​2.3 单芯电缆金属护套接地方式

本文节选自《电力电缆安装运行技术问答》

2.3 单芯电缆金属护套接地方式有几种?为什么要采取单点接地或交叉互联接地?

  在单芯电缆线路的设计工作中，要确定电缆金属护套（或屏蔽层，下同）的接地方式。通常接地方式有三种。

  单点接地：较短的电缆线路，仅在电缆线路的一端将金属护套相互连接并接地。

  交叉互联接地：较长的电缆线路，在绝缘接头处将不同相的金属护套用交叉跨越法相互连接并通过保护器。

  两端直接接地：在电缆线路两端将金属护套均相互连接并接地，这种方式主要用于海底电缆线路。

  以下分析采取电缆金属护套单点接地或交叉互联接地的原因。

  当电缆导体中有电流通过时，在与导体平行的金属护套中必然产生纵向感应电动势。如果把两端金属护套直接接地，护套中的感应电压将产生以大地为回路的循环电流。护套中有电流通过，增加了电能损耗，同时减小了电缆的输送容量。为了解决这个问题，可采取单点互联，仅一端接地，另一端对地绝缘，护套中就没有电流通过。但是，感应电压与电缆长度成正比，当电缆线路较长时，过高的护套感应电压可能会危及人身安全，并可能导致设备事故，因此，在末采取防止人员直接接触金属护套的安全措施时，单芯电缆金属护套感应电压不得超过50V。

  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，如图2-1所示。

  图2-1电缆金属护套的交叉互联

（a）电缆金属护套换位连接线；(b)电缆金属护套换位连接电缆的感应电压分布图 1、4号---普通接头；2、3号----绝缘接头；U---感应电压；L----电缆长度

  金属护套交叉互联的方法是：将右侧A相金属护套连接到左侧B相；将右侧B相金属护套连接到左侧C相；将右侧C相金属护套连接到左侧A相。

  金属护套经交叉互联后，举例说，第I段C相接到第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。

  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。对铅护套电缆线路可提高15%-50%，对铝护套电缆线路可提高25%-80%，所以，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。

  为了降低金属护套或绝缘接头隔板两侧护套间的冲击过电压，应在护套不接地端和大地之间，或在绝缘接头的隔板之间装设过电压保护器，目前普遍使用氧化锌阀片保护器。保护器安装在交叉互联箱内，它和三相金属护套的连接方法，一般采用星形接法。如图2-2所示。

  护套交叉互联需用同轴电缆作为连接线。在整条线路上，内、外芯的接法必须一致。当发生系统接地故障时，同轴引线将通过接地电流，因此，同轴引线需满足接地故障时的热稳定要求，通常采用内、外芯截面各为120的塑料铜线，为了减少至护层保护器间连接线的波阻抗，同轴引线的长度越短越好，以不超过12m为宜。

  图2-2交叉互联箱装置图流，1----氧化锌阀片；2-----同轴电缆内芯；3-----同轴电缆外芯；4------接地线

扩展阅读：

电力工程电缆设计标准（GB 50217-2018 ）

4．1．10 电力电缆金属套应直接接地。交流系统中3芯电缆的金属套应在电缆线路两终端和接头等部位实施直接接地。

4．1．11 交流单芯电力电缆金属套上应至少在一端直接接地，在任一非直接接地端的正常感应电势最大值应符合下列规定：

1 未采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施时，不得大于50V；

2 除本条第1款规定的情况外，不得大于300V；

3 交流系统单芯电缆金属套的正常感应电势宜按照本标准附录F的公式计算。

4．1．12 交流系统单芯电力电缆金属套接地方式选择应符合下列规定：

1 线路不长，且能满足本标准第4．1．11条要求时，应采取在线路一端或中央部位单点直接接地(图4．1．12-1)；

2 线路较长，单点直接接地方式无法满足本标准第4．1．11条的要求时，水下电缆、35kV及以下电缆或输送容量较小的35kV以上电缆，可采取在线路两端直接接地(图4．1．12-2)；

3 除本条第1款、第2款外的长线路，宜划分适当的单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等区段，应设置绝缘接头或实施电缆金属套的绝缘分隔，以交叉互联接地(图4．1．12-3)。

(a) 线路一端单点直接接地

(b) 线路中央部位单点直接接地

图4．1．12-1 线路一端或中央部位单点直接接地

1-电缆终端；2-中间接头；3-护层电压限制器

    注：设置护层电压限制器适合35kV以上电缆，35kV及以下电缆需要时可设置。

图4．1．12-2 线路两端直接接地

1-电缆终端

图4．1．12-3 交叉互联接地

1-电缆终端；2-中间接头；3-绝缘接头；4-护层电压限制器

    注：图中护层电压限制器配置示例按Y0接线。

4．1．13 交流系统单芯电力电缆及其附件的外护层绝缘等部位应设置过电压保护，并应符合下列规定：

1 35kV以上单芯电力电缆的外护层、电缆直连式GIS终端的绝缘筒，以及绝缘接头的金属套绝缘分隔部位，当其耐压水平低于可能的暂态过电压时，应添加保护措施，且宜符合下列规定：

   1)单点直接接地的电缆线路，在其金属套电气通路的末端，应设置护层电压限制器；

   2)交叉互联接地的电缆线路，每个绝缘接头应设置护层电压限制器。线路终端非直接接地时，该终端部位应设置护层电压限制器；

   3)GIS终端的绝缘筒上，宜跨接护层电压限制器或电容器。

2 35kV及以下单芯电力电缆金属套单点直接接地，且有增强护层绝缘保护需要时，可在线路未接地的终端设置护层电压限制器。

3 电缆护层电压限制器持续电压应符合现行国家标准《交流金属氧化物避雷器的选择和使用导则》GB／T 28547的有关规定。

4．1．14 护层电压限制器参数选择应符合下列规定：

1 可能最大冲击电流作用下护层电压限制器的残压不得大于电缆护层的冲击耐压被1．4所除数值；

2 系统短路时产生的最大工频感应过电压作用下，在可能长的切除故障时间内，护层电压限制器应能耐受。切除故障时间应按2S计算；

3 可能最大冲击电流累积作用20次后，护层电压限制器不得损坏。

4．1．15 护层电压限制器的配置连接应符合下列规定：

1 护层电压限制器配置方式应按暂态过电压抑制效果、满足工频感应过电压下参数匹配、便于监察维护等因素综合确定，并应符合下列规定：

   1) 交叉互联线路中绝缘接头处护层电压限制器的配置及其连接，可选取桥形非接地△、Y0或桥形接地等三相接线方式；

   2) 交叉互联线路未接地的电缆终端、单点直接接地的电缆线路，宜采取Y0接线配置护层电压限制器。

2 护层电压限制器连接回路应符合下列规定：

   1) 连接线应尽量短，其截面应满足系统最大暂态电流通过时的热稳定要求；

  2) 连接回路的绝缘导线、隔离刀闸等装置的绝缘性能不得低于电缆外护层绝缘水平；

  3) 护层电压限制器接地箱的材质及其防护等级应满足其使用环境的要求。

参考文献：[1]史传卿主编.电力电缆安装运行技术问答. 北京：中国电力出版社，2007.