GYDL00101007 金属护层感应电压

第一章电力电缆基本知识
模块7 金属护层感应电压（GYDL00101007）
【模块描述】本模块介绍高压单芯电缆金属护层感应电压的基本知识。

通过概念解释、要点讲解和图形示意，了解金属护层感应电压概念及产生原因，熟悉金属护层感应电压对单芯电缆的影响，掌握改善电缆金属护层电压的措施。

【正文】
当电缆线芯流过交流电流时,在与导体平行的金属护套中必然产生感应电压。

三芯电缆具有良好的磁屏蔽,在正常运行情况下其金属护套各点的电位基本相等为零电位,而由三根单芯电缆组成的电缆线路中则不同。

一、金属护层感应电压概念及产生原因
单芯电缆在三相交流电网中运行时，当电缆导体中有电流通过时，导体电流产生的一部分磁通与金属护套相交链，与导体平行的金属护套中必然产生纵向感应电压。

这部分磁通使金属护套产生感应电压数值与电缆排列中心距离和金属护套平均半径之比的对数成正比，并且与导体负荷电流，频率以及电缆的长度成正比。

在等边三角形排列的线路中，三相感应电压相等；在水平排列线路中，边相的感应电压较中相感应电压高。

二、金属护套感应电压对单芯电缆的影响
单芯电缆金属护套如采用两端接地后，金属护套感应电压会在金属护套中产生循环电流，此电流大小与电缆线芯中负荷电流大小密切相关，同时，还与间距等因素有关。

循环电流致使金属护套因产生损耗而发热，将降低电缆的输送容量。

如果采取金属护套单端接地,另一端对地绝缘,护套中没有电流流过.但是,感应电压与电缆长度成正比,当电缆线路较长时,过高的感应电压可能危及人身安全,并可能导致设备事故。

因此必须妥善处理金属护套感应电压。

三、改善电缆金属护套电压的措施
金属护套感应电压与其接地方式有关,我们可通过金属护套不同的接地方式,将感应电压合理改善。

《电力工程电缆设计规程》GB50217－2007规定，单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，金属护套任一点的感应电压(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；除上述情况外，不得大于300V，并应对地绝缘，如果大于此规定电压时，应采取金属护套分段绝缘或绝缘后连接成交叉互联的接线。

为了减小单芯电缆线路对邻近辅助电缆及通信电缆的感应电压，应尽量采用交叉互联接线。

对于电缆线路不长的情况下，可采用单点接地的方式，同时为保护电缆外护层绝缘，在不接地的一端应加装护层保护器。

对于较长的电缆线路，应用绝缘接头将金属护套分隔成多段，使每段的感应电压限制在小于50V的安全范围以内。

通常将三段长度相等或基本相等的电缆组成一个换位段，其中有两套绝缘接头，每套绝缘接头的绝缘隔板两侧不同相的金属护套用交叉跨越法相互连接。

金属护套交叉互联的方法是：将一侧A相金属护套连接到另侧B相；将一侧B相金属护套连接到另一侧C相；将一侧C相金属护套连接到另一侧A相。

金属护套经交叉互联后，举例说，第I段C相连接到第II段B相，然后又接到第III 段A相。

由于A、B、C三相的感应电动势的相角差为120°，如果三段电缆长度相等，则在一个大段中金属护套三相合成电动势理论上应等于零。

见图GYDL00101007－1
1
(a)
A B C A相B相
C相
Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段
554C 相Ⅰ段B相Ⅱ段
A 相Ⅲ段
0ⅠU 3
X
(b)ⅡⅢ
图GYDL00101007－1 单芯电缆金属护套交叉互联原理接线图
（a ）交叉互联接法示意图; (b)沿线感应电压分布图
1-电缆终端 4-直通接头 5-绝缘接头
金属护套采用交叉互联后，与不实行交叉互联相比较，电缆线路的输送容量可以有较大提高。

为了减少电缆线路的损耗，提高电缆的输送容量，高压单芯电缆的金属护套，一般均采取交叉互联或单点互联方式。

单芯电缆附件金属护套的常见连接方式如下：
1．金属护套两端接地。

见图GYL00101007－2
31
3
图GYDL00101007－2金属护套两端接地电缆示意图
1-电缆终端 3-直接接地
当电缆线路长度不长、负荷电流不大时，金属护套上的感应电压很小，造成的损耗不大，对载流量的影响也不大。

