高鐵電力貫通線的感應(yīng)電壓與金屬護(hù)層接地方式

1、電纜貫通線的感應(yīng)電壓與金屬護(hù)層接地方式,高速鐵路電力技術(shù),電纜貫通線的感應(yīng)電壓與金屬護(hù)層接地方式,單芯電纜從結(jié)構(gòu)組成上，可分為導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層和護(hù)層4部分。,絕緣層是包覆在導(dǎo)體外圍四周起著電氣絕緣作用的構(gòu)件，既能確保電流只沿著導(dǎo)線傳輸而不流向外面，又能確保外界物體和人身的安全。,屏蔽層由導(dǎo)體屏蔽層、絕緣屏蔽層、銅帶屏蔽層等組成，它的作用是將電纜導(dǎo)體中的電磁場與外界進(jìn)行隔離的構(gòu)件。,護(hù)層由包帶、內(nèi)護(hù)層、外護(hù)層及金屬護(hù)層等組成，它的作用是對(duì)電纜特別是對(duì)絕緣層進(jìn)行保護(hù)，它必須能承受各種機(jī)械力、耐大氣環(huán)境及化學(xué)藥品腐蝕、能防止火災(zāi)危害等。絕緣層、護(hù)層一般采用熱塑性材料，如聚氯乙稀、聚乙烯等。,單芯

2、電纜的導(dǎo)線與金屬護(hù)層的關(guān)系，可以看作一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組，當(dāng)單芯電纜在三相交流電網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)電纜線芯的電流產(chǎn)生的一部分磁通與金屬護(hù)層交鏈，在金屬護(hù)層中產(chǎn)生縱向感應(yīng)電動(dòng)勢。 此外，接觸網(wǎng)的運(yùn)行在單芯電纜金屬護(hù)層中也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，單芯電纜金屬護(hù)層中還存在操作過電壓等情況。,單芯電纜金屬護(hù)層中感應(yīng)電壓及操作過電壓的存在，不但可能危及人身安全，對(duì)周圍環(huán)境造成電磁干擾，而且可能造成電能損耗、降低電纜的載流量、加速電纜絕緣老化，因此，采用合理的方式對(duì)單芯電纜金屬護(hù)層進(jìn)行接地，將金屬護(hù)層中的感應(yīng)電壓及操作過電壓降低到最低程度是非常必要的。,單芯電纜金屬護(hù)層采用單端接地或兩端接地。單端接地護(hù)層

3、有感應(yīng)電壓無電流，雙端接地有感應(yīng)電流無電壓。,如果單芯電纜護(hù)層采用經(jīng)去磁處理的金屬護(hù)層，使得電纜導(dǎo)體中有電流通過時(shí)不會(huì)在金屬護(hù)層中產(chǎn)生感應(yīng)電壓及電磁場，這樣的電纜稱為單芯非磁鎧裝電纜。,根據(jù)高速鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范電纜線路設(shè)計(jì)要求，全電纜電力貫通線宜采用單芯電纜，單芯電纜應(yīng)采用非磁性金屬鎧裝層，不得選用未經(jīng)非磁性有效處理的鋼制電纜。,交聯(lián)聚乙烯非磁鎧裝單芯銅芯電纜特點(diǎn),(1) XLPE是交聯(lián)聚乙烯英文名稱的縮寫，聚乙烯是一種線性的分子結(jié)構(gòu)，在高溫下極易變形。交聯(lián)聚乙烯過程使其變成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)即使在高溫下也一樣具有很強(qiáng)的抗變形能力。,(3) XLPE電纜有極佳的電氣性能。介質(zhì)損耗比紙絕緣和

4、PVC絕緣都要小，XLPE電纜的電容也小。,(2) XLPE電纜料是一種含有機(jī)過氧化物的聚乙烯。這種過氧化物在高溫高壓及惰性氣體環(huán)境下與聚乙烯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使熱塑性聚乙烯變成熱固性（彈性體）的聚乙烯，即XLPE。,(6) 交聯(lián)聚乙烯絕緣比重為0.92g/cm3。而聚氯乙烯絕緣比重為1.35g/cm3，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜比聚氯乙烯絕緣電纜重量輕，直徑要小，安裝敷設(shè)方便，附件接頭簡單。,(5) 極佳的抗老化特性及超強(qiáng)的耐熱變形決定了交聯(lián)聚乙烯電纜在正常運(yùn)行溫度（ 90）、短時(shí)故障（130）及短路（250）條件下可允許大電流通過。,(4) 極易敷設(shè)是 XLPE電纜的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。XLPE電纜有一個(gè)較小

