電纜排列方式對金屬護套感應電壓的影響
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c摘 要：隨著人口基數和用電需求的持續提升，電力電纜在城市電網建設中的應用規模不斷增多，一方面推動了電力事業的持續性發展，另一方面電纜排列方式對電纜金屬護套感應電壓存在的影響也愈發得到重視?；诖?，該文以電纜排列方式對金屬護套感應電壓的影響為研究對象，從相關理論概述出發，探尋不同電纜排列方式下金屬護套感應電壓情況，并結合工程實例進行計算分析。
關鍵詞：電纜排列 件數保護套 感應電壓
中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）03（a）-0039-02
城鎮化建設進程的不斷加快推動了我國電力事業的高速發展。在此背景下，電力電纜以其可靠性強、占地面積小、維護簡便等優勢，在城市輸電網中得到廣泛應用。由于城市輸電網中所應用的電纜多為交聯聚乙烯電纜，在運行過程中，電力電纜金屬護套會產生感應電動勢。而且電纜排列方式不同，所以產生的金屬護套感應電壓也不同。對此，有必要加強電纜排列方式對金屬護套感應電壓影響的研究，以保證電纜運行的穩定與可靠。
1 電纜金屬護套感應電壓的相關概述
在城市電網建設過程中，高壓送電線路中配置的電力電纜多為XLPE（交聯聚乙烯）電纜。XLPE電纜在運行過程中與電流接觸后使其周圍產生交變電磁場，電纜金屬護套在電磁場中則或形成一定的感應電動勢。通常情況下，電纜線路越長所具有的負荷電流則越短，對此電纜金屬護套的感應電壓也就越大。對此，在電纜線路工程建設中，為避免電纜金屬護套感應電壓過大對電纜、人身安全等產生危害，會通過電纜排列方式的科學設計以及電纜金屬護套接地形式的科學選擇，控制電纜金屬護套兩端的環流，提升電纜運行的安全與穩定。
縱觀我國電纜金屬護套的接地狀況，不難發現在具體接地過程中，大部分采用交叉互聯與單端接地這兩種接地方法，各種接地方法在應用效果和應用環節上都有一些差別存在。其中，若通過信號線來接地，采取單端接地這一方法，能夠讓低頻干擾大大降低，通常使用在等電位導體無法安裝、模擬信號傳送、使用靜態屏蔽等情況下。對于普通的電纜，如果兩端的系統彼此獨立，采取兩端接地這一方法，若屬于同一系統，那么單端接地則更加適合。應與具體情況相結合，因地制宜地進行接地方法的選擇。一旦電纜金屬護套出現破裂情況，不但會讓金屬護套的接地分布相對分散，出現金屬護套的環流情況，還會讓電纜的損耗大大增加，對正常的電纜使用產生不同程度的負面影響。一般來講，電纜排列的方式不同，金屬護套環流所受的影響便會有所不同，常見的排列方式包括水平排列、豎直排列等。
2 電纜排列方式對金屬護套感應電壓的影響
2.1 電纜排列方式對單段金屬護套感應電壓的影響
目前在城市電網建設過程中，排管敷設已經成為電纜敷設應用較為廣泛的方式。且在排管敷設過程中以3×7規格、2×10規格為主[1]。與此同時，在高壓電纜線路布設過程中，為提升散熱性能，110kV以上等級的高壓電纜多設置在排管外層，這在一定程度上對電纜排列方式的選擇產生了制約。三角排列、水平排列與豎直排列成為110kV以上等級的高壓電纜最為常見的排列方式。
以某地區110kV電纜線路工程為例，已知電纜線芯電流額定值為698A，根據上述公式，對不同電纜排列方式單位長度電纜金屬護套感應電壓進行計算，可得到以下結果：電纜排列方式為豎直排列、直三角排列、水平排列時，A相分別為91.6∠73.3、80.6∠81.2、89.8∠72.9，B相分別為72.4∠-30、71.6∠-31.3、70.8∠-30，C相分別為91.6∠-133.3、79.8∠133.3、89.8∠-135.9。值得注意“∠”表示與A相線芯電流的相位差。
由以上分析可知，電纜豎直排列下的金屬護套感應電壓與電纜水平排列下的金屬護套感應電壓差異不大。導致兩種方式下，金屬護套感應電壓產生差異的因素主要電纜布設距離存在一定關系，即水排列下三相電纜線芯間距為230mm，豎直排列下，三相電纜線芯間距為240mm。相對而言，在電纜芯電流一致的情況下，三角形排列方式下的電纜金屬護套感應電壓更小。
