单芯电缆接地方案和容许段长确定方法

合肥 大海

单芯电力电缆，每相导体一个金属套，导体电流会在金属套中感应出纵向电势，纵向电势带来了诸多安全隐患，使金属套接地设计变得复杂。本文重点介绍各种接地方案和容许段长的确定方法。

1 单芯电缆金属套、外护层的作用。

由图1可知，单芯电力电缆导体之外是主绝缘，主绝缘之外是金属护套，金属套

之外是外护套。金属套作用为：1、保护主绝缘不受物理、化学、潮湿侵害；2、改善电缆主绝缘径向、轴向电场分布；3、为导体接地短路电流提供主回路。

外护套作用为： 1、保护金属套不受物理、化学、潮湿侵害，有一定的防火性能；2、为金属套的对地主绝缘；

图1 单芯电缆结构简图

2 GB 50217-2018 关于单芯电缆金属套接地方案规定要点

电缆设计标准GB 50217-2018，在第4.1.11和4.1.12条中，对单芯电力电缆金属套接地方案作了明确规定，其要点为：

线路不长，经计算，非接地端“负荷电流感应电势”不大于50V（无防护）或300V（有防护）时，应采取（图4.1.12-1）所示的单端或中点接地方案1。

线路较长，单点接地时，非接地端“负荷电流感应电势”大于50V或300V的水下电缆、35KV及以下电缆、输送容量小的66KV及以上电缆，可采用（图4.1.2-2）所示的两端接地方案2。

长度超过方案1中300V对应的容许段长，种类又不属于方案2范围的单芯电缆线路，宜采用（图4.1.2-3）所示的交叉互联接地方案3。

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三组方案接线图如下：

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面对一个具体工程，如何选用上述方案呢？以下展开介绍：

3 电缆导体中的负荷电流、短路电流都会在金属套中感生纵向电势

电缆接地方案，主要与金属套中纵向电势有关，只有弄清纵向电势的危害，才能对症下药，拿出有效的解决方案。无论是电缆导体中的负荷电流I1还是短路

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电流IK，都会在导体周围产生按右手螺旋法则环绕导体的磁通φ，这种磁通既交链导体本身，也交链本相金属套、邻相金属套和临近弱电线路，从而在被交链的物体中形成纵向电势。本相金属套中的交链磁通除形成纵向电势之外，还会形成涡流，涡流会造成铁磁材料的金属套发烫，所以金属套必须采用非铁磁材料。而纵向电势的存在，会造成诸多接地难题。

4 金属套两端接地（方案2）的采用要求

图3画出了两端接地时，纵向电势导致“接地环流”的示意图。

由图可知，如果金属套两端接地，纵向电势就会通过“E1—左接地点---大地---右接地点---E1”这么一个回路，形成“接地环流”；运行工况，该接地环流会长

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期存在，导致金属套发热，增加能耗，降低电缆载流量，加速主绝缘和外护套绝缘老化。为了防止环流危害，GB 50217-2018规定了该方案仅限于水下电缆、35KV及以下电缆、输送容量小的66KV及以上电缆，才能采用。

虽然短路纵向电势EK也会在金属套中造成环流，但因EK存在时间很短，其热效应可以忽略。

5 金属套“一端接地”“中点接地”（方案1）的采用要求

一端接地、中点接地方案可以统称为“单点接地”方案。

单点接地的隐患之一是，运行工况非接地端高电位危及人身安全。在这种方案中，接地点为0电位，非接地端电位等于纵向电势E1，如果非接地端远离接地点，其纵向电势就可能超过50V或300V的安全电压。我们可以根据300V容许电压，倒算出最大负荷电流时，容许的电缆长度，并谓之“容许段长”。我们将电缆的实际段长与“容许段长”相比较，就可以很容易判断能不能采用“单点接地”方案了。

单点接地的隐患之二是，危及外护层安全。一点接地的单芯电缆，在短路工况，会在金属套的非接地端，造成外护层工频暂时过电压；在内外过电压工况，会在金属套非接地端，造成外护层冲击过电压，导致外护层损坏。为此，需要在金属套非接地端加装“护层电压限制器”，把电压限制在安全水平。

单点接地的隐患之三是，危及临近弱电线路安全。金属套两端接地的单芯电缆，各相金属套，都充当着本相和其它相接地短路电流的“贴近回路”。因为“来去回路”中的短路电流方向相反，且靠得很近，导致短路电流对金属套之外的任何弱电线路的合成交链磁通近乎为零，这就消除了对临近弱电线路产生危险干扰的根源。而金属套一点接地方案中，短路电流就失去了金属套这个“贴近回路”，只有通过大地回流。短路电流对外“合成交链磁通”就不再为零，就会在附近弱电线路上感应出危险电势。为此，在一点接地的单芯电缆回路 需要“装设回流线”，为各相短路电流提供一个公共的“贴近回路”，这样，可以有效的降低“合成交链磁通”及其对弱电线路的干扰。

