均匀电场+故障电流通路——屏蔽层截面用一张故障电流对照表定
中压(6~35kV级)电缆的绝缘外表面必须有一层接地的金属层,GB/T 12706 类产品标准把它列为必备结构。它同时承担四个角色:
把金属层拿掉,绝缘外表面直接暴露在空气中:表面电位梯度不再受控,潮污表面出现爬电与表面放电;绝缘层外没有零电位等位面,电场分布畸变,半导电屏蔽断口与附件剥离处形成高场强点,局部放电从这些点起始,放电长期作用发展成电树枝,最终击穿——这就是中压电缆必须金属屏蔽、且屏蔽必须连续接地的机理。
制造环节同理:金属层连续才撑得起护套火花试验这道出厂检验,火花机正是靠“护套缺陷击穿到接地的金属层”来报警的,没有金属层的电缆这道防线直接失效。
屏蔽截面不看机械强度看热稳定:故障电流流过屏蔽层时要把发热限制在材料允许短路温度内,最小截面 S ≥ I·√t/C。C 值与材料热容、电阻率和允许短路温度相关,取站内短路热稳定计算器口径:铜XLPE体系 C=137(PVC 115;铝XLPE 94、PVC 76)。
算例:10kV小电阻接地系统,单相接地故障电流按1000A、后备保护2s切除:Smin=1000×√2/137≈10.3mm²——常规25mm²铜带屏蔽满足;反算25mm²在2s内允许约2422A,裕度充足。系统故障电流越大或切除越慢,截面线性吃紧,对照下表快速定档。
| 故障电流·持续时间 | Smin=I√t/C | 结论(铜屏蔽) |
|---|---|---|
| 1000A·1s | 7.3mm² | 常规铜带即可 |
| 1000A·2s | 10.3mm² | 25mm²满足 |
| 3000A·0.5s | 15.5mm² | 25mm²满足 |
| 5000A·0.5s | 25.8mm² | 需35mm²级或铜丝屏蔽 |
| 10000A·0.5s | 51.6mm² | 铜丝屏蔽或放大截面 |
C按铜XLPE口径137;重要工程按IEC 60949非绝热法或设计院口径复核,短路与接地故障持续时间取保护最不利组合。
两种结构各有地盘:铜带绕包(常用两层薄铜带螺旋搭盖)工艺简单、成本低,标称截面做到25~35mm²级,常规配电网的中压电缆大量采用;铜丝疏绕单丝粗、总截面可以做得大,故障载流能力强,大截面电缆与高故障电流场合优先。铜丝排布有硬约束:相邻铜丝平均间隙不大于4mm,外层用反向绕包的铜丝或铜带扎紧防松。
设计顺序是“先定截面、后定结构”:按系统接地方式(不接地、消弧线圈、小电阻、直接接地)确定最大故障电流与切除时间,算出Smin,再决定铜带够不够、要不要铜丝。小电阻接地系统故障电流大,屏蔽截面常要放大甚至改铜丝;消弧线圈或不接地系统故障电流小,常规铜带即可。当原铜带截面满足不了热稳定时,改铜丝是标准出路。
屏蔽层定完截面还要落地成系统:金属层必须接地,一端、两端还是交叉互联由线路长度和感应电压校核决定,见站内专文;终端头与中间接头处屏蔽断口的处理质量直接决定局放水平——半导电层断口不平整、应力控制件安装不到位,是附件故障与局放超标的高频原因。
敷设与验收环节的三条易错点:弯曲半径超限压伤屏蔽与绝缘;外护套破损未及时发现(金属层裸露点日后成为进水通道);不同金属接触处(如屏蔽与钢铠装)缺少隔离层导致电化学腐蚀。护套耐压试验和交接试验是最后一道关,别省。
要。GB/T 12706 类标准要求中压电缆具备金属屏蔽,三芯统包结构通常在缆芯外绕包金属屏蔽兼作三相公共的故障电流通路。三芯结构的金属层因三相磁通抵消、正常感应电压低,两端接地即可,不像单芯电缆那样需要专门校核感应电压与交叉互联。
按所需截面选:热稳定算出来25~35mm²以内铜带够用且经济;需要更大截面(高故障电流、小电阻接地、大截面电缆)时改铜丝,铜丝相邻间隙不大于4mm、外层反向扎紧。原有铜带截面不能满足热稳定要求时改铜丝,也是标准做法。两种结构都要保证连续性和可靠接地。
接地故障时屏蔽层过热甚至烧断,故障点从一点扩大成一段,抢修成本翻倍;更隐蔽的是烧断后故障电流通路中断,保护可能拒动或延迟动作,事故范围继续扩大。选型阶段按系统最大故障电流与保护切除时间做热稳定校核,比事后整改便宜得多。
不是,两者功能不同。金属屏蔽在内层,解决电气问题:均匀电场、故障电流通路、电磁隔离;铠装在外层,解决机械问题:直埋防鼠防外力。两者都需要接地,但接地的校核内容不同——屏蔽按故障电流热稳定定截面,铠装按机械环境选类型。不同金属之间要有隔离层防电化学腐蚀。
延伸阅读:短路热稳定校验计算器(C值表) · 电缆金属屏蔽层怎么接地 · 短路热稳定校验实例 · 截面选择计算器 · 试验项目速查表 · 全部技术文章