电缆接地(精选7篇)
电缆接地 篇1
花消防支队近几年灭火纪录中是少有的。
1 现场勘验
1.1 起火部位
经现场勘查, 火灾发生在攀枝花新钢钒公司能源动力中心向烧结工序供电的地下电缆隧道内, 该隧道两侧架设放置电缆的钢制电缆托架宽0.6 m、高1.7 m, 并进行了接地, 两侧托架各上下布置了9排电缆, 一侧放置电缆24根, 另一侧放置17根, 见图1所示。隧道上分布有若干隧道井, 隧道井宽2 m, 井底距地面3.5 m, 各隧道井入口处均设有防火墙、防火门进行分隔, 隧道内安装有火灾自动报警系统。
其中4号、5号井间分区内 (长度约50 m) 所有电缆均已烧毁, 电缆的钢制铠装保护层 (钢带) 完全裸露, 其余井间分区仅有烟熏痕迹, 见图2所示。
1.2 供电系统
经了解, 烧结工序的供电系统原理图如图3所示。
变压器一次侧为110 kV三角形联结, 二次侧分别有10、6 kV若干路出线向烧结工序供电, 均为星形联结, 二次侧中性点均经消弧线圈接地。从二次侧出线可看到:
(1) 一路10 kV单芯电缆沿地面运送矿石 (粉) 皮带通廊架设的电缆桥架 (电缆槽盒为玻璃钢制, 支架为金属体并接地) 专门向“新烧二号” (公司技术改造项目) 烧结机供电, 其电缆型号规格为YJV10KV-1×630, 为带有铜质屏蔽层的交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆;
(2) 其余6 kV出线电缆经发生火灾的地下电缆隧道向烧结工序供电。
1.3 控制电器
当日17时26分07秒, 新冶变电所运行人员按能动中心调度要求合上“新烧二号”断路器, 突然听到控制室传出电抗器的轰鸣声, 立即切断断路器 (17时26分32秒) , 与此同时, 站所工作人员发现“烧三”开路跳闸 (17时26分29秒) , 10 kV IM发出接地信号。
相继“烧二” (17时57分) 、“烧六” (17时58分) 过流保护器动作跳闸, 以及由新冶变电所供电的其他负荷出线断路器相继跳闸和接地报警。
1.4 电气故障点的发现
根据新冶变电所各路保护控制电器动作时序, “新烧二号”单芯电缆首先发生异常, 沿敷设“新烧二号”电缆的电缆桥架查找, 发现在一固定电缆槽盒与金属支架的金属螺钉处有明显的接地放电电弧痕迹, 此处玻璃钢槽盒受电弧高温影响已熔化。
2 调查询问
火灾后消防部门共调查询问11人次, 分别为攀钢能动中心供电车间主任、电工班长、指挥调度及火灾第一报警人、电缆作业区作业长等。据其中电工班长描述:3月26日17时26分送电时听到“新烧二号”柜背面有异响, 随即将此柜电源开关断开, 稍后隔壁的火灾报警主机报警 (冶烧55、56号两个点报火警) , 说明此次火灾起火时间即在此时。
3 原因综合认定
3.1 可排除的起火原因
综合现场勘查及调查询问的情况, 可以排除以下原因引起火灾:一是放火, 该公司安全制度及组织机构健全, 生产机械化程度较高, 没有外来人员, 且发生火灾的部位位于隧道内, 不具备放火的条件和特征;二是玩火, 同样由于地理位置状况, 不具备小孩玩火的条件;三是雷击, 经查阅市气象局的气象资料显示, 26日天气晴朗, 无雷雨气象, 四是明火作业引发火灾, 根据询问材料显示, 当天在电缆附近没有人员进行电气焊等明火作业的情况。
3.2 单芯电缆未接地引发火灾的认定
综合现场勘查及调查询问情况, 并经技术分析, 认定此起火灾系“新烧二号”电缆送电时绝缘被高压击穿形成10 kV单相接地故障, 致使电缆隧道内的电缆群遭受系统高压击穿, 产生电弧高温引起电缆燃烧而成灾。
3.2.1 产生接地故障的分析
从对“新烧二号”电缆的勘验和调查情况看, 由于单芯电缆本身的特殊性, 为保证其安全运行, 其护层保护、接地要求十分严格。“新烧二号”电缆本来设计时铜质屏蔽层导体保护接地系统, 见图4所示。
图中附层保护器相当于非线性的阀型避雷器, 在导体另一端直接接地的配合下, 当导体上电压 (感应电压等) 达到阀值电压时, 附层保护器导通 (动作) , 钳制住电压上升, 从而保护绝缘护层不被高压击穿或损坏, 这是单芯电缆安全运行非常重要的保护措施。
遗憾的是, 此次火灾中的“新烧二号”电缆虽安装了附层保护器, 但其末端 (烧结侧) 的铜质屏蔽层未接地, 从而使接地保护系统形同虚设。
根据电气理论, “新烧二号”单芯电缆线芯导体与屏蔽层、屏蔽层与大地分别形成有分布电容C1、C2, 当系统送电时, 设电源相电压为U, 线芯导体与屏蔽层之间电压为U1、屏蔽层与大地之间电压为U2, 则有:U1+U2=U, U1/U2= C2/C1。由于屏蔽层导体未接地, 失去了对形成U2的钳制作用, 同时使电缆聚氯乙烯护套层也带上U2, 加之护套层贴邻接地金属螺钉, 形成的空气间隙小, 从而引发了护套层绝缘薄弱点对地击穿发生接地, 形成接地故障点。
