高压单芯电缆护层过电压保护原理与方式

110kV高压单芯电缆金属护套接地方式探讨摘要：我国现行《电力安全规程》当中有明确规定：电气设备非带电金属外壳均需要做接地处理，高压电缆金属屏蔽层需正常接地。

目前，110kV高压电缆线路多采用单芯电缆，其线芯部分与金属屏蔽层的关系可以视作“变压器初级绕组装置”，即在高压单芯电缆线芯有电流通过时，会产生磁力线交链金属屏蔽层，线芯两端出现感应电压。

高压电缆长度与感应电压大小有正相关关系，即在高压电缆线路较长的情况下，金属护套感应电压叠加后所会对人身安全产生危害。

在这一背景下，围绕110kV高压单芯电缆金属护套的接地方式进行探讨，以保证高压电缆运行的安全性。

关键词：高压单芯电缆；金属护套；接地方式一、110kV高压单芯电缆金属护套接地问题在我国现行《电力工程电缆设计规程》的要求下，对于电压等级在35kV及以下水平的电缆线路，多设置为三芯电缆形式。

电缆线路的运行过程中，流经三个现行的电流综合为零，因此，在金属屏蔽层两端均未检测有感应电压的存在。

这意味着对此类电缆线路而言，在对两端进行直接接地的条件下，不会有感应电流流经金属屏蔽层。

但在电压等级高于35kV的情况下，电缆线路多采取单芯形式。

当单芯电缆线芯通过电流时，就会有磁力线交链金属屏蔽层，使它的两端出现感应电压，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。

当高压电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障，遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。

在这一情况下，若仍然按照常规方法将金属屏蔽层两端做三相互联式接地处理，则金属屏蔽层上将会产生非常大的环流，换流值可以达到电缆线芯电流的50％～95％，导致明显的电缆损耗。

同时，还会致使金属屏蔽层表面发热，影响电缆线路运行过程中的载流量水平，加速单芯电缆的绝缘老化。

即对于35kV电压等级以上高压单芯电缆而言，不能采取电缆两端直接接地的接地方式。

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。

在实际的运行过程中，如果把110kV电力电缆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，此电流大小与电缆线芯中负荷电流大小密切相关，同时，还与间距等因素有关。

110kV高压单芯电缆线路金属护套接地方式110kV高压电缆线路护套必须接地运行，并且考虑限制其护套感应电压，文章讲解其不同的接地方式和原理，以便运行人员更好地巡查、维护和消缺，以免造成高压电缆过电压导致电缆外护层击穿，从而形成环流和腐蚀，最终影响电缆线路物载流量、运行寿命及人身安全。

标签：电缆护套不接地危害；护套接地方式；中点接地方式；交叉互联接地方式近年来，随着城市改造建设的加快，110kV高压电缆线路大量投入运行，并且大量110kV高压电缆线路敷设在人群密集区，其运行的安全性倍感重要。

《电力安全规程》规定：电气设备非带电的金属外壳都要接地，因此电缆的金属屏蔽层都要接地。

通常35kV及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式，按照GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》的要求，35kV及以下电压等级的电缆基本上为三芯电缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在金属屏蔽层两端基本上没有感应电压，所以采用两端接地不会有感应电流流过金属屏蔽层，两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过金属屏蔽层。

但是当电压超过35kV时，大多数采用单芯电缆，单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系，可看作一个变压器的初级绕组。

当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属屏蔽层，使它的两端出现感应电压，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，高压电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，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，甚至可能击穿护套绝缘。

此时，如果仍将铝包或金属屏蔽层两端三相互联接地，则铝包或金属屏蔽层将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%～95%，形成损耗，使铝包或金属屏蔽层发热，这不仅浪费了大量电能，而且降低了电缆的载流量，并加速了电缆绝缘老化，因此单芯电缆不应两端接地。

