高铁电力贯通线的感应电压与金属护层接地方式
高速铁路27.5kV电缆金属护层的雷击感应电压
８８
中 国 铁 道 科 学
第 ３６卷
Ｑ ·ｃｍ～；ｐ加为线芯导体在温度为 ２０℃时的电阻 率 ，Ｑ ·ａｍ；Ａ 为线 芯 导体 的截 面 积 ，ｍｍ２；ａ为 温度 系数 ；ｔ为温 度 ；Ｌｃ和 Ｌｓ分 别 为 电缆 线 芯 导 体和金属护层的单位长度电感 ，ｎＨ ·ｃｍ～；Ｌｉ和
２Ｏ℃ 时 ， 由公 式 （１）一式 （５）计 算 得 到 Ｒｃ一
第 ３ ６卷 ，第 ４期 ２ ０ １ ５年 ７月
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ ＩＮＡ ＲＡＩＬＷ ＡＹ ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．４
Ｊｕｌｙ，２０１５
文章编号 ：ｌＯＯＩ一４６３２ （２０１５）０４—００８７—０缆 金属 护层 的 雷 击感 应 电压
系 中有屏 蔽层 电缆 的电磁场 耦合 状况 ，从 时域 和频 域 计算 电缆 的感应 过 电压 和 电缆 护层 上 的 电流 。文 献 １－６］ 讨 论 了 有 限 传 导 大 地 对 水 平 电 场 的 影 响 ， 并计 算 ２层 土壤介 质 中埋地 电缆 护层 上 的雷击感 应 电流 。以上 文献 主要从 理想 情况 仿真 分析 金属 护层 上 的雷击 感应 过 电压及 其受 影 响的 因素 ，与实 际工 况 的仿真 结果 有实 用性 和合 理性 上 的差异 。
本文 在建 立 电缆分 布式 参数模 型 的基 础上 ，采 用 ＭＡＴＬＡＢ软 件仿 真研究 ２７．５ ｋＶ 电缆金 属 护层 雷击 感应 电压 的特 性 。
１ 单位长度 电缆 电气参数 的理论计 算
忽略 电缆线芯导体的集肤效应和临近效应以及 金属 护 套 中 感 应 电 流 的 影 响 ，查 阅 电 线 电 缆 手 册［ ，得 到
周利 军，高 强 ，黄 军玲 ，李海岳 ，赵 晓丹
高铁电力贯通线的感应电压与金属护层接地方式
5.1 金属护层工频感应电压的计算
1.平衡负载条件下、电缆金属护层中感应电压的计算
电缆的金属护层可以看成一薄壁圆柱体，同芯地套 在线芯周围，线芯回路产生的一部分磁通不仅与线 芯回路相链，同时也与金属护层相链，这部分磁通 使金属护层具有电感，在它上面产生感应电动势， 其大小由线芯电流来决定。
1-导体 2-内屏蔽 3-绝缘 4-外屏蔽 5-金属屏蔽 6-填 充 7-绕包层 8内衬层 9-铠装层 10-外护套
(5) 极佳的抗老化特性及超强的耐热变形决定了交 联聚乙烯电缆在正常运行温度（ 90℃）、短时故 障（130℃）及短路（250℃）条件下可允许大电 流通过。
(6) 交联聚乙烯绝缘比重为0.92g/cm3。而聚氯乙 烯绝缘比重为1.35g/cm3，交联聚乙烯绝缘电缆比 聚氯乙烯绝缘电缆重量轻，直径要小，安装敷设方 便，附件接头简单。
如果单芯电缆护层采用经去磁处理的金属护层，使得电 缆导体中有电流通过时不会在金属护层中产生感应电压 及电磁场，这样的电缆称为单芯非磁铠装电缆。
单芯电缆金属护层采用单端接地或两端接地。单端接地 护层有感应电压无电流，双端接地有感应电流无电压。
• 根据高速铁路电力设计规范电缆线路设计要求，全电缆电 力贯通线宜采用单芯电缆，单芯电缆应采用非磁性金属铠 装层，不得选用未经非磁性有效处理的钢制电缆。
护层由包带、内护层、外护 层及金属护层等组成，它的 作用是对电缆特别是对绝缘 层进行保护，它必须能承受 各种机械力、耐大气环境及 化学药品腐蚀、能防止火灾 危害等。绝缘层、护层一般 采用热塑性材料，如聚氯乙 稀、聚乙烯等。
