《35kV单芯电缆中间接头接地分析》
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[摘 要]35kV单芯电缆在安装和使用中要根据实际情况制定合理的敷设方法,中间接头采取有效的固定方式,为防止电缆热胀冷缩带来的隐患,提高中间接头的可靠性,本文提出针对电缆中间接头故障的分析和应对措施.
[关键词]单芯电缆；中间接头；接地
中图分类号：TM726.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0053-01
1引言
据统计某石化企业35kV电缆中间接头发生单相故障接地5次,故障点全部都是35kV的中间接头.由于北方冬夏气温变化大,电缆长期处在室外桥架敷设,没有固定,热胀冷缩导致电缆收缩,中间接头处铜屏蔽层拉扯脱开严重.2009年投用期间就开始发生,至今5次故障.线路全部是1500M以下电缆,型号是FS-YJV-26/35kV -1×240,接地方式采用两端保护器接地,中间接头直接接地.根据统计数据全场21条35kV电缆中,交叉互联接地没有发生过故障[1].
2石化企业接地方式
目前石化企业35kV电缆接地方式有三种.
一段保护器接地,一段直接接地,距离较短时,没有中间接头线路,线缆截面积小于240mm2线路或者距离小于600米线路,都采用下面接地方式,不设中间接头.
两端保护器接地,中间接头直接接地,一般线路截面积大于240mm2,长度大于1000米.据统计某化工厂实际发生中间接头5次接地故障,均在此接地方式下发生.故障点位都在接地线接出端.
最后一种是交叉互联接地,每根电缆都有两个等距的接地中间头.一般线路截面积大于240mm2,长度大于1500米,两端直接接地,中间接头保护器接地.
3 电缆中间接头薄如环节分析
高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层,导体的屏蔽层之间形成径向分布的电场.也就是说,正常电缆线芯与屏蔽层的电场只有从（铜）导线沿半径向（铜）屏蔽层的电力线,没有芯线轴向的电场（电力线）,电场分布是均匀的.电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体,所用绝缘材料的介质损耗要低,在结构上应对电缆附件中电场的突变能完善处理,有改变电场分布的措施.
在制作电缆头时,剥去屏蔽层,改变了电缆原有的电场分布,将产生对绝缘极为不利的切向电场（沿导线轴向的电力线）.剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中,那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位.
在电缆最容易击穿的屏蔽层断口处,为了分散集中的电力线（电应力）,采用了电应力控制管（简称应力管）,套在屏蔽层断口处,以分散断口处的电场应力（电力线）,保证电缆能可靠运行.
从以上分析可以看出,使用热胀冷缩适应性好的合格电缆、出厂及现场检验合格的热缩材料,以及采用经过工艺评定合格的电缆头附件制作安装程序,是确保35kV高壓电缆运行质量的关键环节.电缆局部产生放电,熔断电缆护套,屏蔽和填充物.在后续的检查中发现电缆护套有出现拔脱现象.中间接头防护层脱开后,水汽和灰尘进入,引发局部放电的产生,这部位绝缘最为薄弱,悬浮电压升高击穿绝缘.电缆敷设在地下电缆沟内受到环境温度变化的影响很小,在室外桥架的敷设暴露的问题很多,因为是室外的环境不可控制,但是电缆的可以以蛇形敷设缓冲电缆的热胀冷缩力.
4 电缆接头接地故障分析和改造分析
下面我们主要对某石化企业系统进行分析,据统计发生5次接地故障部位为中间接头,由于石化企业电缆敷设方式为桥架室外裸露在空气中,北方地区早晚温差大,最低-15℃,最高35℃.导致电缆外护套热胀冷缩,经测量窜动量在10cm以上,如果发生在接头处,将导致屏蔽层拔脱,引起局部放电.所以说冷缩中间接头不适用在没有应力缓冲蛇形敷设的桥架上,这样的应力会给中间接头带来致命的损伤,应该考虑热缩和注胶式的制作工艺.
石化行业大部分企业1000米电缆在旧版规范中要求感应电势小于100V,大于1000米电缆需要增加中间接头,进行接地,如下面计算120.7V的电动势就不满足要求.
根据新的GB50217-2007 电力工程电缆设计规范,电缆线路的正常感应电势最大值应满足下面规定：未采取能有效防止人员任意接触屏蔽层的安全措施时,不得大于50V.除以上情况外,不得大于300V.大于此规定电压一般采取屏蔽层分段绝缘或者绝缘链接成交叉互联方式接线.所以在今后新的工程建设和老旧改造上必须要考虑这一点,可以减少中间接头的制作,降低成本,降低故障隐患点.
工程计算依据GB50217-2007 电力工程电缆设计规范F附录公式算出感应电压如下[3]：
按照中间接头直接接地计算,以某35KV电缆B相为例,计算35KV电缆感应电压：
按照石化企业最大用电负荷计算,一段带二段运行,变压器高压侧额定电流为412A,电缆之间中心距离估计0.15m,屏蔽层半径估计0.0025m.
；
式中 ―感应电势（V）；
L―电缆金属层的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离（km）；
―单位长度的正常感应电势（V/km）.
接地电流实际测量均为1-3A左右,均在合理范围内.
按照新的规范1000米电缆,不需要增加中间接头.
5 应对措施
从目前5次的故障部位来看,一定是这部分的绝缘降低导致被放电击穿.所以可以考虑一些应对措施：
（1）重新制作全厂70个电缆的中间接头,使用环氧树脂浇筑式中间接头工艺或者热缩工艺,降低中间接头处外护套脱开几率,严格控制制作工艺.
（2）制作70处中间接头防火和击穿隔离,避免再次故障影响其他两项电缆绝缘和其他火灾事故.
（3）选择一种有效监测手段,带电检测的高频局部放电检测,超声波检测,热成像检,电缆介损试验等,需要定期进行趋势性的监测,根据趋势判断电缆寿命.
（4）在电缆中间接头处,拐弯处,垂直处增加刚性固定和挠性固定夹具,防止热胀冷缩带来的轴向窜动.
（5）改变原有接地方式为两端直接接地,中间接头处做成一个绝缘型两端接保护器接地方式
（6）更换原有的带中间街头的电缆,1000米左右电缆经过感应电势的计算,取消中间接头,同时敷设方式采用蛇形敷设缓解应力.
6 结束语
综上所述,提高电缆可靠性的措施就是加强电缆施工的管理和新标准的识别,通过有效的手段降低电缆中间接头的故障几率,采取防护措施防止事故扩大,定期试验检测接地系统和接地方式,还可以考虑其他切换方式切换故障线路,为连续运行生产的大型化工企业降低影响,提高可靠性.
参考文献
[1]贺忠义,贾大东,隋本刚. 高压单芯电缆金属层接地方式应用分析[J]. 科技风,2013,（16）.
[2]郭毅.对35kV冷缩电缆终端头的安装总结[J].大科技,2016,（3）：314-314.
[3]GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》[S].中国计划出版社,2008.
作者简介
刘强,男,1984年10月,辽宁石油化工大学本科,自动化专业,天津大学电气工程硕士,2008年在天津石化参加工作,至今在中沙（天津）石化有限公司从事电力运行工程师工作.
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单芯电缆引用文献:
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