10kV单芯XLPE绝缘电缆金属屏蔽层接地方式探讨
摘要：本文介绍了大连市10XLPE绝缘导体截面300mm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：三芯电缆单芯电缆环流感应电压一端接地
10kV电缆金属屏蔽层通常采用两端直接接地的方式。这是由于10千伏电缆多数是三芯电缆的缘故。八十年代中期前，10kV电缆均采用油浸纸绝缘三芯电缆。结构多为统包型，少量为分相屏蔽型。八十年代末期开始大量使用交联聚乙烯绝缘分相屏蔽三芯电缆，逐步淘汰了油纸电缆。九十年代以来，随着大连经济建设的迅猛发展，负荷密度增大，环网开关柜等小型设备的应用，市区变电所出线和电缆网供电主干线电缆开始采用较大截面单芯电缆。单芯电缆的使用提高了单回电缆的输送能力，减少了接头，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。
一、 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、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：
公式1I---负荷电流，S---电缆中心距离，D--电缆金属屏蔽层平均直径，以YJSY-8.7/15kV-1×300mm,2单芯电缆为例，电缆屏蔽层平均直径40mm，PVC护套厚度3.6mm，当电缆“品”字形紧贴排列，负荷电流为200A时，算得电缆护层的感应电压为每公里10.7伏。
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：公式2、3、4当三相电缆紧贴水平排列，其它条件与1相同时，算得边相的感应电压为每公里16.9伏，中相的感应电压为每公里10.7伏；当电缆间距200mm时，算得边相的感应电压为每公里36.1伏，中相的感应电压为每公里31伏。边相感应电压高于中相感应电压。
由以上计算可知：
（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。
（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。
二、屏蔽层循环电流实测分析
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。
目前，大连市区应用的300mm2单芯电缆单根长度已有200多公里，电缆敷设方式以直埋为主，使用混凝土槽保护。金属屏蔽层全部采用两端接地的方式。下面实测的线路是沿解放路敷设的电缆主干线，电缆三相每3-3.5米用扎带绑扎成“品”字形，绑扎两点中间的部分线芯散开呈水平放置。每个混凝土槽内并排敷设有两回电缆。我们对解放路的电缆屏蔽层环流进行了实测。实测的环流电流值如下表。
表格1
Table1.表1
线路名称胜利线红港线桃源线岭前线
负荷电流（A）16050100140
电缆长度（m）1251252981059
环流值（A/B/C）(A)23/26/2810/9/1010/11/1116/17/16
从实测值可见，循环电流达到负荷电流的10-20%。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。
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。
三、金属屏蔽接地方式的选择
1.采用两端直接接地的方式
10kV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。
10kV单芯电缆金属护层两端接地的方式有较多的施工经验。10千伏电缆回路多，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。
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。
2.一端接地的方式
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。一般应在与架空线连接端一端接地，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。因此这种方式宜用于线路距离较短，金属护层上任一非接地处的正常感应电压较小时。
3.一端接地，另一端采用护套保护器接地的方式
为防止金属屏蔽一端接地时开路端的过电压击穿外护套，开路端装设护层保护器是限制护层过电压的有效措施。保护器在正常运行条件下呈现较高的电阻。当护套出现冲击过电压时，保护器呈现较小的电阻，这时，作用在金属护层上的电压就是保护器的残压。
四、结论和建议
1.在大城市和经济发达城市，负荷密度高，10KV三芯240mm2XLPE绝缘电缆达不到供电容量要求时，宜使用300、400、500mm2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疏绕铜线结构，其截面按安装系统不同点两相短路电流值确定，大连为35mm2铜导体。使用单芯电缆，可以使线路的接头数量大幅度减少，并变三相接头为单相接头，使接头密封更简单可靠。
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，对导体截面240mm2—300mm2XLPE绝缘电缆宜间隔1M用非磁性带材扎紧，对400mm2及以上截面，可适当放大扎紧间隔，但扎带厚度或宽度宜加强。紧贴正三角形排列方式，更适合在电缆沟或隧道支架上布置电缆。
3.从消除环流损耗，不降低电缆的载流量考虑，应提倡电缆金属屏蔽层一端接地方式。
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50V；大于50V的宜安装护套保护器。
5.直埋敷设，特别是地下水位高的地方，宜用PE外护套或其它弹性体（氯丁胶、氯磺华聚乙烯或类似聚合物为基的）护套混合料，代号（SE）。
