电力及二次电缆屏蔽层接地方式探讨

电力及二次电缆屏蔽层接地方式探讨卷,期】2023042015【总页数】4页92-95【关键词】电力电缆;二次电缆;屏蔽层;接地;环流;干扰【作者】唐鹏程【单位】中国水利水电第三工程局有限公司,陕西安康725000【正文语种】中文【中图分类】8621电力电缆的接地方式35及以下三芯电力电缆的接地方式电力平安规程规定:35及以下电压等级的电缆都要采纳两端接地的方式。

由于三芯电缆在正常运行时会有对称电流流过,3个线芯的电流总和为零,即Σ=0,此时伴随电流而产生的磁力线也为零。

在铠装或金属屏蔽层外基本上没有磁链,因此铠装或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电势,也就不会有感应电流流过铠装或金属屏蔽层。

在实际运行中,三相负荷不行能完全对称,即Σ≠0。

假如三芯电缆两端接地,那么由不平衡电流产生的感应电势就会在铠装或金属屏蔽层与大地之间形成感应环流;即使三相电流对称,但由于3根芯线不在同一个圆芯上,三相电流在芯线四周产生的磁场不能完全抵消,因此在屏蔽层内还是有较低的感应电势。

假如铠装或金属屏蔽层两端接地,其内还是有感应电流的存在,但铠装或金属屏蔽层的阻抗较大,环流仅为线芯电流的5%~8%,所以环流对电缆本身以及对由环流产生的电磁干扰影响很小。

施工中35及以下电缆的正确接地方式应实行两端接地,见图1,这样可以防止因单端接地而在另一端产生过电压。

相关的电力平安规程规范中也是将防过电压放在首位,防环流次之,目的在于防止电缆铠装或金属屏蔽层高电压引起的对电缆和对人身造成的损害[1-4]。

图1三芯电缆铠装或金属屏蔽层两端直接接地35及以上单芯电力电缆的接地方式1随着电网容量的增加和负荷密度的增大,35电压等级的电缆大都采纳较大截面的单芯电缆。

当单芯电缆通过沟通电流时,其四周产生的一部分磁力线将与铠装或金属屏蔽层交链,使铠装或金属屏蔽层产生感应电压;单芯电缆每相之间存在着肯定的距离,故感应电势不能全部抵消。

假如单芯电缆铠装或金属屏蔽层仍根据三芯电缆采纳的两端直接接地的方式,那么铠装或金属屏蔽层通过两个接地点与大地构成回路,就会产生较大的环流,所产生的热损耗将会加速电缆主绝缘电—热老化,影响线路的正常运行。

2当电压超过35时,基本上都是采纳单芯电缆,可以将单芯电缆的线芯与金属屏蔽层之间的关系看作是一个空心变压器。

电缆导体相当于初级线圈,而铠装或金属屏蔽层则相当于次级线圈。

当单芯电缆线芯通过电流时,就会有磁力线交链铠装或金属屏蔽层,使其两端消失感应电压。

感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比。

当电缆很长时,在线路发生短路故障、患病操作过电压或雷电冲击的状况下,护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身平安的程度,甚至可能击穿护套绝缘。

此时,假如仍将铠装或金属屏蔽层两端三相互联接地,则铠装或金属屏蔽层将会消失很大的环流,其值可达线芯电流的50%~95%,从而形成损耗,使铠装或金属屏蔽层发热,这样不仅铺张了大量的电能,而且降低了电缆的载流量,同时也加速了电缆绝缘的老化,因此单芯电缆不应实行两端接地的方式。

为了削减铠装或金属屏蔽层的损耗并提高载流量,在高压电缆中经常是采纳使铠装或金属屏蔽层一端直接接地,而另一端则采纳对地绝缘的方式。

为爱护电缆铠装或金属屏蔽层绝缘,在不接地的一端应加装铠装或金属屏蔽层爱护器见图2。

图2单芯电缆铠装或金属屏蔽层一端直接接地然而,如铠装或金属屏蔽层有一端不接地,当雷电流或过电压波沿线芯流淌时,电缆铠装或金属屏蔽层的不接地端就会消失很高的冲击电压;在系统发生短路时,如短路电流流经线芯,电缆铠装或金属屏蔽层的不接地端也会消失较高的工频感应电压,在电缆外铠装或金属屏蔽层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时,将导致消失多点接地并形成环流。

