之十四：从110kv钟霞线电缆故障看单芯电缆护层绝缘的重要性

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1、论文之十四：从110KV钟霞线电缆故障看单芯电缆护层绝缘的重要性厦门电业局严有祥摘要：因单芯电缆金属护层与芯线中交流电流产生的磁力线相铰链，使其两端出现较高的感应电压，因此要求护层有良好的绝缘，同时要求电缆金属护套接地可靠。本文从分析一例电缆故障入手，论证了电缆护层绝缘的重要性并提出了加强电缆护层绝缘监测的技术手段和管理手段。关键词：电缆故障护层绝缘单芯电缆一、事件经过2007年11月17日12时许，厦门电业局送电部接到调度所通讯维护人员通知，在110KV钟霞线#15-#16联络电缆#3工井内110KV电缆冒烟着火。送电部立即派

2、人赶往现场查看，发现10KV钟霞线#15-#16联络电缆A相在#3工井内（#16号杆侧）靠近管口处已经着火并发出很大的嗡嗡声，确认该电缆存在紧急缺陷，要求将110KV钟霞线线路转热备用，12：40线路转热备用后，嗡嗡声立即消失，现场人员迅速扑灭明火。仔细观察电缆烧伤情况，发现外护层烧毁约30厘米，熔化的PE护套滴落到位于正下方的通讯光纤上，将光纤熔断。如图1和图2所示。图1起火冒烟工井图2电缆故障点检查还发现该电缆线路回流线被盗割、#15塔杆塔上护层保护接地箱被盗，#16杆塔A相电缆护层直接接地电缆（铜单芯185平方毫米，约3米

3、长）在电缆接地端被拆开，拆开点有明显放电痕迹。如下图3和图4所示。6图3被盗回流线图4拆开点放电痕迹由于无法判断电缆绝缘是否损伤，加上烧伤点在排管内，修复困难，经研究，决定在工井内将电缆锯断，利用#16杆下的余线做一个中间接头。一、故障原因分析110kV及以上电缆主要是单芯电缆。因单芯电缆金属护层与芯线中交流电流产生的磁力线相铰链，使其两端出现较高的感应电压，故需采取合适的接地措施，使感应电压处在安全电压范围内（通常不超过50V，有安全措施时不超过100V）。通常短线路单芯电缆的金属护层采用一端直接接地和另一端经间隙或保护电阻接

4、地的方式；长线路单芯电缆金属护层则采用三相分段交叉互联两端接地的方式。钟霞线#15-#16联络电缆全长385米，电缆金属护套采用单端接地系统，即#15塔侧采用经护层保护器接地，#16塔侧采用直接接地。接地系统如图5所示：#16塔#15塔图5接地系统示意图等值电路如图6所示6图6感应电压等值电路图6中E1、E2、E3分别为三相电缆芯线电流在A、B、C三相金属护套上产生的感应电势，E1/、E2/、E3/分别为三相电缆护层上的环流Ⅰs1、Ⅰs2、ⅠS3在A、B、C三相金属护层上产生的感应电势，R1、R2为电缆护层两端接地电阻，Re为大

5、地的漏电阻，R为金属护层的电阻，X为金属护层的自感抗。对于图4-4，假设电缆线路长度为L，其电压方程为：其中R=Rsn，Rs为单位长度电缆金属护层的电阻；Rc=Rgn，Rg为单位长度的大地的漏电阻；X=2ω㏑(2Dc/Ds),Dc为金属护层以大地为回路时回路等值深度；Ds为金属护层的直径；X1=2ωln(Dc/S)为单位长度中相和边相金属护层的互感抗；X2=2ωln(Dc/2S)为单位长度边相与边相金属护层的互感抗；Es1、Es2、Es3分别为三相金属护层上单位长度的感应电势。因电缆是平行敷设且金属护层是不交叉两端接地，故有如下

6、感应电势计算公式：在#15塔金属护套接地点被解开后，此时，金属护套感应电压按电容分布，对地电位升高，经理论计算，大约升高到7.27KV。在此电压作用下，护套薄弱点击穿放电，放电的火花引燃外护套，外护套起火燃烧。详细计算过程如下：1、电缆的有关结构尺寸6YJLW031×400mm264/110kV序号电缆结构厚度（mm）外径（mm）①铜导体24②半导电尼龙带③导体屏蔽④XLPE绝缘60⑤绝缘屏蔽⑥半导电缓冲阻水带⑦皱纹铝护套2.880⑧防蚁高密度聚乙烯外护套4．5902、计算过程C1=2πε0εr/ln(R/rc)C2=2πε0ε

7、r/ln(RE/rE)上式中，C1是电缆线芯对金属护套电容，C2是电缆金属护套对地电容R是绝缘层外半径，30mmrc是导体线芯半径,12mmmRE是外护层外半径,45mmrE是金属护套外半径,40mm6ε0是真空介电常数，取8.85*10-12(F/M)εr是相对介电常数，对于XLPE和PE均取2.3将上述数据代入计算得C1=2πε0εr/ln(R/rc)=2*3.14*8.85*10-12*2.3/ln(30/12)=1.39*10-10(F/M)C2=2πε0εr/ln(RE/rE)=2*3.14*8.85*10-12*2.

8、3/ln(45/40)=10.85*10-10(F/M)设相电压为U,作用在电缆线芯与金属护套之间的电压为U1,作用在金属护套与地之间的电压为U2则U1+U2=UU1/U2=C2/C1=10.85/1.39=7.87.8U2+U2=UU2=U/8.8=64/8.