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遇到一個奇葩的接地系統(tǒng)設計,線路是26/35kV 1*630mm2電纜線路,三相平鋪,最大負荷功率是26MW,全線長8.5km,單段約654m,中間有12個直通接頭和直接接地箱。
設計的接地方式是全部直接接地,包含兩端、直通接頭都是直接接地,保護是采用的中性點不接地系統(tǒng),可以帶故障運行2小時,然后運行了一段時間后,嘣,全線的直通接頭全部崩開了~
上述設計顯然不合理,按電纜敷設的數(shù)據(jù)計算,線路總長的感應電壓約1000V,超過GB 50217的最高300V標準,而設計方式竟然是全部都是直接接地,這會導致接地系統(tǒng)中出現(xiàn)環(huán)流發(fā)熱。
以上為背景,然后呢,設計方出了質(zhì)量保證函,現(xiàn)在是死活不承認自己的設計有問題,然后還在各種挑相關方的毛病來推卸責任,有什么好的辦法沒?設計方即是原來的設計方,也是后面問題整改的方案制定方,有極高的話語權。
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感應電壓超標是電力電纜運行中常見的問題,主要由鄰近帶電線路的電磁感應或系統(tǒng)操作過電壓引起。這種現(xiàn)象會對電纜系統(tǒng)產(chǎn)生多方面的影響,包括絕緣老化、發(fā)熱損耗、安全隱患及電磁干擾等。以下從技術角度詳細分析這些影響及其作用機制。
感應電壓超標會加速電纜絕緣材料的老化過程,主要原因包括:
?電場應力加劇?:當感應電壓超過設計閾值時,絕緣材料承受的電場強度增大。根據(jù)搜索結(jié)果,單芯電纜在短路或遭受雷電沖擊時,屏蔽層上會形成很高的感應電壓,可能導致外護套被擊穿4。
?局部放電現(xiàn)象?:長期過高的感應電壓會使絕緣層內(nèi)部產(chǎn)生局部放電,逐步侵蝕絕緣材料。電纜運行中,線芯與金屬屏蔽層之間的電容效應會產(chǎn)生靜電感應電壓,當屏蔽層接地不良時,這個電壓會對絕緣層放電,逐步燒蝕直至擊穿6。
?熱老化加速?:感應電壓引發(fā)的環(huán)流會導致電纜發(fā)熱,溫度每升高10°C,某些絕緣材料的壽命可能減半9。XLPE電纜雖然耐溫較高(90-105°C),但長期高溫仍會顯著縮短其使用壽命。
感應電壓在電纜金屬護套中產(chǎn)生的環(huán)流會引發(fā)嚴重的發(fā)熱問題:
?環(huán)流產(chǎn)生機制?:單芯電纜線芯電流會在金屬屏蔽層產(chǎn)生電磁感應電壓。當兩端接地時,會形成閉合回路,產(chǎn)生環(huán)流,其值可達線芯電流的30%-95%46。
?發(fā)熱危害?:
?載流量影響?:環(huán)流不僅浪費電能,還會降低電纜的實際載流量,影響輸電能力4。
感應電壓超標會帶來多重安全風險:
?人身安全威脅?:控制電纜芯線中的感應電壓在形成導電回路時會對人員造成傷害;即使未形成回路,也存在安全隱患3。某些情況下,感應電壓疊加可達到危及人身安全的程度4。
?連接設備損壞?:
?接地系統(tǒng)問題?:不合理的接地方式(如單芯電纜兩端直接接地)會加劇感應電壓問題,而一端接地又可能在故障時產(chǎn)生高電壓,需要采取一端直接接地、一端經(jīng)電壓保護器接地的折中方案6。
感應電壓超標會引發(fā)電磁干擾,影響周邊設備:
?干擾機制?:電纜中的快速瞬變電流(di/dt)會產(chǎn)生電磁輻射,干擾鄰近的通信系統(tǒng)或電子設備10。在工業(yè)環(huán)境中,大功率設備啟動時的沖擊電流可能嚴重干擾控制系統(tǒng)12。
?典型案例?:水泥生產(chǎn)設備中的高電壓、大功率機電設備啟動時,曾因電磁干擾導致開關量信號異常,引發(fā)控制系統(tǒng)故障12。這類干擾開始時常被忽視,增加了故障排查難度。
單芯與多芯電纜在抗感應電壓能力上有顯著差異:
單芯電纜在長距離輸電中優(yōu)勢明顯,但必須采取特殊接地方式控制感應電壓;多芯電纜則更適合配電應用,天然具有更好的抗感應電壓特性1921。
針對感應電壓超標問題,行業(yè)已建立相關標準并發(fā)展出多種防護技術:
?標準規(guī)范?:IEC 60044系列和IEEE C57.13等標準對電壓感應問題有明確規(guī)定,GB50217-1994等國內(nèi)標準也要求高壓單芯電纜采取特殊接地方式413。
?防護技術?:
綜上所述,電纜感應電壓超標是一個多因素影響的復雜問題,需要從設計、敷設、接地、監(jiān)測等多個環(huán)節(jié)采取綜合措施,才能確保電纜系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
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