电缆金属护套感应电压计算公式及应用
电缆护层保护器原理及应用
电缆护层保护器原理及应用王培雄【摘要】在10～35kV电力系统中,电缆都为三芯结构,而在高速铁路10KV电力系统中,电缆都为单芯结构,本文分析了单芯电缆金属护层产生的感应电压过高及形成环流的原理,并采用一端金属护层直接接地,另一端金属护层经护层保护器接地的方法避免了电压过高及形成环流.单芯电缆各相之间相互不干扰,能提高供电可靠性,缩短电缆检修时间,方便电缆检修维护.%In power system of 10 ～ 35kV, cables are three core structure, while in the power system of 10KV of high-speed railway, cables are the single core structure. This paper analyzed inductive voltage which was too high generated by metal protective layer of single core cable and the theory of forming circulation. The paper provided a method which metal protective layer of one end directly grounded, and another end grounded after sheath protector, which avoided the voltage which was too high and the formation of circulation. The single core cable does not interfere with each other, which can improve reliability of the power supply, shorten time of repairing cable and conveniently maintain cable.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】2页(P200-201)【关键词】单芯电缆;护层保护器;环流;过电压【作者】王培雄【作者单位】中铁建电气化局集团南方工程有限公司,武汉,430071【正文语种】中文【中图分类】TM7单芯高压电缆常因金属护套过电压引起电缆外护层击穿损坏，为了降低护套对地过电压，避免外护层击穿，使用限压装置，即护层保护器，保证电缆可靠运行。
高压单芯电缆护层的感应电压的分析与应用
随着十一五工程的相继竣工，使我厂管辖范围内的高压单芯电缆数目增多，发生护层接 地的故障隐患几率增大。在今后的工作中，定期对35-110KV单芯电缆护层的电压、电流的测 试，结合理论上的计算，判别电缆的护层是否存在非正常的接地。
参考文献 1、 欧景茹。高压单芯电缆金属护套感应电压的计算及其保护方式。吉林电力。2001
1、引言
近几年有关电缆护层接地的故障及隐患时有发生，六降压厚板一线 3107 在投运 6 小时 后由于护层接地，导致电缆爆炸；五降压 3215 由于护层接地，接地点的发热温度高达 105℃， 发现及时，避免了电缆爆炸事故的发生；110KV 韩钢线由于护层接地，电缆发热，随时有爆 炸的可能。事故隐患的接连发生，引起了厂领导的高度关注，由于此前未对电缆护层有深入 的了解，所以开始对高压单芯电缆护层的感应电压和感应电流进行研究。
三降压
3 2 1
下火杆
i0：14A
3.7A
19A
1.3A
2.5A 4.4A
45A
I048A
根据以上电缆资料，可得此电缆每米的感应电动势
=2ωiln(2S/Ds)X10-7V/M=2 整根电缆的感应电压 M 整根电缆地电阻、接地电阻、地阻共为2Ω
-7=0.018V/M
所以整根电缆的感应电流i= M =22.275A 故障现象：韩钢线投运带上负荷后（负荷电流为240A）测得各点的数据如下：
9 月 22 日，我们对 110KV 韩钢线电缆故障进行处理，利用查找电缆故障的闪洛法进行 查找，最后在落地新隧道距 1650m 交叉互联箱大约 80m 处发现一点非正常接地。因电缆施工 时，接地极铁片没有处理好，在铺设电缆时由于电缆自身质量较大，直接导致电缆插入接地
单回路高压单芯电缆金属护套感应电压及限制措施
单回路高压单芯电缆金属护套感应电压及限制措施发表时间：2019-12-27T10:51:41.343Z 来源：《中国电业》2019年第18期作者：韦华[导读] 随着社会的发展和进步，现阶段社会各个行业越来越多的拓展了其发展规模摘要：随着社会的发展和进步，现阶段社会各个行业越来越多的拓展了其发展规模，因此大型企业对供电量的需求也越来越高，但由于化工行业在内的多种大型企业自身的供电需求以及生产限制，使得在企业内部不方便进行架空线路的建设，由此厂区内的主要供电线路会使用电缆在桥架中进行敷设的方法，以此满足企业的生产用电需求。
但对于类似110kv单回路高压单芯电缆线路的使用来说，在正常情况下会由于电缆的长度增加而产生更多的问题。
例如电缆金属护套的发热等问题。
从而需要对这些实际存在的问题进行有效的解决和控制，以此确保企业的生产稳定和生产安全。
关键词：单回路高压单芯电缆：电缆金属护套；感应电压及限制措施一、单回路高压单芯电缆金属护套感应电压概述随着社会各行业生产技术和生产规模的逐渐扩大，现阶段采用单回路高压单芯电缆进行供电的企业，在实际生产的整个过程中会由于单回路高压单芯电缆金属护套产生过高的感应电压，而切实影响到生产的稳定进行和生产过程的安全。
从而需要对这一问题进行有效的解决。
