电缆排列方式对金属护套感应电压的影响_技术交流_机械工业北京电工技术经济研究所

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电缆排列方式对金属护套感应电压的影响

作者: 詹承海  来源:(福州电力设计院有限公司) 时间:2019-06-25

摘要:随着城镇化建设进程不断加快,人们对电力的需求呈现个性化与多样化的趋势,在此背景下,电缆排列方式对金属护套感应电压的影响越来越明显,本文主要针对电缆排列方式对金属护套感应电压的影响进行分析,以得出对行业具有一定参考价值的结论。

关键词:电缆排列方式;金属护套;感应电压

0 引言

在现代城市建设与发展的过程中,电力电缆的应用范围不断扩大,纵观未来的发展趋势,其应用前景十分可观。且在电信网络行业不断发展的环境下,电力电缆在城网供电中的重要性逐渐提高,已成为当前人们生产生活中不可或缺的一部分。现阶段,我国大部分城市在新建线路中,常采用架空线路与电缆结合的方式,逐步入地。而在高压电缆其采用的带护套的电缆主要采用交联聚乙烯波纹铝护套铜芯电缆。

1 高压单芯电缆金属护套环流介绍

在电流与高压单芯电力电缆接触的过程中,电缆的周围出现电磁场,同时,其与电缆产生的电流大小形成正比例的关系。在该电磁场连在通过单芯电力电缆金属护套的过程中,会产生不同等级的感应电压,且感应电压的大小与回路的排列方式、敷设方式及电缆的长度有着直接的关系。在电力电缆外护套出现破损情况时,金属护套的接点逐渐增多,进而导致感应环流形成回路,且在此基础上,其损耗也进一步增加,从而加快了电缆的绝缘老化。

2 电缆排列方式与护套环流

研究当前国内电缆金属护套接地的情况,发现其在实际接地的过程中,采用较多的接地方式是单端接地与交叉互联这两种。每一种接地方式的应用环节与应用效果均存在一定的差别。其中在信号线接地中,采用单端接地的方式,就能降低低频干扰,常用于以下三种情况:1使用静态屏蔽;2传送模拟信号;3不允许安装等电位导体。一般在电缆中,若其两端是相互独立的两个系统,应用两端接地的方式,如果是同一个系统,采用单端接地更为合适。可以结合实际情况,选择合适的接地方式。当原有的电缆护套产生破裂时,不仅会出现金属护套交互互联接地方式分布较为分散的情况,造成金属护套环流,还会进一步增加电缆损耗,给电缆的正常使用造成极大的负面影响。

 通常情况下,电缆排列方式应用较多的有竖直排列、直角三角形排列与水平排列这三种。每一种电缆应用的排列方式均不相同。在不等长分段电缆中,针对长度较短的电缆,采用感应电压大的竖直与水平排列方式较为合适,这是因为这两种排列方式在实际应用中可以降低大段金属护套感应电压。而较长的电缆适用于感应电压小的三角形排列方式。通过科学、合理地选取各小段排列方式,平衡电缆长度差形成的感应电压差,进而降低护套环流。在电缆位置不变的情况下,进行交叉互联,护套两端接地。

上述内容中的三种电缆排列方式的金属护套感应电压必须符合要求,直角三角形电缆排列方式的金属护套环流比另外两种电缆排列方式要高,且金属护套的损耗也是最大的;电缆水平排列方式与直角三角形排列方式的金属护套感应电压完全相反,其金属护套环流最小,且损耗也最低。如表1,为不同排列方式下单段金属护套感应电压。从表1能够明确看出,金属护套感应电压在水平与竖直这两种电缆排列方式中更接近,1km电缆护套感应电压差值不超过2V。而究其根本原因,可以参考图1排管中的电缆排列方式,当排管的水平距离(230mm)略小于垂直距离(240mm)时,水平排列与竖直排列方式的金属护套感应电压出现明显的差异[1]。因此,可以将竖直与水平这两种排列方式看成同一种排列,具体而言,竖直排列方式的环流估算公式也可以应用在水平排列方式中。同时,从表1还可以看出,当电缆芯电缆相同的情况下,单位长度电缆护套感应电压,且直角三角形排列方式的感应电压明显低于水平排列方式的感应电压。

表1.不同排列方式下单段金属护套感应电压

排列方式

感应电压(v)

A

B

C

水平

90<73

71<-30

90<-136

竖直

92<73

72<-30

91<-133

直角三角形

81<81

72<-31

80<-150





 

根据图1可知,在排管中,高于110kV等级的高压电缆的排列方式是直角三角形、竖直与水平这三种排列方式的可能性最大。此外,不同的电缆排列方式对金属护套环流的影响也不相同,其中三角形排列方式下的金属护套环流产生的影响要高于另外两种排列方式。

001.png

图1排列方式

 