在安装高压电缆线路时,应当根据50217-2023《电力工程电缆设计规程》的要求,单芯电缆线路的金属护套层只有一点接地时,金属层任一点的感应电压都不应超过50~100未实行不能任意接触金属护套层的平安措施时,不得超过50;假如实行了有效措施,则不得超过100,并应对地绝缘。

假如超出了上述规定,则应实行金属层分段绝缘或绝缘后连接成交叉互联的接线形式。

为了减小单芯电缆线路对邻近帮助电缆及通信电缆的感应电压,应尽量采纳交叉互联接线见图3。

图3单芯电缆铠装或金属屏蔽层互联交叉接地对于电缆长度不长的状况,可采纳在线路的一端或中心部位进行单点直接接地。

中心部位单点直接接地方式相当于两个一端接地方式的串联,接地点的两端金属屏蔽层为正常运行时工频感应电压的一半见图4。

图4单芯电缆铠装或金属屏蔽层中心部位单点直接接地排列形式不同感应电压的计算施工中,高压单芯电缆的排列形式不同,其电缆铠装或金属屏蔽层所感应的电压数值也不相同。

高压单芯电缆常见的排列方式为三相水平或三相三角形品字型排列。

1三相水平排列感应电压的计算[5]:式中,为电缆中心轴间距;为金属屏蔽层外径;为电缆工作电流;为电缆单相长度;、、为、、三相电缆感应电压。

2三相三角形排列感应电压的计算[5]:上述公式说明,高压单芯电缆排列为三相三角形品字型排列时的感应电压比三相水平排列时的感应电压要低。

故施工中在条件许可的状况下,应优先考虑三角形品字型的布置方式。

2二次电缆屏蔽层接地方式二次电缆屏蔽层两端接地随着电力自动化水平的不断提高,现在电力系统的二次设备已广泛地使用集成电路型和微机型的爱护、微机监控装置及通讯,这些装置的应用对提高系统的稳定运行有特别重要的作用。

因此在高压变电所中,全部用于连接由开关场引入掌握室继电爱护设备的电流、电压和直流跳闸等,可能由开关场引入干扰电压到基于微电子器件的继电爱护的二次回路,全都采纳带屏蔽层的二次电缆。

其屏蔽层的正确接地方式,对于降低外部电磁场对微机型二次设备的干扰水平起着重要的作用。

针对应用于连接开关场引入掌握室继电爱护及自动掌握回路的屏蔽电缆,由于其输入和输出均有一端是在开关场的高压或超高压环境中,主要目的是抗电磁感应干扰,故依据继电爱护和自动装置规程的规定,其屏蔽层宜在两端接地。

当二次电缆为母线暂态电流产生的磁通所包围时,在电缆的屏蔽层中将感应出屏蔽电流,由屏蔽电流产生的磁通,将抵消母线暂态电流产生的磁通对电缆芯线的影响。

假定屏蔽作用抱负,两者共同作用的结果将使被屏蔽层完全包围的电缆芯线中的磁通为零。

当然,由于各种缘由,屏蔽层的屏蔽作用不行能完全抱负,因此,被屏蔽的芯线在母线暂态电流的作用下,仍旧会感应出肯定的电压。

屏蔽层在两端接地可以降低电磁干扰的原理如图5所示。

图5屏蔽层补偿电磁干扰原理据资料介绍,屏蔽层两端接地后,屏蔽层中流过的电流将对芯线中的信号产生干扰,而且当短路电流注入接地网后,过大的屏蔽层电流有可能烧毁屏蔽层。

屏蔽层两端接地,屏蔽层中的电流一部分为外界磁场产生的感应电流,其作用是抵消外界磁场的干扰;另一部分是由于地网电流流过两端接地的屏蔽层而产生的噪声电流,地网电阻越小,此噪声电流就越小。

