郝 雪

（中鐵二院電化院，四川 成都 610031）

1 前 言

隨著城市發(fā)展建設(shè)的日益增快，城市建設(shè)對(duì)美觀和高利用率的要求也越來(lái)越高。目前新建的高壓輸電線路更多采用地下電纜敷設(shè)方式。一般110 kV高壓電纜線路都采用單芯電纜進(jìn)行敷設(shè)。高壓?jiǎn)涡倦娎|的金屬護(hù)套和電纜線芯同軸，相當(dāng)于形成了一個(gè)二次電纜線圈，且同時(shí)存在于線芯電流形成的交變磁場(chǎng)中。當(dāng)電流在電纜線芯傳輸時(shí)，金屬護(hù)套上就會(huì)產(chǎn)生交鏈磁通從而形成感應(yīng)電壓，電纜運(yùn)維人員誤碰電纜會(huì)對(duì)人身造成危險(xiǎn)。因此，要求運(yùn)維人員在滿足相關(guān)規(guī)范的要求下使用電纜，并將電纜金屬護(hù)套進(jìn)行可靠的接地處理。高壓電纜線路工程主要采用單點(diǎn)直接接地方式、單端保護(hù)性接地方式、兩端直接接地方式以及交叉互聯(lián)接地方式4種接地方式進(jìn)行金屬護(hù)套接地。高壓電纜線路選擇正確的接地方式是電纜線路長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行的重要保證。電纜線路在選擇接地方式時(shí)必須注意金屬護(hù)套環(huán)流的影響。金屬護(hù)套環(huán)流會(huì)產(chǎn)生額外的電壓損耗，從而降低電纜的電流輸送能力，同時(shí)會(huì)造成電纜線芯溫度升高，縮短電纜的使用壽命。目前，較長(zhǎng)電纜線路主要采用交叉互連接地方式。本文所涉及的接地模型以及感應(yīng)電壓和環(huán)流計(jì)算公式均是基于交叉互聯(lián)接地方式建立的。

2 電纜交叉互聯(lián)接地模型和等值電路的計(jì)算公式

2.1 電纜金屬護(hù)套的環(huán)流模型

單芯電纜金屬護(hù)套環(huán)流由電容電流和感應(yīng)電流組合而成。其中，電容電流主要與電纜本體結(jié)構(gòu)和電纜線芯與護(hù)套間的電壓有關(guān)。同時(shí)由于電容電流較小，因此在計(jì)算中可以忽略不計(jì)，僅計(jì)算感應(yīng)電流分量即可[1-2]。

采用交叉互聯(lián)接地方式的金屬護(hù)套環(huán)流等效電路如圖1所示。在圖中，Ia、Ib以及Ic分別為A、B、C相金屬護(hù)套上的電流值，Ie為流入大地的電流值，Rd為大地等效電阻，Rd1和Rd2為電纜護(hù)套兩端的接地電阻。Zai、Zbi以及Zci（i=1、2、3）分別為A、B、C相在第i段中的金屬護(hù)套自阻抗，Eaai、Ebbi以及Ecci（i=1、2、3）分別為電纜線芯電流引起的第i段內(nèi)A、B、C各相上的感應(yīng)電壓。Etai、Etbi以及Etci（i=1，2，3）分別為其他相的金屬護(hù)套電流和流入大地的電流在第i段內(nèi)A、B、C各相上引起的感應(yīng)電壓。

2.2 金屬護(hù)套環(huán)流計(jì)算公式

根據(jù)電路的基本原理，對(duì)于一個(gè)交叉互聯(lián)段內(nèi)的單芯電纜金屬護(hù)套等效電路可建立如下公式：

圖1 金屬護(hù)套交叉互聯(lián)接地等值電路圖

將一個(gè)交叉互聯(lián)段電纜的長(zhǎng)度分別設(shè)定為L(zhǎng)1、L2以及L3，且有L1+L2+L3=L。假設(shè)A相線芯電流為I，則其他各相電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電勢(shì)如下[3]。

單位長(zhǎng)度A相金屬護(hù)套上的感應(yīng)電勢(shì)為：

單位長(zhǎng)度B相金屬護(hù)套上的感應(yīng)電勢(shì)為：

單位長(zhǎng)度C相金屬護(hù)套上的感應(yīng)電勢(shì)為：

式中，GMRs為金屬護(hù)套的幾何平均半徑，單位為mm；S為A相與B相電纜間距，單位為mm；n為C相與A相電纜間距與S之比；m為C相與B相電纜間距與S之比；ω=2πf，f為工作頻率，單位為Hz；I為各相線芯電流，單位為A[4]。

A相與B相之間的互感為：

A相與C相之間的互感為：

B相與C相之間的互感為：

等值大地回路與護(hù)套的互感為：

金屬護(hù)套的電阻為：

其中，α20為溫度設(shè)為20 ℃時(shí)，金屬護(hù)套的溫度系數(shù)，θ為導(dǎo)體最高工作溫度，ρs為金屬護(hù)套的電阻率，單位為Ω m，A為金屬護(hù)套的等值截面積。

金屬護(hù)套的自阻抗為：

大地的漏電電阻為：

三相電纜由線芯電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓分別為：

因大地回路電流和其他相金屬護(hù)套電流引起的A、B以及C三相上的感應(yīng)電壓分別為：

在以上公式基礎(chǔ)上，結(jié)合交叉互聯(lián)段等值電路方程組，可以得出以下矩陣方程：

其中，相互之間具有以下關(guān)系：

可以獲得通過(guò)電纜的金屬護(hù)套的電流值Ia、Ib、Ic以及大地電流值Ie。

3 計(jì)及環(huán)流的載流量計(jì)算及結(jié)論

按照標(biāo)準(zhǔn)JB/T10181.11—2014內(nèi)的載流量計(jì)算公式：

式中，θc為電纜線芯允許工作溫度，單位為K；θa為工作環(huán)境溫度，單位為K；T1為電纜絕緣層的熱阻；T3為電纜外護(hù)套的熱阻；T4為環(huán)境熱阻；單熱阻位為K·m/W；Rac為電纜芯線產(chǎn)生的有效交流電阻，單位為Ω·m；λ1為電纜護(hù)套上的損耗；Wi為導(dǎo)體絕緣長(zhǎng)度的介質(zhì)損耗，單位為W/m。

考慮護(hù)層環(huán)流的影響，計(jì)算載流量的公式為：

選取成都軌道交通5號(hào)線一期工程主變電所110 kV電纜線路實(shí)際參數(shù)。電纜采用YJLW03-64/110-1×500 mm2，土壤熱阻系數(shù)為1.4 T·Ω/m，采用排管敷設(shè)，相間距0.3 m，敷設(shè)深度600 mm，線芯額定電流為430 A，直接按照載流量公式計(jì)算的載流量為604 A。選取3組交叉互聯(lián)段進(jìn)行計(jì)算。3組交叉互聯(lián)段如表1所示，護(hù)層環(huán)流及載流量計(jì)算結(jié)果如表2所示。

當(dāng)電纜通過(guò)交叉互連線接地時(shí)，護(hù)套循環(huán)電流對(duì)載流能力的影響與交叉互連線中電纜段長(zhǎng)度的均勻性有關(guān)。電纜分段越均勻，電纜金屬護(hù)套的循環(huán)電流越小，電纜的載流量越大，有利于電纜的操作。

表1 3組交叉互聯(lián)段

表2 護(hù)層環(huán)流及載流量計(jì)算結(jié)果