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电力电缆线路接地分类及接地电缆选型要求包括接地电阻、接地电缆及接地设备

电缆环流监测装置 2019-06-13 输电电缆检修 719 ℃ 0 评论


1、电缆线路接地概述

根据《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》(GB 50169-2016 )第3.0.4 条(强制性条文) 第6小节规定:电力电缆的金属护层、接头盒、终端头和金属保拼管及二次电缆的屏蔽层必须接地;第7小节规定:电缆桥架、支架和井架必须接地。《电气装置安装工程 电缆线路施工及验收标准》(GB 50168-2018)第5.2.10 条(强制性条文) 规定:金属电缆支架、桥架及竖井全长均必须有可靠的接地。

从上及其他规程知道电缆线路接地主要分为电缆构筑物接地、电缆金属护层接地两大类。电缆构筑物接地包括电缆隧道、排管工作井、电缆沟、电缆桥架等的金属部分的接地。电缆金属护层接地包括两端直接接地、单点直接接地(线路一端或中央部位单点直接接地)、交叉互联接地等。

电缆的金属护套和铠装、电缆构筑物及电缆支架和电缆附件的支架必须可靠接地。




2、电缆构筑物接地

电缆构筑物主要包括排管工作井、电缆沟、电缆隧道、综合管廊电力舱、竖井等的支架、电缆桥架的接地。

2.1 排管工作井接地

根据《城市电力电缆线路设计技术规定》DLT5221第4.4.2 条内容的 规定:安装在排管工作井内的金属构件皆应用镀锌扁钢与接地装置连接。每座工作井应设接地装置,接地电阻不应大于10Ω。


2.2 电缆沟接地

查阅小编收集的国家规范、标准,电力行业导则、规定、规程、规范等,未查到具体的具体电阻要求。但在国家电网公司的《电力电缆及通道运维规程 》(Q/GDW 1512-2014)企业标准及相关文件查到有规定,其电阻值要求一致。《电力电缆及通道运维规程 》(Q/GDW 1512-2014)第5.6.3 条内容的规定:电缆沟应合理设置接地装置,接地电阻不宜大于5Ω。


2.3 电缆隧道接地

综合《城市电力电缆线路设计技术规定》(DL/T 5221-2016)第4.5.15 条及《电力电缆隧道设计规程》(DL/T 5484-2013)第12.2.1 条内容的规定: 隧道内的接地系统应形成环形接地网,接地网通过接地装置接地,接地网的综合接地电阻不宜大于1 Ω,且同时需要满足2000/I(综合接地网的入地短路电流);接地装置接地电阻不宜大于5Ω 。少数特殊情况,如隧道两端均未与发电厂、变电站地网连接且隧道内无特殊接地要求的设备,其接地电阻不应大于4Ω 。隧道内的金属构件和固定式电器用具均应与接地网连通。接地网使用截面应进行热稳定校验,且不宜小于40mm x 5mm ,接地网宜使用经防腐处理的扁钢在现场焊接,不得使用螺栓搭接方法。

隧道内高压电缆系统应设置专用的接地汇流排或接地干线,其使用截面应进行热稳定校验,并应在不同的两点及以上就近与综合接地网相连接。隧道内的高压电缆接头、接地箱的接地应以独立的接地线与专用接地汇流排或接地干线可靠连接。

隧道的综合接地网设计及隧道的附属设施(供配电及照明、防灾与报警、智能监控等)的接地设计应符合电力电缆隧道设计规程》(DL/T 5484-2013) 的要求。


2.4 综合管廊电力舱

综合《城市综合管廊内电力电缆线路技术要求》(征求意见稿)规定: 电力舱内的接地系统应形成环形综合接地网,接地电阻不应大于0.5Ω,条件允许时,宜独立成网。接地网使用截面应进行热稳定计算校验,且不宜小于50mm×5mm。接地网应采用现场电焊搭接,其导体宜使用经防腐处理的良好导电材料。在电力舱伸缩缝两侧,宜分别将支架系统与主接地网分别独立连接。电力舱内的金属构件外漏部分和固定式电器用具,如桥架、灯具、配电箱、风机等均应可靠接地,且隧道内需设置明敷的接地铜排,铜排截面4mm×40mm。


2.5 电缆桥架接地

综合《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB 50169-2016)第4.3.8 条与4.3.9条内容的规定:

桥架金属构件均应可靠接地。钢桥架接地由两端引出与两端接地装置连接;其他类型桥架接地通过接地干线与两端接地装置连接。

沿电缆桥架敷设铜绞线、镀锌扁钢及利用沿桥架构成电气通路的金属构件,如安装托架用的金属构件作为接地网时,电缆桥架接地时应符合下列规定:电缆桥架全长不大于30m时,与接地网相连不应少于2处;全长大于30m时,应每隔20m~30m增加与接地网的连接点; 电缆桥架的起始端和终点端应与接地网可靠连接。

