城市轨道交通供电系统35 kV 电缆的选择 摘要结合现有标准中的有关规定,从电缆的绝缘、屏蔽、阻燃、外护套性能等方面对35kv电缆进展分析,并对城市轨道交通供电系统中35kv电力电缆的选择提出建议,供设计、订货时参考 关键词供电可靠性,电力电缆,电缆绝缘,电缆屏蔽,阻燃电缆 在城市轨道交通供电系统中,无论是采用110/35(33)kv的二级供电制式,还是采用110/35(33)/10kv的三级供电制式,都有大量的35kv电力电缆沿高架区间或电缆沟敷设,将110kv主变电所的电源输送到各个牵引、降压变电所 35kv电缆的参数选取,将对工程投资、供电系统的平安性等产生影响假设参数选得太低,会节省工程投资,但电缆故障或发生火灾等事故时,将会影响整个供电系统的稳定运行和行车平安假设参数选得太高,尽管进步了系统的平安性,但过高的投资会使建立单位难以承受因此,需对35kv电缆的参数进展合理的选龋本文结合现有工程情况,对城市轨道交通供电系统中使用的35kv交联聚乙烯绝缘电缆的绝缘程度、屏蔽、阻燃及外护套性能等参数进展分析,并提出一些建议供设计、订货时参考 1电缆绝缘程度u0的选择 电缆的绝缘耐压程度是根据电缆设计时所确定的u0、u、u、up值确定的。
u0是电缆设计用导体与屏蔽层或金属套之间的额定工频电压;u是电缆设计用导体之间的额定工频电压(三相线电压);u是系统的最高工作电压;up是电缆设计用每一线芯和屏蔽层或金属套之间的雷电冲击耐受电压之峰值 u0值是根据电缆所在系统发生单相接地故障时的允许持续时间来确定的在gb12706.1-91中规定了两类电缆:第1类电缆,u0为21kv,适用于每次单相接地故障时间不大于1in的系统,亦可用于单相接地故障时间最长不超过8h,每年累计不超过125h的系统;第2类电缆,u0为26kv,适用于接地故障更长的系统,以及对电缆绝缘性能要求较高的场合 在jb/t8996-1999?高压电缆选择导那么?中,对u0的选择分a、b、三类系统作了规定a类系统为单相接地故障在任何情况下于1in内迅速排除的系统;b类系统仅包括单相接地故障短时运行的系统,一般接地故障持续时间在1in～2h之间,个别情况在2～8h之间类系统包括不属于a类和b类的所有系统 城市轨道交通供电系统中35kv侧大都采用小电阻接地如上海城市轨道交通明珠线(3号线)及莘闵轻轨交通线(5号线)等,对35kv电缆线路也采用了线路纵差保护,电缆线路发生单相接地故障时,变电所35kv开关会在毫秒级内跳闸。
假设线路纵差保护未动作,过电流保护也会在秒级内使故障隔离对于此类系统,电缆导体对地之间的工频电压为20.2kv,按第1类电缆选择u0值(21kv),是能满足系统要求的但电缆的冲击耐压程度是否也能满足要求,还需进展分析 侵入电缆电路的雷电压幅值主要是由保护电缆的避雷器特性所决定的,即雷电波幅值约等于避雷器的保护程度ubhubh=klbhul式中:klbh为避雷器的雷电冲击保护比;ul为系统一相接地时健全相可能出现的过电压,为(0.8～1.0)u;u为40.5kv磁吹避雷器的klbh为2.7,普通阀型避雷器的klbh为3.4,对于金属氧化锌避雷器,其klbh为:klbh=ubl/1.414ube式中:ubl为避雷器最大雷电冲击残压,根据绝缘配合原那么应不大于132kv;ube为避雷器的额定电压,为42kv而电缆线路的根本绝缘程度应为:up=(1.4～1.5)ubh城市轨道交通的供电系统,一般都采用金属氧化锌避雷器将以上参数代入公式,得电缆线路的根本绝缘程度up=100.9～135.1kv而21/35kv电缆的雷击冲击耐压程度为200kv,因此,是能满足系统要求的为了进步电缆线路的平安性,还可以要求厂家在电缆的制造工艺上采取措施,如对绝缘厚度进展检测及使用进口绝缘材料等,以确保电缆的耐压程度。
