浅谈高压电缆金属屏蔽层接地问题
电力安全规程规定：电气设备非带电的金属外壳都要接地，因此电缆的铝包或金属屏蔽层都要可靠接地。10kV高压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V电缆多数是三芯电缆的缘故。上世纪中期前，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。上世纪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，随着城市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，城市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。
标签：三芯电缆、单芯电缆、一端接地
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，以YJV-8.7/12kV-1×300mm2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10.7V。
2、电缆三相水平排列时，设电缆间距相等，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16.9V，中相的感应电压为每公里10.7V；当电缆间距200mm时，算得边相的感应电压为每公里36.1V，中相的感应电压为每公里31V。边相感应电压高于中相感应电压。
110kV电力电缆感应电压分析及控制
城市要发展，电力要先行。随着生产力的发展、城市化进程的加快，生产生活对供电可靠性的要求越来越高。电力电缆由于其占地省、供电可靠、有利于美化城市等诸多优点，在电力系统中占比越来越大，很多城市电缆化率越来越高，有些城市甚至实现了全电缆线路供，电力电缆的可靠运行直接影响整个电网的可靠供电。110kV电力电缆由于其电压等级较高，且为了便于运输和现场施工，一般采用单芯电缆，单芯电缆由于其结构特点，投入运行后其金属护套上会产生感应电压，本文主要就110kV电缆感应电压产生的原理及金属护套的接地方式进行分析讨论。
标签：110kV电缆;感应电压;接地方式
单芯是指在一个绝缘层内只有一路导体。当电压超过35kV时，大多数采用单芯电缆，它的线芯与金属屏蔽层的关系，可看作一个变压器的初级绕组中线圈与铁芯的关系。当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链铝包或金属屏蔽层，使它的两端出现感应电压。因单芯电缆金属护层与芯线中交流电流产生的磁力线相铰链，使其两端出现较高的感应电压，因此要求护层有良好的绝缘，同时要求电缆金属护套接地可靠。当单芯电缆过马路或者是过墙时应穿管保护，应用的这种保护管应该是非磁性材料的金属管或非金属管。
一、110kV电力电缆在运行中的感应电压
110kV电力电缆在三相交流电网中运行时，当电缆导体中有电流通过时，导体电流产生的一部分磁通与金属护套相交链，与导体平行的金属护套中必然产生纵向感应电压，产生的感应电压数值与电缆排列中心距离和金属护套平均半径之比的对数成正比，并且与导体负荷电流，频率以及电缆的长度成正比。在等边三角形排列的线路中，三相感应电压相等;在水平排列线路中，边相的感应电压较中相感应电压高。
回流线对电缆护层感应电压影响分析
高压单芯电缆运行时，由于电磁场的作用，在金属护层上会产生感应电压，安装回流线后，回路电流不经过大地而经回流线返回，通过回流线的磁通抵消一部分电缆线芯电流所产生的磁通，从而降低了电缆护层的感应电压。
标签：单芯电缆；回流线；敷设方式；金属护层；感应电压
0 引言
单芯电力电缆的导体与金属护层可以看作是一个变压器的初级绕组与次级绕组。当电缆导体通过交变电流时，其周围产生的一部分磁力线将与金属交链，使金属护层产生感应电压。感应电压的大小与流过电缆导体的电流、线路长度成正比。当电缆线路较长、流过导体电流较大（尤其是单相短路故障）时其金属护层上的感应电压可能危及生命和导致外护层绝缘击穿。
1 回流线的功能与选型
1.1 回流线的作用
金属护层单点接地的电缆线路在单相短路故障时，短路电流以大地为回路，护层感应电压很高，增加回流线后，回路电流不经过大地而经回流线返回。回流线的存在使单相接地时外护层绝缘及过电压限制器所受工频过电压与地网电位无关，且通过回流线的磁通抵消了一部分电缆芯线接地电流所产生的磁通，从而降低护层感应电压。
