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摘要：随着城市电网建设的发展，SF6全封闭式气体绝缘组合开关（GIS）以占地面积小、可靠性高、安全性好、安装周期短、检修周期长等优点在国内外电力系统中得到广泛应用。文章根据电缆线路参数对110kV电缆终端的尾管在运行中是否裸露的问题进行探讨，并提出了解决方法。
关键词：GIS；110kV电缆；终端尾管；参数计算
中图分类号：TM755文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）08-0126-02
电力GIS设备（gas-insulated metal-enclosed switch gear，气体绝缘金属封闭开关设备）是由断路器、接地开关、母线等元件直接联到一起，并垒部封闭在接地的金属外壳内，壳内充以一定压力的绝缘气体作为灭弧介质。随着城市电网的发展， SF6全封闭式气体绝缘组合开关（GIS）已经成为主导开关设备。
在现行110kVGIS中的110 kV电缆终端尾的铜管几乎都是裸露的。由于GIS是封闭电器，整体布置比较低，因而110 kV电缆终端尾管的布置，一般只离地板1 m多（图1）。这样的裸露布置是否合适呢？这就涉及对电缆终端尾管怎样认识的问题。大家知道铜尾管是与电缆本体的铝护层连接在一起的，是保护电缆主绝缘的封闭外套的一部分，于是它的电气特性与铝护层是一致的。因为110kV以上电缆几乎都是单芯电缆，因而它的护层在运行时是有各种感应电压的，那么它该如何对待，能不能不加保护任意裸露呢？
国际电工委员会（IEC）在其推荐的有关高压电缆各种电气计算中，有单芯电缆护层感应电压的计算，其护层感应电压的大小不但与电缆线路的布置方式有关，也与电缆本身的结构尺寸有关。现仅就较简单的短段电缆线路引用计算进行分析。
1电缆线路假设
1.1线路参数
采用交联聚乙烯绝缘电缆；三相水平排列；相间中心距离a=30 cm；A、B相间中心距a12 =30cm；A、C相间中心距a13 =60 cm；线路长L=1 000 m；电缆护层一端直接接地，另一端经保护器接地。三相短路电流Id（3）=17.99 kA；最大冲击电压ui =550 kV（按线路绝缘水平）。
1.2电缆参数
导线芯外半径r1 =1.3 cm; 绝缘外半径r2 =3.3 cm；铝护层平均半径rs =3.5 cm；电缆总外径DY =8.5 cm。
1.3电气参数
①线芯对护层波阻抗：Z=•ln r2 / r1，式中：0为空气导磁率，0=4•10-7；r为相对电容率，r = k•0；0为空气电容率，0=8.86•10-12；k为相对电容系数，k =2.3（聚乙烯）。则：
Z=×3.1416ln 3.3/1.3=37.04 。
②护层对地波阻: Z2=，式中：L为护层对地电感；C为护层对地电容。L=0/（ln DY/rs+）=4×3.1416×10-7/3.1416•（ln 8.5/3.5+=4.55×10-7。C=2T /ln{rD /rs+[（rD /rs）2-1]}=2×3.1416×2.3×8.86×10-12ln{4.25/3.5×[（4.25/3.5）2-1]}=297.47×10-12（f/m），则Z2==39.18 Ω。
2满负载时护层感应电压
UA=[J（-Xm+）-（Xm+）]In，式中:Xm=2 a/rs ×10-4；=22×10-4。则UA=[J（-2 a/rs ×10-4+22×10-4）-（2 a/rs ×10-4+22×10-4）In=[J（-2×3.1416×10-4× 30/3.5 +2×3.1416×2×10-4）-（2×3.1416×10-4× 30/3.5 +2×3.1416×2×10-4）]=-J28.78 V。
3三相短路时护层感应电压
UA=J2Id（3） （- 2a122/ Da13）+J /22a13 / D）×10-7
UA=J2×2×17.99×103（- 2×302 / 7×60）+J /22×60 / 7）10-7=J2.432 V（V/m），则每km感应电压为：UA=2432 V。