尤为严重的是, “新烧二号”电缆接地是一种单相高阻拉弧接地, 加之供电系统属于消弧线圈接地的小接地电流系统, 使其间歇性电弧持续时间长 (从“新冶铁”变电站断路器动作时序分析, “新烧二号”电缆单相电弧接地时间长达20 s左右) , 不仅造成过电压长时间对电缆绝缘层造成反复冲击, 使电缆绝缘受到“累计损伤”并最终发生金属性导通接地, 更为严重的是“新烧二号”10 kV故障接地使供电系统电压畸变, 导致由同一变压器供电的隧道电缆群受到系统过电压的严重损害。
3.2.2 隧道电缆起火的分析
隧道电缆群、“新烧二号”电缆供电, 接地故障原理示意见图5所示。
(1) 供电系统故障过电压引发电缆着火。
由图5分析可知, 随着“新烧二号”10 kV电缆故障接地, 隧道电缆群因由贴邻接地的钢制电缆托架敷设, 从而造成6 kV电缆遭致超过其额定值的过电压冲击。从理论上分析, 过电压值可达额定电压值的3.5倍以上。现场勘验发现, 在靠近5号隧道井南侧墙面电缆钢制井架处呈现多点放电迹象, 南侧墙面上留有喷溅的金属熔珠, 且该处托架上有一电缆被截断, 截面整齐, 覆盖该电缆的薄型钢板上有一直径约10 cm疑似被电弧击穿的孔洞, 其下方地面有一截疑似被电弧击断的角钢。
说明此隧道电缆群绝缘遭致系统过电压严重破坏, 再次发生严重故障接地, 持续性电弧温度高, 接地回路电流大, 热效应强, 最终引燃电缆塑料外护层造成起火事故并蔓延成灾。
(2) 隧道电缆陈旧老化是其间接原因。
火灾后检查隧道内电缆群, 除“烧六1号”于2002年更换, “烧六2号”、“烧二两开路”电缆为2008年更换外, 其余5个烧结开路均为1992年投运的电缆。在事后的调查分析中发现, “烧三号”电缆头首先“放炮”就证明该电缆头存在薄弱点, 说明此隧道内电缆陈旧老化也进一步促使了此次火灾事故的发生。
在综合分析上述调查情况后, 当地公安消防部门依法对起火单位制发了《火灾原因认定书》, 并根据有关规定对相关的责任单位、责任人给予了相应的行政处罚, 失火单位对此均无异议。
4 结束语
单芯电缆防火是一个新问题, 目前绝大多数电缆沟虽已设置了防火门和火灾报警装置等设施设备, 不少电缆还做了阻燃处理, 但由于单芯电缆目前使用不很普遍, 其安全运行防护措施的特殊性还未受到应有的重视, 尤其是电缆运行附属设施设备的检查维护还较易被忽视。此次攀钢“新烧二号”电缆火灾事故前, 当年3月13日第一次送电时, 就发生了A相电缆烧损冒烟情况, 但有关单位只是做了简单处置, 没有深入分析找出根本原因。当年3月23日还进行了电缆的耐压试验 (结果为合格) 。在本次事故发生前的送电准备时, 施工方还进行了电缆的绝缘摇测, 但对电缆本身和附属设施未进行仔细检查确认, 最终导致起火成灾。此次火灾事故充分说明, 电缆防火除应严格按国家相关规范、标准设计、施工外, 还必须加强对包括接地保护在内的安全措施的检查维护, 才能全面落实好电缆火灾防范的治本措施。
摘要:针对一起单芯电缆接地故障引发多芯电缆的火灾事故, 从火灾现场勘验、调查询问、理论分析等方面论述了认定单芯电缆火灾的特点和要素。
关键词:单芯电缆,电缆隧道,过电压,电弧
参考文献
[1]GB 50217:2007, 电力工程电缆设计规范[S].
[2]GB 50414:2007, 钢铁冶金企业设计防火规范[S].
[3]董萍.浅谈电气设备火灾原因及预防[J].山西建筑, 2005 (22) :162-163.
电缆的屏蔽与接地 篇2
关键词:电磁干扰,屏蔽,接地
0 引言
屏蔽电缆的屏蔽层主要由铜、铝等非磁性材料制成, 并且厚度很薄, 远小于使用频率上金属材料的集肤深度, 屏蔽层的效果主要不是由于金属体本身对电场、磁场的反射、吸收而产生的, 而是由于屏蔽层的接地产生的, 接地的形式不同将直接影响屏蔽效果。
1 屏蔽
屏蔽和接地的关系十分密切, 只有将屏蔽有效接地, 才能使屏蔽体上的电荷被“导出”, 使屏蔽体内的电流不受到电场和磁场的干扰。屏蔽方式可以根据不同的屏蔽原理分为电场和磁场两种。而在细分过程中电场屏蔽又分为静电场屏蔽和交变电场屏蔽。磁场屏蔽分为高频磁场屏蔽和低频磁场屏蔽两种。
1.1 电场屏蔽
静电场屏蔽的性质:导体中内部磁场强度为零。在导体上电场的强度和表面相互垂直, 并且在导体的表面形成等势面。电荷分布在导体的表面, 电场来源于正电荷, 并在负电荷终止。静电屏蔽就是在电场线上形成屏蔽体, 起到抑制静电场的作用。
交变电场屏蔽的性质:交变电场由于电路对耦合性的干扰, 必须进行控制。干扰源和敏感电路之间必须设置良好的导电性, 金属屏蔽处于接地状态, 交变电场在敏感电路中需要通过耦合来决定交变电压。所以耦合电容和金属屏蔽之间必须根据金属屏蔽进行良好的接地, 变电场在敏感电路的耦合中必须控制干扰电压, 电压的反射要通过材料厚度来控制, 并且以结构强度作为主要因素。
1.2 磁场屏蔽
低频磁场屏蔽的性质:低频磁场的很多屏蔽机理都是根据材料的高导磁材料的特性所使用的, 材料具备高导磁性的同时, 还具备低磁阻特性。这样就能够防止磁阻特性不进行空间扩散, 使磁场的屏蔽发生改变。形成磁屏蔽材料和阻碍导磁反比的情况, 磁导率越大, 磁阻会相对减小, 常用的材料以铁磁材料为主。