单芯电缆的导线与金属护层的关系，可以看作一个变压 器的初级绕组与次级绕组，当单芯电缆在三相交流电网中运 行时，流经电缆线芯的电流产生的一部分磁通与金属护层交 链，在金属护层中产生纵向感应电动势。
高速铁路电力贯通线单芯电缆敷设排列有关问题探讨
排列有关问题探讨
陈 思 江
（ 中铁建 电气化局 集 团有 限公 司 ，
摘
要 ： 分析 单芯 电缆 的各 种三 相敷设排 列情 况，通过对 单芯 电缆金属护 套工频 感应 电压 的计算 ，得 出三 相单 芯 电缆最
教 肆 的配量捧瑚 特征
，
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ｔ 辨 电Ｉ－￣ ！ Ｂ Ｅ ： Ｊ ｘ ｑ ３ 曦毵曼鼍 Ｉ 丰 ｉ 边兰角 Ｘ
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１ ， Ｘ
力供应 。因此 ，电力供应 的中断就意味着铁路运营 的中断。
高速铁路 电力供电系统平均每４ ￣５ ｋ结合车站引入两路外 ０ ０ｍ 部电源 ，设ｌｋ 配电所 。由配 电所 向铁路上下行两个方向分 ＯＶ 别馈 出两路ｌｋ 贯通线路 ，形成双端区间供电网络 。该线路 ＯＶ 结合沿线箱式变 电站采用环网式接线，并接受电力远动系统 的遥控，可独立切除任一段故障线路，故所有变 电所均可很
别 为 １ ０ ｍ和 １ ５ ｎ 即 电 缆 型 号 为 Ｙ Ｖ ２ ８ ７ ｌｋ ： ×７ ｒ ￣ ×９ ｎ ￣ ａ ｕ， Ｊ ６ — ． ／Ｏ Ｖ
ｌ 单芯 电缆金属护套 工频感应 电压计算公式
单芯 电缆芯线通过 电流时 ，在交变 电场作 用下，金属 屏蔽层必 然感应一定 的电动 势。三芯 电缆带平衡 负荷时， 三相 电流 向量和为零 ，金属屏蔽上 的感应 电势叠加为零 。 单芯 电缆每相之 间存在 一定的距离 ，感应 电势不能抵消 。 金属屏 蔽层感应 电压 的大小与 电缆长度和线 芯负荷 电流成 正 比，还 与 电缆排列 的中心 距离 、金属屏 蔽层 的平均直径
金属护套铁路贯通地线的接续方案和操作步骤
金属护套铁路贯通地线的接续方案和操作步骤金属护套铁路贯通地线的接续是铁路综合接地系统的重要组成部分，为了保证其接续安全，我们从以下几个方面进行金属护套铁路贯通地线的接续方案和操作步骤的说明。
并对接续材料的铜含量及接续后的直流电阻比率、握力进行了测试。
一、接续方案和操作步骤1、C形压接件贯通地线的接续和“T”形引接采用“C”形压接件压接工艺。
C形压接件及接续工具见图1-1～图1-2。
图1-1 铜质C型环图1-2 12t压接钳（带自锁）安装步骤：1）用钢锯将需要接续的两根合金护套铁路贯通地线的端面锯平；2）用砂纸将贯通地线接续端端面及表面进行打磨，并用软毛刷清理掉杂质（如图1-3）；图1-33）在距离两根贯通地线端面10mm处各放入一个C型环，两个C型环之间的距离与贯通地线的规格有关。
① DH 35：30mm（如图1-4）② DH 70: 45mm（如图1-5）图1-4 图1-54）将C形压接件压接在压接钳内。
将两根贯通地线错开重叠在一起，从其中一根贯通地线一端开始，放入C形压接件内，反复压压接件手柄，知道听到“嗒”的一声，然后顺时针旋转压接钳的手柄不动后，将手柄向下压，压接钳模具松开见图1-6。
图1-6 图1-75）第一个C形环压接完成后，再从另一根贯通地线一端开始，同样的方法进行第二个C形环的压接。
（见图1-7）6）C形压接件、贯通地线压成一体。