1.2 回流线的选型规范
根据相关标准的规定，交流系统110kV及以上单芯电缆金属层单点直接接地，下列任一情况下，应沿电缆邻近设置平行回流线：（1）系统短路时电缆金属层产生的工频感应电压，超过电缆护层绝缘耐受强度或护层电压限制器的工频耐压；（2）需抑制电缆邻近弱电线路的电气干扰强度。
回流线的选择与设置，应符合下列规定：（1）回流线的阻抗与其两端接地电阻，应达到抑制电缆金属层工频感应过电压，并应使其截面满足最大暂态电流作用下的热稳定要求；（2）回流线的排列配置方式，应保证电缆运行时在回流线上产生的损耗最小；（3）电缆线路任一终端设置在发电厂、变电所时，回流线应与电源中性线接地的接地网连通。
2019年增刊1 69
基于ATP -EMTP 电缆金属外护套的 感应电压分析计算及相关保护设备选型
惠胜达1 张军强2
（1. 中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，郑州 450007；
2. 河南省众慧电力工程咨询有限责任公司，郑州 450007）
摘要 本文提供一种基于ATP-EMTP 计算高压电缆在雷电过电压、工频过电压时的计算方法和模型，并提出相应的限制措施，同时为相关设备的选型提供依据。
关键词：ATP-EMTP ；过电压计算及限制措施；金属外护套；电缆护套电压保护器（电压限制器）
Induction voltage analysis and calculation of sheath and selection of relevant protective equipment based on ATP-EMTP cable overvoltage
Hui Shengda 1 Zhang Junqiang 2
(1. China Power Construction Group He ’nan Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd,
Zhengzhou 450007;
2. He ’nan Zhonghui Power Engineering Consulting Co., Ltd, Zhengzhou 450007)
Abstract This paper provides a calculation method and model for calculating over-voltage and power frequency over-voltage of high-voltage cable based on ATP-EMTP, and puts forward corresponding restrictive measures, at the same time, it provides a basis for the selection of related equipment.
单回路高压单芯电缆金属护套感应电压及限制措施
发表时间：2019-12-27T10:51:41.343Z 来源：《中国电业》2019年第18期作者：韦华
[导读] 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
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。
对110kV及以上高压电缆线路的接地系统分析摘要：本文作者通过实际工作中总结与积累经验，主要针对110kv及以上高压电缆的接地的重要性，并通过分析高压电缆接地的要求、方式和采取的措施等。
关键词：高压电缆接地电流电缆接地方式
一、前言:
经过十几年高压电力电缆施工我们积累了相当一部分的经验，本文综合各类文献并结合工程实际，意图对110kv及以上高压电缆的接地就重要性等方面进行探索。
二、高压电力电缆接地分析
当导体内通过电流时会在其周围产生感应电压，对于在发电厂、变电所等用于低压及二次系统控制的电缆，为了防止继电保护装置误动以保证保护装置可靠性以外，也防止控制电缆屏蔽因感应电压而导致保护装置损坏，所以均采取带屏蔽铜网的电缆，并对屏蔽接地有着非常严格的规定；并且要求电缆支架等都要求接地以防止感应电压危及人身安全；
而高压电力电缆同样存在这样的问题，本文将针对高压电力电缆在施工及运行中遇到的的一系列敷衍出的问题进行讨论：首先是敷设时的机械保护（电缆抗弯、防水、防火、腐蚀——采取铝、铜等金属外护套）→其次运行中线芯电流（在金属护套上形成1∶1
