試談電纜10kV單芯電纜屏蔽層兩端接地引發(fā)電纜故障畢業(yè)論文結(jié)論

1、試談電纜10kV單芯電纜屏蔽層兩端接地引發(fā)電纜故障畢業(yè)論文結(jié)論    摘要：10 kV 單芯電纜兩端接地感應(yīng)電壓與環(huán)流導(dǎo)致電纜故障問題，是配電電纜工作者多年困惑的問題。分析廣東佛山10kV單芯電纜故障，原因是金屬屏蔽層接地方式選擇不當。在單芯電纜的施工過程中必須要注意按設(shè)計要求進行敷設(shè)排列，嚴格按照設(shè)計要求在相應(yīng)點對電纜屏蔽層進行接地。關(guān)鍵詞：單芯電纜；環(huán)流；感應(yīng)電壓；兩端接地 1 故障經(jīng)過2012年4月，廣東省佛山市禪城區(qū)10 kV某外資公司電纜線路單相接地故障，經(jīng)檢測該外資公司10kV線路電纜C相接地故障，C 相對地絕緣電阻小于0.01M。AB相對地

2、絕緣電阻均大于95M。該段電纜為 8.7/15kV ZRYJV221*630單芯電纜。故障電纜全長3155米，故障點離用戶側(cè)配電房392米。找到故障點后，沒有發(fā)現(xiàn)被外力破壞的痕跡，排除中間接頭放電和外力破壞引起故障原因。該故障段電纜為槽盒敷設(shè)，3相電纜平行排列。故障電纜故障點處已燒損較嚴重，線芯外露，槽盒內(nèi)的沙燒黑發(fā)臭。2 故障原因分析該電纜運行已五年多，而且最大運行電流記錄為420 A，未超過安全載流量725 A 的范圍。電纜型號ZRYJV-1×630，單相長3155米。判斷故障原因有兩種情況，第一種原因是該線路其中C相電纜應(yīng)該存在一個“隱患點”，該點可能是制作過程中存在的一個氣泡

3、或一個小孔，也有可能是運輸、施工等過程中造成的一點損傷（由于電纜毀壞嚴重，已無法判斷），導(dǎo)致電纜絕緣層受潮，電纜絕緣性能降低，長期受污水滲入電纜里面導(dǎo)致電纜放電。隨著該點電纜放電時間增加， 導(dǎo)致單相短路接地。還有一個導(dǎo)致電纜絕緣性能降低重要原因，就是該電纜金屬屏蔽層采用兩端接地方式。屏蔽層上長期存在較大的工頻感應(yīng)電壓，三相水平排列，使感應(yīng)電壓進一步增大。出現(xiàn)較大環(huán)流，所產(chǎn)生的熱損耗加速電纜主絕緣電熱老化。在電纜絕緣的薄弱點出現(xiàn)放電，最終導(dǎo)致相間短路。圖 電纜金屬屏蔽層兩端接地ED終端10 kV 電纜金屬屏蔽層通常采用兩端接地方式。這是由于10kV電纜多數(shù)是三芯電纜的緣故。三芯電纜帶平衡負荷時，

4、三相電流向量和為零金屬屏蔽上的感應(yīng)電勢疊加為零， 采用兩端接地時，沒有環(huán)流。近年來，由于負荷密度增大，環(huán)網(wǎng)柜等小型設(shè)備的應(yīng)用，電纜開始采用較大截面單芯電纜。當單芯電纜導(dǎo)線通過交流電流時， 其周圍產(chǎn)生的一部分磁力線將與金屬屏蔽層交鏈， 使金屬屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓。單芯電纜每相之間存在一定的距離，感應(yīng)電勢不能抵消。如果10 kV 單芯電纜金屬屏蔽層還是按照10 kV 三芯電纜采用兩端直接接地的方式， 金屬屏蔽層通過兩個接地點與大地構(gòu)成回路，產(chǎn)生較大的環(huán)流，所產(chǎn)生的熱損耗加速電纜主絕緣電熱老化。下面針對三相水平排列與三相品字形排列這兩種常見排列方式具體分析10 kV 單芯電纜金屬屏蔽層上的感應(yīng)電壓情況