2.2 電纜排列方式對交叉互聯金屬護套感應電壓的影響
在城市電網建設過程中，一定范圍內電纜的排列方式存在隨意性，屬混合排列。對此，除分析單回路電纜金屬護套感應電壓外，也需要對雙回路電纜金屬護套感應電壓進行分析。假設雙回路中任意排列電纜的三相電流平衡，線路負荷電流一致。以電磁學相關理論為依據，可根據公式計算單位長度電纜金屬護套感應電壓[3]。
以某110kV電纜線路工程為例，已知線路敷設過程中所應用的電纜為YJLW03-110kV-1000mm2型號的交聯聚乙烯波紋鋁護套銅芯電纜，電纜導體直徑為38mm，電纜導體包帶為0.4mm，電纜金屬護套為16mm，半導電緩沖阻水帶為2.5mm，電纜外徑為107.3mm，電纜負荷電流設計為750A，電纜金屬護套一端接地電阻為0.6Ω，另一端為0.13Ω，護套電阻為0.03Ω。以三段電纜交叉互聯接地為背景，根據上述公式對電纜金屬護套感應電流進行計算。值得注意的是，由于金屬護套感應電壓與金屬護套接地環流存在密切關聯性，對此也需要對電纜金屬護套接地環流進行計算，通過綜合分析，認知電纜排列方式對金屬護套感應電壓存在的影響。計算結果如下：電纜排列方式為水平排列間距200mm，電纜分段為300m—500m—700m、450m—500m—550m、400m—500m—600m、500m—500m—500m，交叉互聯兩感應電壓最大值V為44.8、21.1、26.5、16.3，金屬護套接地環流為59、27.8、34.9、21.5;電纜排列方式為豎直排列間距450mm，電纜分段為300m—500m—700m、450m—500m—550m、400m—500m—600m、500m—500m—500m，交叉互聯兩感應電壓最大值V為51.2、24.3、33、16.3，金屬護套接地環流為67.4、32、43.5、21.5。
由以上分析可知，電纜間距、電纜分段長度也是影響電纜金屬護套感應電壓的關鍵因素。在電纜分段長度處于不均衡狀態下時，電纜金屬護套感應電壓相對較大。與此同時，直三角排列方式電纜金屬護套感應電壓明顯低于水平排列與豎直排列;其他條件一定，電纜間距越大，電力金屬護套感應電壓越高，因此在電纜分段長度均衡情況下，水平排列與垂直排列更容易產生環流，且隨著環流的不斷增加，對電纜產生的損耗越大。由此可見，無論是在單回路中，還是在雙回路中，直三角排列方式具有較強的優勢。對此，可進行優先考慮。但由于影響電纜金屬護套感應電壓的因素有很多，在進行混合排列時，相關工作人員應對交叉互聯電纜金屬護套感應電壓的因素具有全面的了解，能夠立足實際情況，從電纜分段、電纜排列、電纜間距設置等層面出發，進行綜合分析，以保證電纜線路工程設計的科學性與準確性，保證所設計的混合排列方式既符合工程建設要求，又能獲取最優效益。
3 結語
綜上所述，伴隨我國需電量的持續提升，由于電纜線路過長會使金屬護套的感應電壓升高，從而降低電纜的使用壽命，嚴重時會威脅人們的生命安全?；诖?，相關部門及工作人員加大了對電纜排列方式的重視，其中影響電纜金屬護套感應電壓的因素有很多，主要包括電力分段長度、電纜間距、電纜排列方式等。而要想減小電纜排列方式對金屬護套感應電壓的影響，工作人員應立足工程實踐，進行電纜排列方式的科學選擇。通常在同等條件下，直三角形排列方式能夠有效降低電纜金屬護套兩端感應電壓。對此，在實踐過程中，可優先選擇該排列方式進行設計。
參考文獻
[1] 詹承海.電纜排列方式對金屬護套感應電壓的影響[J].電氣技術與經濟，2018（4）：14-16.
[2] 劉科，張亮平，溫曉舫.同通道敷設多回單芯電纜金屬護套感應電壓與環流計算模型研究[J].四川電力技術，2016，39（1）：23-25，72.
[3] 秦小安，熊德智.電纜排列方式對金屬護套感應電壓的影響分析[J].大眾用電，2016，31（2）：24-25.
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