的单匝变压器产生感应电动势——危害人身安全及电气设备运行
经济性、可靠性等，采取外屏蔽接地）→接地电流或环流→各种接地方式的解决方法。为了尽可能减少护套环流我们可以采取多种金属护套的连接与接地方式，这是我要着重讨论的问题。
高压电缆线路的接地方式有下列几种：
.金属护套一点接地（一端或中点）：无环流，感应电压与电缆长度成正比，短电缆线路常用；
⑵. 金属护套两端接地：有环流，感应电压为零，但影响载流量，轻负荷电缆线路常用；
110kV-1x300mm2铜芯电缆金属护套感应电势计算U：感应电势；I：载流量；X：单位长度电抗；L：电缆长度Xm：两边电缆单位长度电抗；Xs：中间电缆单位长度电抗
一、1500米长电缆感应电势（总长）
1、敷设方式：平行敷设、在空气中
2、电缆近似外径（Ds）：Φ90mm；相邻电缆中心距离S：120mm
3、电缆额定载流量：750 A
计算：1、两边电缆金属护套的感应电势
注：式中 Xm=2ω（ln2）x 10-7（Ω/m）， Xs= 2ω（ln 2S
Ds
）x 10-7（Ω/m）
ω=2πf，f= 50 Hz
U = I X L= 750 x x 1500 = 102.9 V
2、中间电缆金属护套的感应电势
U = I Xs L= 750 x 2ω x ln 2120
90
x
x 10-7x 1500
= 69.3 V
二、750米长电缆感应电势（接地处理后单段电缆长）
1、敷设方式：平行敷设在空气中
2、电缆近似外径：Φ90mm；相间距离：120mm
3、电缆额定载流量：750 A
计算：1、两边电缆金属护套的感应电势
U = I X L= 750
=51.45V
2、中间电缆金属护套的感应电势
U = I X L= 750 x 2ω x ln 2120
90
x
x 10-7x 750
= 34.65 V
因此不采取配置方案中的接地方式，感应电势将会危及人身安全；尤其是在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，远远大于计算值，甚至可能击穿护套绝缘。
如果金属屏蔽两端同时接地将使屏蔽线路形成闭合回路，屏蔽中将产生环形电流，电缆正常运行时将产生很大的环流损耗，使电缆发热，影响电缆的载流量，减短电缆的使用寿命，甚至有可能烧穿电缆。
电缆感应电压计算书
公司名称：DHAC_COMPM
软件名称：道亨电力电缆计算系统
版本号： (4.10.2016.0908)
工程名称：
设计员： 设计时间：2016.12.22
计算范围：线路附近无平行接地导体的任意排列的单回、双回、多回电缆
共有1个回路
第1个回路
一、敷设参数：
线路总长度：1
----------施工段1----------
回路坐标:(500,-327.95),(500,-677.95),(500,-1027.95)
敷设方式：隧道敷设
排列方式：垂直排列
相序：ABC
相与相间距离(mm)：
AB=350
AC=700
BC=350
有回流线(三七开)；
回流线电阻(欧)：0.077
回流线几何平均半径(mm)：11
假定：一部分以大地为回路；一部分以回流线为回路
回流线到各相的距离：
到A 相：350
到B 相：245
到C 相：350
大地等效深度(mm)：511234
----------施工段1----------
二、计算正常工作时的感应电压
1.1、计算磁通量
。为导体与电流的中心距为导体半径、D ln 1024GMR GMR D I ⎪⎭
⎫ ⎝⎛⋅⋅⨯=-ϕ ----------施工段1----------
已知：金属护套几何平均半径GMR=65.75(mm)
载流量I=1806(A)
----------施工段1----------
1.2、计算感应电压
为磁通和ϕωϕ -j E s =求得：感应电压最大值:238.978
----------施工段1----------
回路1第1施工段感应电压计算结果：
接地方式：单端接地
***110kV新建线路工程(电缆)事故分析报告
一、事件简介
***110kV新建线路工程(电缆)”保护接地箱出现故障我公司技术人员到现场了解情况。
二、现场情况
通过照片对现场情况做个介绍，情况如下：
保护接地箱已烧黑
接地电缆已烧熔碳化
系统主电缆外护套有明显的损伤和击穿
现场了解此工程的下路设计时：线路的总长为600多米，电缆份为三段；其中在两端处装设110kV电缆终端头，中间制作两组110kV绝缘接头；接地方式如图：在两端电缆终端处一端经直接接地箱做直接接地，另一端经保护接地箱做保护接地，中间两组绝缘接头经交叉互联箱做一个交叉换位。