2电缆屏蔽及金属屏蔽层截面的选择 对于35kv交联聚乙烯绝缘电缆,除了要有导体屏蔽和绝缘屏蔽外,还要有金属屏蔽电缆的绝缘屏蔽材料有可剥离和不可剥离之分gb12706.3-91中规定,额定电压u0为12kv及以下的电缆的挤包绝缘屏蔽应是可剥离的,但对35kv电缆没有提详细要求 使用不可剥离绝缘屏蔽层的主要缺点是施工中安装电缆中间、终端头时较困难因为在剥除半导电屏蔽层时,不能留下刀痕和凹凸不平的情况,更不能损伤绝缘但不可剥离绝缘屏蔽层与绝缘线芯严密结合,比可剥离绝缘屏蔽具有更高的平安性从系统长期运行的平安性考虑,建议35kv电缆绝缘屏蔽采用不可剥离的半导电层绝缘屏蔽 电缆的金属屏蔽有铜带屏蔽和铜丝屏蔽两种构造在gb12706.3-91标准中规定铜带屏蔽由重叠绕包的软铜带组成铜带的标称厚度:单芯电缆不小于0.12;三芯电缆不小于0.10标准中只规定了铜带的标称厚度,而未规定其截面事实上,铜带宽度不同、绕包层数不同时,截面是不同的根据ie949标准规定,重叠绕包的铜带截面可由以下公式计算: s=nωδ式中:n为铜带层数;ω为铜带宽度,;δ为铜带厚度,铜丝屏蔽由疏绕的软铜线组成,其外表应用反向铜丝或铜带扎紧。
铜丝屏蔽的标称截面分为162、252、352、502等4种,可根据故障电流容量要求选用 金属屏蔽层的作用有二:其一是弥补半导电层屏蔽的缺乏;其二那么是作为事故电流的通路在中性点接地系统发生单相接地故障、或中性点不接地系统在不同地点两一样时发生接地故障时,故障电流要从金属屏蔽层流过为了不使金属屏蔽层烧损,要合理地选择金属屏蔽层的截面对于35kv小电阻接地系统,通过调整接地电阻值,可以将单相接地故障电流值限制在1000a以内此类系统电缆线路发生单相接地故障时,一般有以下几种情况: (1)线路发生单相接地故障,线路纵差保护动作跳闸,系统在毫秒级内(一般不超过100s)与故障别离 (2)线路发生单相接地故障,线路纵差保护未动作,靠过流保护跳闸,系统在秒级内(一般不超过3s)与故障别离 (3)中性点接地电阻被短接未能及时分开,此时线路发生单相接地故障,线路纵差保护动作跳闸,系统在毫秒级内(一般不超过100s)与故障别离 (4)中性点接地电阻被短接未能及时分开,此时线路发生单相接地故障,线路纵差保护未动作,靠过流保护跳闸,系统在秒级内(一般不超过3s)与故障别离 (5)中性点接地电阻接地点断开未能及时恢复,电缆和其它设备形成不同地点两一样时发生接地故障。
以上几种故障中,(1)、(2)较常见;第(3)种发生的几率较小;(4)、(5)已是三重故障,可不予考虑当起始温度为90℃,最终温度为250℃时,不同截面的铜带或铜丝屏蔽承受的短路电流值(考虑非绝热因素)见表1 表1不同截面铜带或铜丝屏蔽承受的短路电流值 根据以上分析,系统在不同的工况下发生单相接地故障时,对金属屏蔽层截面的要求是不同的因此,不管选择铜带金属屏蔽,还是铜丝金属屏蔽,均应提出截面要求 3电缆阻燃类别的选择 在gb12666.5-90?成束电线电缆燃烧试验方法?中,对电缆试样的根数,按成束电缆每米长度中所含非金属材料的不同体积,分为a类、b类、类三种类型 对于城市轨道交通供电系统,工程中电缆需选择哪类阻燃等级,目前我国还没有相应的标准从过去的运行理论看,工程中选择阻燃类别高的电缆,在减少电缆火灾几率、增强系统平安性、减少故障造成的经济损失等方面更具有优越性 对于同类型的a类阻燃电缆和类阻燃电缆,价格相差约15%～20%因此,工程中电缆选取哪类阻燃等级,需结合工程中电缆的数量、电缆敷设的密集度、火灾几率、增强平安性要求和工程的投资等综合考虑 对于氧指数,这里也简单介绍一下。