高频磁场屏蔽的性质:高频磁场屏蔽和低频磁场屏蔽在形式上十分相同, 都是利用导体中的感应电流和磁场相互抵消, 形成磁场变化。
屏蔽只有在一个封闭区域内才能够实现, 可以说屏蔽是将电流进行集中, 而接地则是将电流导出, 降低电流对设备、缆线的影响。下面将对地作用和形式进行分析。
2 电力电缆的接地方式
2.1 三芯电力电缆屏蔽层接地方式
三芯电缆的保护接地一般采用两端接地方式 (图1) 。常用于电流不大的工程, 一般采用三芯电缆。根据《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》 (GB 50168—2006) 第6.2.8条“三芯电力电缆接头两侧电缆的金属屏蔽层 (或金属套) 、铠装层应分别连接良好。直埋电缆头的金属外壳及电缆的金属护层应做防腐处理。”第6.2.9条“三芯电力电缆终端处的金属护层必须接地良好;塑料电缆每相铜屏蔽和钢铠应锡焊接地。”因此, 铠装层也必须接地良好。三芯电缆组成为品字型, 能够中和感应电流, 使感应电流相互等效。另外三芯电缆的屏蔽层能够消除一定的电磁性干扰, 并且不需要通过回路来完成电流屏蔽, 极大地提高了电缆供电性能。
2.2 单芯电缆屏蔽层接地方式
单芯电缆线路导体中有电流通过时, 电缆的屏蔽层会产生感应电压。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。电缆线路在出现短路故障、遭受过电压冲击时, 电缆护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度, 甚至可能击穿护套绝缘。因此要注意电缆两端的接地, 两端同时接地时电缆金属屏蔽层通过两个接地点与大地构成回路, 会产生较大的环流, 使电缆在加大载流量的同时造成电能损耗, 并且容易使电缆老化, 影响线路的正常运行。
1) 如果屏蔽层一端直接接地时, 另一端加入护层电压限制器进行接地 (图2) 。
2) 如果电缆长度不长, 可在线路的中央部位进行单点直接接地, 另外在电缆的两端将电缆金属屏蔽层均加装护层电压限制器进行接地 (图3) 。这种情况相当于两个一端接地方式的串联, 故接地点的两端金属屏蔽层为正常运行时工频感应电压的一半。
图4为某垃圾电厂中主变压器10k V侧接线图。工程中10k V侧采用单芯电缆接线, 经过计算比较, 电缆屏蔽层采用一端直接接地, 另一端加入护层电压限制器进行接地的方式, 满足规范要求。
3 二次电缆屏蔽层接地方式
3.1 二次电缆屏蔽层两端接地
二次电缆屏蔽层接地是提高电磁兼容性的主要控制措施之一, 两端接地是将屏蔽层中电流进行划分, 具体划分为感应电流和噪声电流两种, 下面进行逐一分析。感应电流通常是由外界电磁场产生的, 它能够和外界电磁场相互抵消;而噪声电流是由电缆自身产生的, 在屏蔽层中对电缆芯线的干扰较小。这两种电流特性也使屏蔽层必须利用电流回路来完善屏蔽性, 单点接地是无法做到良好的屏蔽效果的, 所以二次电缆的屏蔽层都使用两端接地作为主要接地方法。为了提高两端接地的屏蔽效果, 通常在接地网中采取均压、分流配套等措施, 使屏蔽层的电磁抗干扰能力不断加强, 这同时也成为了降低屏蔽层烧毁事故几率最为有效的办法。
3.2 计算机、双屏蔽层电缆的屏蔽层接地
在电缆使用过程中, 为了消除电磁干扰, 通常会使用屏蔽的方式来对电磁干扰进行控制。电缆的屏蔽一方面可以提高电力信息传送的有效性, 另一方面能够控制噪音、信号误差、传送失误等多种问题。电缆信号在传播过程中会产生一定的电磁辐射, 这种辐射源能够形成电磁污染, 通过屏蔽的手段能够对此进行很好的抑制。电缆的屏蔽层在接地后就能够发挥屏蔽作用, 目前屏蔽层分为单点接地、双点接地、多点接地几个方面, 已经在电气应用中成为主要的技术手段。在双层屏蔽的应用中要注意对屏蔽层的隔离, 如果隔离做不好就不能形成双层屏蔽。双层屏蔽和单层屏蔽在接地处理方面有着本质上的区别, 单层屏蔽是一端等电位接地, 双层屏蔽是在两端等电位接地的基础上, 内置一端等电位接地。在单层屏蔽的使用中, 一端等电位接地常常被布置在主设备的发射端。
4 结论
电缆的屏蔽和接地需要有正确的屏蔽形式, 这样才能维持线路的正常工作, 所以在处理的过程中要根据实际情况选择正确的屏蔽方式, 来降低电磁场的影响。本文对电缆屏蔽与接地方法的选择得出如下结论:
1) 对于三芯电力电缆, 必须采取双端直接接地。
2) 对于单芯电力电缆, 当电缆长度不长时, 采用一端或中央部位单点直接接地, 另一端或两端加装电压限制器。
3) 对于二次电缆, 应采用屏蔽层两端直接接地的方法。
参考文献
[1]陶蓉, 李景禄, 林冶, 等.控制电缆屏蔽层接地方式的抗干扰分析[J].电力科学与技术学报, 2007 (04) :72-75.
[2]廖晓明.浅谈电力系统二次设备的接地技术[J].科技资讯, 2009 (11) :106.
[3]高玲, 曹春雷, 马力.综述电子电气设备中的实用接地技术[J].电脑知识与技术, 2010 (15) .
