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1.背景
在我国铁路站房1kV及以下电压等级的配电工程中，多选用多芯电力电缆，多芯电力电缆运行时三相交流电矢量和基本为零，产生的磁场和感应电压很小，线路直接接地后电缆屏蔽层中不会产生大的环流。在传统的10kV铁路站房供电工程中，选用单芯电力电缆时由于线路较短采用一端直接接地方法就可以实现安全运行。但是在长距离的10kV铁路站房供电线路上选用单芯电力电缆，采用传统的接地方法不能完全解决电缆屏蔽层产生的感应电压或故障过电压问题。
在新建成都铁路东客站工程中，10kV站房用电由两公里外的与25kV牵引用电共用的变电站引出，经单芯电力电缆供应。在这样长距离的站房供电线路上，若采用线路一端直接接地的原设计方案无法避免电缆屏蔽层感应电压的影响，实际施工中采用线路两端经电缆护层保护器接地的方案成功保护了电缆线路不受感应电压或故障过电压的影响。本文以此铁路站房工程中的应用实例作为参考，介绍电缆护层保护器的工作原理及应用方法。
2.原理介绍
2.1感应电压产生原因
在10kV铁路站房供电工程中，常用的单芯电力电缆型号为YJV62-8.7/15kV和YJV22-8.7/15kV铜芯交联聚乙烯绝缘（非磁性金属带和钢带）铠装聚氯乙烯护套电力电缆，两种电缆的保护层材质不同，但均为非磁性材料，金属屏蔽层材料相同且均为磁性材料，屏蔽层上均会有感应电压产生。
单芯电力电缆在工作运行中，交流电在线芯周围产生变化磁场，变化磁场在金属屏蔽层上产生感应电压。由法拉第感應定律E= 可知感应电压和磁通量的变化率成正比，由互感M的定义磁链M = 和两线形回路的互感计算公式M= ∮L2∮L2 （聂以曼公式），可知Ψ= ∮L1∮L2 ·I，由此可知在工频交流电的单芯电缆中，线芯在金属屏蔽层的感应电压E与电缆长度L、电流大小I成正比。单芯电力电缆长度越长、电流越大，金属屏蔽层上的感应电压越高。
长距离单芯电力电缆达到一定长度时，电缆金属屏蔽层上的感应电压叠加起来会严重破坏电缆的正常运行的甚至大幅减少电缆使用寿命，也可达到危及人身安全的程度。
2.2感应电压保护方案
（1）线路两端直接接地
一般情况下，线路屏蔽层两端直接接地可以将屏蔽层上的感应电压释放到接地体，对线路起到一定的保护作用。但是此方案会在屏蔽层线路上形成闭合通路，即使正常运行时屏蔽层中也会产生与导体的负荷电流为同一数量级的环形电流，环流发热会降低电缆的最大载流量和使用寿命。在电缆线路发生短路故障时，环流产生的热量更大，有烧毁电缆的可能。
（2）线路一端直接接地
一端直接接地通过将电缆线路屏蔽层一端直接连至接地体，将护层感应电压释放出去，对一般长度的线路起到护层保护作用，且在线路短路时不形成闭合回路不产生感应电流。但是在较长距离线路上发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽层在未接地的一端会形成很高的过电压，电压达到一定程度时会击穿电缆护套绝缘层引起线路火灾。
（3）线路两端经护层保护器接地
两端经护层保护器接地利用间隙放电的原理，当感应电压达到一定等级时，通过其自身的过压导通功能将感应过电压释放到大地，从而保护电缆屏蔽层不会有过电压产生，同时可以很好地解决前述两种方案线路两端直接接地、线路一端直接接地不能解决的感应电流和过电压问题。此方案即新建成都铁路东客站工程成功避免感应电压或故障过电压对10kV长距离单芯电力电缆屏蔽层危害的原因。
3.电缆护层保护器的应用
新建成都铁路东客站工程使用的电缆护层保护器为3M公司研发的FBY-6B系类产品，以下应用介绍以此产品为例。
3.1电缆护层保护器性能及结构
电气性能及结构见下表（以3M FBY-6B产品为例）：
（1）产品性能
3.2安装方法
（1）单芯电缆电缆头制作时，剖开结构如图二所示
（2）钢铠的接地线连接
如图三所示，用恒力弹簧将第一条接地线固定在钢铠上，并用23#胶带包覆恒力弹簧和衬垫层两个来回。
（3）金属屏蔽层的接地线连接
如图四所示，用恒力弹簧将第二条接地线固定在屏蔽层上，并在接地线上绕包第二层23#胶带，把接地线夹在当中，形成防水口。注意第二条接地线位置应与第一条相背。
（4）如图五所示，半重叠绕包PVC 带一个来回，将屏蔽层接地线、恒力弹簧和23#胶带一起包覆住。严禁将PVC 带包住外半导电层。