5、的彎曲半徑，它比其它同類電纜輕而且有較為簡單的終端處理。由于XLPE電纜不含油，所以在敷設(shè)XLPE電纜時(shí)不用考慮路線，也不存在由于淌油而無法敷設(shè)的情況。,(7) 銅芯電纜具有電阻率低、延展性好、載流量大、電壓損失低、抗氧化、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)。,正由于交聯(lián)聚乙烯絕緣非磁鎧裝單芯銅芯電纜具有其它絕緣電纜無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。它的結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、耐熱好、負(fù)載能力強(qiáng)、不熔化、耐化學(xué)腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)異特性，在高速鐵路長距離的電力貫通線路中得到廣泛的使用。,5.1 金屬護(hù)層工頻感應(yīng)電壓的計(jì)算,電纜的金屬護(hù)層可以看成一薄壁圓柱體，同芯地套在線芯周圍，線芯回路產(chǎn)生的一部分磁通不僅與線芯回路相鏈，同時(shí)也與金屬護(hù)層相

6、鏈，這部分磁通使金屬護(hù)層具有電感，在它上面產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，其大小由線芯電流來決定。,1.平衡負(fù)載條件下、電纜金屬護(hù)層中感應(yīng)電壓的計(jì)算,1-導(dǎo)體 2-內(nèi)屏蔽 3-絕緣 4-外屏蔽 5-金屬屏蔽 6-填充 7-繞包層 8-內(nèi)襯層 9-鎧裝層 10-外護(hù)套,三相電纜敷設(shè)在等邊三角形頂點(diǎn)上,護(hù)層電感,（/km）,單位長度金屬護(hù)層中的感應(yīng)電壓,(V/km),三相電纜敷設(shè)在一直線上，邊相感應(yīng)電壓為,(V/km),中相感應(yīng)電壓為,(V/km),（/km）,（/km）,三相電纜敷設(shè)在一直角等邊三角形頂點(diǎn)上,(V/km),(V/km),電纜YJV62-3*(1*50)單位長度金屬護(hù)層中的感應(yīng)電壓隨電流變化曲線,

7、電纜YJV62-3*(1*70) 單位長度金屬護(hù)層中的感應(yīng)電壓隨電流變化曲線,表2.5-1 I=20A，單位長度金屬護(hù)層中的感應(yīng)電壓（V/km）,表2.5-2 I=50A，單位長度金屬護(hù)層中的感應(yīng)電壓（V/km）,表2.5-5 I=300A，單位長度金屬護(hù)層中的感應(yīng)電壓（V/km）,當(dāng)電纜長度和工作電流較大的情況下，感應(yīng)電壓可能達(dá)到很大的數(shù)值，因此，必須采取措施限制到安全值50V的范圍內(nèi)。,對(duì)于長電纜線路，可將金屬護(hù)層分段，同時(shí)為了減少接地點(diǎn)，宜采用換位述接法。這種述接法，如電纜是對(duì)稱敷設(shè)，且每段長度相等，在平衡負(fù)載條件下，金屬護(hù)層中兩接地間的感應(yīng)電動(dòng)勢等于零，因此不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。,2.工頻短路

8、時(shí)電纜金屬護(hù)層中感應(yīng)電壓的計(jì)算,電纜金屬護(hù)層一端接地，分析單相接地時(shí)護(hù)層的感應(yīng)電壓，三種情況：,(1)接地電流全部以大地為回路； (2)接地電流全部以回流線或電纜金屬護(hù)層為回路； (3)接地電流一部分以大地為回路，另部分以回流線或金屬護(hù)層為回路。,(一)接地電流全部以大地為回路,當(dāng)電纜外架空輸電線路發(fā)生一相接地時(shí)，該相的護(hù)層電壓為,距離接地故障的A相為S的B相護(hù)層上的感應(yīng)電壓和距A相為2S的C相護(hù)層上的感應(yīng)電壓,土壤電阻率取50.m，R=0，三相感應(yīng)電壓隨短路電流變化曲線,土壤電阻率變化時(shí)，A相縱向感應(yīng)電動(dòng)勢隨短路電流變化曲線,(二)接地電流以回流線或金屬護(hù)層為回路,金屬護(hù)層點(diǎn)互聯(lián)接地的電纜線