（见图1-8）图1-82、L 形连接件在桥梁和隧道地段，贯通地线敷设在铁路两侧地线槽内，接地端子预制在电缆槽底部或侧壁上，为实现贯通地线与接地端子的可靠、经济连接，我们设计了贯通地线与桥隧接地端子连接件。
贯通地线的连接接续采用“L”形连接件连接。
L形连接件及接续工具见图2-1～图2-2。
图2-1 L形连接件图2-2 12t压接钳（带自锁）安装步骤1）将L形连接件压接在压接钳内。
将贯通地线放入连接件的“C”形环中，（见图2-3），从贯通地线一端开始，放入L形压接件内，反复压压接件手柄，知道听到“嗒”的一声，然后顺时针旋转压接钳的手柄不动后，将手柄向下压，压接钳模具松开见图2-4。
高铁电力贯通线感应电压与金属护层接地方式
感应电压的产生：由于高 铁电力贯通线的电磁感应 作用，导致金属护层产生 感应电压
优化设计原则：在保证高 铁电力贯通线安全运行的 前提下，降低感应电压对 金属护层的影响
金属护层接地方式的选择： 根据感应电压的大小和分 布情况，选择合适的接地 方式
优化设计方案：采用合理 的接地方式，如分段接地、 多点接地等，以降低感应 电压对金属护层的影响
高铁电力贯通线感应电压 与金属护层接地方式
演讲人
目录
01 高 铁 电 力 贯 通 线 感
应电压
02 金 属 护 层 接 地 方 式
03 感 应 电 压 与 金 属 护
层接地方式的关系
1
高铁电力贯通线感 应电压
感应电压的产生
01
02
电力贯通线： 高铁电力系 统的重要组 成部分，用 于传输电力
感应电压： 由于电力贯 通线的电磁 感应现象而 产生的电压
谢谢
影响通信系统的正常运行：感应电压可能导致通 信系统受到干扰，影响通信系统的正常运行。
感应电压的预防措施
01
采用屏蔽措施，减 少感应电压的产生
02
采用绝缘材料，提 高设备的绝缘性能
03
采用接地措施，降 低感应电压的影响
04
加强设备维护，确 保设备运行正常
2
金属护层接地方式
金属护层的作用
2019
降低电缆的 损耗
接地方式的应用： 根据实际需求和现 场条件，选择合适 的接地方式
接地方式的优缺点
优点：降低接地电阻， 适用场景：适用于大
提高接地效果，减少 功率、高电压、长距
接地故障
离的电力系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ01
03
02
高铁电力贯通线的感应电压与金属护层接地方式全解
• 根据高速铁路电力设计规范电缆线路设计要求，全电缆电 力贯通线宜采用单芯电缆，单芯电缆应采用非磁性金属铠 装层，不得选用未经非磁性有效处理的钢制电缆。
聚氯乙烯外护套 非磁性不锈钢带铠装 防水型聚乙烯内护套 铝塑复合带 铜带屏蔽 绝缘屏蔽 交联聚乙烯绝缘 导体屏蔽 导体线芯
交联聚乙烯非磁铠装单芯铜芯电缆特点
• (1) XLPE是交联聚乙烯英文名称的缩写，聚乙 烯是一种线性的分子结构，在高温下极易变形 。交联聚乙烯过程使其变成一种网状结构。这 种结构即使在高温下也一样具有很强的抗变形 能力。
(2) XLPE电缆料是一种含有机过氧化物的聚乙烯。 这种过氧化物在高温高压及惰性气体环境下与聚乙 烯发生化学反应，使热塑性聚乙烯变成热固性（弹 性体）的聚乙烯，即XLPE。 (3) XLPE电缆有极佳的电气性能。介质损耗比纸绝 缘和PVC绝缘都要小，XLPE电缆的电容也小。