电缆单相接地故障诊断及定位方法 篇3
1 斗轮机变扁平电源电缆单相金属接地故障寻找方法
斗轮机变扁平电源电缆因外力损坏, 检测A相对地绝缘电阻为零, 诊断为单相金属接地故障。其电缆型号:YJGCFPB 3*35+3*16/3 10k V;长度:145米;敷设方式:电缆上卷缆盘后其两端作电气连接, 斗轮机运行时电缆为平地敷设。拆下的斗轮机变扁平电源电缆两侧电缆头已拖至一起, 采用直流电阻测试仪检测A相故障电缆回路直流电阻, 通过测试数据进行计算分析, 以确定故障点的位置。故障电缆电路如图1所示。
测试结果如下:测得A1对屏蔽层电阻为0.749Ω;A2对屏蔽层电阻为0.121Ω;测得A相导体电阻为0.115Ω;A相屏蔽层电阻为0.755Ω。
A相导体电阻与A相屏蔽层电阻之和为0.87Ω;电缆总长度为110m;采用比例式计算A1至故障点的距离:0.87/110=A1/х, х=94.7m;A2距故障接地点距离为110-94.7=15.3m, 随后在A2端锯掉15.5m后, 检测绝缘电阻合格, A相电缆故障接地点已排除。
2 循环水泵电源电缆单相低阻接地故障寻找方法
2.1 有效地发现接地故障的方法
#7循环水泵电源电缆在解开与电机连接的情况下, 用2500V兆欧表检测绝缘电阻时, 发现电缆B相对地绝缘电阻为零。采用500V数显绝缘电阻测试仪复测, 发现B相对地绝缘电阻为0.56MΩ, 可以诊断为单相低阻接地故障。
采用直流泄漏试验接线方式, 用声测法寻找电缆故障点。施加试验电压, 利用电容器充电后经过间隙向故障电缆芯线放电, 在故障点能听到明显放电噼啪声, 从而达到确定故障位置的目的。试验中所用电容器型号YY10.5-12-1, 额定电压:10.5k V, 电容:0.35μF;所加直流试验电压, 不应超过电容器的额定电压折算至直流电压值, 经验值在5~10k V即能有效地发现故障点。
2.2 声测法试验接线图 (如图2)
K-电源开关, TB-调压器, B-升压变压器, KV-直流分压器, C-稳压电容器, R-保护电阻, D-高压硅堆, TA-跳闸按钮, HA-合闸按钮, LJ-电流继电器及接点, JQ-交流接触器及接点。
2.3 检试处理和注意事项
(1) 按图2接线 (电缆A、C相接地) , 经工作负责人检查正确无误, 并在电缆两端设专人监护。
(2) 接通试验电源从零起升压至5k V (经验值) 左右, 调整间隙放电时间大约为5秒钟放电一次;也可用导线固定在绝缘棒上并连接故障电缆芯线, 手拿绝缘棒的另一端, 间距约5秒钟直接点击电容器对故障电缆芯线放电。
(3) 改接线、调整放电间隙前, 应将调压器降回零位, 断开电源后将电容器、电缆对地放电。
(4) 事前查看检试记录, 了解电缆中间接头位置、电缆沟是否有积水等, 以便确定沿电缆敷设方向进行巡查听诊的主要位置。
(5) 在较短的时间内发现靠近循环水泵房侧约80m处电缆中间接头处有放电响声。
(6) 拆开电缆中间接头后, 分别检测循环水泵侧和厂用电侧电缆绝缘电阻合格, 电缆故障点已确定是在中间接头处。
(7) 检修人员重做电缆中间接头后, 经试验合格后及时投入运行。
3 结论
斗轮机变扁平电源电缆是在换下后进行故障诊断的, 如果是就地进行故障诊断, 则要解开其电气连接线, 断开其屏蔽层接地线, 采用另一相绝缘完好的电缆在远端做好相应连接构成环线, 方可测量故障相回路直流电阻。
单芯电缆金属屏蔽层接地方法 篇4
通常三芯电缆都采用两端直接接地方式, 这是因为这些电缆大多数是在正常运行中, 流过三个线芯的电流总和为零, 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。
而单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系, 可看作一个变压器的初级绕组, 当单芯电力电缆的导体中通过交流电流时, 其周围产生的磁场会与金属护套交链, 在金属护套上会产生感应电动势。其感应电动势的大小与导体中的电流大小、电缆的排列和电缆长度有关。当电缆长度与工作电流较大的情况下, 感应电压可能达到很大的数值。电缆以紧贴三角形布置时, 感应电压最小。当电缆相间距离增加, 相对位置改变时, 感应电压都会相应地改变。另外, 多回电缆同路径敷设, 也会对感应电压产生影响。
出于经济安全考虑, 在一些电缆不长, 导体中电流不大的场合, 环流很小, 对电缆载流量影响也不大, 是可以将金属护套的两端直接接地的。如果仅将电缆的金属护套一端直接接地, 在正常运行时, 电缆的金属护套另一端感应电压应不超过50V (或有安全措施时不超过100V) , 否则应划分适当的单元设置绝缘接头。但当电缆很长时, 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电冲击时, 屏蔽上会形成很高的感应电压, 甚至可能击穿护套绝缘。此时, 如果仍将铝包或金属屏蔽层两端三相互联直接接地, 则铝包或金属屏蔽层将会出现很大的环流, 其值可达线芯电流的50%~95%, 形成损耗, 使铝包或金属屏蔽层发热, 这不仅浪费了大量电能, 而且降低了电缆的载流量, 并加速了电缆绝缘老化, 此时就不应将电缆直接接地。
为了解决电缆金属护套两端同时接地存在环流, 和一端直接接地, 在另一端会出现过电压矛盾的问题, 电缆金属护套应针对电缆长度和导体中电流大小采取不同的接地形式。
1 采用两端直接接地的方式
10kV单芯电缆金属护层两端接地时, 由于护层阻抗值不像35kV以上电缆那样小, 环流尚不过分大。10kV电缆回路多, 直接接地减少了附属设备的配置和维护量, 对运行人员也比较安全。因此采用两端接地有一定的优势。沿用两端直接接地的方式, 必须尽可能地降低护层感应电压, 使线路损耗达到运行可接受的程度。
2 一端接地的方式
一端接地是指电缆线路一端金属屏蔽直接接地, 另一端金属屏蔽对地开路不互联。通过对单芯电缆接地方式的研究, 电缆长度小于2km时, 采取一端直接接地、另一端保护接地方式 (如图1) , 电缆越长, 电缆非直接接地端产生的感应电压越高, 为保证人身安全, 电缆在正常运行时, 非直接接地端感应电压应限制在50V以内, 在短路等故障情况下, 金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压, 配合系数不小于1.4。因此, 一端直接接地的接线方式适用的电缆不能太长。
一般应在与架空线连接端一端接地, 以减小线路受雷击时的过电压。一端接地后, 可以消除护层循环电流, 减少线路损耗。但开路端在正常运行时有感应电压。在雷击和操作时, 金属屏蔽开路端可能出现很高的冲击过电压。系统发生短路事故和短路电流流经芯线时, 金属屏蔽不接地端也可能出现很高的工频感应电压。当电缆外护层不能承受这种过电压的作用而损坏时, 就会造成金属护层的多点接地。因此这种方式宜用于线路距离较短, 金属护层上任一非接地处的正常感应电压较小时。
3 金属护套交叉互联的接地方式