9、路，為了降低電纜金屬護(hù)層的感應(yīng)電動(dòng)勢，通?？稍陔娎|線路近旁平行敷設(shè)一根回流線(該線采用鋼芯鋁線或銅絞線均可，但兩端要接地)。當(dāng)電纜出線端發(fā)生單相接地時(shí)，由于接地點(diǎn)正處于回流線連接地網(wǎng)中，此時(shí)接地故障電流絕大部分通過回流線，入地部分故障電流可以忽略不計(jì),當(dāng)接地電流全部通過回流線時(shí)，電纜金屬護(hù)層對(duì)回流線的感應(yīng)電動(dòng)勢為,B、C相的金屬護(hù)層對(duì)回流線的電動(dòng)勢為,接地電流以回流線為回路，三相感應(yīng)電壓隨短路電流變化曲線,三、接地電流一部分以大地為回路，另一部分以回流線或金屬護(hù)層為回路,（a）回流線有導(dǎo)通電流,(b)回流線無導(dǎo)通電流,部分接地故障電流以大地為回路，護(hù)層感應(yīng)電動(dòng)勢,小結(jié),如果將電纜的金屬護(hù)層一端

10、直接接地，另一端（非接地端）將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,式中，S為電纜中心間的距離;Ds為電纜金屬護(hù)層的平均直徑，If為負(fù)荷電流,若取S = 1.25Ds,則,(V/km),若兩端接地，護(hù)層電流為負(fù)荷電流的5070%。,5.2單芯電纜金屬護(hù)層接地方式分析,根據(jù)GB50217-2007的要求，在未采取能有效防止人員任意解除金屬護(hù)層的安全措施時(shí)，交流單芯電力電纜線路金屬護(hù)層的非直接接地端的任意一點(diǎn)的感應(yīng)電壓不應(yīng)超過50V，如果超過此范圍時(shí)，應(yīng)利用絕緣接頭將電纜劃分成適當(dāng)?shù)膯卧档透袘?yīng)電壓。,根據(jù)城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(DL/T5221-2005)10條規(guī)定:通常單芯電纜金屬護(hù)層接地方式四種方式：,

11、單芯電纜金屬護(hù)層兩端接地方式分析 單芯電纜金屬護(hù)層一端接地、一端接保護(hù)器方式分析 電纜金屬護(hù)層中點(diǎn)接地，兩端保護(hù)接地 電纜金屬護(hù)層交叉互聯(lián), 單芯電纜金屬護(hù)層兩端接地方式,護(hù)層中的感應(yīng)電壓將產(chǎn)生以大地為回路的循環(huán)電流，此電流大小與電纜間距等因素有關(guān)。 護(hù)層中有電流通過，不但增加了電能損耗，而且使電纜的載流量減小了30%40%。 線芯和金屬護(hù)層發(fā)熱加速了電纜的絕緣老化，降低了電纜的絕緣等級(jí)，造成電纜壽命減少。 該方法多用在電纜長度很短，傳輸功率小的場合。, 單芯電纜金屬護(hù)層一端接地、一端接保護(hù)器方式分析,可以有效減小及消除環(huán)流，提高電纜的傳輸容量及運(yùn)行安全性。 但是，感應(yīng)電壓與電纜線路的長度成正

12、比，當(dāng)電纜線路長度達(dá)到一定數(shù)值，金屬護(hù)層感應(yīng)電壓就有可能超過安全特低電壓50V，就會(huì)危及人身安全，并可能導(dǎo)致設(shè)備事故。 因此，單點(diǎn)接地只能適用于電纜線路相對(duì)較短的情況。,單芯電纜金屬護(hù)層有一端不接地，帶來下述問題：,因此，當(dāng)采用單點(diǎn)接地時(shí)，必須采取措施限制金屬護(hù)層上的過電壓。一般采取在電纜線路未接地的一端加裝設(shè)過電壓保護(hù)器的方式限制電纜金屬護(hù)層上的過電壓。,當(dāng)過電壓波沿線芯流動(dòng)時(shí)，金屬護(hù)層不接地端會(huì)出現(xiàn)很高的沖擊電壓； 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流流經(jīng)線芯時(shí)，金屬護(hù)層不接地端會(huì)出現(xiàn)較高的工頻感應(yīng)電壓。 當(dāng)電纜外護(hù)層絕緣不能承受這種過電壓的作用而損壞時(shí)，將導(dǎo)致出現(xiàn)多點(diǎn)接地，形成環(huán)流。,電纜線路較短時(shí)

13、(500m以內(nèi))，可采取這種接地方式，可以減少及消除環(huán)流，有利于提高電纜的傳輸容量和電纜的安全運(yùn)行。 根據(jù)相關(guān)要求，非直接接地的一端金屬護(hù)層上的感應(yīng)電壓不得超過50V，如果與架空線路連接時(shí)，直接接地一般裝設(shè)在架空線路端，保護(hù)器裝設(shè)在另一端。,電纜金屬護(hù)層中點(diǎn)接地，兩端保護(hù)接地,電纜線路較長時(shí)，在電纜線路的中點(diǎn)將電纜金屬護(hù)層直接接地，電纜兩終端的金屬護(hù)層通過保護(hù)器接地。此接地方式電纜不安裝中間接頭，避免產(chǎn)生絕緣薄弱環(huán)節(jié)，有利于提高電纜使用壽命及載流量，減少運(yùn)行維護(hù)工作量。,電纜金屬護(hù)層交叉互聯(lián),當(dāng)電纜線路很長，金屬護(hù)層可采用交叉互聯(lián)方式安裝。此方式將電纜線路分成3個(gè)等小段，每小段間安裝絕緣結(jié)構(gòu)，

