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一、电缆护层保护原理

1.1、三芯电缆

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35kV及以下电压等级的电力电缆通常为三芯电缆,因为在正常运行中，流过三个线芯的电流向量总和为零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在铝包或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铝包或金属屏蔽层。 若三个线芯的电流总和不等于零,由于金属铠装层的阻抗较大,环流尚不过分显著,金属铠装层中产生的感应电流仅为线芯电流的5%~8%;故敷设时可采取金属铠装层两端直接接地保护方式。鉴于我国35kV及以下电力系统为不接地或经电阻接地或经消弧线圈接地系统,故其电力电缆保护接地装置的接地电阻R值要求可参照A类电气装置保护接地规定.即:R≤250/I (1)

式中R为考虑到季节变化的最大接地电阻,Ω;I为计算用的接地故障电流,A;工程设计中取R≤4Ω比较经济合理。因客观因素限制不能满足(1)式要求时.R值<10Ω为宜。

1.2、单芯电缆

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一般情况下，66、110kV及以上电力电缆为和截面较大的中压电力电缆常常制造成单芯结构。单芯电缆应按照经济合理的原则采用不同的接地方式(110kV及以上)。在单芯电缆线路的敷设过程中，常常要涉及到电缆的接地方式及电缆金属屏蔽的感应电势计算。单芯电缆的导线与金属屏蔽的关系，可看作一个变压器的初级绕组与次级绕组。当电缆的导线通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线将与屏蔽层铰链，使屏蔽层产生感应电压，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，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击冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。如果屏蔽两端同时接地使屏蔽线路形成闭合通路，屏蔽中将产生环形电流，当线芯通过电流时,金属护层中感应的环流可达线芯电流的50%~95%,其热损耗极大地降低电缆载流量并加速电缆主绝缘老化;若金属护层一端三相互联并接地.另一端不接地, 则虽无环流但雷电波或内过电压波沿线芯流动时.护层不接地端会出现高冲击过电压.系统短路事故电流流经线芯时.护层不接地端也会出现高工频感应过电压,上述过电压可能损坏护层绝缘.造成电缆金属护层多点接地故障.大幅增加环流附加热损耗。由于高压单芯电缆护层与大地之间装有护层保护器,终端装有避雷器,冲击过电压被限制在电缆护层绝缘雷电冲击耐受水平以下,一般重点考虑短路故障工频过电压保护接地问题。正常线芯电流只有数百安培,金属护层上的感应电压很小。但是在三相、二相或单相短路的故障情况时,短路电流可达几千安培或更大,金属护层两端将会出现很高的感应电压,严重危及电缆安全运行的程度。 因此, 必须采取措施设法降低金属护层的感应电压,同时还要尽可能减小金属护层的接地电阻,消除接地电位的影响，电缆外护套应有良好的绝缘。

1.3\与单芯电缆护层感应电压大小有关的因素有：

电缆线路的长度；线芯电流（负荷）；电缆的排列方式；电缆的中心距离；外屏蔽的平均直径。感应电压的大小还与电缆排列方式、距离以及屏蔽层的平均直径有关。以对称敷设(正三角形敷设) 时, 电缆金属护套的感应电动势最小且相等。

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等边三角形敷设

平行敷设时, 两边电缆护套上产生的感应电动势最大，中间相最小。

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平行敷设

二、电缆设计规范要求

GB50217-2007《电力工程电缆设计规程》的要求：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。

三、单芯电缆金属护套感应电势计算

计算中用到的技术参数

U：感应电势 I：电缆额定载流量

L：电缆长度 X：单位长度电抗

Xm：两边电缆单位长度电抗 Xs：中间电缆单位长度电抗

Ds：电缆近似外径 S：相邻电缆中心距离

3.1 电缆敷设方式为平行敷设时的感应电势计算

3.1.1两边电缆金属护套的感应电势

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3.1.2 中间电缆金属护套的感应电势

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3.2 电缆敷设方式为三角形敷设时的感应电势计算

如果三根电缆敷设在一等边三角形的三个顶点（即S1 = S2 = S3 = S），则三根电缆的感应电势绝对值相等，有

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3.3交流系统单芯电缆金属层正常感应电势算式

交流系统中单芯电缆线路一回或两回的各相按通常配置排列情况下，在电缆金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势值，可按下式计算：

Es=L*Es0

式中 Es――感应电势（V）；

L――电缆金属层的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离（km）；

Es0――单位长度的正常感应电势（V/km）。

Es0的表达式见表

Es0的表达式

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注：1 ω＝2Лf；

2 r――电缆金属层的平均半径（m）；

3 I――电缆导体正常工作电流（A）；

4 f――工作频率（Hz）；

5 S――各电缆相邻之间中心距（m）；

6 回路电缆情况，假定其每回I、r均等;

7 X0――单位长度电抗(Ω/km).

四、 几种常用的接地方式

以下是单芯电缆线路接地线路的几种常用接地方式：

4.1 屏蔽一端直接接地，另一端通过护层保护接地

当线路长度大约在500~700m及以下时，屏蔽层可采用一端直接接地(电缆终端位置接地)，另一端通过护层保护器接地。这种接地方式还须安装一条沿电缆线路平行敷设的回流线，回流线两端接地。敷设回流线时应使它与中间一相电缆的距离为0.7s(s为相邻电缆间的距离)，并在线路一半处换位。见图1：

图1

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1、电缆；2、终端；3、电缆金属屏蔽(护套)接地线；4、护层保护器；5、接地保护箱；6、回流线；7、接地箱

4.2屏蔽中点接地

（1）当线路长度大约在1000~1400m时，须采用中点接地方式。

在线路的中间位置，将屏蔽直接接地，电缆两端的终端头的屏蔽通过护层保护器接地。中间接地点一般需安装一个直通接头。见图2：

图2

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1、电缆 2、终端 3、电缆金属屏蔽（护套）接地线 4、保护器

5、接地保护箱 6、接地线 7、接地箱 8、中间接地点（直通接头）

（2） 中点接地方式也可采用第二种方式，即在线路中点安装一个绝缘接头，绝缘接头将电缆屏蔽断开，屏蔽两端分别通过护层保护器接地，两电缆终端屏蔽直接接地。见图3：

图3

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1、绝缘接头 2、电缆 3、终端 4、电缆金属屏蔽（护套）接地线 5、接地箱 6、接地保护箱 7、保护器 8、接地线

4.3屏蔽层交叉互联

电缆线路很长时(大约在1000~1400m以上)，可以采用屏蔽层交叉互联。这种方法是将线路分成长度相等的三小段或三的倍数段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处三相屏蔽之间用同轴电缆，经交叉互联箱进行换位连接，交叉互联箱装设有一组护层保护器，线路上每两组绝缘接头夹一组直通接头，见图4。如果三根电缆的三相长度相等，经交叉互联完成护套完全换位后，金属护中的感应电流为零，感应电动势也为零。

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1、绝缘接头； 2、电缆；3、终端；4、电缆金属屏蔽（护套）接地线；5、接地箱 6、交叉互联箱；7、同轴电缆；8、接地箱；9、直通接头

以上为单芯电力电缆接地系统中几种常用的接地处理方式和感应电势的计算方法。在电缆的实际敷设施工过程中，往往要复杂得多，有可能要用到多种接地方式，应根据现场的具体状况综合考虑；感应电势也应根据现场的实际情况进行计算。

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