5、。2.1 三相水平排列感應(yīng)電壓計算以YJV-1×630 單芯電纜為例， 電纜外徑48mm，銅屏蔽外徑43.9 mm，PVC 護套厚度2.5 mm，電纜水平排列，間距為管距，取10 mm。單相長約3155米，負荷電流取該線路最大運行電流420 A。根據(jù)文獻1 提供的水平排列計算公式S 為電纜中心軸間距離；Ds 為金屬屏蔽層外徑；I 為電纜工作電流；L 為電纜單相長度。計算得邊相電纜金屬屏蔽層正常運行時工頻感應(yīng)電壓最大為120.6V，中相電纜金屬屏蔽層正常運行時工頻感應(yīng)電壓最大為80.9 V。2.2 三相品字形排列感應(yīng)電壓計算根據(jù)文獻1提供的三相品字形排列計算公式計算得電纜金屬屏蔽層正常

6、運行時工頻感應(yīng)電壓最大為80.9 V。2.3 感應(yīng)電壓與環(huán)流危害電纜絕緣分析根據(jù)GB 502172007 電力工程電纜設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，當采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，電纜線路的正常感應(yīng)電勢最大值不得大于300 V。否則，不得大于50 V。按采取安全措施考慮，上述計算的感應(yīng)電壓120.6 V 和80.9 V都屬正常。但此規(guī)定只考慮了感應(yīng)電壓，并未考慮在此感應(yīng)電壓的作用下，金屬屏蔽層兩端接地所造成的環(huán)流的危害。文獻2中的感應(yīng)電壓只有6.8 V，遠小于300 V的規(guī)定值。但其環(huán)流實測值已經(jīng)接近負荷電流的10%，金屬屏蔽層接地線處溫度已達80 ，有出現(xiàn)熱冒煙事故可能性。而且電纜長度、工

7、作電流越大，感應(yīng)電壓就越大。該線路最大運行電流已達420 A，大于文獻2中電纜的工作電流，其長度3155米 也大于文獻2的50米。其感應(yīng)電壓在敷設(shè)條件相近條件下也應(yīng)大于文獻2電纜的感應(yīng)電壓。因此，該線路電纜金屬屏蔽層環(huán)流不容忽視， 環(huán)流的因素，造成電纜絕緣性能降低。經(jīng)過兩年的運行，再加上本身缺陷，最終出現(xiàn)事故。遺憾的是，由于開關(guān)柜“五防”設(shè)計原因，無法進行實測環(huán)流數(shù)值。3 改進措施分析該線路故障修復(fù)后，現(xiàn)在仍采用金屬屏蔽層兩端接地，金屬屏蔽層仍然有環(huán)流，對電纜絕緣來說，隱患仍然存在。為了降低電纜金屬屏蔽層感應(yīng)電壓，進而降低環(huán)流對電纜絕緣的損害。應(yīng)采取以下措施：1）電纜采用品字形排列；2）采用金

8、屬屏蔽層一端接地；3）采用金屬屏蔽層中點接地。從理論上講，采用金屬屏蔽層交叉互聯(lián)接地也很好，但如果采用一端接地或中點接地可以符合設(shè)計規(guī)范的要求時，一般就可以不用考慮復(fù)雜的交叉互聯(lián)接地，畢竟，經(jīng)濟性也是一個重要的因素。3.1 電纜采用品字形排列前面計算可知，水平排列正常運行時工頻感應(yīng)電壓最大值出現(xiàn)在邊相，為120.6 V；三相品字形排列正常運行時工頻感應(yīng)電壓三相均為80.9 V。采用品字形排列有利于降低正常運行時工頻感應(yīng)電壓和環(huán)流。3.2 金屬屏蔽層一端接地金屬屏蔽層采用一端接地時（圖2），如也采用三相品字形排列，正常運行時另一端工頻感應(yīng)電壓三相均為80.9 V，滿足設(shè)計規(guī)范中采取能有效防止人員