电缆长度大于4km时, 采取金属护套交叉互联接地方式.电缆金属护套中间直接接地、两端经过电压保护器接地, 是一端直接接地的引伸, 可以把一端直接接地电缆的最大长度增加一倍, 接线方式和原理与一端直接接地一样。电缆线路很长时, 即使采用金属护套中间接地, 也会有很高的感应电压。这时, 可以采用金属护套交叉互联。 (如图2)
如果三相电流对称, 那么电缆末端金属护套感应电压就是零, 可以直接将其接地, 而不会在金属护套中出现环流。感应电压最高的地方出现在绝缘接头处, 因此在此处应装设过电压保护器, 同样, 在短路等故障情况下, 金属护套绝缘的冲击耐压和过电压保护器在冲击电流作用下的残压配合系数不小于1.4。如果把这样一个交叉互联接地, 看作是一个单元, 由于该单元金属护套是两端直接接地, 所以任何长度的电缆, 都可以分成若干个单元, 理论上这种接线方式适用于各种长度的电缆。
以上两种方式都需要装过电压保护器, 因此会增加运行维护工作。如果电缆线路很短, 传输容量有较大的裕度, 金属护套上的感应电压极小, 可以采用金属护套两端直接接地。金属护套中的环流很小, 造成的损耗不显著, 对电缆载流量影响不大, 运行维护工作较少。
(1) 在大城市和经济发达城市, 负荷密度高, 10kV三芯240mm2XLPE绝缘电缆达不到供电容量要求时, 宜使用300m2、400m2、500mm2及以上单芯电缆, 以提高供电容量。单芯电缆的金属屏蔽层应采用疏绕铜线结构, 其截面按安装系统不同点两相短路电流值确定, 大连为35mm2铜导体。使用单芯电缆, 可以使线路的接头数量大幅度减少, 并变三相接头为单相接头, 使接头密封更简单可靠。
(2) 从降低金属屏蔽感应电压或降低环流考虑, 单芯电缆宜采用外护套紧贴的正三角形排列, 对导体截面240mm2~300mm2XLPE绝缘电缆宜间隔1m用非磁性带材扎紧, 对400mm2及以上截面, 可适当放大扎紧间隔, 但扎带厚度或宽度宜加强。紧贴正三角形排列方式, 更适合在电缆沟或隧道支架上布置电缆。
电缆金属护套的接地直接影响电缆运行, 金属护套采取合适的联接和接地方式, 不仅可以提高电缆载流量, 降低工程造价, 而且对今后设备的运行维护都是非常重要, 因此在电缆线路设计施工中, 应特别注意金属护套的接地方法。
摘要:单芯电力电缆在运行中金属和铠装层两端接地, 会在金属屏蔽和铠装层中形成环流, 引起电缆发热, 影响电缆载流量;但如果一端接地, 则另一端就会出现感应电压, 危及人身和设备安全。针对这两种情况, 介绍了实际运行中采取的方法和措施。
电缆护层接地电流在线监测分析 篇5
关键词:电缆护层,接地电流,在线监测
0引言
国内110 kV及以上单芯电缆的金属护层一般采用交叉互联双端接地或单端接地的运行方式。正常情况下, 金属护层对地只有几十伏的感应电压, 但一旦接地系统遭到破坏, 交叉互联线被盗或失去与接地网连接之后, 金属护层上的电压降由正常运行的工频感应电压改变为悬浮电压, 电压数值很可能上升到电缆外护套工频耐压值容许值之上。在这种情况下, 将导致外护套击穿或护层保护器烧毁从而形成单端接地, 在接地点处会有长期的放电存在或经外电极爬电连通到最近的金属支架或固定金具, 最终导致火灾。
1护层接地电流计算方法
以某型号110 kV交联电缆为例:XLPE-1×400 mm2, 结构如图所示:
其参数如下:
导体直径24.1 mm;导体屏蔽层直径26.6 mm;绝缘层直径65.8 mm;绝缘屏蔽层直径68.8 mm;衬带层直径73 mm;金属护套层直径85 mm;PVC外护套层直径95 mm。
当一个交叉互联单元中某相接头互联线被断开后, 该相接头两侧电缆金属护层完全悬空, 视导体屏蔽与绝缘屏蔽、金属护套与地 (和石墨外电极) 形成两个电容值分别为C1、C2的同轴柱形电容, 则C1和C2构成一个电容分压器, 金属护层作为电容极板每一点上的电位应相等, 其对地电压U2为C1、C2对线芯电压U0的分压。
取XLPE相对介电常数εr1=2.3, PVC相对介电常数εr2=5.5, 假设外电极完好且充分接地, 可简要计算出金属护层对地电压U2:
C1=2π×εr1×ε0 [l/ln (R2/R1) ]= 2π×2.3×8.85[l/ln (32.9/13.3) ]=1 41l (pF)
C2=2π×εr2×ε0 [l/ln (R4/R3) ]= 2π×5.5×8.85[l/ln (47.5/42.5) ]=27 50l (pF)
U2=U0C1/ ( C1+ C2) =64×103×[1 41l/ (1 41l+27 50l) ]=3 121 (V)
根据计算可以得出, 电缆金属护层对地电压监测有着重要意义, 若不及时发现不但可能造成设备损坏, 还有可能危害运行维护人员的生命。
2护层接地电流在线监测方式
护层接地电流的监测设备很多, 也很成熟, 其原理与电流互感器 (CT) 基本一致, 采用电流采集器和互感器线圈相结合的变压原理, 将电缆护层接地电流的微小变化扩大、数字化, 实现对护层电流的监测。由于监测设备必须安装在交叉互联接头或终端头的接地线处, 因此, 该项技术关键点在于采集器的供电和采集信息的传输。
按照正常思维, 在隧道内的护层接地电流的监测设备电源应从隧道内低压电缆上取电, 然后再架设一条用于通信的传输光缆, 以实现数据的采集与传输。但该方式导致隧道内线缆较多, 故障几率随之增加, 且隧道内较为潮湿, 低压线缆在这样的使用环境中必须密封、包裹, 以确保不会引起火灾, 如此便大大增加了投资。在此情况下, 采用供电和通讯共缆传输技术, 用一对双绞线实现低压远程供电和传输载波通讯成为了最为经济、可行的传输方式。该方式通信防护等级高, 不仅实现有效的防水、防尘, 同时线路的可靠性和使用年限大大高于普通AC220电源线。
解决了以上问题后, 还存在一个棘手的问题。由于城市发展的特殊性, 电缆线路往往不是整条敷设, 即一条供电线路由电缆和架空线路交替相连。一条供电线路中, 某一段电缆敷设于地下电缆隧道中、某一段电缆敷设于电缆沟或电缆排管中, 这样就导致不同段的电缆连接头、终端连接头在线监测通讯线路只能采用架空线路方式安装, 大大降低使用寿命, 经济性和可靠性都受影响。面对此类情况, 只能采用其他的通讯方式方能达到实用、经济的目的。最合适的通讯方式应该使此类电缆分段连接头或电缆终端连接头采用各自独立的供电与通讯方式。
就供电而言, 该类电缆接头和电缆终端头附近一般没有低压电源, 可采用的供电方式有3种:太阳能、蓄电池、采用CT环从主线路上感应取电。3类方式优缺点对比 (见表1) 。
3结语
综上所述, 一般太阳能供电方式用在电缆沟槽外阳光直晒效果较好的电缆终端头处;蓄电池用在容易接触、更换、充电的点位;CT环方式虽可在任何点位使用, 但安装方式复杂, 且和主线路的负荷大小密切相关, 因此不推荐使用。具体供电方式应根据工程实际情况选择。
就通讯而言, 最经济、实用的传输方式莫过于GPRS无线传输方式, 通过公用的付费网络实现, 即节约了投资又减少了工程量。
参考文献
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[2]韦成端.配网电力电缆故障探测方法分析[J].电气技术, 2012 (3) :100-103.