具体的，对于金属护套感应电压的产生，是因为当单芯电缆线中有相应的交变电流流过时，交变电流本身周围就会存在交变磁场，从而交变磁场会与电缆回路形成交变磁通，也从而使其与电缆的金属护套产生交链，至此，金属护套就会带有一定的感应电压，感应电压的实际存在会切实影响到线路的检修和维护，并且感应电压所引起的感应电流，会造成金属护套发热严重，进一步使得电能过多的浪费，并降低电缆的载流量，最终会使得电缆加速老化和出现绝缘方面的问题。
从而对于实际使用造成较大的安全隐患和威胁。
根据国标中制定的相关规范和要求，在GB50217-2017《电力工程电缆设计规范》中提出：在没有采取相应能够有效防止人员接触金属护套而产生安全事故的基础上，交流单芯电力电缆整个线路产生的感应电压不应该超过50V。
5.1.4 高压电缆的护套环流(2)
5.1 单芯电缆护套的工频电压
5.2 单芯电缆护层的冲击过电压
5.3 电缆外护层的保护及其保护器
5.1.4 高压电缆金属护套环流及其影响因素
（1）金属护套环流的的计算
金属护套交叉互联两端接地或两端直接接地的接地方式存在 护套环流。
导体 金属护套
图
两端直接接地
C相环流(A) 148 153.8 144.2
交叉互联两端接地方式下环流计算与试验的比较
【算例3】区庄—东堤线采用日本古河500mm2交联聚乙烯单芯 电缆，护套交叉互联两端接地。三小段长度分为别 0.738km 、 0.651km、 0.777km。负荷电流为 175A时，用钳表在实际线路 上测得的三相护套环流与编程计算的护套环流的有效值见表。 A相环流(A) B相环流(A) 试验值 计算1 计算2 11.2 8.6 10.1 13.8 9.9 11.6 C相环流(A) 4.5 5.8 6.8
► 由于其它相护套环流在三相护套上感应的电压Ea’，Eb’，Ec’ 与护套环流成正比。可以对方程（ 1）进行整理，并写成矩阵形 式，得到：
RRA RR12 RR13 I sa E a RR21 RRB RR23 I E sb b RR31 RR32 RRC I sc Ec
（3）金属护套环流的影响因素
负荷电流对环流的影响
在两端直接接地方式的基础上，讨论负荷电流对电缆载流量 的影响： 工作电流 100 A相环流 B相环流 C相环流 97.4 比例
80.34 120.5
160.0 200.9 241
80.5 120.8
161.1 241.7
基于atp-emtp电缆金属外护套的感应电压分析计算及相关保护设备选型
2019年增刊1 69基于ATP -EMTP 电缆金属外护套的 感应电压分析计算及相关保护设备选型惠胜达1 张军强2（1. 中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，郑州 450007；2. 河南省众慧电力工程咨询有限责任公司，郑州 450007）摘要 本文提供一种基于ATP-EMTP 计算高压电缆在雷电过电压、工频过电压时的计算方法和模型，并提出相应的限制措施，同时为相关设备的选型提供依据。
关键词：ATP-EMTP ；过电压计算及限制措施；金属外护套；电缆护套电压保护器（电压限制器）Induction voltage analysis and calculation of sheath and selection of relevant protective equipment based on ATP-EMTP cable overvoltageHui Shengda 1 Zhang Junqiang 2(1. China Power Construction Group He ’nan Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd,Zhengzhou 450007;2. He ’nan Zhonghui Power Engineering Consulting Co., Ltd, Zhengzhou 450007)Abstract This paper provides a calculation method and model for calculating over-voltage and power frequency over-voltage of high-voltage cable based on ATP-EMTP, and puts forward corresponding restrictive measures, at the same time, it provides a basis for the selection of related equipment.Keywords ：ATP-EMTP; overvoltage calculation and restriction measures; metal outer sheath; cable sheath voltage protector目前在我国单芯结构的电缆多被用于110kV 及以上的高压电缆。
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。
110kV线路感应电势计算