护层由包带、内护层、外护 层及金属护层等组成，它的 作用是对电缆特别是对绝缘 层进行保护，它必须能承受 各种机械力、耐大气环境及 化学药品腐蚀、能防止火灾 危害等。绝缘层、护层一般 采用热塑性材料，如聚氯乙 稀、聚乙烯等。 单芯电缆的导线与金属护层的关系，可以看作一个变压 器的初级绕组与次级绕组，当单芯电缆在三相交流电网中运 行时，流经电缆线芯的电流产生的一部分磁通与金属护层交 链，在金属护层中产生纵向感应电动势。 此外，接触网的运行在单芯电缆金属护层中也产生感应 电动势，单芯电缆金属护层中还存在操作过电压等情况。
A A
B
S1 S1
S2
C
A
S3
C
S1
B
S3
B
S2
( a)
S3
(b)
S2
(c)
C
浅析铁路客运专线单芯电缆线路金属护层接地
浅析铁路客运专线单芯电缆线路金属护层接地摘要] 铁路客运专线为保证通信、信号等重要负荷的供电可靠性一般设置两路10kV全电缆线路。
为减少电缆线路中间接头、提高电缆线路的供电可靠性，铁路客运专线10kV电力贯通线多采用单芯电缆线路。
本文从单芯电缆结构、金属护层接地原理、接地方式、感应电压计算等方面对单芯电缆线路金属护层接地进行了全面的分析，以期提高客运专线单芯电缆线路的运行可靠性。
[关键词]铁路客运专线、单芯电缆线路、金属护层接地、感应电压计算1 铁路客运专线10kV电力贯通线特点铁路客运专线为保证通信、信号等重要负荷的供电可靠性一般设置两路10kV全电缆线路。
为减少电缆线路中间接头、提高电缆线路的供电可靠性，铁路客运专线10kV电力贯通线多采用单芯电缆线路。
根据我国电力安全规程的规定，电气设备非带电的金属外壳都要接地，因此电缆的金属屏蔽层都要求接地。
对于三芯电缆来说，正常运行时流经三个导电线芯的三相电流相量和为0，在金属屏蔽层两端基本上无感应电压。
但当采用单芯电缆时，其导电线芯有电流通过，就有磁力线交链金属屏蔽层，使金属屏蔽层的两端产生感应电压。
如果接地方式处理不当，将在屏蔽层产生很大的感应电流，从而影响电缆的正常运行，甚至发生事故。
2 单芯电缆的结构及各部分的主要作用单芯电缆从内向外的结构依次为：导体、内半导体层、绝缘层、外半导体层、金属屏蔽层、内护层、金属铠装层、外护层。
(1)导体：传输电能，提供负荷电流的通路。
(2)内半导体层：起均匀导体表面电位的作用，用于改善金属电极表面电场分布，提高绝缘层表面耐电强度。
(3)绝缘层：起绝缘作用，一般采用聚乙烯材料，是将高压电极与地电极可靠隔离的关键部位，能承受工作电压及过电压长期作用，具有较高的耐电强度，能承受发热导体的热效应。
(4)外半导体层：起屏蔽作用，消除绝缘层与金属屏蔽层之间的间隙，用于改善金属电极表面电场分布，提高绝缘表面耐电强度。
(5)金属屏蔽层：也可称作薄铜带屏蔽层，起屏蔽作用，用于形成工作电场的低压电极，提供电容电流及故障电流的通路，以免因短路引起电缆温升过高而损坏绝缘层。
高速与普速铁路10kV电力贯通线路中性点接地方式及其运行方式差异化分析
高速与普速铁路10kV电力贯通线路中性点接地方式及其运行方式差异化分析[摘要]本文详细论述了高速与普速铁路10kV电力贯通线路各自的构成方式、负荷特点，以及由此引发的系统中性点接地方式的差异。
近而对目前高速铁路10kV电力贯通线路两种不同接地方式对供电系统的安全性、可靠性、经济性等进行了综合分析，得出了高铁贯通线路建设的较优方案。
通过比对中性点接方式的不同带来的运行方式的变化，为高铁贯通线路的技术管理积累经验。
【关键字】10kV贯通线路；中性点接地方式；消弧线圈铁路10kV电力系统由外部电源、变配电所、沿铁路线架设的电力贯通线路组成，主要为铁路沿线行车信号及各种自动化装备等负荷提供电源，保证铁路行车的安全正点。
为了保证供电的可靠性，变配电所一般引入两路外部电源，采用单母线母联分段运行方式，经1：1调压器向贯通线路供电，贯通线路一般具有两端变配电所互供的条件。
