工 程 技 术
２０１１ ＮＯ．１４
科技创新导报
关于单芯电缆接地的研究
王鸿伟
(开滦集团唐山矿业分公司机电科 河北唐山 063000)
摘 要:电力电缆在运行中金属屏蔽和铠装层两端直接接地, 会在金属屏蔽和铠装层中形成环流, 引起电缆发热, 影响电缆载流量, 如果一端接地, 则另一端就会出现感应过电压, 危及人身和设备安全。针对这两种情况, 本文介绍了实际工程中采取的方法和措施。关键词:单芯电力电缆 金属护套 接地中图分类号:T P 2
文献标识码
:
A
文章编号
:1674-098X(2011)05(b)-0087-01
1 问题的提出
由于唐山市南湖生态城项目的实施, 开滦唐山矿业公司联接A 、B 区变电站的311联络线, 穿过建设路沿途的线路采用了单芯电缆入地的方式进行供电, 三条单芯电缆在电缆沟内一字排列。该段线路为35kV 、1×300mm 2电力电缆, 电缆出地面后在一孔钢杆上面与240mm 2的架空线连接。电缆采取了金属护套两端直接接地。311线路平时没有负荷, 作为A 、B 两站的备用电源。在2009年9月20日A 区变电站发生故障, 将311线路投入运行,311带负荷以后不长时间, 供电局保护系统发现311线路接地, 经查验后发现在311线路的电缆和架空线的接头处过热。
在我矿配电网络中, 应用最广的是10kV 的电力电缆, 一般是使用交联聚乙烯铠装三芯电缆, 这种电缆金属护套一般只需直接接地即可。而单芯电缆使用较少, 单芯电缆金属护套的接地和三芯电缆不同。与三芯电缆相比, 单芯电缆可以提高单回电缆的输送能力, 减少电缆接头, 方便电缆敷设及附件安装; 然而单芯电缆在通过交变电流时, 在交变电场的作用下, 金属屏蔽层上必然感应到一定的电动势。三芯电缆带负荷平衡时, 三相电流向量和为零, 金属屏蔽层感应电动势叠加为零, 所以电缆两端屏蔽层短接后可接地。单芯电缆每相之间其三相外皮在非品字型紧密连接的情况下, 由于相间距离不对称, 交变电场在三相金属屏蔽层上感应的电势不能抵消。金属屏蔽层感应电势的大小与电缆长度、线芯负荷电流成正比, 与电缆排列的中心距离、金属屏蔽层的平均直径有关。
缆, 如果将金属护套两端直接接地, 就会在金属护套中形成环流, 环流的大小与电缆相应的长度, 导体中电流大小有关, 最大可能达到自身输送电流的50%以上, 出于经济安全考虑, 在一些电缆不长, 导体中电流不大的场合, 环流很小, 对电缆载流量影响也不大, 是可以将金属护套的两端直接接地的。
如果仅将电缆的金属护套一端直接接地, 在正常运行时, 电缆的金属护套另一端感应电压应不超过50V(或有安全措施时不超过100V), 否则应划分适当的单元设置绝缘接头。在发生短路故障时, 导体中有很大的电流, 可能会在金属护套上产生很高的过电压, 危及护层绝缘, 因此在电缆线路单相接地时, 在电缆的未接地端, 应加装过电压保护器接地。
此处应装设过电压保护器。如果把这样一个交叉互联接地, 看作是一个单元, 由于该单元金属护套是两端直接接地, 所以任何长度的电缆, 都可以分成若干个单元, 理论上这种接线方式适用于各种长度的电缆。
以上两种方式都需要装过电压保护器, 因此会增加运行维护工作。如果电缆线路很短, 传输容量有较大的裕度, 金属护套上的感应电压极小, 可以采用金属护套两端直接接地。金属护套中的环流很小, 造成的损耗不显著, 对电缆载流量影响不大, 运行维护工作较少。
4 实际运行故障和接地效果