个别情况（如短电缆或轻载运行时）方可将铝包或金属屏蔽层两端三相互联接地。

电缆护层保护器原理及应用王培雄【摘要】在10～35kV电力系统中,电缆都为三芯结构,而在高速铁路10KV电力系统中,电缆都为单芯结构,本文分析了单芯电缆金属护层产生的感应电压过高及形成环流的原理,并采用一端金属护层直接接地,另一端金属护层经护层保护器接地的方法避免了电压过高及形成环流.单芯电缆各相之间相互不干扰,能提高供电可靠性,缩短电缆检修时间,方便电缆检修维护.%In power system of 10 ～ 35kV, cables are three core structure, while in the power system of 10KV of high-speed railway, cables are the single core structure. This paper analyzed inductive voltage which was too high generated by metal protective layer of single core cable and the theory of forming circulation. The paper provided a method which metal protective layer of one end directly grounded, and another end grounded after sheath protector, which avoided the voltage which was too high and the formation of circulation. The single core cable does not interfere with each other, which can improve reliability of the power supply, shorten time of repairing cable and conveniently maintain cable.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】2页(P200-201)【关键词】单芯电缆;护层保护器;环流;过电压【作者】王培雄【作者单位】中铁建电气化局集团南方工程有限公司,武汉,430071【正文语种】中文【中图分类】TM7单芯高压电缆常因金属护套过电压引起电缆外护层击穿损坏，为了降低护套对地过电压，避免外护层击穿，使用限压装置，即护层保护器，保证电缆可靠运行。

高压电缆护层保护器的性能与应用分析摘要：单芯高压电缆多采用保护器对电缆护层绝缘进展过电压保护，本文对高压电缆护层保护器的性能及选择应用进展了分析，结合一起护层保护器预试不合格案例，采用试验、解剖方法对其进展了研究，发现运行中的保护器不合格原因主要由受潮引起，并对保护器的检验安装给出建议。

关键词：护层保护器；氧化锌；过电压随着城市电网建立加快，高压电缆线路输电也朝着大长度、高负荷方向开展。

为限制单芯高压电缆护层多种形式的过电压，通常采用穿插互联加护层保护器方式对护层绝缘进展保护。

由于材料和制造工艺开展进步，以氧化锌阀片作为保护元件的护层保护器具有无串联间隙、保护特性好、优良的伏安特性等优势，并得到广泛应用。

但从实际运行情况来看，保护器经过一段时间的运行后不合格率偏高，失去了过压保护效果，对电缆平安运行存在隐患。

因此，需要从保护器性能、设计选择到安装应用、检修等方面进展分析，进步保护器运行可靠性。

1 电缆护层保护器的性能1.1 单芯电缆金属护层过电压单芯电缆线芯中交变电流产生的磁场，磁场产生的磁链不仅和线芯相链，也和金属屏蔽层及铠装层相链，必然会在电缆金属屏蔽和铠装层上产生感应电压。

考虑到人身平安，电力平安规程规定，交流单相电缆的金属护层都必须直接接地，且在金属护套上任一点非接地处的正常感应电压在未采取不能任意接触金属护套的平安措施时不得大于50V。

此时，假如将铝护套两端接地，那么铝护套上将会出现很大的环流，其值可达线芯电流的50%-95%，使得铝护套发热，降低电缆输送容量，最大可达60%-70%，并加速电缆的老化，因此，单芯电缆不应两端接地。

当铝护套或金属屏蔽层有一端不接地后，接着带来的问题是：当雷电波或内过电压沿线芯流动时，电缆铝护套或金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压；在系统发生短路，短路电流流经线芯时，电缆铝护套或金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压。

当电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时，就会出现多点接地，形成环流。

单芯电⼒电缆护层过电压保护2019-10-24【摘要】随着我国电⼒⾏业的不断发展，对单芯电⼒电缆护层过电压进⾏保护已经成为相关⼯作⼈员的重要⼯作内容。

这项⼯作具有较强的系统性，因此，要求⼯作⼈员从对电压保护器以及接地电阻等⽅⾯⼊⼿，来对单芯电⼒电缆护层过电压保护技术进⾏分析和研究。

以期达到⽤电安全，减少故障的⽬标。

【关键词】电⼒电缆；过电压；保护器；接地电阻随着科技的发展，多数的电⼒电缆都采⽤了单芯的形式，在进⾏线路敷设时，如果⾦属护层互联后直接接地，且电缆芯有电流通过，形成的环流对电缆线产⽣了严重的破坏作⽤，加剧了电缆的⽼化现象。

