浅析多回路电力电缆不同敷设方式对环流的影响钟冬明

浅析多回路电力电缆不同敷设方式对环流的影响钟冬明

钟冬明

（珠海电力建设工程有限公司519000）

摘要：在地下敷设的多回路电力电缆中，金属护套环流损耗问题十分严重，且与电缆敷设方式密切相关。本文将对多回路电力电缆不同敷设方式对环流产生的影响进行分析，首先介绍电缆金属护套环流计算方法，进而分析其影响效果，以期会电缆线路规划提供参考。

关键字：多回路；电力电缆；敷设方式；环流影响

1、电缆金属护套环流的计算方法

电力电缆中通过交变电流会在电缆周围形成交变磁场，进而产生磁通。磁通与缆芯回路、金属护套及铠装层相交链，在磁通发生变化后，金属护套会出现感应电压。其数值大小主要与电缆长度和流经导体的电流有关。此外，金属护套感应电流也与线路及其周围电缆排列方式等有关。以任意排列方式下的单回路三相电缆为例，Sm、Sn和S分别代表三相各护套的间距，为方便分析，将同芯金属护套看做平行导线，rs为A相的金属护套几何半径，与C相的间距为Sn，与B相的间距为S，设三相通过电流平衡，可以根据电磁感应原理计算三相金属护套的磁通。假设rp为平行导体的几何半径，则rp近似等于rs。在金属护套交叉互联接地方式下，其简化图如图1所示，其中ISA、ISB、ISC分别为三相金属护套的环流。EA、EB、EC分别为三相金属护套的感应电压。设交叉互联段的长度均为500m，线路总长为1500m，接地电阻均为0.5Ω，大地电阻率900Ω•m，金属护套几何半径为43mm，电阻值为0.40482Ω。可以得到三相回路环流矩阵计算方程，即[Z]×[I]=[E][1]。

图1金属护套交叉互联接地方式

2、多回路电力电缆的敷设方式对环流产生的影响效果

2.1主要计算参数

电缆金属护套与大地之间形成回路时，护套上会产生环流，单芯电缆的缆芯和金属护套会形成以电缆主绝缘为中间介质的圆柱电容器。在金属护套中，不仅含有感应电流，还有充电和泄漏电流，后2种电流大小主要与电缆结构参数及缆芯-金属护套电压有关。相关测试试验结果显示，金属护套内的充电和泄漏电流总和小于6A，而且与电缆敷设和接地方式无关。因此，在研究多回路敷设方式对环流的影响时，可忽略充电和泄漏电流。在此情况下，单芯电缆参数主要包括：（1）导体截面积，600mm2；（2）内半导电层厚度，5.0mm；（3）绝缘层厚度，17mm；（4）外半导电层厚度，1.5mm；（5）成缆外径，86mm。假设单芯电缆采取平行敷设方式，三相间距为180mm，上下排间距为400mm。电缆正常负载电流412.2A，导体温度90℃时，环境温度25℃，允许载流量为635A[2]。

2.2多回路的影响

电缆沟内敷设不同回路线路时，假设电缆主要计算参数如上文所述。电缆采取并列平行的排列方式，其环流普遍大于品字形排列方式。在平行敷设方式下，大于2A的混流回路较多，而在品字形排列方式下，最大环流也小于等于2A。随着回路数量的增加，环流最大值也出现增加，靠近中间位置的回路环流一般小于两边位置的回路。

2.3主要参数的影响

下面以三、四回路为例，研究相间距、接地电阻和段长等主要参数对电缆环流的影响。其中，三回路线路的金属护套采取交叉互联的接地方式，接地电阻满足GB50168-2006规定。在相间距发生改变但三相参数相同时，各回路环流也基本相同。由于品形排列时三相间距已经固定，所以只需要考虑并列平行排列情况下相间距对护套环流的影响。随相间距的增加，金属护套环流与会逐渐增加，当相间距从100mm变为300mm时，护套环流增幅为75.93%。而且在并列平行敷设方式下，线路分段的段长越不均匀，其三相环流的差值越大。当相间距为300mm时，环流最大值可达到20.35A，最小值为7.92A。而在品形敷设方式下，环流最大值仅为8.03。因此，虽然品形敷设前期施工较为复杂，但后期受线路改造影响较小。

