不同铺设方式及屏蔽层接地方式对10 kV单芯电缆安全运行的影响

卢忠亮，刘英会，阚 颂，刘迎宇

（鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司能源动力部，辽宁鞍山 115007）

1 事故分析

鞍钢鲅鱼圈分公司炼铁总降TRT受电柜至TRT电站并网柜电缆采用单芯交联聚乙烯电缆连接，型号为ZR-YJV-8.7/10，每相并联根数3根，1#单根长度790 m，2#单根长度1090 m，每根电缆有一个热缩中间接头。1#、2#TRT电缆铜屏蔽层接地方式为一端直接接地，另一端屏蔽层对地开路不互联；电缆排列方式为三相并排排列。

故障：2016年3月6日，后台报2#TRT单相接地，后报两相对地短路，总降开关跳闸。经检查发现2#TRT电缆中间头C相铜屏蔽网连接处发生单相接地故障，进而破坏另一相主绝缘引起两相对地短路导致开关跳闸。在检查电缆中间头铜屏蔽层时发现，C相电缆中间头外护套开裂，有一处铜屏蔽层外露，此处为C相电缆第二处铜屏蔽层接地点。

原因分析：由于铜屏蔽层两点接地导致屏蔽层内产生环流，屏蔽网连接处是整根电缆接触电阻最大的地方，环流流经此处引起发热，破环主绝缘性能，相对地绝缘层形成固定的电阻通道，引起单相接地故障，由于分公司10 kV系统为小电流接地系统，单相接地时开关柜不直接跳闸，此处接地故障又破坏其他相绝缘性能，导致相间并对地故障，进而开关跳闸。

2 单芯电缆铜屏蔽层感应电压的危害及其计算公式

2.1 单芯电缆铜屏蔽层感应电压的危害

根据电力安全规程规定，电气设备非带电的金属外壳都需要接地，因此电缆金属屏蔽层都要接地。通常10 kV电压等级电缆都采用两端接地方式，因为绝大多数电缆都为三芯电缆，在正常运行时，流过三芯的电流和为零。在金属屏蔽层上没有磁链，即金属屏蔽层两端没有感应电压，所以两端接地后，不会有感应电流流过金属屏蔽层。而一旦由于负荷及现场安装条件等原因采用单芯电缆时，电缆线芯与金属屏蔽层在电缆正常运行时就会有磁力线铰链，使得金属屏蔽层上出现感应电压，此电压大小与电缆线路长度及负荷电流大小成正比。如果电缆很长则感应电压会达到危及人身安全的程度。按GB 50217-1994《电力工程电缆设计规程》要求，单芯电缆线路金属屏蔽层只有一点接地时，其任一点感应电压不应超过50～100 V（未采取不能任意接触金属屏蔽层安全措施时不应大于50 V），因此有效的降低金属屏蔽层感应电压是电力电缆管理的一项重要工作。

2.2 金属屏蔽层感应电压计算公式

金属屏蔽层感应电压计算公式见表1。

表1 感应电压计算公式

以2#TRT电缆排列方式为例，三相并排排列，三相电缆紧贴，S=2r由公式2得出边相电缆屏蔽层感应电压为排列方式1边相感应电压的倍。

3 单芯电缆铜屏蔽层内环流的危害及屏蔽层的连接与接地

3.1 单芯电缆铜屏蔽层内环流的危害

当电缆线路发生短路故障或遭受过电压冲击时，金属屏蔽层上会形成很高的感应过电压，此过电压可能击穿电缆护套绝缘，出现金属屏蔽层多点接地，此时金属屏蔽层内必然会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%～95%，此环流会在整条电缆的金属屏蔽层接触电阻最大的地方产生严重的发热现象，这不仅白白消耗了宝贵的电能，同时这种发热会造成电缆主绝缘的迅速老化，因此避免出现金属屏蔽层出现多点接地同样是电缆管理工作的一项重点内容。

分析金属屏蔽层出现多点接地的原因，无论是线路发生短路故障还是出现过电压，都表现电缆金属屏蔽层不接地一端出现较高的感应电压，这种较高的感应电压是护套绝缘所不能承受的，它对护套绝缘的破坏导致金属屏蔽层多点接地，形成环流。因此必须采取措施限制金属屏蔽层这种破环性的过电压的出现，以保护护套绝缘不被击穿。