计算实例

以某市电网110kV电缆为例,不同情况下的电流护套感应电压值进行计算,为了确保计算结果的准确性,在计算中N-1是最不利情况,必须对其进行充分的考虑。在该城市中,每条电缆线路可以带两台容量均为50的变压器,该线路在运行过程中,线芯电流为750A。在该城市的新建线路中,其电缆主要采用的是交联聚乙烯波纹铝护套铜芯电缆,表2为电缆参数。

表2电缆参数表(单位:mm)

电缆外径

半导电缓冲阻水带

导体直径

导体包带

导体屏蔽

外护套

绝缘屏蔽

XLPE绝缘

皱纹铝护套

107.3

2.5

1.5

0.4

1.5

4.5

1.0

16.0

4.5

模型可以参考三段电缆交叉互联接地,对间距、排列与分段长度均不相同的情况下的交叉互联两端金属护套感应电压进行计算。因交叉互联两端都是直接接地,故其两端感应电压给金属护套环流大小造成直接的影响。因此,在计算交叉互联段的环流的过程中,可以参考以下两个计算条件:(1)交叉互联的一端接入隧道内接地网,0.6Ω为其接地电阻数值,根据铝护套电阻R=2.83×10-8L/S=2.83×10-8×1500/0.001413=0.03Ω,该端的电缆金属护套感应电压计算结果详见表3。(2)一端接入变电站共接地网,其接地电阻的数值为0.13Ω。表3感应电压的计算结果

排列方式(单位:mm)

电缆分段

交叉互联两端感应电压最大值(V)

环流(A)

水平排列间距200

450m-500m-550m

21.13

27

300m-500m-700m

44.83

59

400m-500m-600m

26.51

35

500m-500m-500m

16.33

28

竖直排列间距450

450m-500m-550m

24

32

300m-500m-700m

51

67

400m-500m-600m

33

43

500m-500m-500m

16

21.5

品字排列间距132

450m-500m-550m

4

5.5

300m-500m-700m

17

22

400m-500m-600m

8

11

500m-500m-500m

0

0

根据表3,可以发现电缆间距、排列方式以及电缆分段长度对交叉互联电缆金属护套两端感应电压的影响最大。当电缆分段长度不均匀的情况下,金属护套两端感应电压较大,而水平和垂直这两种排列方式下的金属护套感应电压明显高于品字排列方式。在电缆间距较大的情况下,金属护套两端感应较高,相反,当电缆间距较小的情况下,其电压较低。即使在电缆分段均匀的情况下,垂直与水平电缆排列方式下的金属护套仍会产生一定的环流,且随着环流的增大,其损耗也在不断增大。而在品字形排列方式下的金属护套感应电压,只有确保分段的均匀性,其产生的环流很小,甚至还出现为“0”的情况。因此,根据上述的计算结果分析,发现导致金属护套感应电压过大的主要原因是电缆间距过大、电缆排列方式不优与分段不均匀这三种原因。

4   混合排列方式对金属护套感应电压的影响

在110kV分段不均匀的情况下,交叉互联两端接地电缆在与线芯电流接触的过程中,其电流接近700A。表4为对不同排列方式进行组合后,对护套环流产生的影响。从表4可以得知,混合排列方式2对护套环流产生的影响最大,其感应电压可增加到近两倍[2]。而第一种混合排列方式下的金属护套环流及其部分回路环流低于任意一种单一的排列方式,比如三角形、水平,基于此,推荐混合排列方式1。因此,在面临施工条件有限的情况下,或在对电量进行改造后出现三段电缆分段不均匀的问题时,在排列较短的电缆中,可以采用水平与竖直这两种排列方式,进而建设金属护套的环流,而较长的电缆可采用直角三角形排列方式。

表4.不同排列方式对不均匀分段电缆环流的影响

 

电缆3小段长度值/m

 

竖直排列公式估算环流/A

直角三角形排列公式估算环流/A

竖直排列排列EMTP仿真环流/A

直角线三角形排列EMTP仿真环流/A

混合排列方式1(竖直-直角三角形-竖直)EMTP仿真环流/A

混合排列方式1(水平、竖直-直角三角形)EMTP仿真环流/A

0-350

65

59

65

56

17

98

350-800

53

47

43

38

800-1200

44

49

57

79

5 结束语

综上所述,为降低电缆排列方式对金属护套两端感应电压的影响,应当基于实际情况,科学合理选择排列的方式,避免感应电压过大。针对较长的电缆,可以采用水平与竖直这两种排列方式,而较短的电缆,可以采用直角三角形排列方式,降低其两端的感应电压。

参考文献

[1] 黄远标.500kV线路下方低压配电线路感应电压问题研究[J].技术与市场,2017(03).

[2]熊鑫欣,李春亮,江子豪,等.同塔多回线路感应电压的电路模型与有限元模型的计算及分析[J].广东电力,2017(04).

 

                                  (收稿日期:2018-06-25)

 

 


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