电缆金属护套感应电压及保护接地的研究

论文摘要

高压单芯电缆线芯载有三相交变电流，在电缆周围空间必然会产生交变电磁场，而电缆金属护套相当于变压器的次级绕组，在交变磁场作用下将会产生感应电压。电缆金属护套感应电压过高会威胁施工人员的人身安全、使金属护套外护层发生击穿，若护套与大地形成回路，在感应电压的作用下将会产生护套环流及环流损耗，护套环流及环流损耗不但会极大地影响电缆载流量，而且会升高电缆运行温度，降低电缆的使用寿命，所产生的热量严重时甚至会烧毁接地线路，造成重大事故和不必要的经济财产损失。因此准确计算、降低电缆金属护套感应电压及使其恰当的接地对运行线路的安全稳定运行至关重要。本文首先对任意回路的电缆金属护套感应电压公式进行了推导，然后建立了基于有限元法的三维电力电缆模型，并在此基础上仿真计算了水平、三角敷设条件下感应电压值，通过解析法结果与有限元法仿真结果相比较验证了电力电缆三维有限元模型的正确性；随后仿真计算了双回路、多回路敷设下的金属护套感应电压值并研究了不同铠装层、金属护套、半导电屏蔽层材料对感应电压值的影响，仿真结果表明：金属护套感应电压与电缆铠装层相对磁导率成正比，与金属护套、半导电屏蔽层体电导率成反比；接下来本文对电缆金属护套不同接地方式进行了研究，仿真计算了金属护套交叉互联接地方式下的护套感应电压，确定了不同条件下最优的接地方式并总结了相关注意事项，为进一步降低护套感应电压值提供了可能。采用有限元法准确计算复杂条件下的电缆金属护套感应电压值及选用最优护套接地方式对高压电力电缆安全、可靠、经济运行具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 护套感应电压的解析法研究现状
• 1.2.2 护套感应电压的数值法研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 电磁场数值计算的基本理论
• 2.1 电磁场微分方程
• 2.2 电磁场的定解条件
• 2.2.1 电磁场的边界条件
• 2.2.2 初始条件和介质分界面条件
• 2.3 有限元法的一般原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 单回路、多回路单芯电缆金属护套感应电压计算
• 3.1 单芯电缆金属护套感应电压解析计算
• 3.2 单回路简化模型金属护套感应电压数值仿真
• 3.2.1 模型的简化与基本假设
• 3.2.2 电缆材料与尺寸的选择
• 3.2.3 选择求解器、建模、赋材料属性、剖分
• 3.2.4 施加激励，设定边界条件，求解
• 3.3 多回路电缆金属护套感应电压仿真计算
• 3.3.1 双回路水平敷设电缆金属护套感应电压仿真计算
• 3.3.2 三回路水平敷设电缆金属护套感应电压仿真计算
• 3.4 影响护套感应电压值的因素分析
• 3.4.1 金属护套体电导率对护套感应电压的影响
• 3.4.2 半导电屏蔽层体电导率对护套感应电压的影响
• 3.4.3 铠装层对金属护套感应电压的影响
• 3.4.4 线芯电流相序对护套感应电压的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 电缆金属护套接地方式的研究
• 4.1 金属护套两端直接接地
• 4.2 金属护套单端接地
• 4.3 金属护套交叉互联接地
• 4.4 金属护套接地方式的对比分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文