[科普中国]-电缆护层

电缆护层是指为防止水分浸入在电缆外层所包的一层密封的金属包皮。城市中电能已广泛采用电力电缆传输，高压电缆护层中产生感应电压是电力电缆中的普遍现象。过高的护层电压不但对人和相关设备的安全产生影响，更重要的是，护层电压产生护层环流，护层电流不但造成能量损耗，降低传输效率，而且使电缆温度上升，影响电缆寿命，并影响电缆的传输容量。

简介城市中电能已广泛采用电力电缆传输，高压电缆护层中产生感应电压是电力电缆中的普遍现象。过高的护层电压不但对人和相关设备的安全产生影响，更重要的是，护层电压产生护层环流，护层电流不但造成能量损耗，降低传输效率，而且使电缆温度上升，影响电缆寿命，并影响电缆的传输容量。

敷设时常采用三段换位的方法降低护层电压。随着城市建设的发展，电缆改造越来越多，但电力电缆线路改造时容易造成换位的电缆三段不等长，其长度往往不能满足原来的三段换位要求，从而引起金属护层电压不平衡，产生护层环流。

国内外普遍采用的方法是补偿电缆(即增加电缆的长度) 使其长度与原三段换位法的电缆等长，并将多放的电缆盘放在电缆沟中。这种方法不仅增加电缆长度即增加成本，而且多放电缆往往受到空间和敷设条件的限制。提出了一种更有效的方法，即用补偿电感的方法，并研制出补偿装置，通过调节装置上的绕组和气隙，能抑制护层终端感应电压，可以减小或消除护层感应电压，减小护层环流，从而大幅减小电缆损耗，同时采用所提出的方法可以有效地降低电缆改造成本。

电缆金属护层的感应电压当电缆导线通过电流时，在其周围产生磁通，磁通不仅与线芯回路相链，同时也与电缆的金属护层相链，在金属护层上产生感应电压，其值与线芯截面、电缆间距离和电流大小有关。现以应用广泛的双回路电缆为例分析电缆护层电压的计算方法。

为了减少护层电压的影响，正常情况下普遍采用三段换位的方法。电缆金属护层电压(由护层感应电动势引起)与电缆和线芯电流大小乘积成正比。

因此，在电缆长度较长的情况下，感应电动势可能达到很大的数值。电缆分段不宜过长，分段长度控制在500~800m之间比较合适。因此，在一般情况下，电缆护层两端或多点应牢固接地，以免护层电压造成危害。但是，护层接地形成通路，感应电动势就会引起电流而在护层中产生损耗，因而降低了电缆的传输容量。因此，当电缆长度较短，每根电缆中护层电压不超过10～50V时，可以将电缆护层对地绝缘，仅一点与地接通。而对于长电缆线路，可采用特制接头盒。这种特制接头盒在电的方面把两段电缆线芯连接起来，而电缆的金属护层2段互相绝缘，每段电缆长度仍根据每段电缆护层电压不超过10～50V 来确定。

为了减少接地点，可采用换位连接法。电缆经过换位后，连接在一起接地。这种连接方法，如电缆是对称敷设，且每段长度相等，在平衡负载条件下，在金属护层中两接地点间的感应电动势等于零，因此不会产生电流。每一绝缘外套连接接头盒承受的电压为每段电缆长度护层电压的3倍。采用这种连接方法时，每段电缆长度应力求相等，电缆敷设位置应力求对称平衡。在电缆长度不相等时，在两接地点间将有电压，因而产生电流。但此时所产生的损耗比将两点直接接地时大幅减小1。

电缆护层补偿电感基本原理在电缆改造中，由于地形条件等的限制，改造后电缆的长度往往与原来不完全相同，其长度发生变化，末端电缆一般不会正好等于原来的三段之长。在敷设不对称或电缆三段长度不相等时，在两接地点之间将有电压，因而在金属护层中产生环流。在电缆终端增加补偿电感，即在铁芯上绕制线圈，此线圈一端接电缆金属护层末端，另一端接地。单芯电缆导电线芯中有交变电流通过时，在其周围产生交变磁场，此交变磁场不仅与线芯本身和金属护层相链，同时线圈相链，进而会在线圈中产生感应电动势，此电动势可抵消电缆改造中由于三段不平衡所产生的护层末端电压2。

电缆护层补偿装置补偿装置委托专门定做动模设备的特种变压器厂定做，为拆装式、气隙可调、有可改变变比抽头的电感(类似拆装式零序变流器)。从用户方便及应用更广泛考虑，对补偿装置作了进一步改进，一是绕组总匝数改为120匝(以适应更宽的应用范围) ，分别在40、60、80、100 匝引出抽头，并联到接线端子。气隙由任意可调改为“相对固定与可调”结合，即一般用厂家提供的优选设定值(0.5mm) ，特殊情况可以根据要求调整。设计中考虑了抗一次短路电流冲击。据此重新定做了可实际应用的补偿装置。该装置样机经现场运行，并进行大量测试，结果表明达到理想的补偿效果。

总结通常电缆改造后，电缆三段不等长造成护层电压不平衡，从而引起护层环流，造成能量损耗，从而影响电缆的载流量，并降低电缆寿命。对电缆护层电压进行研究，提出了补偿电感的方法，给出了相关的计算模型，并研制了补偿装置。现场运行表明，使用该补偿装置，能使护层终端感应电压大为降低，有效减小了护层环流1。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学