电缆接地 篇6
2010年12月19日上午9时35分, 110kV龙台变电站10kV龙镇I线A相发出接地信号。调度中心要求供电所对10kV龙镇I线进行停电巡查, 在拉开10kV龙镇I线53+1#杆T隔离刀闸后, 用2500V兆欧表摇测10k V龙镇I线发现接地电阻正常, 摇测T接到交警队专用变压器的10kV电缆A相发现对地绝缘电阻为0 (MΩ) , B、C相绝缘电阻约2000MΩ。供电所将交警队专用变压器及电缆进行隔离。
2010年12月20日, 供电公司派维修人员到现场对10kV电缆进行测试, 确诊该电缆有一相绝缘电阻为0 (MΩ) , 怀疑是电缆头有问题。将交警队专用变压器侧的电缆头锯下, 发现锯下的电缆头上有一相芯线主绝缘有明显的电击烧伤“U”形凹槽痕迹, 同时也有水从电缆中溢出, 再用2500V兆欧表摇测, 测得三相绝缘电阻约10MΩ (因溢出的水将电缆头浸湿, 导致另外两相的绝缘电阻下降) 。随后, 维修人员开始重新制作新的电缆头。中午, 新电缆头制作完成, 新的电缆头做好后维修人员没有对电缆做任何测试就申请调度中心恢复10kV龙镇I线供电。
14时20分, 调度中心对10kV龙镇I线恢复供电时, 10kV龙镇I线仍然发出接地信号, 供电所再次将交警队专用变压器及电缆进行隔离并对电缆进行了更换。
2 检测分析
对故障电缆进行外观检查后, 发现电缆外层绝缘良好, 无任何放电或击穿痕迹。对锯下来的电缆头芯线检查时, 发现有电击烧伤的那相芯线主绝缘有约4mm深的“U”形凹槽, “U”形凹槽周围及表面有大量电弧烧伤留下的碳黑。因为“U”形凹槽底部与电缆芯线仍有2~3mm厚的绝缘距离, 将碳黑擦试干净后, 用2500V兆欧表摇测该相电缆, 测得绝缘电阻为2500 (MΩ) , 说明接地点并不在锯下的电缆头上。根据以上现象分析:
(1) 锯下的电缆芯线主绝缘出现由外向内的“U”形凹槽, 说明电弧是从外向内逐渐烧伤形成的。从烧伤的电缆头可以看出, 该电缆头在制作、安装过程中, 没有严格按照高压电缆头制作工序和工艺流程制作:一是接地软铜编织带没有与电缆软铜屏蔽带和钢铠进行焊接, 而是采用绕线连接方式;二是电缆头制作工艺工序不到位, 减少了铜铝鼻子与热缩管口的密封;三是施工人员图方便、省事, 没有按照户外高压电缆头安装技术要求施工, 将10kV高压电缆倒挂 (这种现象比较多) 。直接导致雨水从电缆头的接地软铜带往电缆头中浸入, 顺挂的电缆鼻子如果热缩不到位, 又没加密封管, 雨水同样会从热缩管口中流入电缆芯中, 留下了安全隐患, 结果就出现锯下电缆头就滴水的现象。
(2) 该电缆重新制作电缆头后, 送电仍出现10kV龙镇I线A相接地, 说明电缆A相主绝缘在生产时就留下了一定的瑕疵, 电缆在运行一段时间后, 主绝缘被击穿, 接地电流经电缆软铜屏蔽带和钢铠与接地体导通接地。因为电缆头上的接地软铜带是通过铜鼻子压接后用螺栓与接地装置连接的, 接触良好。而接地软铜带另一端是绕接在铜屏蔽带和钢铠表面的, 钢铠表面又涂有防腐漆, 接触不是很好, 接地电流就在此处放电打火, 逐渐将电缆A相主绝缘烧伤, 留下一道明显的“U”形凹槽。
(3) 现场处理人员将电缆头锯下后, 认为接地故障点已排除, 发现有雨水从电缆中流出, 没有对该电缆进行全面检测就重新制作电缆头, 且电缆头做好后也没进行最后的相关测试, 导致送电后又出现10kV龙镇I线发接地信号。
(4) 电缆一相对铜屏蔽和钢铠绝缘电阻为0 (MΩ) , 说明芯线的主绝缘与钢铠已击穿短路, 不能作直流泄漏试验, 在没有电缆故障专用测试设备的情况下, 笔者采用低电压大电流作短路试验, 即在故障相线与钢铠之间通过调压和升流设备逐渐升流 (如图1所示) , 迫使故障点发热烫伤外绝缘来发现接地点。如果身边没有大容量的升流器, 可以利用现有的电焊机来替代升流器也可以达到同样的效果。通过测试, 该电缆中段距电缆头约50m处逐渐发热并烫伤外绝缘, 确诊该电缆的接地点就在此处。
3 防范措施
电缆事故有相当一部分是由于施工时受到外力机械损坏而引起的。因为电力电缆外直径大, 运输、敷设较为困难, 所以, 在电缆运输、吊装、穿越建筑物敷设时, 要特别注意防止外力的损伤。电缆暗敷要避免挤压, 尽可能减轻电缆受到的扭力, 在电缆转弯时, 要让电缆处于自然弯曲, 转弯半径要严格控制在安装规程规定之内, 如果转弯半径过小, 可能使电缆内部受到机械损伤, 而机械损伤因被电缆绝缘层掩盖而无法看到, 即使测量回路电阻, 绝缘和泄漏试验也很难发现缺陷。因此, 电力电缆在制作, 施工中还应注意以下几点:
(1) 敷设电缆时, 电缆应从电缆盘的上方引出, 引出端头的钢铠如有松弛, 应用绑线绑紧。电缆盘的转动速度与牵引速度应很好配合, 每次牵引的电缆长度不宜过长, 避免在地上擦伤电缆的外绝缘。敷设过程中, 如发现电缆局部有压扁或折曲伤痕严重的, 应停下来检查鉴定, 予以处理, 严重者应割去。