（5）如图六所示，将屏蔽层接地线与电缆护层保护器连接。
图六 屏蔽层接地线与电缆护层保护器连接
（6）注意事项：产品安装时，接地螺栓与接地铜排进行可靠的电气连接，必要时使用两只扳手紧固螺栓，不允许一手抓住保护器的主体一手使用扳手紧固接地螺栓。与保护器相连接的电缆头接地线及连接处应带有绝缘层，且不低于电缆外护套的绝缘性能；接地线载流能力不得小于电缆金属屏蔽层的载流能力。各保护器电缆、电缆头接地线、电缆不允许相互交叉缠绕。
3.3电缆护层保护器的运行和检修
（1）运行巡视
每月对电压保护器、接地电缆进行一次巡视，检查接地电缆绝缘是否完好、是否有放电现象，检查连线是否松动、是否有异常发热或过流发黑现象。发生短路故障后每半月应短巡视一次。
（2）检修方案
A、断开与接地铜排、电缆头接地线的连接，单独将保护器进行预防性检测试验。
B、外观检查。检查外绝缘是否变形、破损或有放电烧蚀现象，若有异常情况则予以更换。
C、性能参数检测。在保护器两端施加直流电压，待流过保护器上的电流稳定在1mA时，读取电压值，其值不应小于4.0kV。然后再在0.75倍直流1mA残压下读取相应的电流值，其值不应大于30μA。在测得数值后，应立即降低电压切断电源，在测试时，测量过程应尽可能快，施加电压时间不得超过1分钟。以下两个参数有一个不合格时即需要更换保护器：
① 直流1mA残压，要求电压值U：4.5kV≤U<5.5kV；
② 在0.75倍直流1mA残压（U）下流过保护器的电流≤30μA。
在测试过程中应注意操作安全，严格遵守电气试验的有关规定，每次测试后应对保护器安全放电。
4.结束语
电缆护层保护器在新建成都东客站的应用，成功解决了铁路站房10kV供电用单芯电力电缆的屏蔽层受感应电压和故障过电压危害的问题，投用至今线路运行稳定。随着技术的改进和更新，电缆护层保护器应该会衍生出多种规格的产品，其限制感应过电压的能力也会进一步增强，希望本文以实例为基础介绍的电缆护层保护器的基本原理和应用方法对其在以后的铁路工程中的应用有一定帮助。
参考文献：
[1] 王培雄.电缆护层保护器原理及应用[J].价值工程，2011年02期
[2] 谈超.水泥厂中压单芯电力电缆金属屏蔽层接地方式的选择[J].中国水泥，2011年07期
在我国铁路站房1kV及以下电压等级的配电工程中，多选用多芯电力电缆，多芯电力电缆运行时三相交流电矢量和基本为零，产生的磁场和感应电压很小，线路直接接地后电缆屏蔽层中不会产生大的环流。在传统的10kV铁路站房供电工程中，选用单芯电力电缆时由于线路较短采用一端直接接地方法就可以实现安全运行。但是在长距离的10kV铁路站房供电线路上选用单芯电力电缆，采用传统的接地方法不能完全解决电缆屏蔽层产生的感应电压或故障过电压问题。
在新建成都铁路东客站工程中，10kV站房用电由两公里外的与25kV牵引用电共用的变电站引出，经单芯电力电缆供应。在这样长距离的站房供电线路上，若采用线路一端直接接地的原设计方案无法避免电缆屏蔽层感应电压的影响，实际施工中采用线路两端经电缆护层保护器接地的方案成功保护了电缆线路不受感应电压或故障过电压的影响。本文以此铁路站房工程中的应用实例作为参考，介绍电缆护层保护器的工作原理及应用方法。
2.原理介绍
2.1感应电压产生原因
在10kV铁路站房供电工程中，常用的单芯电力电缆型号为YJV62-8.7/15kV和YJV22-8.7/15kV铜芯交联聚乙烯绝缘（非磁性金属带和钢带）铠装聚氯乙烯护套电力电缆，两种电缆的保护层材质不同，但均为非磁性材料，金属屏蔽层材料相同且均为磁性材料，屏蔽层上均会有感应电压产生。
单芯电力电缆在工作运行中，交流电在线芯周围产生变化磁场，变化磁场在金属屏蔽层上产生感应电压。由法拉第感應定律E= 可知感应电压和磁通量的变化率成正比，由互感M的定义磁链M = 和两线形回路的互感计算公式M= ∮L2∮L2 （聂以曼公式），可知Ψ= ∮L1∮L2 ·I，由此可知在工频交流电的单芯电缆中，线芯在金属屏蔽层的感应电压E与电缆长度L、电流大小I成正比。单芯电力电缆长度越长、电流越大，金属屏蔽层上的感应电压越高。
长距离单芯电力电缆达到一定长度时，电缆金属屏蔽层上的感应电压叠加起来会严重破坏电缆的正常运行的甚至大幅减少电缆使用寿命，也可达到危及人身安全的程度。
2.2感应电压保护方案
（1）线路两端直接接地