如果电缆进⾏⼀端三项互联接地，⾦属护层中就没有电流的环流，但是存在着冲击过电压以及⼯频感应过电压，能够直接穿过电缆的绝缘层，引发接地故障，不仅会出现热损耗，同时也会影响电缆的使⽤寿命。

1.电缆护层过电压保护器现如今，我国多数的电⼒公司采⽤的电缆护层保护器的保护单元以及外绝缘等都采⽤了较为先进的材料。

其中保护单元主要运⽤氧化锌⾮线性电阻⽚，外绝缘多⽤硅橡胶外套。

对于这些材料的运⽤具有⼀定的合理性，不仅具有良好的保护特性，同时也不失美观，⽽且，在以后的运⾏过程中，很少需要对其进⾏维护。

另外，需要对其安装的位置进⾏确定，要对⼯频感应电压进⾏限制，同时尽量减⼩冲击过电压对电缆线的破坏，更好地实现对外绝缘的保护。

1.1对保护器进⾏选择保护器是电缆运⾏中的重要部件，因此，在对其进⾏选择的时候要充分考虑到多种因素。

其中，保护器在通过冲击电流时要考虑到外绝缘的耐压值；要确保保护器在接受最⼤⼯频电压是可以承受⾄少5秒钟，⽽在通过最⼤冲击电流时要承受⾄少20次，这些都是最基本的要求。

需要注意的是保护器的阀⽚数的决定因素是受到的⼯频过电压。

其中，这两种因素之间都存在着反⽐的关系。

1.2要实现电缆⾦属屏蔽层和保护器之间的合理连接要尽量将连接线的长度控制在⼀定的范围内，在具体的运⽤过程中，最好采⽤同轴电缆的形式。

0引言高压单芯电缆被广泛应用于输电线路、变电站及工业和商业建筑等领域，传输和分配大量的电能［1］，在电力系统中起着重要的作用。

然而，高压单芯电缆的护层由于老化、火灾、机械损坏等多种原因，可能会发生接地故障，对电力系统的安全性和稳定性产生负面影响。

因此，研究和应用高压单芯电缆护层的接地方式成为当今电力工程领域的一个重要课题。

曾含等［2］基于优化包覆层结构，提出高压单芯电缆暂态热路建模方法，将复杂的3层结构统一化处理，并通过实验获取热容和热阻参数。

王航等［3］进行波纹金属护套高压单芯电缆线芯护层互感的研究，使用比奥—萨伐尔定律解算高压电缆线芯电流的磁感应强度，运用高斯定理求解波纹护套截面的磁通量；建立环形纹和螺纹护套的参数方程，并确定内外曲面作为磁通量积分边界，推导出线芯与波纹护套互感和等效直径方法误差的解析公式。

刘日朗［4］采用电磁暂态计算软件（ATP-EMTP ）进行输电电缆护层多点接地故障研究，使用仿真软件模拟电缆护层多点接地故障及其他故障情况，比较不同因素对护层环流值产生的影响。

电力系统规划不断扩大，对电气化专用电缆的需求越来越大，电缆作为电力系统中的重要组成部分，是电气绝缘组合电气设备开关柜的进出线，也是电力系统输电、配电导线。

由于电力系统中变电低压设备主要采用全封闭组合电气设备，所有线路导线全部采用高压单芯电缆，而且高压单芯电缆成本低、高压耐受性能强，具有普通电缆不可代替的优势，因此得到广泛应用和批量化生产。

然而，高压单芯电缆在电力系统中的大量应用带来了许多新的故障，如单线接地故障、高压单芯电缆护层套被烧融、高压单芯电缆终端头被击穿等，电缆金属护层的保护功能无法充分发挥，严重威胁电力系统巡视查验人员的生命安全。