110kV-1x300mm2铜芯电缆金属护套感应电势计算U：感应电势；I：载流量；X：单位长度电抗；L：电缆长度Xm：两边电缆单位长度电抗；Xs：中间电缆单位长度电抗一、1500米长电缆感应电势（总长）1、敷设方式：平行敷设、在空气中2、电缆近似外径（Ds）：Φ90mm；相邻电缆中心距离S：120mm3、电缆额定载流量：750 A计算：1、两边电缆金属护套的感应电势注：式中 Xm=2ω（ln2）x 10-7（Ω/m）， Xs= 2ω（ln 2SDs）x 10-7（Ω/m）ω=2πf，f= 50 HzU = I X L= 750 x x 1500 = 102.9 V2、中间电缆金属护套的感应电势U = I Xs L= 750 x 2ω x ln 212090xx 10-7x 1500= 69.3 V二、750米长电缆感应电势（接地处理后单段电缆长）1、敷设方式：平行敷设在空气中2、电缆近似外径：Φ90mm；相间距离：120mm3、电缆额定载流量：750 A计算：1、两边电缆金属护套的感应电势U = I X L= 750=51.45V2、中间电缆金属护套的感应电势U = I X L= 750 x 2ω x ln 212090xx 10-7x 750= 34.65 V因此不采取配置方案中的接地方式，感应电势将会危及人身安全；尤其是在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，远远大于计算值，甚至可能击穿护套绝缘。
如果金属屏蔽两端同时接地将使屏蔽线路形成闭合回路，屏蔽中将产生环形电流，电缆正常运行时将产生很大的环流损耗，使电缆发热，影响电缆的载流量，减短电缆的使用寿命，甚至有可能烧穿电缆。
（参考书：西安交通大学编《电气绝缘结构设计原理》）110kV-1x300mm2电缆线路（L=1500m）接地方案。
电缆护套感应电压计算
110kVXX 输变电工程电缆护套感应电压计算(隧道) 资料准备：本工程一回110kV 电缆极限输送容量：135MW功率因数：0.9 则输送电流A U p I 3.7879.01103135000cos 3=⨯⨯=⨯⨯=ϕ 电缆截面：1000mm ²电缆外径：101.3mm（参照中天科技海缆有限公司产品样本） 则护套的几何平均半径mm GMR s 585.4529.03.101=⨯=3145014.322=⨯⨯==f πω一．两回垂直排列1.A 相护套感应电压mm S AB 400==2800=−−→−==n mm ns AC 推出75.0300=−−→−=='P mm PS A A 推出25.150040030022=−−→−=+=='q mm qS B A 推出136.24.85480030022=−−→−=+=='r mm rS C A 推出 根据公式()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=-2242123102S SA GMR P nqrs In j q nr In I E ω代入参数 ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=−−→−-224585.4575.0400136.225.122125.1136.2223103.7873142In j In E SA 推出()km V E j j SA 295.171012.1636216.52297.30643.144244.49=−−→−+=+⨯=取模2.B 相护套感应电压mm S BA 400==1400=−−→−==m mm mS BC 推出25.1500='−−→−='='q mm S q A B 推出75.0300=−−→−=='t mm tS B B 推出25.1500=−−→−=='y mm yS C B 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯⨯=-S S SA m tyGMR S q In j GMR t m sy In I E 242123102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡'-⨯⨯=S S m tyGMR S q In j GMR t m sy In 2212344244.49 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=585.4525.175.0140025.121585.4575.025.140012344244.492In j In ()322.6687.1143414.13233.244244.49j j -=-⨯=km V E SB 64.132=3.C 相护套感应电压2800=−−→−==n mm nS AC 推出1400=−−→−==m mm mS BC 推出136.24.854='−−→−='='='r mm S r C A A C 推出25.1500='−−→−='='='y mm S y C B B C 推出75.0300=−−→−=='z mm zS C C 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯''-⨯'-⨯=-S S SC GMR z y m S r n In j GMR y m s In I E 22421223102ω⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯=585.4575.025.11400136.2221585.45225.140012344244.4922In j In()082.127872.7257.2474.144244.49j j --=-⨯=km V E SC 493.146=二．