單芯電纜在電網建設中的應用

1、單芯電纜在電網建設中的應用ABSTRACT:Thisarticleintroducestheapplicationofsinglecorecableinforeigncountries,demonstratesitsadvantagescomparedwithmulticorecable,analyzesthefeasibilityofitsapplicationindomesticdistributionnetworkconstruction,andpointsoutthenoticeablematters.KEYWORD:singlecorecable；application；grownd

2、ing摘要：據(jù)有關資料顯示，國外通常較大截面電纜都采用單芯電纜，而在國內由于運行習慣、認識程度、使用要求的掌握的限制較少采用。加強對單芯電纜使用的研究，全面認識單芯電纜，在日常工作中正確選擇和應用，是降低工程造價，保證安全可靠供電的重要條件，對提高電網的安全可靠運行具有重要的意義。關鍵詞單芯電纜應用接地隨著現(xiàn)代化城市的發(fā)展，在電網建設改造中，電纜得到了普遍應用，其中使用最廣泛的為三芯交聯(lián)電纜。因為我們已經習慣使用多芯電纜，對單芯電纜的認識不夠完整，并且單芯電纜使用中有一些特殊要求沒有很好掌握，有些單位因使用不當引起故障較多，因此目前應用不是很普遍。據(jù)有關資料顯示，單芯電纜在國外的應用較為普遍，

3、通常較大截面的電纜都采用單芯電纜。實際上，單芯電纜有許多優(yōu)點，有必要加強對單芯電纜使用的研究，逐步推廣使用單芯電纜。正確使用單芯電纜，是降低工程投資，保證安全可靠供電的重要條件。1單芯電纜的優(yōu)點載流量高。通常使用的YJV228.7/15kV3*300交聯(lián)電纜土壤直埋敷設載流量（25C,自然土壤）為535A（持續(xù)載流量為423A）,YJV8.7/15kV1*400電纜排管中敷設載流量（25C,自然土壤，一端接地，平行排列）為625A（三角排列為690A），載流量提高近20%。YJLV8.7/15kV1*500電纜排管中敷設載流量（25C,一端接地，平行排列）為565A（三角排列為625A）。彎曲

4、半徑小。對于單芯電纜，彎曲半徑應不小于外徑的15倍。對于三芯電纜，彎曲半徑應不小于外徑的20倍。YJV228.7/15kV3*300三芯電纜外徑約為86mm彎曲半徑不小于1.720m;YJV8.7/15kV1*300單芯電纜外徑約為38.6mm,彎曲半徑為0.579m;YJV8.7/15kV1*400單芯電纜外徑約為42mm彎曲半徑0.63m。單芯電纜彎曲半徑明顯小于三芯電纜，可以適應復雜環(huán)境。重量輕，施工安裝方便。YJV228.7/15kV3*300電纜每米15.564kg;YJV228.7/15kV3*400電纜每米17.833kg。YJV8.7/15kV1*400電纜每米4.623kg;

5、YJLV8.7/15kV1*500電纜每米2.17kg。單芯電纜單位重量明顯小于三芯電纜，施工更加方便。價格優(yōu)勢。近幾年，銅材價格飛漲，銅纜價格隨之大漲。按照設計載流量要求，線路主線應使用3*400銅纜（與240架空線匹配）。若換成鋁纜，按照載流量要求應不能低于3*500。我們在應用中使用了YJLV8.7/15kV1*500單芯鋁纜，按2009年省集團公司招標價格，3*400交聯(lián)銅纜415元/m（由某中標廠家提供），1*500單芯交聯(lián)鋁纜55.7元/m,折合成單回167元/m,價格差別非常明顯。若選用1*400單芯銅纜（129.6*3=388.8）,價格同樣低于3*400銅纜。線路容量滿足需要

6、。按照變電站10kV出線容量要求及設計標準，架空部分主線一般選擇240導線，載流量550-600A,出線電纜載流量應與之相配合，才能更好的發(fā)揮配網效用。而目前我們常用的主線電纜多采用3*300銅纜，電纜載流量不足，有的為保證載流量采用雙纜出線，而反事故措施中要求不宜采用雙纜并聯(lián)接線，防止負荷電流分配不均造成過負荷、過熱故障，因此不應采用雙纜敷設。在南方經濟發(fā)達省份，主線選用三芯400銅纜（或三芯500鋁纜），存在施工困難的問題。采用400單芯銅纜或500單芯鋁纜可以很好的解決以上問題。2金屆護套感應電壓的防護單芯電纜使用中最重要的是金屬護套感應電壓的防護。電力安全規(guī)程規(guī)定，電纜的鋁包和金屬屏蔽

