高鐵電力貫通線的感應(yīng)電壓與金屬護層接地方式

1、電纜貫通線的感應(yīng)電壓與金屬電纜貫通線的感應(yīng)電壓與金屬護層接地方式護層接地方式高速鐵路電力技術(shù)電纜貫通線的感應(yīng)電壓與金屬護層接地方式電纜貫通線的感應(yīng)電壓與金屬護層接地方式 單芯電纜從結(jié)構(gòu)組成上，可分為導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層和護層4部分。絕緣層是包覆在導(dǎo)體外圍四周起著電氣絕緣作用的構(gòu)件，既能確保電流只沿著導(dǎo)線傳輸而不流向外面，又能確保外界物體和人身的安全。屏蔽層由導(dǎo)體屏蔽層、絕緣屏蔽層、銅帶屏蔽層等組成，它的作用是將電纜導(dǎo)體中的電磁場與外界進行隔離的構(gòu)件。護層由包帶、內(nèi)護層、外護層及金屬護層等組成，它的作用是對電纜特別是對絕緣層進行保護，它必須能承受各種機械力、耐大氣環(huán)境及化學(xué)藥品腐蝕、能防止火災(zāi)危

2、害等。絕緣層、護層一般采用熱塑性材料，如聚氯乙稀、聚乙烯等。 單芯電纜的導(dǎo)線與金屬護層的關(guān)系，可以看作一個變壓器的初級繞組與次級繞組，當(dāng)單芯電纜在三相交流電網(wǎng)中運行時，流經(jīng)電纜線芯的電流產(chǎn)生的一部分磁通與金屬護層交鏈，在金屬護層中產(chǎn)生縱向感應(yīng)電動勢。 此外，接觸網(wǎng)的運行在單芯電纜金屬護層中也產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，單芯電纜金屬護層中還存在操作過電壓等情況。 單芯電纜金屬護層中感應(yīng)電壓及操作過電壓的存在，不但可能危及人身安全，對周圍環(huán)境造成電磁干擾，而且可能造成電能損耗、降低電纜的載流量、加速電纜絕緣老化，因此，采用合理的方式對單芯電纜金屬護層進行接地，將金屬護層中的感應(yīng)電壓及操作過電壓降低到最低程度是

3、非常必要的。單芯電纜金屬護層采用單端接地或兩端接地。單端接地護層有感應(yīng)電壓無電流，雙端接地有感應(yīng)電流無電壓。 如果單芯電纜護層采用經(jīng)去磁處理的金屬護層，使得電纜導(dǎo)體中有電流通過時不會在金屬護層中產(chǎn)生感應(yīng)電壓及電磁場，這樣的電纜稱為單芯非磁鎧裝電纜。 根據(jù)高速鐵路電力設(shè)計規(guī)范電纜線路設(shè)計要求，全電纜電力貫通線宜采用單芯電纜，單芯電纜應(yīng)采用非磁性金屬鎧裝層，不得選用未經(jīng)非磁性有效處理的鋼制電纜。 導(dǎo)體線芯絕緣屏蔽交聯(lián)聚乙烯絕緣導(dǎo)體屏蔽銅帶屏蔽聚氯乙烯外護套防水型聚乙烯內(nèi)護套鋁塑復(fù)合帶非磁性不銹鋼帶鎧裝交聯(lián)聚乙烯非磁鎧裝單芯銅芯電纜特點交聯(lián)聚乙烯非磁鎧裝單芯銅芯電纜特點 (1) XLPE是交聯(lián)聚乙烯

4、英文名稱的縮寫，聚乙烯是一種線性的分子結(jié)構(gòu)，在高溫下極易變形。交聯(lián)聚乙烯過程使其變成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)即使在高溫下也一樣具有很強的抗變形能力。 (3) XLPE電纜有極佳的電氣性能。介質(zhì)損耗比紙絕緣和PVC絕緣都要小，XLPE電纜的電容也小。 (2) XLPE電纜料是一種含有機過氧化物的聚乙烯。這種過氧化物在高溫高壓及惰性氣體環(huán)境下與聚乙烯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使熱塑性聚乙烯變成熱固性（彈性體）的聚乙烯，即XLPE。 (6) 交聯(lián)聚乙烯絕緣比重為0.92g/cm3。而聚氯乙烯絕緣比重為1.35g/cm3，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜比聚氯乙烯絕緣電纜重量輕，直徑要小，安裝敷設(shè)方便，附件接頭簡單。 (5) 極