金属电缆桥架的接地应符合下列规定:宜在电缆桥架的支吊架上焊接螺栓,和电缆桥架主体采用两端压接铜鼻子的铜绞线跨接,跨接线最小截面积不应小于4mm2 。电缆桥架的镀钵支吊架和镀辞电缆桥架之间无跨接地线时,其间的连接处应有不少于2 个带有防松螺帽或防松垫圈的螺栓固定。




3、电缆金属护层接地方式

当雷电流或过电压波沿电缆线芯活动时,电缆电缆金属护套或屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压;电缆线路正常运行时或工频短路时电缆金属护套或屏蔽层会上产生感应电压。为了限制这些过电压,电缆金属护层常采用护套或屏蔽层单点接地、中点接地、两端接地、交叉互联等接地方式。


3.1 单点直接接地

交流系统单芯电力电缆线路不长(或虽长电缆分段时无法等分实行后面介绍的交叉互联),且满足金属套至少在一端直接接地时,在任一非直接接地端的正常感应电势,未采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施时不大于50V,采取能有效防止人员任意接触金属套的安全措施时不大于300V,单芯电缆线路(或其中一部分)可采用线路一端或中央部位单点直接接,如下图所示。

( a)  线路一端单点直接接地

 ( b)  线路中央部位单点直接接地

▲图 线路一端或中央部位单点直接接地

注:设置护层电压限制器适合35kV 以上电缆, 35kV 电缆需要时可设置, 35kV 以下电缆不需设置。


3.2 两端直接接地

线路较长不满足单点直接接地的交流系统单芯电力电缆(既下面将介绍的一个交叉互联段的两端)、水下电缆、35kV(三芯)及以下交流系统电缆或输送容量较小的35kV以上电缆,电缆的金属护层宜采用两端直接接地,如下图所示。

▲图 两端直接接地


3.3 交叉互联接地

不满足单点、两端直接接地的单芯电缆长线路,宜划分适当的单元,且在每个单元内按3个长度尽可能均等区段,应设置绝缘接头或实施电缆金属套的绝缘分隔,以交叉互联接地,如下图所示。

▲图 交叉互联接地

注:图中护层电压限制器配置示例按YO 接线。



4、电缆金属护层接地主要设备

4.1 回流线

根据《电力工程电缆设计标准》(GB 50217-2018)第 2.0.5 条知道,配置平行于高压交流单芯电力电缆线路、以两端接地使感应电流形成回路的导线称为回流线 (auxiliaty ground wire)。

▲ 回流线敷设

综合《电力工程电缆设计标准》(GB 50217-2018)第 4.1.16 条、第 4.1.17 条内容规定:实行单点直接接地的单芯电缆线路,如系统短路时电缆金属护层产生的工频感应电压,超过电缆护层绝缘耐受强度或护层电压限制器的工频耐压,或需抑制临近弱电线路的电气干扰强度时,需沿电缆线路平行敷设一根回流线。回流线的阻抗及两端接地电阻,应达到抑制电缆金属护层工频感应过电压,并应使其截面满足最大暂态电流作用下的热稳态要求。回流线的排列布置方式,应使电缆正常工作时在回流线上产生的损耗最小。电缆线路任一终端在发电厂、变电站时,回流线应与电、源、中性线接地的接地网连通。

上面知道是否设置回流线一般是根据单相短路时电缆金属护层产生的工频感应电压,是否超限。怎么计算呢,可以参考GB 50217条文说明,针对110kV及以上交流系统中性点为直接接地,系统发生单相短路时,在金属层单点接地的电缆线路,沿金属层产生的感应电压按照以下计算。当计算无并行回流线时满足要求不装设回流线,如果不满足再考虑增设回流线。回流线的截面选择与接地电缆相同,其截面选择见后面的接地电缆部分计算介绍。

无并行回流线:


有并行回流线,回流线与电源中性线接地的地网未连通:

有并行回流线,回流线与电源中性线接地的地网连通:



式中:

D——地中电流穿透深度,D=93.18,f=50Hz,m ,ρ为突然电阻率(Ω·m);

R——金属层单点接地处的接地电阻,Ω ;

Rp和R1、R2——回流线电阻(单位:Ω/km)及其两端的接地电阻(单位:Ω);

Rg——大地的漏电电阻电阻,Ω/km,Rg=0.0493Ω/km;

rp和rs——回流线导体、电缆金属层的平均半径,m ;

s——回流线至相邻最近一相电缆的距离,m ;

Ik——短路电流,kA ;

l——电缆线路计算长度,km;

