一端、两端、交叉互联——按电缆长度和芯数对号入座
金属屏蔽(护层)不接地,等于一道防线白白空转。接地给它三重身份:
一端接地(另一端对地绝缘)没有环流回路,这是它防干扰、防损耗的全部优点;代价是接地点另一端的金属层电位悬浮,感应电压随负荷电流和长度线性上升。所以一端接地的适用边界就是这条50V线。
算例(站内电气参数计算器护层感应电压口径):金属层感应电抗 Xs=0.0628·ln(2S/d) Ω/km,S 为相间轴间距、d 为金属层直径。设10kV单芯300mm²电缆水平排列、轴间距120mm、金属层平均直径约45mm:Xs=0.0628×ln(240/45)≈0.105Ω/km;负荷电流400A时每公里感应约42V。电缆600m、单端接地:末端电压≈0.105×400×0.6≈25.2V,合格;同一电缆长到1.2km:≈50.5V,触限——长度一到就必须换方案。仪表与控制电缆屏蔽层普遍用一端接地,看中的正是零环流。
注意短电缆的“短”没有固定米数,取决于电流和排列,判据始终是末端感应电压计算值。
两端接地把金属层沿线电位全部钳到零,感应电压问题消失;但接地的两端加上金属层自身,构成一个闭合回路,纵向感应电势在这个低阻抗回路里推起循环电流。单芯大电流电缆的实测环流可到负荷电流的百分之几十,后果是金属层与护套发热、附加损耗、有效载流量下降。
三芯电缆是天然例外:三相导体同在一个金属层内,磁通基本抵消,正常感应电压很低,两端接地也没有显著环流——所以三芯电力电缆默认两端接地,不需要纠结。真正要算账的是单芯回路和长线路。
长单芯电缆把全线分成三个尽量等长的小段,段与段之间用绝缘接头,三相金属层在接头处交叉换位后连通:第一段A相金属层接第二段B相、再接第三段C相,如此轮换。三段感应电势相位互差120°,换位串联后矢量合成趋近于零——环流被压住,每个小段对地电压又只有全线的三分之一量级,两个约束同时满足。
沿用上面的数字框架:1.2km分三段各0.4km,每段感应 42V/km×0.4km≈16.8V(相位互差120°),换位合成后接近零,远低于两端接地方案里那条几百安培级的环流路径。配套三件套不能少:绝缘接头、护层保护器(氧化锌阀片,跨接绝缘接头两侧,雷击与操作过电压时导通泄放、平时呈高阻)、等长分段——三段长度差越大,剩余电势和环流越大,设计阶段就要把分段位置定死。
| 接地方式 | 适用场景 | 感应电压 | 环流 | 配套要求 |
|---|---|---|---|---|
| 一端接地 | 短单芯、控制与仪表电缆屏蔽 | 末端随电流·长度线性上升 | 无 | 另一端护层绝缘有效,末端电压≤50V或300V |
| 两端接地 | 三芯电力电缆默认、较短单芯 | 沿线近似为零 | 单芯大电流时明显 | 接地可靠、截面满足故障电流 |
| 交叉互联 | 长单芯输配电线路 | 每小段受控、全线合成≈0 | 被抑制 | 绝缘接头+护层保护器+等长分段 |
50V/300V 限值口径:50V 用于无防人员接触措施的场合,采取有效绝缘防护后可放宽至300V(GB/T 50217 类)。
控制与仪表屏蔽的首要任务是抗干扰。两端接地时,两个接地点之间的地电位差会在屏蔽层里推起环流,这个环流本身就是一个干扰源,低电平信号回路尤其敏感。一端接地没有环流回路,静电耦合干扰经屏蔽层入地,效果最好;只有在防雷等要求两端钳位的场合才两端接地。
环流由金属层纵向感应电势驱动,回路阻抗很低,大负荷单芯电缆实测环流可达负荷电流的百分之几十。危害包括金属层与护套附加发热、电能损耗、电缆有效载流量下降,严重时护套温度超标加速老化。判别方法是在接地下线处卡环流表,环流明显偏大时按交叉互联改造。
区别在有没有防人员任意接触金属层的措施。裸露在电缆沟、桥架里可直接摸到的,正常运行感应电压按不超过50V控制;金属层有可靠绝缘护层覆盖、人员不会任意接触的,可放宽至300V。设计时先判定场所与防护条件,再按限值反推允许的分段长度与接地方式。
四件:分段位置的三相绝缘接头、接头处按换位关系连接的同轴或分相引线、跨接绝缘接头两侧的护层保护器、以及设计阶段确定的等长分段。缺护层保护器,雷击过电压先打穿护层绝缘;三段长度差过大,合成电势不为零,环流照样出现。投运验收应做护层绝缘电阻与保护器参数核对。
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