7、層都要接地。通常三芯電纜采用兩端接地方式，在正常運行中，流過三個線芯的電流總和為零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，在鋁包或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應電壓，所以兩端接地后不會有感應電流流過鋁包或金屬屏蔽層。單芯電纜的線芯與金屬屏蔽的關系，可看作一個變壓器的初級繞組。當單芯電纜線芯通過電流時就會有磁力線交鏈鋁包或金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應電壓。感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比，電纜很長時，護套上的感應電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。此時，如果仍將鋁包或金屬

8、屏蔽層兩端三相互聯(lián)接地，則鋁包或金屬屏蔽層將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達線芯電流的50%-95%,形成損耗，使鋁包或金屬屏蔽層發(fā)熱，這不僅浪費了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，因此單芯電纜不應兩端接地。在GB50217-2007電力工程電纜設計規(guī)范中規(guī)定：交流單相電力電纜的金屬護層，必須直接接地，且在金屬護層上任一點非接地處的正常感應電壓在未采取能有效防止人員任意接觸金屬護套的安全措施時不大于50V;在采取有效絕緣防護措施情況下，不得大于300V（GB50217-1994中規(guī)定不大于100V,并應對地絕緣。如果大于此規(guī)定電壓時，應采取金屬護套分段絕緣或絕緣后連接成交叉互聯(lián)

9、的接線。在線路不長，能滿足以上要求時，應采取在線路一端或中央部位單點直接接地。為保護電纜護層絕緣，35kV以上交流單相電纜在不接地的一端應加裝護層絕緣保護器（金屬護層電壓限制器）。除上述情況外的長線路，宜劃分適當?shù)膯卧?，且在每個單元內按3個長度盡可能均等區(qū)段，應設置絕緣接頭或實施電纜金屬層的絕緣分隔，以交叉互聯(lián)接地。通常將三段長度相等或基本相等的電纜組成一個換位段，其中有兩套絕緣接頭，每套絕緣接頭兩側不同相的金屬護套用交叉跨越法相互連接。金屬護套交叉互聯(lián)的方法是：將右側Af金屬護套連接到左側B相；將右側B相金屬護套連接到左側胡目；將右側5目金屬護套連接到左側A相。如下圖。由此可見，高壓電纜線路

10、的接地方式有下列幾種：護層一端直接接地，另一端通過護層保護接地可米用方式；護層中點直接接地，兩端屏蔽通過護層保護接地-常用方式；護層交叉互聯(lián)-常用方式；電纜換位，金屬護套交叉互聯(lián)-效果最好的接地方式；護套兩端接地-不常用，僅適用于極短電纜和小負載電纜線路。3單芯電纜感應電壓的計算根據(jù)GB50217-2007,交流系統(tǒng)單芯電纜金屬層正常感應電勢算式如下：交流系統(tǒng)中單芯電纜線路一回或兩回的各相按通常配置排列情況下，在電纜金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電勢值，可按下式計算：Es=L*Es0式中Es感應電勢（勺;L電纜金屬層的電氣通路上任一部位與其直接接地處的距離（kg;Es0單位長度的正常感應

11、電勢（V/km）;但Es0的表達式非常繁瑣，計算很不方便，因此有必要進行簡化。1）對于單回平行排列的三根單芯電纜，感應電勢AC相（兩邊相）的計算公式可以簡化為：2）3根電纜呈等邊三角形時，磁場部分相互抵消，金屬護套感應電壓較低。計算公式為：_一一一一-4Es=L*I*X0=L*I*（23*lnS/r）*10=_-4L*I*（628.31lnS/r）*103）實例：以YJV8.7/15kV1*400交聯(lián)電纜為例，單回平行排列（按間距0.2m）,最大電流取600A，滿足感應電壓不大于50V時，長度應控制在800m以內。若兩回電纜等距直線并列，長度應控制在960m以內。按照山東電力集團公司對變電站出

12、線電纜的要求，變電站10kV出線電纜長度不超過800m以后部分按架空線路考慮，以上計算結果符合文件要求。從以上計算看出，交流系統(tǒng)單芯電纜感應電壓與電纜長度、運行電流、電纜直徑、電纜間距有關系。運行電流越大、敷設間距越大、電纜長度越長，感應電壓越大。反之，在感應電壓一定時（50V）,減小運行電流、減小敷設間距，可以使單芯電纜的分段長度增加甚至不必要進行交叉互聯(lián)。4.1 4影響單芯電纜載流量因素電纜鎧裝對載流量的影響單芯鋼絲鎧裝電纜在相同工作溫度和相同環(huán)境條件下載流量要比非鎧裝電纜載流量要小ES=L*I*2FzS*2S*得多。主要原因是鎧裝鋼絲損耗太大。在三角形4*；n；尸1.54+o.7*ln；

