16. 5 单点接地和交叉互联
为了清晰， 单点接地意味着每相只有一个接地点， 稍后会做解释。 交叉互联也是限制护套电压， 显示与单点接地有相同的优点和缺点。
16. 5. 1 优 点
较高载流量。较低损耗。
16. 5. 2 缺 点
需要绝缘接头。
护套上感应电压/ 安全考虑。
在 20 世纪 20 年代到 50 年代期间用来描述单点接地的术语叫护套开路。 这是考虑到限制电缆屏蔽上的护套感应电压。 20 世纪 50 年代的手册上说： “ 高于地的护套电压的安全值一般是交流 12V， 为了消除或减少电解或腐蚀的麻烦”。 在那个年代， 绝大多数的电缆没有任何外护套———仅仅是裸铅护套。 腐蚀问题是关键的考虑因素。 （ 一些美国电缆制造商仍然建议在大多数情况下最大 25V。） 目前可用的许多较好的外护套材料有助于改变在正常负载条件下目前公认的 “ 耐电压” 100 ～
400V 这个值。 由于故障电流远远高于负载电流， 通常认为在故障条件下屏蔽感应电压保持在几千伏， 通过使用护套电压限制器———一种类型的避雷器来控制。
16. 5. 4 单点互联方法
有许多方法来应对单点接地电缆屏蔽的电压。 所有的方法有一共同点： 需要护套或屏蔽绝缘接头。
研究以下 5 个一般方法：
● 单点接地。
● 交叉互联。
● 连续交叉互联。
● 回流线连接。
● 串联阻抗或互感器连接。
每一个连接方法的图形和得到的电压的轮廓都会在 16. 5. 6 节中给出。
可能还有其他类型的接地方案在应用中。 一般来说， 使用特种互感器或电抗器在接地引线中来减少电流， 由于在这些引线中有了附加的阻抗。 由于当时的电缆外护套没有高电阻和稳定性， 许多年前这些措施都是必要的， 并且沿用至今。
16. 5. 5 护套的感应电压水平
单芯电缆的屏蔽电压、 电流和损耗的计算公式最初都是 K. W. Miller 在 20 世纪
20 年代开发的[3] 。 许多手册中也给出了相同的一般等式， 包括参考文献 [7] 中的
表， 如图 16- 7 所示。 这些等式的差别是 “ j” 项的使用， 表示相位的关系， 所以只有电压 （ 或电流） 的大小是确定的。 以下各种情况包括的公式都从参考文献 [7，
8] 中引用。
单根电缆或等边三角形排列的一个回路所有电缆的护套感应电压可用下式计算：
Vsh = IXm （16- 2）
式中， Vsh 为护套电压 （ μV / ft）； I 为导体相电流 （ A）； Xm 为在导体和护套之间的互感系数。
60Hz 的回路互感系数由下面的公式确定：
Xm = 52. 92log10 S / rm （16- 3）
式中， Xm 为互感系数 （ μΩ / ft）； S 为电缆间距 （ in）； rm 为屏蔽的平均半径 （ in），
这个距离是导体的中心到护套或屏蔽的中点。
对于常遇到的电缆排列例如三相电路， 以及其他因素必须带入公式。 另外， A 相和C 相电压相同， 而B相有不同的电压。 假定在所有相中有相等的电流且在A相、 B 相和 C 相之间轮流。
对在管道中的大的单芯电缆来说， 直角或矩形间隔是可能的排列。 这种排列如图 16- 4 所示。
A 相和 C 相的屏蔽感应电压是
图 16- 4 直角排列
Vsh = I / 2 3Y2 + （ Xm - A / 2） 2 × 10 - 6 （16- 4）
式中， Vsh 为A 相和C 相的护套电压 （ V / ft）； I 为导体相电流 （ A）； Y 为 Xm + A / 2；
Xm 为 52. 92log10 S / rm， 在 60Hz 运行下； S 为间距 （ in）； A 为 15. 93μΩ / ft， 在 60Hz
运行下。
B 相的感应电压是
Vsh = IXm × 10 - 6 （16- 5）
电缆的水平排列一般用在沟道中， 但是也可能用在管道排列中 （ 见图 16- 5）。
A 相和 C 相的屏蔽感应电压是
Vsh = I / 2 3Y2 + （ Xm - A） 2 × 10 - 6 （16- 6）
式中， Vsh 为 A 相和 C 相的护套电压 （ V / ft）； I 为导体相电流 （ A）； Y 为 Xm + A
（ 这一因子已经改变， 与式 （ 16- 4 ） 相比）； Xm 为 52. 92log10 S / rm， 在 60Hz 运行下； S 为间距 （ in）； A 为 15. 93μΩ / ft， 在 60Hz 运行下。
B 相的屏蔽感应电压与式 （16- 5） 是一样的 （ 见图 16- 6）：
Vsh = IXm × 10 - 6 （16- 7）
图 16- 5 水 平 排 列 图 16- 6 两 回 路 ， 水 平 排 列
A 相和 C 相的屏蔽感应电压是
Vsh = I / 2 3Y2 + （ Xm - B / 2） 2 × 10 - 6 （16- 8）