9、任意接觸金屬層的安全措施時小于300 V 的要求。一端接地沒有構(gòu)成回路， 可以消除環(huán)流，有利于提高電纜的傳輸容量不會造成電纜附加的熱損耗，有利于絕緣。如果未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，80.9 V 大于50 V， 不符合要求，則不能采用一端接地方式。為防止短路時另一端出現(xiàn)的工頻過電壓，以及防止另一端的沖擊過電壓。當電纜外護層不能承受這種過電壓的作用而損壞時，就會造成金屬護層的多點接地，因此另一端必須通過保護器接地。當考慮減小接地短路的工頻感應(yīng)電壓值或減小對通信干擾等問題時，需同步敷設(shè)事故回流線。圖2 電纜金屬屏蔽層一端接地3.3 金屬屏蔽層中點接地三相品字形排列，一端接地，正

10、常運行時另一端工頻感應(yīng)電壓三相均為80.9V，如果未采取安全措施，80.9 V 大于50 V，不滿足要求，可采用中點接地（圖3），Nj 為直通接頭。圖3 電纜金屬屏蔽層中點接地這種接地方式相當于兩個一端接地方式串聯(lián)。接地點兩端金屬屏蔽層正常運行時工頻感應(yīng)電壓最大為80.9 V 的一半， 即40.45 V， 滿足50 V 的要求。4 對設(shè)計規(guī)范的建議GB 502172007 電力工程電纜設(shè)計規(guī)范對GB20217-1994電力工程電纜設(shè)計規(guī)范做出了很多有針對性的修訂，該規(guī)范適用于新建、擴建的電力工程中500 kV 及以下電力電纜和控制電纜的選擇與敷設(shè)設(shè)計。電纜金屬屏蔽層接地方式中300 V與50

11、V 的規(guī)定， 用于配電電纜與輸電電纜時按規(guī)程規(guī)定標準是一樣的。但實際中發(fā)現(xiàn)，用此標準套用配電網(wǎng)絡(luò)10 kV 單芯電纜兩端接地時，經(jīng)常出現(xiàn)感應(yīng)電壓較高、環(huán)流太大導(dǎo)致出現(xiàn)電纜故障。電力企業(yè)配電電纜與輸電電纜也是分開設(shè)計的。配電電纜設(shè)計時，按規(guī)程設(shè)計10 kV 單芯電纜兩端接地是感應(yīng)電壓是滿足要求的，但實際工作中又老是擔心環(huán)流會不會對電纜絕緣不利。對電力工程電纜設(shè)計規(guī)范建議：對配電電纜與輸電電纜金屬屏蔽層接地方式與工頻感應(yīng)電壓做出不同的規(guī)定；對環(huán)流數(shù)值做出規(guī)定。5 小結(jié)10 kV 單芯電纜兩端接地感應(yīng)電壓與環(huán)流導(dǎo)致電纜故障問題，是配電電纜工作者多年困惑的問題。本文通過對單芯630電纜線路故障的感應(yīng)電

12、壓計算和分析，目的在于揭示導(dǎo)致這起事故的直接原因是金屬屏蔽層接地方式選擇不當，不應(yīng)選用兩端接地，而應(yīng)根據(jù)需要選擇一端接地或中點接地。因此，在單芯電纜的施工過程中必須要注意按設(shè)計要求進行敷設(shè)排列，嚴格按照設(shè)計要求在相應(yīng)點對電纜屏蔽層進行接地。參考文獻1 江日洪交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路M北京：中國電力出版社，19972 10 kV 單相電力電纜屏蔽層的感應(yīng)電壓和環(huán)流J高電壓技術(shù)，20023 胡其秀電力電纜線路手冊（設(shè)計、施工安裝、運行維護）北京：中國水利水電出版社，20054 史傳卿電力電纜安裝技術(shù)問答M中國電力出版社，2002                                   &