311线路是唐山矿A 、B 两区两个变电站的35kV 联络线, 全长3000m, 线路有两部分组成, 其中有1800m 是采用架空线, 规格为:240mm 2的钢芯铝导线, 其余的1200m 是用单芯的35kV 、1×300mm 2电力电缆, 二者在一孔钢杆上面进行连接, 电力电缆的另一端和B 区变电站的35kV 母线进行连接, 电缆的金属护套两端都采取了直接接地。311线路做为两站的联络线, 平时只充电备用, 没有负荷。
2009年9月25日A 区变电站的上级电源进行检修, 接到供电局令后, 将311线路投入运行,311线路带负荷后达到420A, 但运行不长时间, 供电局保护系统发现311线路接地, 经查验后发现在311线路的电缆和架空线的接头处过热, 而电力电缆的护套接地线被烧断。在311线路带负荷运转期间, 电缆和架空线的接头处过热, 已经达到了100℃左右, 为了A 区的供电安全不得与采取了压负荷的办法, 将A 区负荷压倒100A 以内, 只保留了重要的负荷。
从故障过程来看, 电缆发热主要是由于金属护套感应电压形成的环流引起的。该电缆线路距离长, 工作电流较大, 正常情况达到420A 左右。所以采取两端直接接地的方式是不妥当的, 金属护套中的环流会引起电缆发热, 由于在接头处电阻较大, 所以在发热较严重, 温升较大。
经过工程技术人员分析后, 决定在电缆两端都加装了过电压保护器。该电缆运行至今, 没有发现异常。
3 单芯电缆金属护套的连接与接地
为了解决电缆金属护套两端同时接地存在环流, 和一端直接接地, 在另一端会出现过电压矛盾的问题, 电缆金属护套应针对电缆长度和导体中电流大小采取不同的接地形式。
电缆线路不长时, 电缆金属护套应在线路一端直接接地, 另一端经过电压保护器接地, 如图1所示。电缆越长, 电缆非直接接地端产生的感应电压越高, 为保证人身安全, 电缆在正常运行时, 非直接接地端感应电压应限制在50V 以内, 因此, 一端直接接地的接线方式适用的电缆不能太长。
对于较长线路如仍采用单端接地则会在不接地端产生过高的感应电压影响人身安全, 同时在主回路故障时金属护套也会产生较高的过电压, 因此要采用交叉互联系统, 如图2所示, 这样由于A 、B 、C 三相基本对称, 可以使得感应接近趋于0, 实际上存在一点很小的不平衡电压(约几伏), 但已不影响电缆的安全运行了。电缆金属护套中间直接接地、两端经过电压保护器接地, 是一端直接接地的引伸, 可以把一端直接接地电缆的最大长度增加一倍, 接线方式和原理与一端直接接地一样。
如果三相电流对称, 那么电缆末端金属护套感应电压就是零, 可以直接将其接地, 而不会在金属护套中出现环流。感应电压最高的地方出现在绝缘接头处, 因此在
2 单芯电缆金属护套过电压和环流的产生
单芯电力电缆的导体中通过交流电流时, 其周围产生的磁场会与金属护套交链, 在金属护套上会产生感应电动势。感应电动势的大小与导体中的电流大小、电缆的排列和电缆长度有关。对三相等边三角形排列的电
图1 电缆金属护套一端互联接线图
5 经验教训
35kV 以上电压等级的单芯电缆不同于
10kV 三芯电缆, 电缆的接地系统比较复杂, 接地系统的好坏直接关系到电缆安全运行, 因此施工人员严格按设计图纸和施工工艺进行施工非常重要, 同时设备验收方验收时也要认真仔细, 面面俱到, 以免给将来运行带来隐患。
此外, 对于单芯电缆, 为减少涡流, 不应采用未经磁化处理的金属铠装护层。
图2 电缆金属护套交叉互联接线图
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ８７