ω=2πf


4.2 接地电缆

接地电缆主要是用于电缆线路中电缆头与接地箱,接地箱与接地网之间提供导电通路或部分导电通路的绝缘电缆。综合《交流电气装置的接地设计规范》(GB/T 50065-2011 )第5.2.3条的内容规定:金属护套或屏蔽层电压限制器与电缆金属护套的接地电缆,应尽可能最短, 3m 之内可采用单芯塑料绝缘线, 3m 以上宜采用同轴电缆;接地电缆的绝缘水平不得小于电缆外护套的绝缘水平;接地电缆截面应满足系统单相接地故障电流通过时的热稳定要求。

回流线与接地电缆的截面选型可以参考《电力工程电缆设计标准》(GB 50217-2018)附E.1 计算,电缆导体允许最小截面按下列公式确定:

式中:

S 一一 电缆导体截面(mm2);

I 一一  单相短路电流(s);

t 一一 短路时间(s);

J 一一一 热功当量系数,取1. 0;

q 一一 电缆导体的单位体积热容量[ J / (cm3 . ℃ )],铝芯取 2.48 J / (cm3 . ℃ ),铜芯取 3.4 J / (cm3 . ℃ ),;

θm 一一 短路作用时间内电缆导体最高允许温度( ℃ );交联聚乙烯绝缘电力电缆取250 ℃、聚氯乙烯绝缘电力电缆取160℃

θp 一一 短路发生前的电缆导体最高工作温度( ℃ );

θH 一一 电缆额定负荷的电缆导体最高允许工作温度( ℃ );交联聚乙烯取90℃、聚氯乙烯取70℃

θ0 一一 电缆所处的环境温度最高值( ℃ );

IH 一一 电缆的额定负荷电流(A) ;

IP 一一 电缆实际最大工作电流(A) ;

α 一一 20 ℃ 时电缆导体的电阻温度系数(1/℃) ,铜芯为0.00393/℃, 铝芯为0 . 00403/℃;

ρ  一一  20℃ 时电缆导体的电阻系数(Ω · cm2/ cm) ,铜芯为0.01724 × 10-4Ω · cm2/ cm,铝芯为0. 02826  × 10-4Ω · cm2/ cm;

η  一一  计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数,η 取1.00;

K  一一  电缆导体的交流电阻与直流电阻之比值,可由下表选取。

表 K 值选择用表

以上手工计算稍微繁琐,可以采用VB或EXCE编制小程序进行计算,程序格式如下:

▲图 程序界面

按目前电力系统保护设备故障切断性能,考虑了主保护、后备保护动作时间和裕度后,短路时间无法确定时220kV 及以上时t可 取0.7s , 110 (66 ) kV 时t 可取1s ,电缆所处的环境温度最高值θ0 取25℃, IP = IH 。按此计算出的回流线与接地电缆的截面选型可按下表选取(具体工程设计时按实际计算条件计算使用)。

表 回流线、接地缆(铜芯)截面选型表


4.3 接地箱

电缆护层接地箱可分为直接接地箱、保护接地箱和交叉互联保护接地箱。电缆护层接地箱箱体不得选用铁磁材料,并应良好的密封,固定牢固可靠,防水性能应满足设计要求。

电缆护层直接接地箱内部含有连接铜排、铜端子等,用于电缆护层的直接接地,内部无需安装电缆护层保护器。电气绝缘性能好、介电强度高、抗漏痕、抗电蚀、耐热、耐寒、耐老化、防爆等优点及良好的化学稳定性、憎水性、密封性。电缆护层直接接地箱分单相直接接地箱、三相三线直接接地箱(平时简称的电缆护层接地箱)、三相六线直接接地箱。

电缆护层保护接地箱内含有电缆护层保护器、连接铜排、铜端子等,用于电缆护层的保护接地。主保护器采用ZnO电缆护层保护器,密封结构采用硅橡胶密封,达到较高的密封防水要求。全部采用铸铝或不锈钢外壳,导体连接件采用镀锡铜排,并采用螺栓压接,安装简单,便于预防性试验时电缆金属护套与保护器间脱开。保护接地箱可安装于户外运行,不受各种异常气候的影响。电缆护层保护接地箱分单相接地保护箱、三相三线接地保护箱(平时简称的接地保护箱)、三相六线接地保护箱。

电缆护层交叉互联保护接地箱内含有电缆护层保护器、连接铜排、铜端子等,用于电缆护层的保护接地。电缆护层交叉互联保护接地箱外壳及连接螺栓全部采用不锈钢材料,耐腐蚀性能优良。


4.4 护层电压限制器

实行单点直接接地和交叉互联接地的单芯电缆线路,为防止护层绝缘遭受过电压损坏,应按规定安装金属护层电压限制器,并满足下列规定:在系统可能的大冲击电流作用下的残压,不得大于电缆护层冲击耐受电压的;可能最大工频过电压5s 作用下,电缆护层电压限制器能够耐受;可能最大冲击电流累计作用20 次,电缆护层电压限制器不被损坏;电缆护层电压限制器的残,工比一般选择在2.0~3.0。


文章来源 公众号 输配电线路

本文标签:技术文章电缆专业检修

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