5、佳的抗老化特性及超強的耐熱變形決定了交聯(lián)聚乙烯電纜在正常運行溫度（ 90）、短時故障（130）及短路（250）條件下可允許大電流通過。(4) 極易敷設(shè)是 XLPE電纜的又一個優(yōu)點。XLPE電纜有一個較小的彎曲半徑，它比其它同類電纜輕而且有較為簡單的終端處理。由于XLPE電纜不含油，所以在敷設(shè)XLPE電纜時不用考慮路線，也不存在由于淌油而無法敷設(shè)的情況。 (7) 銅芯電纜具有電阻率低、延展性好、載流量大、電壓損失低、抗氧化、抗疲勞等優(yōu)點。 正由于交聯(lián)聚乙烯絕緣非磁鎧裝單芯銅芯電纜具有其它絕緣電纜無法比擬的優(yōu)點。它的結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、耐熱好、負(fù)載能力強、不熔化、耐化學(xué)腐蝕，機械強度高等優(yōu)異特性，在

6、高速鐵路長距離的電力貫通線路中得到廣泛的使用。5.1 金屬護層工頻感應(yīng)電壓的計算金屬護層工頻感應(yīng)電壓的計算電纜的金屬護層可以看成一薄壁圓柱體，同芯地套在線芯周圍，線芯回路產(chǎn)生的一部分磁通不僅與線芯回路相鏈，同時也與金屬護層相鏈，這部分磁通使金屬護層具有電感，在它上面產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小由線芯電流來決定。1.平衡負(fù)載條件下、電纜金屬護層中感應(yīng)電壓的計算1-導(dǎo)體 2-內(nèi)屏蔽 3-絕緣 4-外屏蔽 5-金屬屏蔽 6-填充 7-繞包層 8-內(nèi)襯層 9-鎧裝層 10-外護套 三相電纜敷設(shè)在等邊三角形頂點上,護層電感4321102ln2SSDSxxxx（/km）單位長度金屬護層中的感應(yīng)電壓sfSCSBS

7、AxIUUU(V/km)三相電纜敷設(shè)在一直線上，邊相感應(yīng)電壓為22mmSSSBSAxxxxIUU(V/km) 中相感應(yīng)電壓為sSBIxU(V/km) 421102ln2SSDSxxx4102ln2mx（/km）（/km）三相電纜敷設(shè)在一直角等邊三角形頂點上22221mmSSSCSAxxxxIUU(V/km)sSBIxU(V/km) 電纜YJV62-3*(1*50)單位長度金屬護層中的感應(yīng)電壓隨電流變化曲線電纜YJV62-3*(1*70) 單位長度金屬護層中的感應(yīng)電壓隨電流變化曲線表2.5-1 I=20A，單位長度金屬護層中的感應(yīng)電壓（V/km）排列相別Y J V 6 2 -3*(1*50)Y

8、J V 6 2 -3*(1*70)Y J V 6 2 -3*(1*95)等邊三角形排列A,B,C1.05701.04781.0376直線排列 A,C1.67231.66411.6550B1.05701.04781.0376直角三角形排列A，C1.32941.32051.3108B1.05701.04781.0376 表2.5-2 I=50A，單位長度金屬護層中的感應(yīng)電壓（V/km）排列相別Y J V 6 2 -3*(1*50)Y J V 6 2 -3*(1*70)Y J V 6 2 -3*(1*95)等邊三角形排列A,B,C2.64252.61942.5941直線排列 A,C4.18074.1

9、6024.1376B2.64252.61942.5941直角三角形排列A，C3.32343.30143.2771B2.64252.61942.5941 表2.5-5 I=300A，單位長度金屬護層中的感應(yīng)電壓（V/km）排列相別Y J V 6 2 -3*(1*50)Y J V 6 2 -3*(1*70)Y J V 6 2 -3*(1*95)等邊三角形排列A,B,C15.854815.716715.5645直線排列 A,C25.084524.961324.8257B15.854815.716715.5645直角三角形排列A，C19.940619.808219.6624B15.854815.716