经查验，出现这些现象的主要原因在于高压单芯电缆护层的接地方式不合理。

现行的接地方式仍沿用普通电缆接地方式，为两端分别并联接地，这种方式在实际应用中不仅电缆护层感应电势较大，而且电缆接地故障率较高。

110kV高压单芯电缆金属护套接地方式探讨摘要：近年来,随着城市转型的加速,大批110千伏高压电缆投入使用,大批110千伏高压电缆敷设到人口稠密地区。

基于目前接地110kV高压单芯电缆金属护套方法和需要考虑的问题,可以对其详细介绍,对110kV高压单芯电缆安全运行起到积极的作用和价值。

关键词：高压单芯电缆；金属护套；接地方式；110 kV外护套绝缘电缆频繁事故,促使设计、运营和维护部门对护套的电压和电流进行调查研究。

电缆的金属外护套几乎没有磁场和感应电压，当单芯电缆高压电流中循环时,电流变得非常大,金属屏蔽检测到非常高的感应电压,这可能威胁到人们的安全或导致电缆的绝缘和损坏。

因此,应采用适当的接地方法降低电缆的感应电压,以保证电缆安全、经济地运行。

以下是有关电缆性能的国家标准,各种接地方法,金属护套高压线性电缆的应用,不同铺设条件、护套接地的比较,电压对其电缆的影响,接地方式选择和限制,操作和维护。

一、110 kV高压单芯电缆金属护套接地问题根据中国目前的电力电缆设计方案,35kV以下的电缆是一种三芯电缆。

在电缆线中,综合为零电流通过流经三个。

因此,金属屏幕两端没有感应电压。

这意味着在这种类型的电缆中,当两端直接连接到地面时,感应电流不会通过金属屏幕。

当电压超过35kV时,电缆通常是单根电缆。

当电流通过电缆芯时,存在磁力线和金属层,两端产生感应电压,与电缆的长度和流经导体的电流成正比。

如果高压电缆很长,则可以将感应电压应用于护套上，这将危及人类安全。

如果电缆在短路故障工作电压或雷电冲击,屏幕会产生高电感电压,有时会导致击穿护套。

即使在这种情况下,当金属屏蔽层末端接地处理是三相互联时,其也会产生非常大的环流,换流值为电缆芯电流的50-95%。

电缆损坏的原因显而易见。

同时,金属屏幕表面产生热量,影响电缆线路运行时的能耗,加速其绝缘老化。

也就是说,对于35kV以上的高压电缆,电缆的两端不能直接接地。

但是,如果金属屏幕的一端没有接地,如果沿着高压单芯电缆电流,则金属屏蔽不会暴露在不接地端的冲击电压下,系统会短路,短路电流通过元件,会产生高电压,金属屏蔽频率为一端互联接地。

高压单芯电缆感应电压及电流的消除方法张伟（唐山三友硅业有限责任公司技术中心河北唐山063000）摘要：本文主要阐述了在化工类工厂供电敷设35kV和10kV单芯电力电缆过程中感应电压、电流的产生原因及几种具体的消除方法。

关键词：高压单芯电缆，感应电压及电流，敷设及金属保护层接地方法随着石油化工企业规模越来越大，企业的供电电压等级也越来越高，故35KV、10KV 供电线路采用电缆在桥架中敷设的方式越来越广泛，由于很多施工人员对于电力电缆的施工要求及相关标准并不十分清楚，本文主要分析了35kV、10kV单芯电缆在敷设过程中经常遇到感应电压及电流的消除问题，并阐述了不同情况下几种具体的解决方案。

1、单芯电缆感应电压产生原因当单芯电缆线芯流过交变电流时，交变电流的周围必然产生交变磁场，形成与电缆回路相交联的磁通，也必然与电缆的金属护套相交联，所以当采用单芯电缆，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。

2、根据规范探究消除感应电压的方法分析根据GB50217-2007电力工程电缆设计规范4.1.10、4.1.11条交流系统单芯电力电缆金属层接地方式的选择，应符合下列规定：4.1.10 交流单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势计算，宜符合本规范附录F的规定。

电缆线路的正常感应电势最大值应满足下列规定：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。

4.1.11①线路不长，且能满足本规范第4.1.10条要求时，应采取在线路一端或中央部位单点直接接地（图4.1.11－1）。

②线路较长，单点直接接地方式无法满足本规范第4.1.10条的要求时，水下电缆、35kV 及以下电缆或输送容量较小的35kV及以上电缆，可采取在线路两端直接接地（图4.1.11－2）。