14、金屬護(hù)層在絕緣接頭處用同軸電纜引出并經(jīng)過互聯(lián)箱進(jìn)行交叉互聯(lián)后，通過保護(hù)器接地，電纜兩終端的金屬護(hù)層直接接地，形成1個(gè)互聯(lián)段位。電纜線路更長時(shí)，通過若干個(gè)互聯(lián)段位連接形成多段互聯(lián)?；ヂ?lián)段位間安裝直線接頭，金屬護(hù)層互聯(lián)直接接地。交叉互聯(lián)方式可以減小金屬護(hù)層感應(yīng)電壓及環(huán)流，提高傳輸容量,提高了電纜線路的載流量。研究表明，對(duì)鉛護(hù)層電纜線路可提高載流量15%50%，對(duì)鋁護(hù)層電纜線路可提高載流量25%80%； 減小了對(duì)附近通信、信號(hào)等電子信息設(shè)備的電磁干擾； 減少了對(duì)人身安全的危害。,電纜金屬護(hù)層交叉互聯(lián)優(yōu)點(diǎn),安裝交叉互聯(lián)保護(hù)箱的注意事項(xiàng), 要對(duì)絕緣接頭的接地端子的送電端、受電端必須要有統(tǒng)一的約定，否則由

15、于線路長，中間接頭位置的方位不一，而造成接線的失誤；,認(rèn)真核對(duì)相序，確保相序一致的情況下進(jìn)行連接。連接接地時(shí)，須正確領(lǐng)會(huì)交叉換位的原理，如果接線有誤， 電纜換位處的感應(yīng)電壓將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50V，且護(hù)層中的環(huán)流將顯著增大并造成運(yùn)行故障， 接線錯(cuò)誤也不容易發(fā)現(xiàn)， 即使發(fā)現(xiàn)接線錯(cuò)誤，更改也非常困難。 同時(shí)應(yīng)該對(duì)交叉互聯(lián)保護(hù)接地箱的護(hù)層保護(hù)器進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)。, 由于采用的中間頭附件是兩個(gè)接地端子在同一個(gè)位置，且方向一致，所以在安裝時(shí)，首先要用搖表進(jìn)行區(qū)分，標(biāo)注出哪個(gè)是送電端，哪個(gè)是受電端；,高速鐵路10kV貫通線電纜護(hù)層接地方案,單端接地時(shí)，如發(fā)生另一點(diǎn)也接地，將是雙端或多段接地，也會(huì)造成電纜外皮長期導(dǎo)流

16、過熱導(dǎo)致電纜燒損。因此，單端接地時(shí)，也應(yīng)考慮電纜外皮載流能力。,宜采用在線路一端或中央部位單點(diǎn)直接接地方式，另一端金屬護(hù)層應(yīng)經(jīng)護(hù)層電壓限制器接地。 電纜金屬護(hù)層連續(xù)長度不宜大于3km，且電纜線路的金屬護(hù)層上任一點(diǎn)的正常感應(yīng)電壓最大值應(yīng)符合： 當(dāng)未采取能有效防止人員任意接觸金屬護(hù)層的安全措施時(shí)，不得大于60V；高鐵采用單端接地方式，電纜溝蓋板視為防護(hù)措施，規(guī)程規(guī)定在此措施下，電壓可以不超過50V；其它情況，不得大于300V。,電纜金屬護(hù)層截面,電纜發(fā)生單相接地時(shí)，故障電流有可能流過電纜的金屬護(hù)層（金屬屏蔽層和鎧裝層）。,電纜雙端接地時(shí)，電纜正常運(yùn)行電流、短路電流和接觸網(wǎng)上的牽引負(fù)荷電流也在金屬護(hù)層（金屬屏蔽層和鎧裝層）產(chǎn)生感應(yīng)電流。電纜單端接地時(shí)，理論上沒有感應(yīng)電流的通路，但是10kV電力電纜的外護(hù)套無絕緣要求，一旦破壞就形成事實(shí)上的雙端接地。,金屬護(hù)層截面的選擇，應(yīng)考慮最不利的可能，滿足各種