(2) 10kV高压电缆头三叉口是电缆绝缘最薄弱的地方, 制作电缆时, 工艺工序, 工艺流程一个也不能减少, 一定要按规范、标准制作;锯钢铠时, 不得伤及电缆内层结构, 并将断口处理平整;在剥除铜屏蔽层时, 不要伤及电缆的绝缘层;在剥除半导体层时, 不要伤及电缆主绝缘;接地软铜带一定要用铜丝绑扎在钢铠上再焊牢, 焊接地线时, 注意不得将电缆内层烫伤, 以免其绝缘性能降低。
(3) 制作电缆头时, 应根据设备的不同位置连接, 适当缩短中相 (或边相) 电缆头长度, 使三相电缆头均匀受力。如果将三相电缆头长度做成一致, 中相 (或边相) 电缆头偏长而成为拱形, 容易使电缆头根部受损放电。
(4) 电缆头制作结束后, 一定要通过相关检测, 不能凭经验和感觉判断是否是合格的, 电缆头耐压试验、泄漏电流和绝缘电阻必须符合规程要求, 要用试验数据证明电缆头是否是合格的。
(5) 电力电缆在施工中, 若采用钢支架、钢质保护管、钢绞线作为支撑物或架空的, 要避免在电力电缆周围形成钢 (铁) 性闭合涡流回路, 涡流发热后会把电缆绝缘层烧坏, 引起接地故障。特别是在大电流电力电缆系统中, 涡流更大。必须使用时一定要采取隔断涡流措施, 使电缆周围不能形成钢 (铁) 性闭合回路。
(6) 安装10kV高压电缆头, 不要图方便、尽量不要采用倒挂方式。电缆一旦被雨水侵入, 就容易发生绝缘老化现象, 特别是当导体温度较高时, 电缆内的水分引起的渗透老化更为严重。所以, 电缆的运输、贮存和敷设过程中都不允许进水。特殊情况下要对接地软铜带进行防止雨水渗入的技术处理才能将电缆头倒挂安装。电缆头是电缆线路中最薄弱的部分, 其安装质量的好坏是电缆线路能否安全运行的关键, 应给予足够的重视。
(7) 防止电缆头套管出现污闪。主要措施有定期清扫套管, 最好是在停电条件下进行彻底清扫;在污秽严重的地区, 要对电缆终端头套管涂上防污涂料, 或者适当增加套管的绝缘等级。
电缆接地 篇7
关键词:单芯电缆,接地保护,金属护套,交叉互联
0 引言
近年来,随着城市经济的快速发展,电力电缆正在以节约城市用地、美化城市环境、供电可靠等优势,得到广泛应用。
相比较三芯统包电缆,相同截面积的单芯电缆以载流量大、弯曲半径小的优势被各供电公司广泛使用,尤其在电缆不断发展的前期,随着用电负荷逐年增长,35k V及以上电压单芯电缆得到了广泛应用,增长速度较快。然而,随着电力电缆逐年增多以及运行时间变长,电力电缆的运维管理面临着很多新问题和挑战,尤其是单芯电缆。一旦运行过程中的单芯电缆发生金属护套保护接地方式被破坏的现象[1],比如:金属护套接地方式不合理或接地线断裂、被偷盗,就会导致单芯电缆金属护套上感应较高的电位或产生较大的环流[2],最终导致金属护套持续发热,烧损甚至引燃电缆外护套,导致电缆起火跳闸事故,严重影响了电网的安全运行。本文以一起典型的35k V单芯电缆金属护套接地线断裂缺陷为例,对电缆缺陷的处理过程及缺陷原因进行了分析,阐明了单芯电缆金属护套接地保护方式正确可靠运行的重要性,同时对高压单芯电缆金属护套接地保护方式的应用与维护提出了参考意见。
1 金属护套接地保护方式
单芯电缆 线芯一旦 流过交流电流时,便会在其金属护套上产生纵向感应电压,感应电压大小与电缆负荷电流、频率及电缆长度成正比[3]。而单芯电缆金属护套上的感应电压过高或形成环流,都将导致电缆发生绝缘击穿故障,并且依据《电力工程电缆设计规程》规定:“单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时,金属护套任一点的感应电压(未采取能有效防止人员任意解除金属层的安全措施时)不得大于50V,除上述情况,感应电压不得大于300V。”因此,为了保障电缆线路及运维人员的安全,单芯电缆金属护套通常采用以下几种接地保护方式:金属护套两端直接接地,金属护套一端接地、另一端保护接地,金属护套中点直接接地、两端保护接地,金属护套中点保护接地、两端直接接地,金属护套交叉互联保护方式[4]。
2 实际电缆缺陷案例分析
2.1 发生危急缺陷的电缆线路概况
青岛供电公司某35k V电缆线路概况如 下: 该电缆线 路投运于2010年7月, 是由220k V变电站向一些重要高压用户供电的架空电缆 混合线路, 其中, 该220k V变电站至1号杆为单 芯电缆, 此段电缆为双回电缆,全长482m,无中间接 头, 电缆型号 为ZRYJV22-1×240,采用电缆沟加排管的敷设方式,此段电缆护套保护方式为一端直接接地、一端保护接地,接线图如图1所示。
2.2 缺陷发现及处理过程
2012年8月10日, 运行人员在 对该220k V变电站夹 层内的35k V出线电缆进行巡视过程中,通过红外成像仪测温发现,其中一条35k V电缆的护层保护器温度高达180℃(见图2),该温度远超过正常使用时的温度[5],存在严重安全隐患。通过全线巡视检查并进入电缆沟进行检查发现,电缆外护套完好无损,而1号杆电缆终端头护套接地线出现断裂现象。经现场查看,并通过对现场情况进行综合分析,研究决定采取停电方式对缺陷进行处理,更换该1号杆电缆护套接地线,将易断裂的软铜编织线更换为架空绝缘导线,从而能够有效防止接地线断裂,同时更换该变电站夹层内的发热护层保护器,确保此段单芯电缆金属护套保护方式正确无误。
