5.4.1.1 电缆金属护套的连接与作用

单芯电缆的导体与金属护套的关系，可以看作是一个变压器的初级绕组与次级绕组。当电缆导体通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线与金属护套交链，使金属护套产生感应电压。感应电压的大小不仅与电缆中流过导体的电流或短路电流有关，同时与电缆的排列方式和线路长度有关。当电缆很长时，金属护套上的感应电压可达到危及人身安全的程度；在线路不对称短路故障时，金属护套上的感应电压会达到很大的数值；当线路遭受操作过电压或雷击过电压时，金属护套上还会形成很高的感应电压，导致护层绝缘被击穿。如果金属护套两点接地使其形成闭合通路，金属护套中将产生环行电流；电缆正常运行时，金属护套上的环行电流与导线的负荷电流基本上为同一数量级，将产生很大的环流损耗，使电缆发热，影响电缆的输送容量。特别对于高压电缆、超高压电缆，金属护套损耗对载流量的影响相当大，这是很不经济的。例如JPH电站，有一回220kV、截面270mm2、长度370m的单芯充油电缆线路，设计传输容量为90MVA，运行中进行了测量试验，当电缆带负荷约30%时，进行两端接地或一端接地，测量金属护套的环行电流及其感应电压，测试结果见表5-4-1-1。

表中所列电缆线路长度仅为370m，测试时的负荷电流还不到设计传输容量的30%，如果负荷达到满负荷，电缆线路长度更大时，金属护套环流或金属护套电压都会成比例地增加，达到很大的数值。

表5-4-1-1　JPH电站电缆线路金属护套接地电流电压测试记录

为了减少金属护套损耗，提高电缆的输送容量，在高压电缆中常使金属护套对地绝缘，并在施工时根据线路的不同情况按照经济合理的原则在护套的一定位置采用特殊的连接和接地方式，装置护层绝缘保护器（以下简称保护器）等，以保证金属护套在最高电压时对地绝缘正常。

5.4.1.2 电缆金属护套的连接和接地方式

（1）金属护套两端接地。

前面已经介绍过，单芯电缆金属护套上的感应电压与电缆的长度和负荷电流有很大关系。当电缆线路很短，传输功率很小时，金属护套上的感应电压极小，金属护套两端接地形成通路后，护套中的环流也很小，造成的损耗不显著，对电缆的载流量影响不大。或者电缆线路很短，而最大利用小时数较低，且传输容量有较大裕度时，电缆线路可以采用金属护套两端接地。金属护套两端接地后，不需要装设保护器，还可以减少维护工作，这与金属护套损耗的损失相比，可能还是经济的。金属护套两端接地的方式如图5-4-1-1所示。施工时，用多股绞线的一端在电缆终端尾管铅封以下进行锡焊连接，另一端接至接地箱，并将三相的中性点接地。电缆接地的引线截面积，应满足环行电流经济密度的要求。

图5-4-1-1　金属护套两端接地的电缆线路示意图

1—电缆；2—终端；3—接地箱；4—金属护套接地多股绞线；5—支架接地引线

（2）金属护套一端接地。

当电缆线路长度大约在500m及以下时，电缆金属护套可以采用一端直接接地（通常在终端位置接地），另一端经护层保护器接地（如图5-4-1-2所示），金属护套的其他部位对地绝缘。这样金属护套没有构成电流通路，金属护套基本上没有环行电流，从而提高了电缆的输送容量。为了保障人身安全，非直接接地一端金属护套上的感应电压不应超过50V，假如电缆终端处的金属护套用绝缘材料覆盖起来，使其不能任意接触时，金属护套上的正常感应电压可不超过100V。

金属护套一端接地的电缆线路，还必须安装一条沿电缆线路平行敷设的导体，导体的两端接地，这种导体称为回流线。为了避免正常运行时回流线内出现环行电流，敷设导体时应使其与中间一相电缆的距离为0.7S（S为相邻电缆轴间距离），并在电缆线路的一半处换位。单相接地短路故障时，接地短路电流可以通过回流线流回系统的中性点，特别是当接地故障发生在回流线的接地网中时，接地电流的绝大部分通过回流线。由于通过回流线的接地电流产生的磁通抵消了一部分电缆导体接地电流所产生的磁通（两者电流方向相反），因而装设回流线后可降低短路故障时金属护套的感应电压，同时也防止了电缆线路附近的二次信号和通信用的电缆产生很大的感应电压，以免干扰二次回路或通信线路的正常运行。回流线的两端应可靠接地，其截面积应满足短路电流热稳定的要求。

我国水电站敷设的110～330kV充油电缆线路，绝大多数的长度在500m以内，普遍采用了金属护套一端接地的方式。

（3）金属护套中点接地。

当电缆线路采用一端接地时，由于电缆线路过长、感应电压太高，可能使护层绝缘击穿而造成金属护套多点接地，此时，可以采用金属护套中点接地的方式。这种方式是在电缆线路的中间将金属护套接地，电缆两端均对地绝缘，并在两端各装设一组保护器，如图5-4-1-3所示。每一个电缆端头的金属护套电压可以允许50V，因此中点接地的电缆线路可以看作一端接地电缆线路长度的两倍。