工 程 技 术
２０１１ ＮＯ．１４
科技创新导报
关于单芯电缆接地的研究
王鸿伟
(开滦集团唐山矿业分公司机电科 河北唐山 063000)
摘 要:电力电缆在运行中金属屏蔽和铠装层两端直接接地, 会在金属屏蔽和铠装层中形成环流, 引起电缆发热, 影响电缆载流量, 如果一端接地, 则另一端就会出现感应过电压, 危及人身和设备安全。针对这两种情况, 本文介绍了实际工程中采取的方法和措施。关键词:单芯电力电缆 金属护套 接地中图分类号:T P 2
文献标识码
:
A
文章编号
:1674-098X(2011)05(b)-0087-01
1 问题的提出
由于唐山市南湖生态城项目的实施, 开滦唐山矿业公司联接A 、B 区变电站的311联络线, 穿过建设路沿途的线路采用了单芯电缆入地的方式进行供电, 三条单芯电缆在电缆沟内一字排列。该段线路为35kV 、1×300mm 2电力电缆, 电缆出地面后在一孔钢杆上面与240mm 2的架空线连接。电缆采取了金属护套两端直接接地。311线路平时没有负荷, 作为A 、B 两站的备用电源。在2009年9月20日A 区变电站发生故障, 将311线路投入运行,311带负荷以后不长时间, 供电局保护系统发现311线路接地, 经查验后发现在311线路的电缆和架空线的接头处过热。
在我矿配电网络中, 应用最广的是10kV 的电力电缆, 一般是使用交联聚乙烯铠装三芯电缆, 这种电缆金属护套一般只需直接接地即可。而单芯电缆使用较少, 单芯电缆金属护套的接地和三芯电缆不同。与三芯电缆相比, 单芯电缆可以提高单回电缆的输送能力, 减少电缆接头, 方便电缆敷设及附件安装; 然而单芯电缆在通过交变电流时, 在交变电场的作用下, 金属屏蔽层上必然感应到一定的电动势。三芯电缆带负荷平衡时, 三相电流向量和为零, 金属屏蔽层感应电动势叠加为零, 所以电缆两端屏蔽层短接后可接地。单芯电缆每相之间其三相外皮在非品字型紧密连接的情况下, 由于相间距离不对称, 交变电场在三相金属屏蔽层上感应的电势不能抵消。金属屏蔽层感应电势的大小与电缆长度、线芯负荷电流成正比, 与电缆排列的中心距离、金属屏蔽层的平均直径有关。
缆, 如果将金属护套两端直接接地, 就会在金属护套中形成环流, 环流的大小与电缆相应的长度, 导体中电流大小有关, 最大可能达到自身输送电流的50%以上, 出于经济安全考虑, 在一些电缆不长, 导体中电流不大的场合, 环流很小, 对电缆载流量影响也不大, 是可以将金属护套的两端直接接地的。
如果仅将电缆的金属护套一端直接接地, 在正常运行时, 电缆的金属护套另一端感应电压应不超过50V(或有安全措施时不超过100V), 否则应划分适当的单元设置绝缘接头。在发生短路故障时, 导体中有很大的电流, 可能会在金属护套上产生很高的过电压, 危及护层绝缘, 因此在电缆线路单相接地时, 在电缆的未接地端, 应加装过电压保护器接地。
此处应装设过电压保护器。如果把这样一个交叉互联接地, 看作是一个单元, 由于该单元金属护套是两端直接接地, 所以任何长度的电缆, 都可以分成若干个单元, 理论上这种接线方式适用于各种长度的电缆。
以上两种方式都需要装过电压保护器, 因此会增加运行维护工作。如果电缆线路很短, 传输容量有较大的裕度, 金属护套上的感应电压极小, 可以采用金属护套两端直接接地。金属护套中的环流很小, 造成的损耗不显著, 对电缆载流量影响不大, 运行维护工作较少。
4 实际运行故障和接地效果