2.3 缺陷原因分析
该35k V电缆线路中的1号杆电缆护套接地线原为铜编织软线,材质较软,在长期受风吹来回摆动摩擦,以及老化腐蚀等外在因素影响下,容易在使用一段时候后出现酥化、断裂现象。一旦此处电缆金属护套接地线断裂,就相当于由原来的直接接地变成了保护接地方式,破坏了此段单芯电缆金属护套原来的保护接地方式,由原来的一端直接接地、一端保护接地方式变成了两端保护接地方式。
由于在迎峰度夏期间,该段电缆线路一直为重载线路,负荷电流很大,高达850A,而单芯电缆金属护套上的感应电压与电缆长度和线芯电流的大小成正比[6],因此此单芯电缆金属护套上的感应电压很大。下面将通过理论计算此段电缆护层的感应电压值。通过台账资料可知,电缆全长l为482m,电缆负荷电流I=850A,电缆直径DS为35.3mm,中心距S为160mm,线路可视为全部按等边三角形敷设[7],则单位长度电缆护层感应电压应按公式(1)计算[8]:
式中: US0为电缆护套单位长度的正常感应电压。
考虑其他多方面因素,校正系数k设为1.2,则此段电缆护套感应电压如式(2)所示:
经计算,结果为68.3V。从而可知电缆金属护套上感应电压很大,不能满足电力工程电缆设计要求,而且由于被破坏后的电缆金属护套两端都是保护接地,感应电压一直无法释放,从而会对电缆金属护套上的薄弱点一直放电,而此薄弱点正是该220k V变电站夹层内的电缆护层保护器,护套上的感应电压一直对电缆护层保护器放电,存在泄漏电流,从而导致电缆护层保护器持续发热,最终很有可能导致电缆护层保护器炸裂,严重危及变电站夹层内的其他35k V出线电缆线路。
3 高压单芯电缆运行维护建议
由上述电缆缺陷案例分析可知,单芯电缆金属护套保护方式的正确性、合理性及安全性对高压单芯电缆安全可靠运行显得尤为重要,因此针对单芯电缆金属护套保护方式的重要性,为保障电缆线路安全、稳定、可靠运行,避免电缆着火等事故的发生,对高压单芯电缆运行维护提出以下相关建议,以供相关运行管理部门参考。
1) 梳理、统计并建立高压单芯电缆基础数据台账(包含护套保护方式),便于单芯电缆日常运维和抢修工作的有效开展。
2) 推行差异化巡视制度, 做到220k V及以上电缆线路每周至少巡视一次,110kV及以下重要电缆线路每半个月至少巡视一次,35k V及以下电缆线路每月至少巡视一次,并根据设备运行和周围外力情况,科学合理调整相应巡视周期,同时依据电缆运行规程的相关要求,制定电缆线路设备巡视卡,做到巡视无死角、无漏项,重点巡视检查单芯电缆交叉互联箱、保护接地箱中接地线、护层保护器等附属设备。
3) 丰富、强化高压单芯电缆的在线监测手段,在重要及重载高压单芯电缆中间接头及终端头处安装环流在线监测装置,实时掌握电缆护套的运行状态;对35k V及以上电压等级的高压单芯电缆安装分布式光线测温系统,监测电缆本体、中间接头、终端头的运行温度;同时在重要的电缆隧道内安装隧道环境监测系统,包括隧道温度监测、有害气体监测、水位监测、井盖监测、智能排水和通风冷却等功能;建议成立专门的电缆监控中心,将以上多个在线监测系统进行统一整合,形成电缆综合监测系统,将所有监测数据上传至监控中心屏幕,实时掌握电缆运行状况,并对某些监测值(如井盖开、合状态,水位值,环流值,温度值等)设定警界值,通过监控中心屏幕报警信号或发送短信等方式将告警信号告知运维人员,及时发现异常情况,从而及时有效处理,确保电缆安全可靠运行。
4) 强化高压单芯电缆带电检测手段,结合电缆线路巡视工作,开展对电缆终端头、中间接头的红外测温和环流检测工作,根据测量结果差异化调整带电检测周期,对于温度异常或负荷满载的电缆线路应做到每日一次红外测温,实时掌握温度变化情况,便于制定正确的检修策略,做到对每一条新投运电缆线路开展局放检测,有效保障电缆运行安全可靠。
5) 加强电缆通道运维全过程管理,借助电缆井盖智能监测,形成电缆隧道进出管理办法与考核机制, 任何人员进入电缆通道前必须办理书面审批手续,由运维单位人员负责对隧道内的施工作业进行监督、验收、检查,同时由施工人员负责清理施工作业现场,有效保证电缆及其附属设备的可靠运行。
6) 在重要电缆隧道内高压单芯电缆中间接头或终端头处,安装实时视频监控系统,并在电缆隧道通风口加装金属网,有效防止人或小动物进入,加强电缆护套接地线的防盗措施,实时监控和掌握电缆运行环境,及时发现异常情况。
4 结论
本文通过对实际单芯电缆护套接地线缺陷案例的分析,例证了单芯电缆金属护套的保护接地方式对电缆的安全可靠、稳定运行的重要性。同时,对高压单芯电缆运行应用、维护管理工作进行了总结并提出了几种运维管理建议,有助于保障高压单芯电缆安全可靠运行,以进一步提高供电可靠性。
参考文献
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