高压单芯电缆金属层接地方式的分析范文

1前言

近几年，国家深入推进供给侧结构性改革，部分钢铁企业经济效益越来越好。福建三钢集团有限公司作为福建省的钢铁龙头企业，在2017年取得了前所未有的非凡业绩。集团公司领导居安思危，为了打造基业长青的百年三钢，实现企业的可持续健康发展，这两三年投资了很多调结构、补短板的工程项目。随着这些工程项目用电容量的增大，高压单芯电缆在工程项目中的应用越来越广泛。根据电磁感应的原理，当单芯电缆中通过交变的电流时，将会产生交变的磁场，而交变的磁场会在电缆的金属护套上产生感应电压。如果金属护套存在闭合通路，还会产生感应电流。所以在工程项目中应正确选择高压单芯电缆金属层的接地方式，避免产生危害人身安全及电缆正常运行的感应电压及感应电流。

2单芯电缆金属层接地方式

根据GB50217-2007中4.1.10的要求，交流系统单芯电力电缆线路的金属层上正常感应电势的最大值应符合下列规定：（1）未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50V。（2）除上述情况外，不得大于300V。为了满足上述要求，当线路不长时，应采取在线路一端或中央部位单点直接接地。当线路较长时，单点直接接地方式所产生的感应电势无法保证安全的要求时，水下电缆、35kV及以下电缆或输送容量较小的35kV以上电缆，可采取在线路两端直接接地。除上述情况外的长线路，宜划分适当的单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等区段，应设置绝缘接头或实施电缆金属层的绝缘分隔，以交叉互联接地。

3案例分析

3.1两端直接接地改一端直接接地案例1：2017年新建80MW高炉煤气高效发电EPC总承包工程，该发电工程并网电源电缆为高压单芯电力电缆YJV62-26/35Kv-1*630，每相双拼共6根，每根长度约为780米。电缆金属层接地方式设计为线路一端直接接地，另外一端不接地设置护层电压限制器。在电缆敷设完工后组织验收时发现，不接地的一端施工单位施工时由于疏忽，金属层接地引出辫子线未采取绝缘措施，接地引出辫子线与高压柜柜体直接接触，实际接地方式为线路两端直接接地。因为该发电工程属于城市双修项目，为市政府重点关注的环保项目，为了尽快投入发电，避免焦炉煤气放散污染城市空气，因此验收小组决定先不要整改，电缆金属层先按两端直接接地方式来运行。当单芯电力电缆金属层两头直接接地时，由于金属层存在闭合通路，因此会在金属屏蔽层上产生感应电流（环流）。在电缆稳定运行后，通过现场直接测量，发现当线路工作电流800A时（线路每相额定电流约1200A，流过单根电缆导体的工作电流约600A），流过单根单芯电缆金属层上的感应电流平均约为90A，竟达到线路工作电流的12%左右，这么大的感应电流不仅每年会产生额外巨大的费用损耗，电缆金属层还会长期发热，极大降低了载流量并加速主绝缘老化，严重影响电缆使用安全。因此，在接下来利用某个停产检修时，要求施工单位将不接地端的金属层接地引出辫子线套上绝缘热缩套，再设置护层电压限制器，使其接地方式重新变为线路一端直接接地。

3.2验证金属层上产生的最大感应电势符合GB50217-2007中4.1.10的要求。

3.3交叉互联接地方式案例2：2017年新建三钢优化电网负荷转移项目：从220kV群工变电站用高压单芯电力电缆YJV62-26/35Kv-1*630接到其他10kV变电所，长度约2.1km，单芯电缆接地方式设计为交叉互联。要实现交叉互联，首先将电缆划分适当的单元，每个单元按3个长度尽可能均等分段。本工程电缆长度2.1km，所以可以只分1个单元，每个单元按700m均等分段。接线如下图1：Ⅰ段A相（A1）通过第一个交叉互联箱换位至Ⅱ段B相（B2），在第二个交叉互联箱再换位至Ⅲ段C相(C3)，因为各大段产生感应电势、感应电流大小相等，相位相差120°，所以在理想状况下三相产生的感应电势、电流矢量和为0。

4一些心得体会

通过上述2个案例以及鄙人多年来的工程管理经验，得出以下一些心得体会，不足之处还望指正：（1）最大感应电势考虑按不大于50V还是按不大于300V非常重要，像案例2中交叉互联接地改一端直接接地，如果按不大于50V则一端直接接地方式最大感应电势不满足规范要求。实际上从鄙人这么多年的工程管理经验来看，金属层一般指高压单芯电缆金属屏蔽层（铠装层一般为非磁性材料，不产生感应电流），而金属屏蔽层外面还有内护套、外护套等绝缘层，维护人员基本上不可能任意接触到，所以可以按不大于300V来考虑。（2）如果按不大于300V来考虑，因为最大感应电势的大小与电缆长度、导体工作电流及电缆的排列方式有关，结合案例1与案例2可以知道在一般的工矿企业中，单芯电缆的接地方式基本按一端直接接地都可以满足规范要求。但是如果有雷击电流、故障短路大电流流过，则不接地一端金属层会产生感应过电压，可能会损害护层绝缘，因此建议不接地一端考虑都设置护层电压限制器。（3）实际上大的单芯电缆如截面积为630mm2，一般电缆厂家最大单盘长度只能做到一盘800m，所以超过800m线路都要做中间电缆头。因此为了维护人员更加安全，单芯电缆长度过长有做中间电缆头的，金属层一端直接接地方式可以采取中央部位单点直接接地（中点接地方式也可采用在线路中间点安装一个绝缘接头，绝缘接头将电缆金属屏蔽层断开，金属屏蔽层两端分别通过护层保护器接地，两电缆终端金属屏蔽层直接接地），这样计算电缆长度L（电缆金属层的电气通路上任一部分与其直接接地的距离）变小，最大感应电势也变更小。（4）如果严格按不大于50V来要求最大感应电势，通过案例1可以知道，不同的排列方式可以减小最大感应电势，因此在施工过程中尽可能按减小感应电势来排列电缆，比如按品字形来敷设。但是单芯电缆如果是沿通廊中的桥架敷设，品字形排列会加大对桥架高度的要求，往往使整个电缆通廊加高，会增加整个项目投资费用，所以有时也要综合考虑多方因素，灵活应用。（5）GB50217中4.1.10中讲到当线路较长时，单点直接接地方式所产生的感应电势无法保证安全的要求时，35kV电缆可采取在线路两端直接接地，但是从案例1中可以知道若采取在线路两端直接接地，金属层上的感应电流过大，不利于电缆稳定运行，因此建议采取交叉互联接地，但交叉互联系统较为复杂，因此在施工过程中要确保接线正确，施工完可以按GB50150附录F中的试验方法来验证系统的正确性。

5结语

交流系统中高压单芯电缆的接地方式有多种，通过计算最大感应电势，正确选择接地方式，不仅有利于施工方便，更能节省投资费用，确保电缆安全稳定运行。

作者：林勇 单位：福建省三钢（集团）有限责任公司