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。

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 。

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。

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。

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。