随着列车运行速度的提高，列车开行对行车自动控制设备的依赖程度越来越高，因此，为行车信号及自动控制设备供电的铁路电力系统已成为保障运输的关键设备，建设标准逐步提高，在目前的高速铁路工程建设中，贯通线路已由普速的以架空线路为主提高为以电缆为主或全电缆方式，路径采用专用电缆沟敷设，大大减少了受外界影响，提高了供电的可靠性。
由于大量电缆的使用，系统容性电流显著增大，中性点接地方式也随之相应改变，与既有的普速铁路存在较大的差异。
1.高速铁路与普速铁路10kV电力贯通线路的不同普速铁路沿铁路线架设的10kV电力线路称为自闭线路和贯通线路，根据铁路线路对供电的需求设单回路或双回路。
自闭、贯通10kV电力线路通过沿铁路线相邻40～60km的变配电所形成互供，一般以架空线路为主，个别区段受地形限制改为电缆线路。
自闭线路多采用LGJ—50mm2架空线路，主供铁路信号、通信、5T系统等一级负荷用电；贯通系统多采用LGJ—70mm2架空线路，备供铁路信号、通信、5T系统等一级负荷用电，同时向区间及各站生产生活等设施供电。
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排列
相别
等边三角 A,B,C 形排列 直线排列 A,C
B 直角三角 A，C 形排列 B
YJV623*(1*50) 1.0570
YJV623*(1*70) 1.0478
YJV623*(1*95) 1.0376
1.6723 1.0570 1.3294 1.0570
1.6641 1.0478 1.3205 1.0478
•屏蔽层由导体屏蔽层、绝缘屏蔽层、铜带屏蔽层等组成，它 的作用是将电缆导体中的电磁场与外界进行隔离的构件。
•护层由包带、内护层、外护 层及金属护层等组成，它的 作用是对电缆特别是对绝缘 层进行保护，它必须能承受 各种机械力、耐大气环境及 化学药品腐蚀、能防止火灾 危害等。绝缘层、护层一般 采用热塑性材料，如聚氯乙 稀、聚乙烯等。
3*(1*50) 3*(1*70) 3*(1*95)
等边三角 A,B,C
15.8548 15.7167 15.5645
形排列
直线排列 A,C
4.1807 4.1602 4.1376
B
2.6425 2.6194 2.5941
直角三角 A，C 形排列 B
3.3234 2.6425
3.3014 2.6194
3.2771 2.5941
• 表2.5-5 I=300A，单位长度金属护层中的感应 电压（V/km）
排列
相别
YJV62- YJV62- YJV62-
• 单芯电缆金属护层中感应电压及操作过电压的存在，不 但可能危及人身安全，对周围环境造成电磁干扰，而且 可能造成电能损耗、降低电缆的载流量、加速电缆绝缘 老化，因此，采用合理的方式对单芯电缆金属护层进行 接地，将金属护层中的感应电压及操作过电压降低到最 低程度是非常必要的。
•如果单芯电缆护层采用经去磁处理的金属护层，使得电 缆导体中有电流通过时不会在金属护层中产生感应电压 及电磁场，这样的电缆称为单芯非磁铠装电缆。
（Ω/km ）
（Ω/km）
•三相电缆敷设在一直角等边三角形顶点上
(V/km)
(V/km)
• 电缆YJV62-3*(1*50)单位长度金属护层中的感应电压 随电流变化曲线
电缆YJV62-3*(1*70) 单位长度金属护层中的感应 电压随电流变化曲线
表2.5-1 I=20A，单位长度金属护层中的感应电压（V/km）
•1-导体 2-内屏蔽 3-绝缘 4-外屏蔽 5-金属屏蔽 6-填 充 7-绕包层 8内衬层 9-铠装层 10-外护套