3.2 屏蔽层的连接与接地

屏蔽层的连接与接地一般应按照具体线路的负载及长度选择不同的接地方式。通常有以下几种：

方式一：电缆金属屏蔽层两端直接接地。此种接地方式仅适用于小负载，短电缆线路，如图1。

图1 接地方式一

方式二：电缆金属屏蔽层一端直接接地，另一端通过保护器接地。此种接地方式适用于不太长的电缆线路通常电缆长度在500 m以下，如图2（按照《电力工程电缆设计规范》要求，110 kV及以上单芯电缆一端接地时还必须安装一条沿电缆线路平行敷设的回流线，在这里不具体论述）。

图2 接地方式二

方式三：电缆金属屏蔽层中点直接接地，两端通过保护器接地。此种接地方式是方式二的一种延伸，可把方式二接地电缆的最大长度增加1倍，如图3。

图3 接地方式三

方式四：电缆金属屏蔽层交叉互联。当上面三种接地连接方式仍无法满足屏蔽层感应电压的要求时，可选择金属屏蔽层交叉互联的接地方式，此种接地方式适用于很长的电缆线路，如图4。

图4 接地方式四

4 应对措施

影响10 kV单芯电缆安全运行的因素很多，屏蔽层接地故障通常发生在电缆接地故障的萌芽期，并且不易被及时发现，针对屏蔽层接地故障这一威胁单芯电缆安全运行的危险因素，提出以下应对措施。

（1）电缆铺设设计及施工应根据线路负载及长度，选择合适的电缆排列方式和屏蔽层接地连接方式。单芯电缆应采用正三角形排列，电缆间距应尽量小；多根单芯电缆并联且采用一字排列时应尽可能采用感应电压计算公式表中4、6、8种排列方式；电缆铺设施放时应注意护套受力情况，避免由于护套过渡拉伸，运行期间出现的中间接头处护套收缩，屏蔽层外露现象的发生，同时电缆投运前要求对护套绝缘进行直流耐压试验（5 kV，1 min）；较长单芯电缆如有中间接头，在制作中间接头时需注意铜屏蔽网的选择，同时要按照电缆中间接头制作的工艺要求保证屏蔽网与屏蔽层搭接良好，避免出现由于较大的接触电阻带来后期运行的发热隐患。

（2）单芯电缆的日常运行管理要按照点检标准的周期对电缆进行测温，重点关注终端头接地小辫（接地线）、中间头屏蔽网与屏蔽层搭接处的温度变化。条件具备的情况下还应测量接地小辫环流的大小，并做好记录以备对比；由于电动力及电缆热胀冷缩等原因，在电缆支架上的电缆护套与支架角钢搭接处有可能存在磨损，为避免护套绝缘的破坏建议在电缆支架上加绝缘垫，以较少电缆接地面积。在停电检修期，应对金属屏蔽层对地摇绝缘，及时发现排除屏蔽层多点接地隐患。

（3）单芯电缆安全运行不仅要求屏蔽层感应电压在安全范围内，同时要求避免出现环流，而保护器的安装只能控制感应电压在安全范围内，不能保证由于多点接地而引起的环流。特别是单芯电缆采取直埋的铺设方式和铺设环境复杂恶劣的情况下，屏蔽层发生多点接地极难尽早发现，而由此导致的发热对电缆主绝缘的破坏会影响电缆使用寿命，造成很大的经济损失。因此，建议资金条件允许的情况下对重要负荷单芯电缆加装在线故障判断装置，通过技术手段及时发现屏蔽层出现多点接地位置，通知维护人员排除故障。

5 结语

通过以上对10 kV单芯电缆铺设方式及屏蔽层接地方式的分析，找到了10 kV单芯电缆运行管理的有效方法，保障了分公司电缆安全稳定运行。

[1]韩伯锋.电力电缆试验及检测技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]王军，傅永德，郭旭振.单芯电力电缆接地施工技术[J].铁道建筑技术，2011（1）.