6 金属套“交叉互联接地接地”（方案3）的采用要求

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长度超过方案1的容许段长，种类又不属于方案2范围的单芯电缆线路，宜采用交叉互联接地方案3。

6.1 交叉互联接地（方案3）实施要点如下：

6.1.1 每相电缆分成3小段或3的倍数小段，每三个小段构成一个“循环段”，循环段两端金属套直接接地；

6.1.2 在循环段内，每相金属套的3小段，按以下方法连接：

循环段左端，金属套A1，B1，C1各小段左端接地，右端通过护层电压限制器接地。各小段不接地端可能出现的危及人身安全的运行工况高电压，通过限制段长控制，保证其不得超过50V，300V；不接地端可能出现的危及外护层的短路及内外过电压，由护层电压限制器加以防护；

循环段右端，金属套A3，B3，C3各小段右端接地，左端通过护层电压限制器接地。不接地端可能出现的危及人身安全的运行工况高电压，通过限制段长控制，保证其不得超过50V，300V；不接地端可能出现的危及外护层的短路及内外过电压，由护层电压限制器加以防护；

6.1.3 A1小段的左端接地，右端与B2的左端连接；B2的右端与C3的左端连接；C3的右端接地。因为A1—B2—C3三小段中的纵向电势相位差是120°，三小段串起来之后，其中的纵向电势矢量和为0，串成的循环段A1—B2—C3，尽管两端直接接地，其中却没有“接地循环电流”。另外，在任何一相有接地短路电流时，串起来的循环段还构成了“短路电流回流线”。就不需要另设回流线。

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6.1.4 B1小段的左端接地，右端与C2的左端连接；C2的右端与A3的左端连接；A3的右端接地。同样道理，串成的循环段B1—C2—A3，尽管两端直接接地，其中也没有“接地循环电流”。在任何一相有接地短路电流时，串起来的循环段也构成了“短路电流回流线”，不需要另设回流线。

6.1.5 C1小段的左端接地，右端与A2的左端连接；A2的右端与B3的左端连接，B3的右端接地。同样道理，串成的循环段C1—B2—C3，尽管两端直接接地，其中也没有“接地循环电流”。在任何一相有接地短路电流时，串起来的循环段也构成了“短路电流回流线”，不需要另设回流线。

7 三种接地方案“容许段长”的计算方法

怎么用计算的方法，确定“一端接地”“中点接地”“交叉互联接地”分段段长的“米数”呢？方法如下：

第一步、计算出单芯电缆运行工况最大负荷电流I1（A）；

第二步、根据I1和三相电缆排列方式，采用GB 50217-2018附录F方法，计算三相最大负荷电流在每千米金属套中，感应出的纵向电势ESO.A，ESO.B，ESO.C，取三者最大值除以1000，为“每米纵向感应电势”e1（V/m）；

第三步、设电缆实际长度为L米，按下式计算出整根电缆金属套上的运行工况感应电势E1L*e1..........1单位为V

第四步、以下按每段电缆金属套中的纵向电势E1不大于300V口径，介绍各种接地方案容许段长的计算方法。 7.1 一端接地方案“容许段长”计算

为保证非接地端，运行工况感应电势E1<=300V，电缆全长容许值应该控制在L1<=300/e1米之内，超过该容许值就应考虑“中点接地”方案； 7.2 中点接地方案“容许段长”计算

为保证两个非接地端，运行工况感应电势E1<=300V，电缆全长容许值应该控制在L1<=2*300/e1米之内，超过该容许值就应考虑“交叉互联接地”方案； 7.3 两端接地方案“容许段长”计算

该方案不存在“非接地端”，无需校验“非接地端对地电压是否低于300V”，

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无需计算“容许段长”。

7.4 交叉互联接地方案“容许段长”计算

采用交叉互联接地方案的电缆，为保证一个循环内电压限制器接入点处，运行工况感应电势E1<=300V，应按以下尺寸控制容许段长：

循环内电缆小段长容许值应该控制在L1<=300/e1米之内；若电缆实际长度L<=3*L1，采用1个循环方案；

若电缆实际长度3*L18 结语

本文重点介绍了单芯电力电缆金属套接地方案的选择方法，及各接地方案容许段长的计算方法。有不明白之处，可以加入本人主办的架空输电线路QQ群讨论。

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