4流过最大雷电或操作过电压时护层感应电压
US1 = 2ui=2×550×=380.5 kV
從以上计算数值看：虽然在正常工作电流下护层的感应电压不大，但是特殊情况下其感应电压却很大。因而110 kV电缆护层对地的绝缘水平历来都按10 kV设备的条件来制造的，象国标GB/T11017.1～11017.3-2002,《额定电压110 KV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》标准中“附录D”就明确规定：“在每一边金属屏蔽和（或）金属套与接头外保护层接地的外表面之间”应加直流20 KV试验电压，历时1mim；和冲击试验电压60～75 kV。
按国标：GB/T 311-《电气绝缘试验标准及试验方法》表-XX中所载，需加以上试验电压值（直流电压20 kV；冲击电压60 kV）的电器，其额定电压就是10 kV以上。至此可得结论：110 kV电缆外护层应按10 kV以上电器对待。那末我们再回过头来探讨文章开头提出的问题：也就是110 kV电缆终端尾管该不该任意裸露的问题。
按水电部技标SDJ 5-85 《高压配电装置设计技术规程》表4.1.1 C栏中额定电压为3～10 kV一列中的规定：“无遮栏裸导体至地面之间其净距应是2 700 mm”，反过来说：如果满足不了3～10 kV裸导体至地2 700 mm”的要求就要加遮栏。其意思就是让在地面上活动的人不会碰到带电裸导体。
按照以上规定，现行的部分110 kV的GIS中110kV电缆的布置是不符合规程的要求的。那如何改进呢？我们认为：让110 kV电缆终端尾管布置升高也是不合适的，那样就会使整个GIS布置的升高，这既影响到GIS造价的增加；从而也影响到土建工程量的增加。如果在电缆终端尾管周围加遮栏也会使巡视、观察增加麻烦，削弱了GIS可接近、可触摸的优点。所以，最简单的办法是在电缆终端尾管上加装可拆卸的、10 kV级绝缘水平的“绝缘罩”。终端尾管安装完成后才把绝缘罩装上，电缆终端检修时又可先把绝缘罩拆掉。即有效解决了所遇问题且大大缩减了经济投入。
参考文献：
[1] 何仰赞,温增银.电力系统分析.武汉:华中科技大学出版社, 2002.
[2] DL/T5352-2006,高压配电装置设计技术规程[S].
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：GIS；110kV电缆；终端尾管；参数计算
中图分类号：TM755文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）08-0126-02
电力GIS设备（gas-insulated metal-enclosed switch gear，气体绝缘金属封闭开关设备）是由断路器、接地开关、母线等元件直接联到一起，并垒部封闭在接地的金属外壳内，壳内充以一定压力的绝缘气体作为灭弧介质。随着城市电网的发展， SF6全封闭式气体绝缘组合开关（GIS）已经成为主导开关设备。
在现行110kVGIS中的110 kV电缆终端尾的铜管几乎都是裸露的。由于GIS是封闭电器，整体布置比较低，因而110 kV电缆终端尾管的布置，一般只离地板1 m多（图1）。这样的裸露布置是否合适呢？这就涉及对电缆终端尾管怎样认识的问题。大家知道铜尾管是与电缆本体的铝护层连接在一起的，是保护电缆主绝缘的封闭外套的一部分，于是它的电气特性与铝护层是一致的。因为110kV以上电缆几乎都是单芯电缆，因而它的护层在运行时是有各种感应电压的，那么它该如何对待，能不能不加保护任意裸露呢？
国际电工委员会（IEC）在其推荐的有关高压电缆各种电气计算中，有单芯电缆护层感应电压的计算，其护层感应电压的大小不但与电缆线路的布置方式有关，也与电缆本身的结构尺寸有关。现仅就较简单的短段电缆线路引用计算进行分析。
1电缆线路假设
1.1线路参数
采用交联聚乙烯绝缘电缆；三相水平排列；相间中心距离a=30 cm；A、B相间中心距a12 =30cm；A、C相间中心距a13 =60 cm；线路长L=1 000 m；电缆护层一端直接接地，另一端经保护器接地。三相短路电流Id（3）=17.99 kA；最大冲击电压ui =550 kV（按线路绝缘水平）。
