XLPE单芯电缆铠装接地的探讨

XLPE单芯电缆铠装接地的探讨
吴睿力
（广东省工业设备安装公司，广州 510080）
摘要：通过介绍东莞诺基亚XLPE 绝缘导体截面1000mm2单芯电缆敷设运行情况，对环流做了实测，对正三角形、水平排列的护套感应电压做了计算、比较，提出了正三角形排列一端接地的结论和建议，供各地同行参考。

关键词：XLPE 单芯电缆金属屏蔽层环流感应电压两端接地一端接地
某些工程由于受到空间等因素的影响，使用1000mm2的单芯交联电缆进行低压供电。

单芯电缆的使用提高了单回电缆的输送能力和施工效率，短段电缆可以使用，方便了电缆敷设和附件安装。

也由此带来了金属屏蔽接地方式的问题。

1 电缆实例
东莞诺基亚移动电话有限公司的电缆系统已投入使用近两年，但低压配电柜MN11至B 电房的供电进线电缆于2001年10月15日被发现发热。

电缆规格为XLPE-1000mm2,全长约220米。

发热部位为电缆头的5m范围内的电缆金属屏蔽层,发热温度约为110℃，发热金属屏蔽层对地电流为110A，电缆同低压柜连接线处不发热，温度约为40℃。

电缆分3相，每相有3条XLPE-1000mm2电缆，每相有1～2条电缆的金属屏蔽层发热。

电缆排列形式全长为紧贴三角形布置，电缆两端距离电缆端头3～4米处因为进柜原因为平行排列方式。

我司接到诺基亚通知后，立即于当天将发热的电缆金属屏蔽层进行悬空（不接地）的应急处理，经运行13小时后，电缆不发热，但悬空的电缆金属屏蔽层产生了120V左右的感应电压，较危险。

1.1.初步判断电缆的金属屏蔽层发热的原因有两个：
1.1.1.绝缘层被发热击穿，有泄漏电流，使金属屏蔽层带电；
1.1.
2.电缆长期使用后，由于电缆受到电场力和配电柜柜顶板受电场力振动，电缆铜索头松动，造成金属屏蔽层的接地处松动；并且由于金属屏蔽层为铝质材料属硬磁材料，磁滞特性非常显著，在涡流效应的影响下，磁损耗日益增大，发热增加。

并且没有定期进行维护，造
成铜束头松动并和该处的金属屏蔽层长期发热，导致金属屏蔽层和铜束头表面氧化，引起金属屏蔽层接地不良好，接地电阻过大，同时金属屏蔽层的感应电流因电缆的负荷电流保持较高，因而造成局部金属屏蔽层发热。

1.2.验算金属屏蔽层的工频感应电压
1.2.1.单芯电缆金属护套工频感应电压计算
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，所以可两端接地。

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有关。

1.2.1.1.电缆正三角形排列时，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下面公式计算：
U = 2aILn(2S/D)×10－7（V/m）
I---负荷电流，S---电缆中心距离，D--电缆金属屏蔽层平均直径
以该单芯电缆计算，电缆中心距离约76mm(S)，电缆屏蔽层平均直径60mm(D)，PVC 绝缘层约9mm(a),当电缆“品”字形紧贴排列，负荷电流为300A时，算得电缆护层的感应电压为每米0.5伏，全长感应电压计算值约为110伏。

计算值与实测值接近，初步可以认定为第二种原因。

1.2.1.2.电缆三相水平排列时，设电缆间距相等，金属屏蔽单位长度的感应电压可按下式计
算：U＝I（Xs2+XsXm+Xm2）1／2 V／m
边相：Xs=2aLn(2S/D)×10-7Ω/M
中相：Xm=2aLn2×10-7Ω/M
由于该段电缆的水平排列距离较短（紧占全长的5％左右），所以忽略该部分的电压叠加值。

1.2.2.同时可由以上计算得知：
1.2.2.1.当电缆长度与工作电流较大的情况下，感应电压可能达到很大的数值。

1.2.2.2.电缆以紧贴三角形布置时，感应电压最小。

当电缆相间距离增加，相对位置改变时，
感应电压都会相应地改变。

另外，多回电缆同路径敷设，也会对感应电压产生影响。

1.3.处理方法
经停电测试，电缆金属屏蔽层与电缆各相的绝缘电阻值均大于100MΩ，排除了第一种原因。

所以采用以下维修方案：
电缆金属屏蔽层采取一端接地，一端悬空（不接地）；使用铝卡卡紧金属屏蔽层引出接地；同时对电缆金属屏蔽层全长有可能接地的地方，使用3M绝缘胶布进行修复，确保电缆金属屏蔽层只有一点接地。