2．金属护套一端接地
当电缆线路长度不长、负荷电流不大时，电缆金属护套可以采用一端直接接地、另一端经保护器接地的连接方式，使金属护套不构成回路，消除金属护套上的环行电流。

见图GYDL00101007－3
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2
图GYDL00101007－3护套一端接地电缆线路示意图
1-电缆终端 2-金属屏蔽层电压限制器 3-直接接地 4-直通接头
金属护套一端接地的电缆线路，还必须安装一条沿电缆线路平行敷设的导体，导体两端接地，称为回流线。

5．单芯电缆线路回流线
当单芯电缆线路的金属护套只在一处互联接地时，在沿线路间距内敷设一根阻抗较低的绝缘导线，并两端接地，该接地的绝缘导线称为回流线（D ）。

回流线的布置如图TYDL00101007—4所示。

S S S 1S 3S 2
D
A
B
C
E
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图TYDL00101007—4 回流线布置示意图
图中S ：为边相和中相的中心距离，S 1=1.7S ，S 2=0.3S ，S 3=0.7S
当电缆线路发生接地故障时，短路接地电流可以通过回流线流回系统的中性点，这就是回流线的分流作用。

同时，由于电缆导体中通过的故障电流在回流线中产生的感应电压，形成了与导体中电流逆向的接地电流，从而抵消了大部分故障电流所形成的磁场对邻近通信和信号电缆产生的影响，所以，回流线实际又起了磁屏蔽的作用。

在正常运行情况下，为了避免回流线本身因感应电压而产生以大地为回路的循环电流，回流线应敷设在两个边相电缆和中相电缆之间，并在中点处换位。

根据理论计算，回流线和边相，中相之间的距离，应符合“三七”开的比例，即回流线到各相的距离应为：S 1=1.7S ，S 2=0.3S ，S 3=0.7S ，S 为边相至中相中心距离。

安装了回流线之后，可使邻近通信、信号电缆导体上的感应电压明显下降，根据计算，仅为不安装回流线的27℅。

一般选用铜芯大截面的绝缘线为回流线。

在采取金属护套交叉互联的电缆线路中，由于各小段护套电压的相位差位1200，而幅值
相等，因此两个接地点之间的电位差是零，这样就不可能产生循环电流。

电缆线路金属护套
的最高感应电压就是每一小段的感应电压。

当电缆发生单相接地故障的时候，接地电流从护套中通过，每相通过1∕3的接地电流，这就是说，交叉互联后的电缆金属护套起了回流线的作用，因此，在采取交叉联的一个大段之间不必安装回流线。

3．金属护套中点接地
金属护套中点接地的方式是在电缆线路的中间将金属护套直接接地，两端经保护器接地。

金属护套中点接地的电缆线路可以看作金属护套一端接地的电缆线路的两倍长度。

见图GYDL00101007－5 4
1
2
图
GYDL00101007－5金属护套中点接地电缆示意图
1-电缆终端 2-金属屏蔽层电压限制器 3-直接接地 4-直通接头
当电缆线路不适合金属护套中点接地时，可以在电缆线路的中部装设一个绝缘接头，使其两侧电缆的金属护套在轴向断开并分别经保护器接地，电缆线路的两端直接接地。

见图GYDL00101007－6。

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15
2
图GYDL00101007－6护套断开电缆线路接地示意图
1-电缆终端头 2-金属屏蔽层电压限制器 3-直接接地 5-绝缘接头
4．金属护套交叉互联
电缆线路长度较长时，金属护套应交叉互联。

这种方法是将电缆线路分成若干大段，每一大段原则上分成长度相等的三小段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处三相金属护套用同轴电缆进行换位连接，绝缘接头处装设一组保护器，每一大段的两端金属护套直接接地。

见图GYDL00101007－7 54
2
第一单元第二单元第n单元
1
3
图GYDL00101007－7金属护套交叉互联电缆线路示意图
1-电缆终端头 2-金属屏蔽层电压限制器 3-直接接地 4-直通接头 5-绝缘接头【思考与练习】
1.单芯电缆金属护套感应电压是怎样产生的？
2.单芯电缆金属护套感应电压对电缆线路有什么影响？
3.画图说明什么叫单芯电缆线路金属护套的交叉互联。