两回三角排列（一）1.A 相护套感应电压mm S AB 300==667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出667.2800=−−→−=='q mm qs B A 推出848.24.854=−−→−=='r mm rS C A 推出()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=-2242123102S SA GMR p nqrS In j q nr In I E ω ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=22585.45333.1300848.2667.2667.121667.2848.2667.12344244.49In j In ()7055.141672.24866.2499.044244.49j j +=+⨯= km V E SA 837.143=2.B 相护套感应电压mm S BA 300==333.1400=−−→−==m mm mS BC 推出667.1500='−−→−='='q mm S q A B 推出848.24.854=−−→−=='t mm ts B B 推出667.2800=−−→−=='y mm ys C B 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡'-⨯⨯=-S S SB m tyGMR S q In j GMR t m sy In I E 242123102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=585.45667.2848.2333.1300667.121585.45848.2667.2300333.12344244.492In j In ()6165.14173.902956.08238.144244.49j j -=-⨯= km V E SB 35.91=3.C 相护套感应电压667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出1300='−−→−='='r mm S r A C 推出667.1500='−−→−='='y mm S y B C 推出333.1400=−−→−=='z mm zS C C 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯''-⨯'-⨯=-S S SC GMR z y m S r n In j GMR y m s In I E 22421223102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯=585.45333.1667.1333.13001667.121585.45333.1667.130012344244.4922In j In ()45252.909102.08254.144244.49j j --=--⨯=km V E SC 85.100=三．两回三角排列（二）1.A 相护套感应电压mm S AB 300==667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出848.24.854=−−→−=='p mm ps A A 推出667.2800=−−→−=='q mm qs B A 推出333.1400=−−→−=='r mm rS C A 推出()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯=-2242123102S SA GMR p nqrS In j q nr In I E ω()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=22585.45848.2300333.1667.2667.121667.2333.1667.12344244.49In j In()4.85868.77273.1158.044244.49j j +-=+-⨯=km V E SA 763.85=2.B 相护套感应电压mm S BA 300==333.1400=−−→−==m mm mS BC 推出667.2800='−−→−='='q mm S q A B 推出848.24.854=−−→−=='t mm ts B B 推出667.1500=−−→−=='y mm ys C B 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡'-⨯⨯=-S S SB m tyGMR S q In j GMR t m sy In I E 242123102ω ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=585.45667.1848.2333.1300667.221585.45848.2667.1300333.12344244.492In j In ()468.4906.701417.144244.49j j -=-⨯=km V E SB 764.85=3.C 相护套感应电压667.1500=−−→−==n mm nS AC 推出333.1400=−−→−==m mm mS BC 推出333.1400='−−→−='='r mm S r A C 推出667.1500='−−→−='='y mm S y B C 推出1300=−−→−=='z mm zS C C 推出⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯''-⨯'-⨯=-S S SC GMR z y m S r n In j GMR y m s In I E 22421223102ω⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-⨯=585.451667.1333.1300333.1667.121585.451667.1300333.12344244.4922In j In ()319.66855.114341.1323.244244.49j j --=--⨯= km VE SC 627.132=。