由于芯线与屏蔽层之间的分布电容、分布电感的存在,屏蔽层中的噪声电流将在芯线上感应出对应的电流源和电压源。

有关试验和计算表明,1的屏蔽层噪声电流在芯线中仅产生5~10的干扰电压,而且此干扰电压为共模形式,易于在接收端消退。

在短路过程中,屏蔽层中可能会有大电流流过,这样屏蔽层就存在着被烧毁的可能。

在文献[1]所作的现场试验中,当单相短路电流为3的状况下,两点接地的屏蔽层环流并不是很大,仅为5。

由于大的短路电流作用时间很短,所以不易烧毁屏蔽层。

假如地网具有足够低的电阻,那么屏蔽层中的环流电流和噪声电流都较小,因此有一个良好的接地网是很关键的。

实践中,还必需采纳沿电缆沟铺设并联接地导体扁钢或铜排作为两点接地的配套措施。

可将这种并联分流导体看作是屏蔽电缆的屏蔽,其作用是:均衡地电位、分流地网电流和削减过电压。

讨论表明,铺设并联接地导体后可削减50%~90%的感应电压[2]。

由于屏蔽层一端接地没有电流回路,因此不存在屏蔽层流过电流的问题,但其防止过电压和防止干扰的力量都很低,不能满意要求。

对于传输特殊敏感信号的二次电缆,一点接地或两点接地可能都无法满意抗干扰的要求,这时就需要选择双层屏蔽电缆,且外屏蔽层还应采纳两点接地,内屏蔽层则采纳一点接地。

外屏蔽层上流淌的噪声电流对内屏蔽层中的芯线几乎没有影响。

在干扰特殊严峻的地方,则应采纳光纤。

计算机、双屏蔽层电缆的屏蔽层接地对于计算机监控系统模拟信号回路,当屏蔽层流过电流时,将对芯线产生横态干扰,并在芯线中产生干扰信号。

由于模拟信号的稳定性和抗干扰性较差,仅1左右的干扰电压就可能导致零点漂移和传输误差。

因此,计算机监控系统模拟信号二次电缆宜采纳集中一点接地的方式,不得构成两点或多点接地,且一般将接地点选在掌握室。

两层屏蔽电缆最外层屏蔽两端接地是由于引入的电位差而感应出电流,因此产生降低源磁场强度的磁通,从而基本上抵消掉没有外屏蔽层时所感应的电压;而最内层屏蔽一端接地,由于没有电位差,因此仅用于一般性的防静电感应。

高频同轴电缆屏蔽层两端接地高频同轴电缆回路与二次电压电缆回路有一个重要的不同点,即一般掌握回路用电缆的屏蔽层,专为屏蔽而设置,必需在两端接地。

而高频同轴电缆的屏蔽层除起屏蔽作用外,同时又是高频通道的回程导线。

高频同轴电缆屏蔽层一点接地时,在隔离开关操作空母线的状况下,将暂态电磁场的能量通过连接在线路上的设备直接耦合至二次回路,必定在另一端产生高暂态电压。

假如收发信机端子上产生高电压,则会烧毁收发信机里的元件。

因此高频电缆应当在开关场和掌握室两端同时接地。

而为了进一步降低两端间的地电位差,以及尽可能降低屏蔽层两端间因两端接地而引入的由通过屏蔽电流引起的电压降,规定与同轴电缆并联敷设近邻的1002粗铜导线。

3二次电缆屏蔽层接地新技术针对电力系统微机型继电爱护装置和自动掌握装置抗干扰的方法,提出了一种区分于传统单端接地或两端接地的新型二次电缆屏蔽层接地方法,即在开关场的一端经适当电阻接地,而位于掌握室的另一端则直接接地。

采纳该方法,首先应估算出流过二次电缆屏蔽层的实际电流,然后将在开关场一侧的接地电阻选取为:式中,为烧毁电缆屏蔽层的临界电流;为电缆屏蔽层的等效电阻;为牢靠系数,。

在超高压、特高压变电站中,采纳这种新的二次电缆屏蔽层接地方法,既具有两端直接接地时良好的抗干扰效果,也避开了当地电流和干扰过大时烧毁屏蔽层的危急。

4结语随着电力技术的进展,电缆的接地方式越来越受到人们的重视。

正确的接地方式,能将感应电压限制在规程规定的范围内,消退环流的不利影响,并具有良好的抗干扰效果。

故综