一般情况下，线路屏蔽层两端直接接地可以将屏蔽层上的感应电压释放到接地体，对线路起到一定的保护作用。但是此方案会在屏蔽层线路上形成闭合通路，即使正常运行时屏蔽层中也会产生与导体的负荷电流为同一数量级的环形电流，环流发热会降低电缆的最大载流量和使用寿命。在电缆线路发生短路故障时，环流产生的热量更大，有烧毁电缆的可能。
（2）线路一端直接接地
一端直接接地通过将电缆线路屏蔽层一端直接连至接地体，将护层感应电压释放出去，对一般长度的线路起到护层保护作用，且在线路短路时不形成闭合回路不产生感应电流。但是在较长距离线路上发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽层在未接地的一端会形成很高的过电压，电压达到一定程度时会击穿电缆护套绝缘层引起线路火灾。
（3）线路两端经护层保护器接地
两端经护层保护器接地利用间隙放电的原理，当感应电压达到一定等级时，通过其自身的过压导通功能将感应过电压释放到大地，从而保护电缆屏蔽层不会有过电压产生，同时可以很好地解决前述两种方案线路两端直接接地、线路一端直接接地不能解决的感应电流和过电压问题。此方案即新建成都铁路东客站工程成功避免感应电压或故障过电压对10kV长距离单芯电力电缆屏蔽层危害的原因。
3.电缆护层保护器的应用
新建成都铁路东客站工程使用的电缆护层保护器为3M公司研发的FBY-6B系类产品，以下应用介绍以此产品为例。
3.1电缆护层保护器性能及结构
电气性能及结构见下表（以3M FBY-6B产品为例）：
（1）产品性能
3.2安装方法
（1）单芯电缆电缆头制作时，剖开结构如图二所示
（2）钢铠的接地线连接
如图三所示，用恒力弹簧将第一条接地线固定在钢铠上，并用23#胶带包覆恒力弹簧和衬垫层两个来回。
（3）金属屏蔽层的接地线连接
如图四所示，用恒力弹簧将第二条接地线固定在屏蔽层上，并在接地线上绕包第二层23#胶带，把接地线夹在当中，形成防水口。注意第二条接地线位置应与第一条相背。
（4）如图五所示，半重叠绕包PVC 带一个来回，将屏蔽层接地线、恒力弹簧和23#胶带一起包覆住。严禁将PVC 带包住外半导电层。
（5）如图六所示，将屏蔽层接地线与电缆护层保护器连接。
图六 屏蔽层接地线与电缆护层保护器连接
（6）注意事项：产品安装时，接地螺栓与接地铜排进行可靠的电气连接，必要时使用两只扳手紧固螺栓，不允许一手抓住保护器的主体一手使用扳手紧固接地螺栓。与保护器相连接的电缆头接地线及连接处应带有绝缘层，且不低于电缆外护套的绝缘性能；接地线载流能力不得小于电缆金属屏蔽层的载流能力。各保护器电缆、电缆头接地线、电缆不允许相互交叉缠绕。
3.3电缆护层保护器的运行和检修
（1）运行巡视
每月对电压保护器、接地电缆进行一次巡视，检查接地电缆绝缘是否完好、是否有放电现象，检查连线是否松动、是否有异常发热或过流发黑现象。发生短路故障后每半月应短巡视一次。
（2）检修方案
A、断开与接地铜排、电缆头接地线的连接，单独将保护器进行预防性检测试验。
B、外观检查。检查外绝缘是否变形、破损或有放电烧蚀现象，若有异常情况则予以更换。
C、性能参数检测。在保护器两端施加直流电压，待流过保护器上的电流稳定在1mA时，读取电压值，其值不应小于4.0kV。然后再在0.75倍直流1mA残压下读取相应的电流值，其值不应大于30μA。在测得数值后，应立即降低电压切断电源，在测试时，测量过程应尽可能快，施加电压时间不得超过1分钟。以下两个参数有一个不合格时即需要更换保护器：
① 直流1mA残压，要求电压值U：4.5kV≤U<5.5kV；
② 在0.75倍直流1mA残压（U）下流过保护器的电流≤30μA。
在测试过程中应注意操作安全，严格遵守电气试验的有关规定，每次测试后应对保护器安全放电。
4.结束语
电缆护层保护器在新建成都东客站的应用，成功解决了铁路站房10kV供电用单芯电力电缆的屏蔽层受感应电压和故障过电压危害的问题，投用至今线路运行稳定。随着技术的改进和更新，电缆护层保护器应该会衍生出多种规格的产品，其限制感应过电压的能力也会进一步增强，希望本文以实例为基础介绍的电缆护层保护器的基本原理和应用方法对其在以后的铁路工程中的应用有一定帮助。
参考文献：
[1] 王培雄.电缆护层保护器原理及应用[J].价值工程，2011年02期
[2] 谈超.水泥厂中压单芯电力电缆金属屏蔽层接地方式的选择[J].中国水泥，2011年07期