10、715.5645 當(dāng)電纜長度和工作電流較大的情況下，感應(yīng)電壓可能達(dá)到很大的數(shù)值，因此，必須采取措施限制到安全值50V的范圍內(nèi)。 對于長電纜線路，可將金屬護層分段，同時為了減少接地點，宜采用換位述接法。這種述接法，如電纜是對稱敷設(shè)，且每段長度相等，在平衡負(fù)載條件下，金屬護層中兩接地間的感應(yīng)電動勢等于零，因此不會產(chǎn)生環(huán)流。2.工頻短路時電纜金屬護層中感應(yīng)電壓工頻短路時電纜金屬護層中感應(yīng)電壓的計算的計算 電纜金屬護層一端接地，分析單相接地時護層的感應(yīng)電壓，三種情況： (1)接地電流全部以大地為回路； (2)接地電流全部以回流線或電纜金屬護層為回路； (3)接地電流一部分以大地為回路，另部分以回流線或

11、金屬護層為回路。(一)接地電流全部以大地為回路 當(dāng)電纜外架空輸電線路發(fā)生一相接地時，該相的護層電壓為dSgSAIlrDjRRUln1024dSgSAIlrDjRRUln1024 距離接地故障的A相為S的B相護層上的感應(yīng)電壓和距A相為2S的C相護層上的感應(yīng)電壓dgSBIlSDjRRUln1024dgSCIlSDjRRU2ln1024 土壤電阻率取50.m，R=0，三相感應(yīng)電壓隨短路電流變化曲線 土壤電阻率變化時，A相縱向感應(yīng)電動勢隨短路電流變化曲線(二二)接地電流以回流線或金屬護層為回路接地電流以回流線或金屬護層為回路 金屬護層點互聯(lián)接地的電纜線路，為了降低電纜金屬護層的感應(yīng)電動勢，通常可在電纜

12、線路近旁平行敷設(shè)一根回流線(該線采用鋼芯鋁線或銅絞線均可，但兩端要接地)。當(dāng)電纜出線端發(fā)生單相接地時，由于接地點正處于回流線連接地網(wǎng)中，此時接地故障電流絕大部分通過回流線，入地部分故障電流可以忽略不計 當(dāng)接地電流全部通過回流線時，電纜金屬護層對回流當(dāng)接地電流全部通過回流線時，電纜金屬護層對回流線的感應(yīng)電動勢為線的感應(yīng)電動勢為dSAPAPSAlIrDjrDjRUln102ln10244B、C相的金屬護層對回流線的電動勢為dPBAPSBlISrDDjRUln1024dPCAPSClISrDDjRU2ln1024接地電流以回流線為回路，三相感應(yīng)電壓隨短路電流變化曲線三、接地電流一部分以大地為回路，另

13、一部分以回流線或金三、接地電流一部分以大地為回路，另一部分以回流線或金屬護層為回路屬護層為回路（a）回流線有導(dǎo)通電流(b)回流線無導(dǎo)通電流部分接地故障電流以大地為回路，護層感應(yīng)電動勢小結(jié) 如果將電纜的金屬護層一端直接接地，另一端（非接地端）將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢422 ln10fSSUID式中，S為電纜中心間的距離;Ds為電纜金屬護層的平均直徑，If為負(fù)荷電流若取S = 1.25Ds,則0.058fUI(V/km)若兩端接地，護層電流為負(fù)荷電流的5070%。5.2單芯電纜金屬護層接地方式分析單芯電纜金屬護層接地方式分析 根據(jù)GB50217-2007的要求，在未采取能有效防止人員任意解除金屬護層的安全

14、措施時，交流單芯電力電纜線路金屬護層的非直接接地端的任意一點的感應(yīng)電壓不應(yīng)超過50V，如果超過此范圍時，應(yīng)利用絕緣接頭將電纜劃分成適當(dāng)?shù)膯卧?，降低感?yīng)電壓。 根據(jù)城市電力電纜線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定(DL/T5221-2005)10條規(guī)定:通常單芯電纜金屬護層接地方式四種方式： 單芯電纜金屬護層兩端接地方式分析單芯電纜金屬護層兩端接地方式分析 單芯電纜金屬護層一端接地、一端接保護器方式單芯電纜金屬護層一端接地、一端接保護器方式分析分析電纜金屬護層中點接地，兩端保護接地電纜金屬護層中點接地，兩端保護接地電纜金屬護層交叉互聯(lián)電纜金屬護層交叉互聯(lián) 單芯電纜金屬護層兩端接地方式單芯電纜金屬護層兩端接地方式 護