图5-4-1-2　金属护套一端接地的电缆线路示意图

1—电缆；2—终端；3—接地箱；4—同轴电缆内导体，接金属护套；5—同轴电缆外导体，接支架；6—保护器；7—连接片；8—回流线；9—接线箱

图5-4-1-3　金属护套中点接地的电缆线路示意图

1—电缆；2—终端；3—接地箱；4—同轴电缆内导体，接金属护套；5—同轴电缆外导体，接终端支架；6—保护器；7—连接片；8—接地导体；9—金属护套中点接地

图5-4-1-4　金属护套中点断开的电缆线路示意图(www.daowen.com)

1—电缆；2—终端；3—接地箱；4—同轴电缆内导体，接金属护套；5—同轴电缆外导体，接终端支架；6—保护器；7—绝缘接头；8—接地导体

如果电缆线路长度为两盘电缆，不适合中点接地时，可在两段电缆之间装设一个绝缘接头，即在接头的套管中间用绝缘片隔开，使电缆两端的金属护套在轴向是绝缘的。在接头绝缘片两侧各装设一组保护器，电缆线路的两端分别接地。如图5-4-1-4所示。

如果绝缘接头处的金属套管用绝缘材料覆盖起来，金属护套上的限制电压通常为100V，因此电缆线路的长度可以增加很多。

（4）金属护套交叉互联。

1）金属护套交叉互联的方法。

电缆线路很长时（大约在1000m以上），可以采用金属护套交叉互联。这种方法是将电缆线路分成若干大段，每大段原则上分成长度相等的三小段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处金属护套三相之间用同轴引线经接线盒进行换位连接（即交叉互联，见图5-4-1-5），绝缘接头处装设一组保护器，每一大段的两端金属护套分别互联接地。交叉互联线路如图5-4-1-5所示。

交叉互联的电缆线路每一小段为一盘电缆，当线路太长时，根据电缆供油量和防止电缆故障漏油扩大到整个电缆线路的需要，可采取分段供油。一般在每一大段之间装设塞止接头，将电缆油道隔开，使油流互不相通。

2）金属护套交叉互联的作用。

①感应电压低，环流小。如果电缆线路的三相排列是对称的，则由于各段金属护套电压的相位差120°，而幅值相等，因此两个接地点之间的电位差等于零，这样在金属护套上就不可能产生环行电流，这时电缆线路上最高的金属护套电压即为每一小段长度上的感应电压，可以限制在50V以内，如图5-4-1-6所示。当三相电缆排列不对称，如水平排列时，中相感应电压较边相低，虽然三个小段金属护套的长度相等，三相金属护套电压的向量和有一个很小的合成电压，经两端接地在金属护套内形成环流，但接地极和大地之间有一定的电阻，故电流很小。

图5-4-1-5　金属护套交叉互联的电缆线路示意图

1—电缆；2—终端；3—接地箱；4—同轴电缆内导体；5—同轴电缆外导体；6—保护器；7—交叉互联箱；8—绝缘接头；L—电缆小段；B—电缆大段

图5-4-1-6　交叉互联金属护套的对地电压

L—电缆小段；B—电缆大段

②交叉互联的电缆线路可以不装设回流线。电缆线路交叉互联，每一大段两端接地，当线路发生单相接地短路时，接地电流不通过大地，则每相的金属护套通过三分之一的接地电流，此时的金属护套也相当于回流线。每小段金属护套的对地电压，也就是绝缘接头对周围的大地电压，此电压只及一端接地线路装设回流线时的三分之一。同时电缆线路邻近的辅助电缆的感应电压也较小，因此交叉互联的电缆线路不必再装设回流线。

3）交叉互联线路的布置实例。

城市供电的大长度电缆线路大多采用交叉互联方式，图5-4-1-7是HT220kV电缆线路金属护套交叉互联示意图。该工程为充油电缆线路，全长3.12km，截面700mm2，共18盘，分为两大段，6小段。两大段之间设有塞止接头一组，分两段供油；小段间设有绝缘接头四组。由于电缆长度不适合，又装设了直通接头一组（二组），另有户外终端二组。线路两端及塞止接头两端均接地。电缆沿线地形比较复杂，高差17m，中间出现两高、两低，并经过山坡、竹林、山沟、水田、溪河等。电缆本体以直埋方式敷设，埋深1.5m，电缆间中心距300mm。为了加强保护，避免接地和方便日常检查维护，特建筑了塞止接头室及绝缘接头室五间，把中间接头升上地面，将各类接头、交叉互联同轴电缆和保护器等置于房屋内。

（5）电缆换位及金属护套交叉互联。

将电缆线路分段，金属护套交叉互联，同时再将三相电缆连续的进行换位，如图5-4-1-8所示。这样不但对称排列的三相电缆金属护套电位向量和为零，就是在不对称的水平排列三相电缆中，由于电缆每小段进行了换位，每大段全换位，三相电缆金属护套感应电压相等，相位差120°，其向量和也为零，没有环行电流。因此电缆换位、金属护套交叉互联较单独的金属护套交叉互联效果更好，但此种连接方式只适合于电缆比较容易换位的场所，因此应作特殊设计。

图5-4-1-7　HT220kV电缆线路金属护套交叉互联及高差位置示意图

（a）电线护套交叉互联；（b）电缆敷设高差位置
1—电缆；2—终端；3—塞止接头（一组）；4—绝缘接头（四组）；5—直通接头（二相）；6—交叉互联

图5-4-1-8　电缆换位，金属护套交叉互联电缆线路示意图

1—电缆；2—终端；3—接地箱；4—同轴电缆内导体；5—同轴电缆外导体；6—保护器；7—交叉互联箱；8—绝缘接头；L—电缆小段；B—电缆大段