二、故障分析
按照国标GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》：
1.未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50V。
2.除上述情况外，不得大于300V。
3.当线路在1000m以上时采用交叉互联接地方式并在交叉互联的两端采用直接
接地。
图1
A 1
A 2A 3A 4
B 1B 2B 3B 4
C 1
C 2
C 3
C 4
A
B C A B C
A 0
B 0
C 0
A 5
B 5
C 5
I I
I
#1接头
#2接头
送电端受电端I
图2
A 2
A 1
B 2B 1
C 2
C 1I I
A B
C
(a)#1中间接头A 4A 3B 4B 3C 4
C 3A B
C
(b)#2中间接头
I
图3
只有按照交叉互联两端的终端直接接地，此交叉互联方式才有效，这样才能使感应电压低，感应电流小：根据矢量法分析，如果3相电缆的3段电缆长度绝对相等，3相同轴电缆长度也绝对相等，经图2方法换位后的合电流绝对为零（如图4），金属套上的感应电压如图5所示。真正达到图4和图5理想状况的可能
浅谈防止电力电缆护层感应电压过高的措施
摘要：本文概述了运行中电力电缆护套感应电压的产生及感应电压过高对运行电力电缆及人身安全的危害。根据规程规定：当电缆运行中未采取安全措施以致不能任意接触金属护套时，其金属护套上的正常感应电压不得超过50V；当采取措施后，例如在不接地端电缆终端位置的金属护套上用玻璃纤维绝缘材料包裹起来时，该感应电压允许提高为100V。为了避免感应电压过高的现象出现，主张采取如下有效措施：1.设计阶段必须对电力电缆线路金属护层感应电压的计算；2.根据线路情况按照经济合理的原则选择电力电缆金属护套接地方式：（1）护套一端接地一端接护层保护器；（2）护套两端接地；（3）护套交叉互联；（4）电缆换位、金属护套交叉互联；3.为了防止护套绝缘击穿，护层保护器和回流线的配套安装时的注意事项。并加以论证。
关键词：电力电缆；金属护层；感应电压；接地方式
1. 引言
随着经济的发展和城市建设规划的完善，电缆线路将被广泛的使用，电力建设部门在建设中对电缆线路的安全、经济运行、供电可靠性提出了更高的要求。而电力电缆金属护套感应电压过高不仅直接影响到电力电缆经济运行、人身安全及供电可靠性，还直接关系到电力行业的信誉。那么为了保证敷设的电缆线路能安全、可靠、经济运行，就必须深入探讨以下三个问题：（1）电力电缆金属护层感应电压是怎么产生的？（2）电缆金属护层感应电压过高有什么危害？（3）怎么做才能防止电力电缆金属护层感应电压过高问题的出现？
目前，根据我国电力行业的有关规定：交流单相电力电缆的金属护层，必须直接接地，且在金属护层上任一点非接地处的正常感应电压，应符合下列规定：（1）未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V。
110kV高压单芯电缆敷设安全长度分析
摘要：本文从110kV高压单芯电缆不同的接地保护方式入手，通过计算感应过电压来
求得在满足安全规定的要求下所能敷设长度L所满足的不等式及临界值，为电缆工程的设计
提供理论参考依据。通过理论推导及实例分析表明，在不同接地保护方式下，对于能够敷设
安全长度的大小，单端接地时最短，中间接地，两端保护器接地次之，使用交叉互联接地方
式最长。
关键词：110kV高压单芯电缆；感应过电压；敷设安全长度
引言
高压单芯电缆运行时在金属护套上会产生感应过电压，根据电缆敷设长度的不同，其值
也将不同，据GB50217—94要求：非直接接地一端金属护套中的感应电压不超过50V。对于110kV正常工作的高压单芯电缆来说，其产生感应过电压的途径主要有正常工作时，不接地
端产生的工频感应电压及在短路与雷电波或内部过电压流入高压电缆在金属护套上产生很高
的冲击电压[1]。电缆不正常工作时需要考虑其绝缘及保护器参数问题[2,3]，本文不予讨论。
文献[4,5]中探讨了正常工作时高压单芯电缆金属接地方式，但都是在给定电缆长度工况下进
行讨论，没有一个具体统一的方式对电缆敷设安全长度进行计算分析等，具有一定的限制性。文献[6]对水平直线敷设方式的高压电缆进行了设计，并未考虑重要的等三角形敷设方式，不
够全面。因此需要对在满足安全规定要求下的高压单芯电缆敷设长度进行讨论分析。
