交叉互联接地系统原理

一、交叉互联接地系统原理

交流系统长距离敷设的单芯电力电缆，必须按一定长度等距离分段，电缆在正常运行情况下要在铝护套上产生感应电势，其数值与电缆长度和负荷电流成正比(电缆正常工作时护层感应电压计算公式参见《电力工程电气设计手册 电气一次部分》表17-52或《电力工程电缆设计规范》附录F)，电缆外护套要耐受这感应电势，如感应电势过高使外护套绝缘损坏造成多点接地时，铝护套上将产生较大的感应环流，增加了电能损耗，并使电缆温度增高，降低了输送容量。电缆金属护套内的感应电压不得大于50V (安全电压范围)，护套内环流尽可能小。

为消除电缆铝护套上的环流损失，达到经济运行的目的，同时将铝护套上的感应电势控制在安全值范围之内，设计中常将电缆回路分为长度基本相等的3段或3的整数倍段。

护套分段和交叉互联时的感应电压：线路较长,线芯电流较大,金属护套只在一端接地时的感应电压可以很高,甚至可达数百伏,这样会危及人身和设备的安全。为了降低护套电压可以将护套在适当长度处在电气上加以断开,如下图所示。在工程中通常是将各盘电缆在连接时装上绝缘接头。绝缘接头和普通接头的唯一差别,即是绝缘接头使护套和外屏蔽层在电气上分段,这就称做护套分段,各段护套电压则按分段长度而定。由三盘以上电缆组成的电缆线路,目前都采用护套交叉互联。这样,除了分段可以降低护套电压外,交叉互联后的护套还起了回流线的作用。本文仅对电缆不换位,护套交叉互联的电缆线路进行简单说明。例如，将9盘等长度的电缆,在绝缘接头处将每相的三盘电缆的护套相互绝缘,如下图所示。然后将不同相的各小段的护套相互交叉连接。如果电缆的排列是对称的,则由于各小段护套电压的相位差120°,而幅值相等,因此两个接地点之间的电位差是零,这样就不可能产生循环电流了。这时线路上最高的护套电压即是在每一小段上的感应电压。

电缆的分段是根据护层感应电压的大小，以及周围的地理环境合理选择接头工井的位置，将电缆分成3的倍数段，将护层进行交叉互联连接。电力电缆的交叉互联不是为了两端接地，而是实现将较长的电缆用绝缘接头分割成多段分别接地，并且通过交叉互联在满足外护层电压要求的同时，将外护层的电流通过三相中和降到最小。所谓“交叉互联”就是：A相的尾与B相的头接，B相的尾与C相的头接，C相的尾与A相的头接，把整根电缆分成3n段，这样可以把“电缆芯线电流对屏蔽层的感应电流相互抵消”。

交流单芯电缆金属护套交叉互联，这种方法是将线路分成长度相等的三小段或三的倍数段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处三相屏蔽之间用同轴电缆，经交叉互联箱进行换位连接，交叉互联箱装设有一组护层保护器，线路上每两组绝缘接头夹一组直通接头。

通过两个交叉互联箱,两次互换,实现感应电压叠加后向量为零,起到限制感应电压的作用。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。单芯电缆三相排列可分水平排列、垂直排列、等边三角形排列。水平和垂直排列均存在三相互感不等、阻抗不对称的问题故线路较长时需换位。等边三角形排列三相对称。目前直埋、排管、电缆隧道等长距离敷设方式下，一般采用水平或垂直排列。等边三角形排列因施工固定难等其他因素，较少采用。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。

合理的选择护层接地方式，不仅有利于线路安全可靠的运行，还降低线损及电缆绝缘层的老化。根据运行经验，对一个交叉互联单元的3段电缆不可能完全等分，但各段相差长度不宜超过15%。单根电缆长度不大于800米时，一般不进行分段。设计时对护层的接地方式要进行合理的组合，例如当电缆根据现场情况等分为4段时，其中3段组合成一个交叉互联单元，另一段则采用一端直接接地，一端经保护器接地的方式。