至今为止，经处理后的电缆运行两个月，情况正常，无发热情况。

1.4.同时对电缆金属屏蔽层的循环电流进行实测分析
分析：
1.4.1.采用两端直接接地的方式，由于电磁感应电压的作用，就会在屏蔽层中产生循环电流。

循环电流的大小主要与屏蔽层的自感阻抗和互感阻抗有关。

即与屏蔽层的电阻、直径、电缆
的间距等有关。

1.4.
2.从实测值可见，循环电流达到负荷电流的30-50%。

屏蔽层循环电流的存在，造成屏蔽层发热和电能损耗，降低了电缆的输送容量。

因此，有必要采取措施减少或消除该循环电流。

1.4.3.实测数值还反映出，环流值并没有绝对地因电缆长度和负荷电流的增大而增加。

说明电缆三芯的布置对感应电压的影响不可忽视。

1.4.4.采用一端接地后，接地电流和对地低压降低了90％，降低了屏蔽层发热和电能损耗。

2 金属屏蔽接地方式的选择
2.1.采用两端直接接地的方式
2.1.1.1kV单芯电缆金属护层两端接地时，由于护层阻抗值不像35kV以上电缆那样小，环流尚不过分大。

有关资料介绍，35kV以上高压电缆两端接地时，护层循环电流可达到线芯电流的50%-90%，从而引起护层发热，严重降低电缆的载流能力。

2.1.2.1kV单芯电缆金属护层直接接地减少了附属设备的配置和维护量，对运行人员也比较安全。

因此采用两端接地有一定的优势。

2.1.
3.继续沿用两端直接接地的方式，必须尽可能地降低护层感应电压，使线路损耗达到运行可接受的程度。

较有效的办法就是保持三相线芯呈紧贴正三角形布置。

在电缆敷设后，每隔1米距离用非铁磁性扎带绑扎。

2.2.一端接地的方式
一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地，另一端金属屏蔽对地开路不互联。

一般应在与配电房连接端一端接地，以减小线路受雷击时的过电压。

一端接地后，可以消除护层循环电流，减少线路损耗。

但开路端在正常运行时有感应电压。

在雷击和操作时，金属屏蔽开路端可能出现很高的冲击过电压。

系统发生短路事故和短路电流流经芯线时，金属屏蔽不接地端也可能出现很高的工频感应电压。

当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时，就会造成金属护层的多点接地。

但这种方式比较适合线路距离较短，金属护层上任一非接地处的正常感应电压较小时的1Kv以下电缆。

3 结论和建议
3.1.在大型工业厂房，空间或其他原因不使用母线槽时，而负荷又较高，4×240mm2XLPE绝缘电缆达不到供电容量要求时，宜使用300、400、800mm2及以上单芯电缆，以提高供电容量。

单芯电缆的金属屏蔽层应采用消磁金属材料结构，接地线截面建议为16mm2以上。

使用单芯交联电缆，施工方便，配套的铜接头密封及固定更简单可靠。

3.2.从降低金属屏蔽感应电压或降低环流考虑，单芯电缆宜采用外护套紧贴的正三角形排列，宜间隔1M用非磁性带材扎紧，更适合在电缆沟或隧道支架上布置电缆。

3.3.从消除环流损耗，不降低电缆的载流量考虑，并且低压电缆一般敷设在室内，受雷击影响极少，所以应提倡电缆金属屏蔽层一端接地方式。

3.4.采用金属屏蔽层一端接地方式，非接地端计算和实测感应电压应不超过36V安全低压；大于36V的宜安装护套保护器。

3.5.单芯电缆进出箱柜时，箱柜固定电缆头的顶板或底板应采用非磁性材料及金属材料，建议采用足够厚的电木板或绝缘板。

参考文献：
［1］周志勇主编，《大学物理第二册电磁学》，华南理工大学出版社，1991
［2］柳林啸主编，《电气工程施工要点与技术规范全书》，吉林科学技术出版社，2001。