• 三相电缆敷设在等边三角形顶点上,护层电感
（Ω/km） •单位长度金属护层中的感应电压
(V/km)
•三相电缆敷设在一直线上，边相感应电压为
(V/km)
•中相感应电压为
(V/km)
5.1 金属护层工频感应电压的计算
•1.平衡负载条件下、电缆金属护层中感应电压的计 算 •电缆的金属护层可以看成一薄壁圆柱体，同芯地套 在线芯周围，线芯回路产生的一部分磁通不仅与线 芯回路相链，同时也与金属护层相链，这部分磁通 使金属护层具有电感，在它上面产生感应电动势， 其大小由线芯电流来决定。
• (2) XLPE电缆料是一种含有机过氧化物的聚乙烯。 这种过氧化物在高温高压及惰性气体环境下与聚乙 烯发生化学反应，使热塑性聚乙烯变成热固性（弹 性体）的聚乙烯，即XLPE。
• (3) XLPE电缆有极佳的电气性能。介质损耗比纸绝 缘和PVC绝缘都要小，XLPE电缆的电容也小。
•(4) 极易敷设是 XLPE电缆的又一个优点。XLPE 电缆有一个较小的弯曲半径，它比其它同类电缆轻 而且有较为简单的终端处理。由于XLPE电缆不含 油，所以在敷设XLPE电缆时不用考虑路线，也不 存在由于淌油而无法敷设的情况。
• (7) 铜芯电缆具有电阻率低、延展性好、载流 量大、电压损失低、抗氧化、抗疲劳等优点。
• 正由于交联聚乙烯绝缘非磁铠装单芯铜 芯电缆具有其它绝缘电缆无法比拟的优点。 它的结构简单、重量轻、耐热好、负载能力 强、不熔化、耐化学腐蚀，机械强度高等优 异特性，在高速铁路长距离的电力贯通线路 中得到广泛的使用。
• 单芯电缆的导线与金属护层的关系，可以看作一个变压 器的初级绕组与次级绕组，当单芯电缆在三相交流电网中运 行时，流经电缆线芯的电流产生的一部分磁通与金属护层交 链，在金属护层中产生纵向感应电动势。 • 此外，接触网的运行在单芯电缆金属护层中也产生感应 电动势，单芯电缆金属护层中还存在操作过电压等情况。
•单芯电缆金属护层采用单端接地或两端接地。单端接地 护层有感应电压无电流，双端接地有感应电流无电压。
• 根据高速铁路电力设计规范电缆线路设计要求，全电缆电 力贯通线宜采用单芯电缆，单芯电缆应采用非磁性金属铠 装层，不得选用未经非磁性有效处理的钢制电缆。
交联聚乙烯非磁铠装单芯铜芯电缆特点
• (1) XLPE是交联聚乙烯英文名称的缩写，聚乙 烯是一种线性的分子结构，在高温下极易变形 。交联聚乙烯过程使其变成一种网状结构。这 种结构即使在高温下也一样具有很强的抗变形 能力。
1.6550 1.0376，单位长度金属护层中的感应 电压（V/km）
排列 相别
YJV62- YJV62- YJV62-
3*(1*50) 3*(1*70) 3*(1*95)
等边三角 A,B,C
2.6425 2.6194 2.5941
形排列
直线排列 A,C
高铁电力贯通线的感应 电压与金属护层接地方
式
2020年8月2日星期日
电缆贯通线的感应电压与金属护层接地方式
• 单芯电缆从结构组成上，可分为导体、绝缘 层、屏蔽层和护层4部分。
•绝缘层是包覆在 导体外围四周起着 电气绝缘作用的构 件，既能确保电流 只沿着导线传输而 不流向外面，又能 确保外界物体和人 身的安全。
• (5) 极佳的抗老化特性及超强的耐热变形决定了 交联聚乙烯电缆在正常运行温度（ 90℃）、短时 故障（130℃）及短路（250℃）条件下可允许大 电流通过。
• (6) 交联聚乙烯绝缘比重为0.92g/cm3。而聚氯乙 烯绝缘比重为1.35g/cm3，交联聚乙烯绝缘电缆比 聚氯乙烯绝缘电缆重量轻，直径要小，安装敷设方 便，附件接头简单。