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

韦华

华蓝设计（集团）有限公司 530000

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。并且与此同时，除去以上情况之外，感应电压也不得大于200V。

单芯电缆金属护套产生的感应电压，在三相回路系统中，三相平衡负载情况下水平直线敷设时，两边电缆护套上产生的感应电压最大。以等边三角形对称敷设时，电缆护套上的感应电压最小且相等。从而在基于实际生产过程中的生产需求，所使用的电缆，对其金属护套产生的感应电压和感应电流要进行必要的控制和解决，以此降低金属护套的感应电压，在减少电能消耗的同时做到最大程度上保障生产方面的安全和输电过程的稳定。

二、金属护套感应电压的产生以及感应电压的计算

（一）金属护套感应电压的产生

1、冲击过电压产生的感应电压

例如在110kv高压单芯电缆的实际使用过程中，具体为了使得自身金属屏蔽层或者铝包产生的环流发热情况，高压单芯电缆一般会使用单端接地的方式，以此避免环流发热问题。从而以此在当遇到雷电产生的冲击波或者内部过电压沿着线芯流动的情况时，电缆本身没有接地的铝包或者金属屏蔽层端头，就会产生较高的冲击感应电压。

2、系统故障造成的感应电压

除去以上因素导致的感应电压存在意外，还会由于电缆本身出现的短路现象造成感应电压存在。例如当电缆所处的电网系统出现短路问题时，短路形成的电流就会流经电缆线芯，从而金属屏蔽层或者电缆铝包的不接地一端也会出现较高的感应电压。

3、金属护套工频感应电压

工频电压是由于高压电缆在正常使用的整个过程中，电流流经电缆线芯，使之产生相应的感应电压。这种情况也是发生在电缆金属屏蔽层或者铝包的未接地端。

（二）金属护套正常产生的感应电压的计算

单回路高压单芯电缆之间通过正常的交变电流时，在电缆金属护套上所产生的感应电压，实际大小与电缆自身线芯的中心位置和金属护套平均半径之比的对数呈正比关系，并且与线芯本身的负荷电流、频率以及电缆自身的长度成正比关系。

具体的，对于电缆的金属护套来说，其属于类似薄壁的圆柱筒，从而环绕于电缆的线芯周围。从而在线芯回路当中产生一定的交变磁通，这部分交变磁通会与线芯本身的回路交链，与此同时也会使得金属护套与之相交链，从而以此使得金属护套上产生了相应的感应电动势。这当中，产生的感应电动势大小与线芯中电流的大小决定。

三、金属护套感应电压的限制措施

在当电缆本身的长度和自身线芯的截面积一定时，处在较长电缆长度和较大线芯截面积时的电缆金属护套中的感应电动势会达到很高的数值，尤其在当遇到电缆电网系统的短路故障时，所产生的感应电动势会达到影响到人们人身安全的数值，从而直接造成更大的安全事故。在电力安全当中有相应的规定，即要求相应的电气设备的非带电金属外壳等一定要做相应的接地处理。但是对于高压单回路单芯电缆来说，在当其中间流经一定的电流，金属护套两端必然会产生一定的感应电压，而若是将金属护套的两端三相进行互联接地，就会使得金属护套中产生更大的环流，具体产生的环流数值可以超过电缆线芯电流数值的50%-90%，从而在金属护套中形成较大的损耗，使得金属护套发热严重，不但会实际降低电缆的输电效率和质量，更会使得电缆加速老化，，从而对于单回路高压单芯电缆的设计和施工当中，切忌采用两端接地的方式。

以此为了确保其后的使用安全和维护安全，要按照在GB50217-2017《电力工程电缆设计规范》中提出的：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。并且与此同时，除去以上情况之外，感应电压也不得大于200V。因此，对于相对来说截面积更大的线芯、长度更长的电缆来说，要规避金属护套感应电压产生的实际影响和危害，就要采取有效的措施和方法，一是限制感应电压，将其控制在相对合理、安全的范围之内；二是控制感应电压在一定范围内同时，确保其不会产生更大的损耗。

（一）采用电缆护套交叉接地降低金属护套上感应电势

1、电缆不换位

如图3.1所示，电缆不换位的护套交叉互联的电缆线路。具体将九段等长度的电缆，在其绝缘接头位置将每一相的三段电缆的护套相互绝缘，之后对不同相的各个小段的金属护套进行相互交叉连接，以此在当电缆的排列方式对称时，由于各个小段金属护套之间产生的相位差为120°，从而其幅值相等，由此电缆两个接地点之间产生的电位差就为0，从而就不会产生循环电流，此时的电缆线路上的金属护套的最高电压就是每个小段上的感应电压的数值。采取了这种方式,有效的降低了金属护套的感应电压，提高了电缆的输送容量，防止了电缆外护层被击穿，确保了电缆安全可靠地运行。

图3.1 电缆不换位——护套交叉互联

2、电缆换位

如图3.2所示，电缆换位的护套交叉互联的电缆线路。具体为了使得电缆的载流能力进一步提升，还能够对电缆进行相应的换位。例如在隧道当中的电缆就会比较容易实现换位，从而不仅将金属护套进行相应的交叉互联，与此同时也对电缆进行换位，从而这就需要更多的敷设空间，所以对于一般的石油化工行业当中应用较少。

图3.2 电缆换位——护套交叉互联

四、总结

以此对于单回路高压单芯的电缆金属护套中存在的感应电压所产生的实际问题和影响来说，要做好相应的解决和控制，以此规避由于感应电压过大而产生安全事故，并且也会实际影响到使用稳定。最终，重视金属护套中存在的感应定压问题，采用电缆护套交叉接地的方式，降低金属护套上的感应电势。使其能够正确的发挥其正常作用，保障各行业的安全和稳定生产，也从而使得其后类似设计和建设能够获得相应的参考与借鉴。

参考文献：

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