本文首先给出了不同敷设方式下金属护套感应过电压计算公式，然后通过对不同保护接
地方式的讨论得出满足安全需要的所能敷设长度L满足的不等式及临界值，最后通过一个实
交流系统单芯电缆金属套的正常感应电势计算方式，在《电力工程电缆设计标准》GB50217-2018中P79有说明，但是有些参数和取舍还是有待商榷的，同时很多同行也都是靠经验，很少人能够真正的计算一下这个电缆金属套的感应电势，我借助某工程来粗略的计算一下，有些数值为估算，不一定全部正确，算是作为一个工程的总结吧。
某220千伏输电线路工程，双回路，正常运行方式为两个回路分别担负一半的负荷，特殊情况下可以转带变电站全部负荷，其中变电站出站段为电缆出线，电缆出线长度为700米，之后电缆转架空线路至另外一个220千伏变电站，电缆型号为YJLW03-127/220-2500mm2的单芯交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套聚乙烯外护套电力电缆，导线型号为双分裂JL/G1A-630/45钢芯铝绞线，地线为两根72芯OPGW-150光缆。电缆敷设方式为垂直排列（3根电缆直线并列），电缆之间的中心间距为0.35米。
电缆结构图（2500平方截面）
根据电缆线路的设计规程规范，需要根据电缆的外护套的接地方式来计算校核该段电缆的正常感应电势，以便保证在该段电缆线路上任意一点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何接触金属套的安全措施时，不得大于50V。
2、除本条第一款规定的情况外，不得大于300V。
根据行业内的常规做法，一般电缆长度不长时，采用一端直接接
地，一端经保护器接地的方式，电缆较长时候，采用交叉互联接地方式，电缆输送容量较少或者无法满足上面的规定时候采用两端直接接地的方式。
接地箱
这里有个问题就是这个电缆不长，电缆较长和电缆较短的距离，没有定论，一般都是要满足以上的第一、二条规定才行，所以工程实际经验中，这个接地方式的护层电缆计算结果是制约电缆设计重要的因素，但是经常被选择性的忽略计算，也没有一个明确的长度要求，我们在工程实践中一般定义为大于1000米为较长电缆线路，可以选择交叉互联接地方式，小于500米的为较短线路，可以采用一端电缆直接接地，一端采用护层保护器接地，大于500米小于1000米的电缆线路比较尴尬，两个都靠不上，于是一般选择中间单点直接接地，两端采用护层保护器接地方式。
大长度电力电缆分析及应用前景
发布时间：2022-10-24T05:31:53.824Z 来源：《中国电业与能源》2022年12期作者：刘春龙[导读] 本文通过理论与实际相结合，对大长度高压电缆进行简要介绍，从大长度电缆的发展、应用情况、金属护套感应电压、交通运输条件、施工条件、运行维护和节约投资方面分析了大长度电缆的可行性。刘春龙
广东南海电力设计院工程有限公司广东省佛山市 528000
一、摘要
本文通过理论与实际相结合，对大长度高压电缆进行简要介绍，从大长度电缆的发展、应用情况、金属护套感应电压、交通运输条件、施工条件、运行维护和节约投资方面分析了大长度电缆的可行性。根据分析结果可知，在电缆金属护套感应电压允许值的范围内，使用大长度电缆可减少附件用量，节约高压线路投资成本。在节能环保经济发展理念影响下，以“高能效、低损耗”为主要特征的大长度高压输电方式成为电力行业发展主流趋势，因其具有大容量、高可靠性等优势，在电线行业得到普遍应用，市场需求旺盛，逐年替代常规电缆。
二、关键词
大长度高压电缆；感应电压；发展前景
三、正文
伴随着经济不断发展，城市化建设地上空间日益紧张，城市之间的高压架空线路渐渐消失，被纵横交错的地下电缆管网取而代之。地下电缆在为经济社会高质量发展传输稳定能源动力的同时，也提升了城市形象、改善了人居环境。随着我国城市化进程不断加快，据统计高压电缆年均增长率超过10%，每年110千伏及以上高压电缆需求高达15000公里。文献[1]中描述上海市已建成的电缆线路中，电缆金属护套的过电压保护将是一个重要的问题。由于负载电流时刻交链着金属护套，因此金属护套上时刻有感应电动势存在，由于通过的电流很大，设计时就要考虑限制电缆的分盘长度以满足感应电压限值。这导致电缆接头数量急剧增加，费用也随之上升。由于接头数量多增加，导致电缆运行故障概率相应提高。因此高压电缆朝着“大长度”的方向发展，对提高运行安全、节约线路投资具有重要意义。1大长度高压电缆概述