311线路是唐山矿A 、B 两区两个变电站的35kV 联络线, 全长3000m, 线路有两部分组成, 其中有1800m 是采用架空线, 规格为:240mm 2的钢芯铝导线, 其余的1200m 是用单芯的35kV 、1×300mm 2电力电缆, 二者在一孔钢杆上面进行连接, 电力电缆的另一端和B 区变电站的35kV 母线进行连接, 电缆的金属护套两端都采取了直接接地。311线路做为两站的联络线, 平时只充电备用, 没有负荷。
2009年9月25日A 区变电站的上级电源进行检修, 接到供电局令后, 将311线路投入运行,311线路带负荷后达到420A, 但运行不长时间, 供电局保护系统发现311线路接地, 经查验后发现在311线路的电缆和架空线的接头处过热, 而电力电缆的护套接地线被烧断。在311线路带负荷运转期间, 电缆和架空线的接头处过热, 已经达到了100℃左右, 为了A 区的供电安全不得与采取了压负荷的办法, 将A 区负荷压倒100A 以内, 只保留了重要的负荷。
从故障过程来看, 电缆发热主要是由于金属护套感应电压形成的环流引起的。该电缆线路距离长, 工作电流较大, 正常情况达到420A 左右。所以采取两端直接接地的方式是不妥当的, 金属护套中的环流会引起电缆发热, 由于在接头处电阻较大, 所以在发热较严重, 温升较大。
经过工程技术人员分析后, 决定在电缆两端都加装了过电压保护器。该电缆运行至今, 没有发现异常。
3 单芯电缆金属护套的连接与接地
为了解决电缆金属护套两端同时接地存在环流, 和一端直接接地, 在另一端会出现过电压矛盾的问题, 电缆金属护套应针对电缆长度和导体中电流大小采取不同的接地形式。
电缆线路不长时, 电缆金属护套应在线路一端直接接地, 另一端经过电压保护器接地, 如图1所示。电缆越长, 电缆非直接接地端产生的感应电压越高, 为保证人身安全, 电缆在正常运行时, 非直接接地端感应电压应限制在50V 以内, 因此, 一端直接接地的接线方式适用的电缆不能太长。
对于较长线路如仍采用单端接地则会在不接地端产生过高的感应电压影响人身安全, 同时在主回路故障时金属护套也会产生较高的过电压, 因此要采用交叉互联系统, 如图2所示, 这样由于A 、B 、C 三相基本对称, 可以使得感应接近趋于0, 实际上存在一点很小的不平衡电压(约几伏), 但已不影响电缆的安全运行了。电缆金属护套中间直接接地、两端经过电压保护器接地, 是一端直接接地的引伸, 可以把一端直接接地电缆的最大长度增加一倍, 接线方式和原理与一端直接接地一样。
如果三相电流对称, 那么电缆末端金属护套感应电压就是零, 可以直接将其接地, 而不会在金属护套中出现环流。感应电压最高的地方出现在绝缘接头处, 因此在
2 单芯电缆金属护套过电压和环流的产生
单芯电力电缆的导体中通过交流电流时, 其周围产生的磁场会与金属护套交链, 在金属护套上会产生感应电动势。感应电动势的大小与导体中的电流大小、电缆的排列和电缆长度有关。对三相等边三角形排列的电
图1 电缆金属护套一端互联接线图
5 经验教训
35kV 以上电压等级的单芯电缆不同于
10kV 三芯电缆, 电缆的接地系统比较复杂, 接地系统的好坏直接关系到电缆安全运行, 因此施工人员严格按设计图纸和施工工艺进行施工非常重要, 同时设备验收方验收时也要认真仔细, 面面俱到, 以免给将来运行带来隐患。
此外, 对于单芯电缆, 为减少涡流, 不应采用未经磁化处理的金属铠装护层。
图2 电缆金属护套交叉互联接线图
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ８７