式中， Vsh 为 A 相和 C 相的护套电压 （ V / ft）； I 为导体相电流 （ A）； Y 为 Xm + A +
B / 2 （ 这一因子再次改变）； Xm 为 52. 92log10 S / rm， 在 60Hz 运行下； S 为间距
（ in）； A 为 15. 93μΩ / ft， 在 60Hz 运行下； B 为 36. 99μΩ / ft， 在 60Hz 运行下。
Vsh = I（ Xm + A / 2） × 10 - 6 （16- 9）
A 相和 C 相的屏蔽感应电压与式
（16- 7） 相似， 但 Y 改变了：
Vsh = I / 2 3Y2 + （ Xm - B / 2） × 10 - 6
（16- 10）
式中， Vsh 为 A 相和 C 相的护套电压
（ V / ft）；I 为导体相电流 （ A）； Y 为 Xm +
A - B / 2 （ 现在是减号， 不是 + ）； Xm 为
52. 92log10 S / rm， 在 60Hz 运行下； S 为间
图 16- 7 两回路， 水平排列， 相位相反
距 （ in）； A 为 15. 93μΩ / ft， 在 60Hz 运行下； B 为 36. 99μΩ / ft， 在 60Hz 运行下。
B 相的感应电压使用与式 （16- 9） 相同的等式：
Vsh = I（ Xm + A / 2） × 10 - 6 （16- 11）
16. 5. 6 互联方式
16. 5. 6. 1 多点接地电缆———两点或更多点接地。 紧固， 多点接地电路
通常， 三芯电缆是在每一个工井里用足够大截面的导体紧固接地。 接地导体截面要能够承受持续一定时间的故障电流， 持续时间取决于最终继电器和设备。 对大多数单芯电缆也使用类似的接地系统， 但考虑到载流量的因素， 可采用另外的接地方法。
多点接地系统示意图如图 16- 8 所示。
图 16- 8 多点接地电缆运行
16. 5. 6. 2 交叉互联电路
任何屏蔽绝缘系统的目标都是减少到一点的屏蔽感应电流， 不会严重影响电路的载流量， 并且限制护套电压在一个安全值水平。 对设计成运载 500A 或以上的大
截面单芯电缆来说， 应考虑几种可供选择的有效的接地系统。
最常用的交叉互联， 该电缆线路被分成三个相等部分 （ 或 6 个， 或 9 个， 等等）。 在第一部分的开头和第三部分的结尾， 屏蔽要紧固接地。 第二部分是通过与本相中的第一部分和第三部分屏蔽的 “ 断开” 来绝缘的， 且通过护套互联到其他的相 （ 见图 16- 9）。
A 相的屏蔽感应电压通过交叉互联到 B 相。 以此类推， 对线路的所有部分来说， 这种相的变化减少了合成的护套电压。
图 16- 9 交叉互联连接方式
互联导体必须有足够的能力来运载强制的故障电流， 以及有足够的耐电压来防止互联跳线的非良好接地。
这种方法有一个缺点， 在每三等分中需要均匀间隔的接头。 当接头间隔不均匀时， 一相的电压不能完全抵消另一相的电压。 这可能不是关键的， 但意味着将导致稍高的电压水平。
16. 5. 6. 3 连续交叉互联
除了所有的接头都有屏蔽断开设备， 这种方式基本上与 16. 5. 6. 2 节的交叉互联一样。 从现场施工角度， 这样的机制在有些无法进行回路三等分的情况下更为有用， 例如有四组隔离接头这种无法达到三等分的情况。
护套电压和交叉互联线路大致相同。 该系统的缺点是除了在终端处外， 回路没有紧固接地。
较长线路可能需要使用连续交叉互联， 电缆段被分成三段为一套， 如图 16- 10
所示。
16. 5. 6. 4 辅助电缆互联
护套损耗可以通过在每个接头上安装屏蔽隔离来控制， 然后通过每个接地电缆一点连到平行的 “辅助” 电缆上。 这需要一个额外的电缆管道。 这种排列如图 16- 11所示。
图 16- 10 连续交叉互联
图 16- 11 辅助电缆互联
该系统和连续交叉互联方法类似， 因为所有接地都必须有护套隔离和所有的护套在每个接头都要互联。 这种排列的独特部分是护套之间以及都与一个沿着线路长度敷设的单独的中性线连接。
故障电流允许在护套上和平行的中性电缆上传导。 因此可能减少护套材料的用量。 电缆故障仍必须通过把故障相的电流回流至远点的地中来辨识。 这意味着， 必须仍然放足够量的屏蔽金属来允许断路器或者其他备用设备来 “ 检查” 这个故障。
16. 5. 6. 5 连续交叉互联， 星形接地
在本节中， 讨论了包含连续交叉互联、 星形接地系统和其他阻抗型系统， 因为它们已经被采用了很多年。 这些系统的基本要求是保持护套电压下降到 12V 这个非常低的值。 现在超过 100V 也被认为是安全和可靠的， 这些复杂的系统似乎不值得。 这些装置需要完成这样的连接， 并且不是很容易找到， 也没有很可靠， 且占用了宝贵的工井空间和费用。 另外还要关注的是这些装置需要额外的维护时间来确保它们仍然运行。