13、!*10排列情況下鋼絲的磁滯和渦流損耗是線芯損耗的3倍多。平行排列是線芯損耗的2倍多。即使對于兩回電纜等距直線并列（相序同），感是分離敷設（電纜中心之間距大于2倍的電纜外應電勢AC相（兩邊相）的計算公式可以簡化為：徑），鋼絲損耗也是線芯損耗的2倍多。載流量”W；是非鋼絲鎧裝單芯電纜載流量的57%（相互接觸IrSsES=L*2*v*、ln；J+5.16+1.6ln*10瑚三角形排列）和64%（間隙為1個電纜外徑平面排列）。從熱阻方面考慮，由于鋼絲電纜比同截L*I*(628.31lnS/r)*10-4B相感應電勢計算公式為：Es=L*I*X0=L*I*(23*lnS/r)*10面的非鋼絲鎧裝電纜外

14、徑大得多（大約1.2倍）?？諝庵蟹笤O時其外部熱阻要比非鋼絲鎧裝電纜小（大約是0.80%）。雖然鋼絲鎧裝多了內襯層熱阻，其增加絕對值與外部熱阻的減小幾乎相抵消。除了鎧裝損耗以外，其電參數(shù)基本相同，在載流量計算公式中由于鎧裝損耗的差異引起了載流量的不同。這是載流量降低的主要原因。對于鋼帶鎧裝，在單芯交聯(lián)電纜中不應采用。因此，為保證載流量，應盡量采用非鎧裝單芯電纜或非磁性金屬鎧裝單芯電纜。4.2 護套環(huán)流對載流量的影響問題影響電纜載流量的一個重要因素是單芯電纜金屬護套的損耗。當電纜護套通過大地形成通路且護套上的感應電勢乒0時，在電纜金屬護套上將產生環(huán)流損耗，而感應電勢的大小與電纜本身所通過的電流及鄰

15、近的電流有關。因此，電纜的載流量與電纜護套中的環(huán)流相互影響，在實際運行中，兩者應保持平衡。電纜護套不分段兩端接地時，計及環(huán)流時的載流量只有允許載流量的80%左右；電纜護套交叉互聯(lián)接地時，護套環(huán)流對載流量的影響可忽略不計。5敷設中應注意的問題在電纜反事故措施中，要求“單芯鎧裝電纜，鎧裝材料必須為非磁性材料”。即鋼帶鎧裝只能用于直流，交流一般不用鋼帶鎧裝。如果地埋敷設要防止機械損傷時，應用鋼絲鎧裝或非磁性金屬材料，如銅、鋁、非磁性不銹鋼等。非鎧裝單芯電纜敷設時應采用電纜溝或電力排管，不能直埋敷設。敷設時應注意外護套保護，不應損傷外護套。另外還可以采取加厚外護套的形式，如外護套增加到5mm單芯電纜穿

16、管時，應采用非磁性材料的金屬管或非金屬管，也可以是三相共同穿同一鋼管，但絕不可以一根單芯電纜穿一根鋼管，以免產生渦流導致發(fā)熱（就像將線圈繞在鋼塊上，而不是硅鋼片上一樣）。如果敷設在有蓋的橋架或槽盒內，應將三相單芯電纜敷設在同一橋架或槽盒內。5.1 在電纜反事故措施中，要求“安裝時其緊固件不能形成閉合磁回路”。所以，單芯電纜固定于支架上時，應采用塑料扎帶、鋼絲、鋁絲或開口鋼質抱箍，但不可以用鐵絲。本條與第二條同樣道理。單芯電纜敷設距離較長時要注意接地方式，分段的長度可以通過感應電壓公式計算獲得，為便于制造和施工，每段可控制在500-800米以內，中間部分采取交叉互聯(lián)，分段盡量均勻。護套交叉互聯(lián)應

17、用同軸電纜作為連接線。通道問題。單芯電纜占的通道較多，也是大家不愿采用的原因。為解決這個問題，在電纜溝中可通過等邊三角線形式固定在一根支架上，在排管中可以一根排管穿三根單芯電纜的形式敷設，既減小了感應電壓，又節(jié)約了通道。5.2 穿芯CT問題。在三根單芯電纜進入開關柜時，經常出現(xiàn)CT內徑偏小問題，所以應根據(jù)單芯電纜總直徑（三角布置）選擇CT內徑。變電站出線電纜推薦選用YJV8.7/15kV1*400單芯交聯(lián)電纜，長度800m以內，一端接地，限流值選550A，正常運行電流選300A左右，可以與選用240導線的架空線配合，還可以滿足線路聯(lián)手互供的需要。另外，出線CT應選擇600（300）/5，接線時選600/5。5.3 單芯電纜的標注要與多芯電纜有明顯的區(qū)別。5.4 三芯與單芯電纜直接相連