高压单芯电力电缆的金属屏蔽层可以采用交叉互联的安装接地方式，把1根高压单芯电力电缆线路等分成3个小段后交叉互联起来，在每1小段电力电缆相连接之间安装1个绝缘接头，在电力电缆安装的绝缘接头处经同轴电力电缆引出并经交叉互联箱后通过保护器进行接地，在电力电缆的两个终端金属屏蔽层分别直接接地，这样就一根长电缆就形成交叉互联段位的几个小单元，如图4（a）所示，这就是电力电缆金属屏蔽层交叉互联接地；如果电力电缆线路更长的话，在每个交叉互联段位连接之间安装直通接头，金属屏蔽层交叉互联后通过直通接头直接接地，如图4（b）所示，交叉互联接地不仅可以减小单芯电力电缆金属屏蔽层上的环流，还可以提高输电电缆的传输容量和载流量［11］。

图4 电缆金属屏蔽层交叉互联接地

4 高压电力电缆金属屏蔽层接地的作用

当高压电力电缆线芯绝缘损伤后对金属屏蔽层发生短路时，短路电流会顺着接地线流入大地，防止电缆起火。

高压电力电缆金属屏蔽层能将流过线芯的交变电流引起的电磁场屏蔽在绝缘线芯内，有效减少电磁场给外界带来的干扰。

高压电力电缆在正常运行时电缆线芯双屏蔽和金属护套的电容电流有回路流入大地。

当系统里运行中的高压电力电缆发生短路的时候，高压电力电缆的金属屏蔽层能在有限的时间内能为电力电缆承受一定的电流，防止系统运行中的高压电力电缆绝缘在过流情况下产生热击穿，造成电力事故引起大面积停电。

高压电力电缆中因三相负荷不平衡产生的零序电流引起的感应电势，通过接地线与大地形成短路，防止高压电力电缆与接地支架存在电位差而产生放电现象。

5 结论

因为高压单芯电力电缆与统包电缆接地方式本质的区别，所以在施工中应综合考虑电缆载流量的变化、长度、降低工程造价等因素后再对高压电力电缆选择接地方式，在确保高压电力电缆金属屏蔽层上至少应有一点接地的前提下根据实际情况选择合适且经济性的电力电缆金属屏蔽层接地方式，提高高压电力电缆安全运行的可靠性。

单芯电力电缆应以品字形布置以减少金属屏蔽层上的感应电势。

从消除环流损耗，不降低传输容量等考虑，提倡电缆金属屏蔽层一端接地方式。

当电缆长度在500 m以内时，10 kV三芯电力电缆金属屏蔽层两端直接接地；当电缆长度在500~1 000 m时，10 kV三芯电缆金属护套或金属屏蔽层应采用一端直接接地，若另一端实测感应电压超过50 V的，则通过安装保护器接地；当电缆长度不小于1 000 m时，10 kV三芯电缆金属护套或金属屏蔽层中间采用保护器接地，两端直接接地。

当电缆长度在500 m以内时，35 kV和110 kV单芯电力电缆金属屏蔽层采取一端直接接地，另一端通过保护器接地；当电缆长度在500~1 000 m时，35 kV和110 kV单芯电力电缆金属屏蔽层采用中间直接接地，两终端通过保护器接地或者中间通过保护器接地，两终端直接接地；当电缆长度不小于1 000 m时，35 kV和110 kV单芯电力电缆金属屏蔽层采用中间采用交叉互联接地，两端采用直接接地。

［1］李世勇，韩勇，张继超，等.单芯电缆金属屏蔽层接地方法［J］.科技资讯，2011 （2）：111.

［2］于景丰，赵锋.电力电缆实用技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2003.

［3］卢向毅.35 kV单芯电缆接地方式的探讨［J］.电子世界，2013（08下）：23-24.

［4］欧景茹，祁树文，杨世春，等.高压单芯电力电缆线路金属护套接地方式［J］.吉林电力，2005，33（2）：19-21，25.

［5］蹇泽安.电力电缆屏蔽层接地方式探讨［J］.水利水电施工，2016（4）：54-55.

［6］曹帅.浅谈电缆屏蔽层接地［J］.科技情报开发与经济，2011，21（31）：225-226.

［7］杨杰，周承启，王磊.单芯电缆金属护套接地方式比较分析［J］.陕西电力，2011，39（2）：48-51.

［8］卢志华.电力电缆金属屏蔽层接地方式的探讨［J］.科技创新与应用，2014（14）：166.

［9］王震.单芯交联聚乙烯绝缘电缆金属屏蔽层的接地［J］.电工技术，1997（4）：38-39.

［10］王振文.浅析高压电力电缆金属护套接地方式［J］.铁道建筑技术，2011（4）：71-73.

［11］徐文刚.高压单芯电缆护层绝缘接地保护简述［J］.水电站机电技术，2005，28（1）：45-46.