15、層中的感應(yīng)電壓將產(chǎn)生以大地為回路的循環(huán)電流，此電流大小與電纜間距等因素有關(guān)。 護層中有電流通過，不但增加了電能損耗，而且使電纜的載流量減小了30%40%。 線芯和金屬護層發(fā)熱加速了電纜的絕緣老化，降低了電纜的絕緣等級，造成電纜壽命減少。 該方法多用在電纜長度很短，傳輸功率小的場合。 單芯電纜金屬護層一端接地、一端接保護器方式分析 可以有效減小及消除環(huán)流，提高電纜的傳輸容量及運行安全性。 但是，感應(yīng)電壓與電纜線路的長度成正比，當(dāng)電纜線路長度達(dá)到一定數(shù)值，金屬護層感應(yīng)電壓就有可能超過安全特低電壓50V，就會危及人身安全，并可能導(dǎo)致設(shè)備事故。 因此，單點接地只能適用于電纜線路相對較短的情況。 單芯電

16、纜金屬護層有一端不接地，帶來下述問題： 電纜線路較短時(500m以內(nèi))，可采取這種接地方式，可以減少及消除環(huán)流，有利于提高電纜的傳輸容量和電纜的安全運行。 根據(jù)相關(guān)要求，非直接接地的一端金屬護層上的感應(yīng)電壓不得超過50V，如果與架空線路連接時，直接接地一般裝設(shè)在架空線路端，保護器裝設(shè)在另一端。 電纜金屬護層中點接地，兩端保護接地電纜線路較長時，在電纜線路的中點將電纜金屬護層直接接地，電纜兩終端的金屬護層通過保護器接地。此接地方式電纜不安裝中間接頭，避免產(chǎn)生絕緣薄弱環(huán)節(jié)，有利于提高電纜使用壽命及載流量，減少運行維護工作量。電纜金屬護層交叉互聯(lián)當(dāng)電纜線路很長，金屬護層可采用交叉互聯(lián)方式安裝。此方式

17、將電纜線路分成3個等小段，每小段間安裝絕緣結(jié)構(gòu)，金屬護層在絕緣接頭處用同軸電纜引出并經(jīng)過互聯(lián)箱進行交叉互聯(lián)后，通過保護器接地，電纜兩終端的金屬護層直接接地，形成1個互聯(lián)段位。電纜線路更長時，通過若干個互聯(lián)段位連接形成多段互聯(lián)?；ヂ?lián)段位間安裝直線接頭，金屬護層互聯(lián)直接接地。交叉互聯(lián)方式可以減小金屬護層感應(yīng)電壓及環(huán)流，提高傳輸容量 提高了電纜線路的載流量。研究表明，對鉛護層電纜線路可提高載流量15%50%，對鋁護層電纜線路可提高載流量25%80%； 減小了對附近通信、信號等電子信息設(shè)備的電磁干擾； 減少了對人身安全的危害。 電纜金屬護層交叉互聯(lián)優(yōu)點安裝交叉互聯(lián)保護箱的注意事項安裝交叉互聯(lián)保護箱的注

18、意事項 要對絕緣接頭的接地端子的送電端、受電端必須要有統(tǒng)一的約定，否則由于線路長，中間接頭位置的方位不一，而造成接線的失誤；認(rèn)真核對相序，確保相序一致的情況下進行連接。連接接地時，須正確領(lǐng)會交叉換位的原理，如果接線有誤， 電纜換位處的感應(yīng)電壓將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50V，且護層中的環(huán)流將顯著增大并造成運行故障， 接線錯誤也不容易發(fā)現(xiàn)， 即使發(fā)現(xiàn)接線錯誤，更改也非常困難。 同時應(yīng)該對交叉互聯(lián)保護接地箱的護層保護器進行檢查和校準(zhǔn)。 由于采用的中間頭附件是兩個接地端子在同一個位置，且方向一致，所以在安裝時，首先要用搖表進行區(qū)分，標(biāo)注出哪個是送電端，哪個是受電端； 高速鐵路10kV貫通線電纜護層接地方案單端接地時，如發(fā)生另一點也接地，將是雙端或多段接地，也會造成電纜外皮長期導(dǎo)流過熱導(dǎo)致電纜燒損。因此，單端接地時，也應(yīng)考慮電纜外皮載流能力。 宜采用在線路一端或中央部位單點直接接地方式，宜采用在線路一端或中央部位單點直接接地方式，另一端金屬護層應(yīng)經(jīng)護層電壓限制器接地。另一端金屬護層應(yīng)經(jīng)護層電壓限制器接地。