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城市中電能已廣泛采用電力電纜傳輸,高壓電纜護層中產(chǎn)生感應(yīng)電壓是電力電纜中的普遍現(xiàn)象。過高的護層電壓不但對人和相關(guān)設(shè)備的安全產(chǎn)生影響,更重要的是,護層電壓產(chǎn)生護層環(huán)流,護層電流不但造成能量損耗,降低傳輸效率,而且使電纜溫度上升,影響電纜壽命,并影響電纜的傳輸容量。

敷設(shè)時常采用三段換位的方法降低護層電壓。隨著城市建設(shè)的發(fā)展,電纜改造越來越多,但電力電纜線路改造時容易造成換位的電纜三段不等長,其長度往往不能滿足原來的三段換位要求,從而引起金屬護層電壓不平衡,產(chǎn)生護層環(huán)流。

國內(nèi)外普遍采用的方法是補償電纜(即增加>電纜的長度) 使其長度與原三段換位法的電纜等長,并將多放的電纜盤放在電纜溝中。這種方法不僅增加電纜長度即增加成本,而且多放電纜往往受到空間和敷設(shè)條件的限制。提出了一種更有效的方法,即用補償電感的方法,并研制出補償裝置,通過調(diào)節(jié)裝置上的繞組和氣隙,能抑制護層終端感應(yīng)電壓,可以減小或消除護層感應(yīng)電壓,減小護層環(huán)流,從而大幅減小電纜損耗,同時采用所提出的方法可以有效地降低電纜改造成本。

當(dāng)電纜導(dǎo)線通過電流時,在其周圍產(chǎn)生磁通,磁通不僅與線芯回路相鏈,同時也與電纜的金屬護層相鏈,在金屬護層上產(chǎn)生感應(yīng)電壓,其值與線芯截面、電纜間距離和電流大小有關(guān)�，F(xiàn)以應(yīng)用廣泛的雙回路電纜為例分析電纜護層電壓的計算方法。

為了減少護層電壓的影響,正常情況下普遍采用三段換位的方法。電纜金屬護層電壓(由護層感應(yīng)電動勢引起)與電纜和線芯電流大小乘積成正比。

因此,在電纜長度較長的情況下,感應(yīng)電動勢可能達到很大的數(shù)值。電纜分段不宜過長,分段長度控制在500~800m之間比較合適。因此,在一般情況下,電纜護層兩端或多點應(yīng)牢固接地,以免護層電壓造成危害。但是,護層接地形成通路,感應(yīng)電動勢就會引起電流而在護層中產(chǎn)生損耗,因而降低了電纜的傳輸容量。因此,當(dāng)電纜長度較短,每根電纜中護層電壓不超過10~50V時,可以將電纜護層對地絕緣,僅一點與地接通。而對于長電纜線路,可采用特制接頭盒。這種特制接頭盒在電的方面把兩段電纜線芯連接起來,而電纜的金屬護層2段互相絕緣,每段電纜長度仍根據(jù)每段電纜護層電壓不超過10~50V 來確定。

為了減少接地點,可采用換位連接法。電纜經(jīng)過換位后,連接在一起接地。這種連接方法,如電纜是對稱敷設(shè),且每段長度相等,在平衡負載條件下,在金屬護層中兩接地點間的感應(yīng)電動勢等于零,因此不會產(chǎn)生電流。每一絕緣外套連接接頭盒承受的電壓為每段電纜長度護層電壓的3倍。采用這種連接方法時,每段電纜長度應(yīng)力求相等,電纜敷設(shè)位置應(yīng)力求對稱平衡。在電纜長度不相等時,在兩接地點間將有電壓,因而產(chǎn)生電流。但此時所產(chǎn)生的損耗比將兩點直接接地時大幅減小 。

在電纜改造中,由于地形條件等的限制,改造后電纜的長度往往與原來不完全相同,其長度發(fā)生變化,末端電纜一般不會正好等于原來的三段之長。在敷設(shè)不對稱或電纜三段長度不相等時,在兩接地點之間將有電壓,因而在金屬護層中產(chǎn)生環(huán)流。在電纜終端增加補償電感,即在鐵芯上繞制線圈,此線圈一端接電纜金屬護層末端,另一端接地。單芯電纜導(dǎo)電線芯中有交變電流通過時,在其周圍產(chǎn)生交變磁場,此交變磁場不僅與線芯本身和金屬護層相鏈,同時線圈相鏈,進而會在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,此電動勢可抵消電纜改造中由于三段不平衡所產(chǎn)生的護層末端電壓。

補償裝置委托專門定做動模設(shè)備的特種變壓器廠定做,為拆裝式、氣隙可調(diào)、有可改變變比抽頭的電感(類似拆裝式零序變流器)。從用戶方便及應(yīng)用更廣泛考慮,對補償裝置作了進一步改進,一是繞組總匝數(shù)改為120匝(以適應(yīng)更寬的應(yīng)用范圍) ,分別在40、60、80、100 匝引出抽頭,并聯(lián)到接線端子。氣隙由任意可調(diào)改為"相對固定與可調(diào)"結(jié)合,即一般用廠家提供的優(yōu)選設(shè)定值(0.5mm) ,特殊情況可以根據(jù)要求調(diào)整。設(shè)計中考慮了抗一次短路電流沖擊。據(jù)此重新定做了可實際應(yīng)用的補償裝置。該裝置樣機經(jīng)現(xiàn)場運行,并進行大量測試,結(jié)果表明達到理想的補償效果。

通常電纜改造后,電纜三段不等長造成護層電壓不平衡,從而引起護層環(huán)流,造成能量損耗,從而影響電纜的載流量,并降低電纜壽命。對電纜護層電壓進行研究,提出了補償電感的方法,給出了相關(guān)的計算模型,并研制了補償裝置�，F(xiàn)場運行表明,使用該補償裝置,能使護層終端感應(yīng)電壓大為降低,有效減小了護層環(huán)流。