再从四回路电缆护套环流情况来看，当相间距增加时，护套环流也会随之增大。相间距从100mm变为300mm时，环流增幅最大的回路增加幅度为130.73%。而且从三回路变为四回路，在相间距增幅相同的情况下，环流增幅会提高54.8%左右，说明回路数量的增加会使环流增幅受相间距影响更加严重。在电缆线路中，如果两段段长相等，另一段段长不等，在品形敷设和并列平行敷设方式下，环流曲线均呈现出“V”字形。且段长差距越大，环流的最大值越高。在分段最均匀的情况下，并列平行敷设方式的环流约为品形敷设的2倍左右，其他情况则都大于2倍。无论是三回路、四回路，在分段最不均匀时，平行敷设的最大环流均为20A左右，品形敷设的最大环流值均为8A左右。

最后从接地电阻改变情况对环流变化的影响情况来看，当接地电阻的阻值小于0.1Ω时，随着接地电阻改变，最大环流几乎不出现变化。比如在接地电阻为0.01Ω、0.04Ω和0.08Ω情况下，并列平行敷设方式和品形敷设方式的最大环流均为出现明显变化。而在接地电阻为0.2~2Ω时，两种敷设方式的最大环流则会随着接地电阻增加出现明显改变，且并列平行敷设方式的变化效果更加显著。

2.4不同相序组合的影响

在不同的电力电缆敷设方式下，各回路的环流还会因相序组合不同而出现不同的变化。分别研究三、四回路在两种敷设方式下，相序改变对环流产生的影响。首先来看三回路平行敷设的情况，环流最小相序组合为ABC-CBA-ACB、ABC-CAB-ABC，其除了第一种相序组合方式外，其他相序组合的各回路环流均小于等于1A，而第一种相序组合方式中的第三回路环流达到2A左右，其他回路也小于等于1A。在三回路品形敷设情况下，环流最小的相序为CAB-CBA-CAB，多数相序组合情况下的各回路环流均小于等于2A，只有ABC-ACB-ABC相序组合中的第三回路环流大于2A。

从四回路相序组合对环流的影响规律来看，采取并列平行敷设，最小的环流相序组合出现在ABC-CAB-ABC-CAB情况下，其环流最大值为2A左右，其余相序组合的环流均远大于2A，最大的情况可以达到5.5A左右。而在品形敷设方式下，无论哪一种相序组合，环流均小于等于2A，其中最小的相序组合为CAB-CBA-CAB-CBA，推荐组合为ABC-BAC-ABC-BAC、ABC-BCA-CAB-ABC，在这几种相序组合下，各回路环流均在1A以内。

从上述分析过程中可以看出，多回路电力电缆采取不同敷设方式会对环流大小产生较大影响。在回路数目从三回路变为四回路时，线路环流最大值会增加1A左右，且中间回路的环流相对较小。随相间距的增加，环流会逐渐减小，适当增加接地电阻阻值，也可以降低环流，而且这种措施对于并列平行敷设方式更有效。无论是采取品形敷设方式还是平行敷设方式，环流大小都会受相序组合影响，选择最优的相序组合方式，也有利于降低环流，从而减少电力电缆环流损耗。

结束语

综上所述，通过对电力电缆金属护套环流计算方法进行介绍，可以找到环流大小的主要影响参数。结合不同的电缆敷设方式及回路数目等因素，对环流变化情况进行分析，可以进一步明确各项影响因素对环流变化的具体影响机制，从而为环流控制提供方向。由于多回路电力电缆不同敷设方式对环流的影响机制不同，需要尽可能全面的考虑，合理进行线路规划，降低环流损失。

参考文献

[1]鲁晓一,徐伟.多回路电缆护套交叉互联方式下的环流计算方法[J].电网与清洁能源,2017,33(06):71-76.

[2]邹宏亮,孙云莲,张弛,汤义勤,蔡也.多回路电力电缆不同敷设方式对环流的影响[J].高电压技术,2016,42(08):2426-2433.