氧指数是指物体在氮氧混合气体中能维持燃烧的最小的含氧百分比因此,物体的氧指数越高,物体的阻燃性能就越好对阻燃电缆选择使用的填充物或绝缘护套等材料有氧指数的考核要求,对成缆不作氧指数考核 4电缆燃烧的烟密度及外护套材料性能的选择 对于电缆燃烧时的烟密度,在gb/t176511998标准中作了规定,即试验得到的透光率超过60%时,可称为低烟对于取自成缆的护套材料燃烧时的无卤、低卤的性能,目前还没有相关的标准来定义一般业内人士认为电缆燃烧时析出气体的卤酸相当含量小于5g/g时,为无卤;卤酸的相当含量为5～100g/g时,为低卤 在电缆的燃烧试验中,燃烧气体中的卤酸相当含量只有小于5g/g时,才能到达透光率60%的低烟标准低卤产品燃烧时烟浓度透光率一般在30%～50%之间,达不到低烟标准要求一般所提的低烟低卤阻燃电缆是不准确的,应为低烟无卤阻燃电缆或低卤阻燃电缆 35kv交联聚乙烯绝缘阻燃电缆的外护套,一般有无卤聚烯烃等材料和低卤聚氯乙烯等材料电缆燃烧时产生的卤酸有毒气体会对人身产生危害,甚至会危及人的生命平安因此,还必须对电缆外护套材料燃烧的烟密度和卤酸气体的含量提出要求 低卤产品卤酸气体总量确实定可采用gb/t17650.1-1998标准中规定的方法,即测定燃烧气体中的卤酸含量。
而对于无卤产品,卤酸气体的含量用上述方法是难以测出的当卤酸的相当含量在5g/g以下时,应用gb/t17650.2-1998标准中规定的方法进展试验,即测定ph值和电导率来测定气体的酸度 因此,对于低烟无卤阻燃电缆,要对护套燃烧时逸出气体的ph值、电导率及电缆燃烧时的透光率提出要求对于低卤阻燃电缆,要对护套燃烧时卤酸气体的含量提出要求,必要时可对电缆燃烧时的透光率提出要求对于大部分是高架的城市轨道交通供电系统,从技术经济的角度考虑,电缆的外护套材料宜选用低卤材料5结论 根据以上分析,在城市轨道交通工程供电系统中,35kv电缆宜选用交联聚乙烯绝缘低卤阻燃电缆对电缆技术参数的选择,提出以下建议: (1)采用多股圆形铜线绞合紧压导体,导体的尺寸可从gb/t3596-1997中的第2种导体的标准尺寸中选龋 (2)交联聚乙烯绝缘的标称厚度应不小于9.3 (3)除有挤包半导电层的导体屏蔽和绝缘屏蔽外,缆芯外还要有金属屏蔽绝缘、屏蔽要采用3带),铜带或钢带的构造尺寸应符合gb2952的规层共挤的全干式交联消费工艺金属屏蔽层可采定用铜带或铜丝屏蔽,要根据工程情况提出截面要(6)护套应采用低卤阻燃材料。
在gb/t求17650.1-1998中规定的试验条件下,成缆护套燃 (4)在金属屏蔽层上应有挤包不透水的内衬烧时卤酸气体的含量应不大于100g/g,透光率不层,其材料应符合gb12706.1-91的规定,具有阻小于30%7)在gb12666.5-90规定的试验条件下,至 (5)电缆应采用重叠绕包的厚度不小于0.12少要满足类试样垂直燃烧试验要求的铜带铠装或钢带铠装(单芯电缆用非磁性钢 参考文献 1谢德林.城乡电网建立改造新技术与新设备应用手册.北京:煤炭工业出版社,1999.10422国际电工委员会标准(ie949).考虑非绝热效应的允许短路电流计算.1998。