高压电缆金属护套分段、接地方式及应用
[摘要]包有金属护套的单芯或每根芯线包有金属护套的三芯高压电缆，其金属护套上都会产生感应电压，当电压超过一定限值时，将会影响电缆的安全运行。

一般设计会根据电缆长度选择适当的接地方式，或者将电缆金属护套在电气上进行分段，以此降低护套感应电压。

本文通过汇集各文献所述观点和作者多年电缆设计的经验，并结合电缆实际运行情况，分析各种金属护套接地方式和不同护套分段形式对于降低护套感应电压的作用，以及在实际工程中的应用，以期能够为高压电缆线路设计提供有用的参考和经验。

【关键词】电缆；金属护套；感应电压；分段；接地；应用
当高压电缆为单芯并包有金属护套或者是每根芯线上有金属护套的三芯电缆时，这种结构的电缆可以被看作是延长的变压器，导线作为一次绕组，金属护套作为二次绕组，一般高压电缆均为这种结构。

这样在以交变电流或三相电流运行时产生交变磁场，在金属护套上产生感应电势，该电势值与导线电流、频率、导线和金属护套间的互感量、电缆长度，直接成正比。

当金属护套上的感应电压达到一定值时将危及人身安全。

电力生产安全规程规定：电气设备非带电部分的金属外壳都要接地。

因此金属护套要采取适当的接地措施。

本文以下将介绍各种护套分段及接地形式和应用条件。

一、两端直接接地
此接地方式也叫做全接地，就是将电缆金属护套在两端终端头处分别并联接地，这样护套内就产生环流。

在35kV以上高压电缆中若采用此种接地形式后，产生的环流可占到电缆工作电流的50%左右，甚至更高至80%以上。

从而由于环流的存在造成附加损耗，使护套发热，降低电缆的输送容量。

因此110kV及以上高压电缆金属护套较少采用这种接地方式，一般应用在电缆利用小时低，裕度大，长度仅几十米的短35kV以上高压电缆或者是35kV及以下电缆线路，由于其阻抗值不像35kV以上电缆那么小，环流尚不过分显著，只占工作电流的10%以下，尚可以接受。

在电缆采用了此种接地方式后一般以接触式三角形敷设，这样可以避免过分的护套损耗，因为这种排列是电气上平衡的方式，该方式下护套的阻抗及损耗在所有三相中是相等的。

另外其要求接地电阻应不大于2Ω。

二、单点直接接地
1、首端接地
首端接地是单点接地方式的一种，就是将电缆线路一端的金属护套互联后直接接地，另一端经互层保护器后互联接地。

这样在正常运行条件下金属护套和大地之间形不成回路，不会形成环流，但是对于相同长度的电缆线路来说，首端接
地方式下互套的最大感应电压是两端接地系统的2倍。

因此，首端接地方式一般运用在相对较短且中间没有接头的电缆线路中。

另外当电缆与架空线连接时，接地点应选在连接架空线的一端，使得当雷电波沿架空线侵入时减小对护层绝缘的影响。

2、中点接地
在电缆线路较长，若采用首端接地感应电压过大，又不希望产生互套环流的情况下，可以采用中点直接接地形式。

即在电缆线路中点附近的金属护套互联后直接接地，两个端点经互层保护器后互联接地，在正常运行情况下，两端点对地绝缘，不存在环流。

在电缆长度相等的情况下，比首端接地方式感应电压小50%。

但是该方式下要求在中点接地处增加护套直接接头，方便用接地电缆将金属护套引出接地，会相对增加投资。

因此，中点接地方式一般运用在相对较长且中间有电缆接头的电缆线路中。

另外，需要注意的是在单点接地方式的绝缘端护层与大地间的感应电压，在内外过电压情况下可能达到入侵波的60%以上，一般要超出电缆护套绝缘耐压水平，故在电缆对地绝缘端设置护套电压限制器保护护层绝缘。

另一个护层绝缘保护的措施是设置回流线。

其作用是提供故障电流一个低阻抗回流通道，降低故障情况下护层电压，而且可以降低电缆二次回路对外的电磁干扰。

但对于非直埋电缆且有接地装置可构成接地回路情况下，可取消回流线，特别对于像浙江沿海淤泥质土壤的地区，其本身电阻率就比较小，两端的接地装置完全能够满足故障情况下导通故障电流的要求，再加上残压比传统保护装置大大减小的金属氧化物保护器的应用使其护层电压也被限制在很小的值下面。

回流线在降低护套故障电压的同时，在正常运行条件下回流线上会产生循环电流并带来有功损耗，可采取合理布置回流线与电缆之间相对位置来减小循环电流。

三、交叉互联接地
当电缆线路很长，采用上述护层接地方式均不能满足规程要求电压的情况下，可采用交叉互联接地方式，即将整条电缆线路分成若干个主区段，每个主区段由长度相等的三段电缆组成，每段之间用绝缘接头相连接，在每区段的两组绝缘接头处将金属护套交叉换位并串联连接，经过两次换位后，即形成在每根金属护套上分别串联着A、B、C相电缆的护套电压。

因此，每区段中每段导体线芯在护套上感应的电压互成120°相位差，将三段感应电压矢量和后，整个区段的每根电缆护套上感应电压为零，也就不存在环流。

而每个主区段之间用直接接头连接，在每区段两端的接头或终端处将护套直接接地。

而实际上每区段的三段电缆不可能保证长度均相等，这就使每根电缆的护套电压矢量和不为零，产生环流。

而且在三相电缆不是采用相互对称的三角形方式，而是单排的直线方式敷设，则在外侧相的电缆护套上感应出比中间相大的电压。

要想进一步平衡三段电缆的护套电压，可将三段电缆在每个接头井中换位，尽量保证三段感应电压值相等。

因此，虽然理论上交叉互联方式可以平衡三段电缆感
应电压，即矢量和为零，但实际上由于上述的原因，每区段中总存在很小的电压，在两端头直接接地形成回路下，会有小的环流，且其值在允许范围内。

交叉互联接地方式下每一小段上的感应电压即是线路的最高感应电压，其出现在区段的绝缘接头处。

因此采用该方式后电缆线路长度可以不受感应电压限制，理论上可以无限长。

但是，往往由于电缆长度、接头井设置等原因，使得电缆很难在三段或三段整数倍上被等分，此时可用若干个交叉互联段通过直接接头外加一个单端接地段的接线方式。