1.2电缆参数
导线芯外半径r1 =1.3 cm; 绝缘外半径r2 =3.3 cm；铝护层平均半径rs =3.5 cm；电缆总外径DY =8.5 cm。
1.3电气参数
①线芯对护层波阻抗：Z=•ln r2 / r1，式中：0为空气导磁率，0=4•10-7；r为相对电容率，r = k•0；0为空气电容率，0=8.86•10-12；k为相对电容系数，k =2.3（聚乙烯）。则：
Z=×3.1416ln 3.3/1.3=37.04 。
②护层对地波阻: Z2=，式中：L为护层对地电感；C为护层对地电容。L=0/（ln DY/rs+）=4×3.1416×10-7/3.1416•（ln 8.5/3.5+=4.55×10-7。C=2T /ln{rD /rs+[（rD /rs）2-1]}=2×3.1416×2.3×8.86×10-12ln{4.25/3.5×[（4.25/3.5）2-1]}=297.47×10-12（f/m），则Z2==39.18 Ω。
2满负载时护层感应电压
UA=[J（-Xm+）-（Xm+）]In，式中:Xm=2 a/rs ×10-4；=22×10-4。则UA=[J（-2 a/rs ×10-4+22×10-4）-（2 a/rs ×10-4+22×10-4）In=[J（-2×3.1416×10-4× 30/3.5 +2×3.1416×2×10-4）-（2×3.1416×10-4× 30/3.5 +2×3.1416×2×10-4）]=-J28.78 V。
3三相短路时护层感应电压
UA=J2Id（3） （- 2a122/ Da13）+J /22a13 / D）×10-7
UA=J2×2×17.99×103（- 2×302 / 7×60）+J /22×60 / 7）10-7=J2.432 V（V/m），则每km感应电压为：UA=2432 V。
4流过最大雷电或操作过电压时护层感应电压
US1 = 2ui=2×550×=380.5 kV
從以上计算数值看：虽然在正常工作电流下护层的感应电压不大，但是特殊情况下其感应电压却很大。因而110 kV电缆护层对地的绝缘水平历来都按10 kV设备的条件来制造的，象国标GB/T11017.1～11017.3-2002,《额定电压110 KV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》标准中“附录D”就明确规定：“在每一边金属屏蔽和（或）金属套与接头外保护层接地的外表面之间”应加直流20 KV试验电压，历时1mim；和冲击试验电压60～75 kV。
按国标：GB/T 311-《电气绝缘试验标准及试验方法》表-XX中所载，需加以上试验电压值（直流电压20 kV；冲击电压60 kV）的电器，其额定电压就是10 kV以上。至此可得结论：110 kV电缆外护层应按10 kV以上电器对待。那末我们再回过头来探讨文章开头提出的问题：也就是110 kV电缆终端尾管该不该任意裸露的问题。
按水电部技标SDJ 5-85 《高压配电装置设计技术规程》表4.1.1 C栏中额定电压为3～10 kV一列中的规定：“无遮栏裸导体至地面之间其净距应是2 700 mm”，反过来说：如果满足不了3～10 kV裸导体至地2 700 mm”的要求就要加遮栏。其意思就是让在地面上活动的人不会碰到带电裸导体。
按照以上规定，现行的部分110 kV的GIS中110kV电缆的布置是不符合规程的要求的。那如何改进呢？我们认为：让110 kV电缆终端尾管布置升高也是不合适的，那样就会使整个GIS布置的升高，这既影响到GIS造价的增加；从而也影响到土建工程量的增加。如果在电缆终端尾管周围加遮栏也会使巡视、观察增加麻烦，削弱了GIS可接近、可触摸的优点。所以，最简单的办法是在电缆终端尾管上加装可拆卸的、10 kV级绝缘水平的“绝缘罩”。终端尾管安装完成后才把绝缘罩装上，电缆终端检修时又可先把绝缘罩拆掉。即有效解决了所遇问题且大大缩减了经济投入。
参考文献：
[1] 何仰赞,温增银.电力系统分析.武汉:华中科技大学出版社, 2002.
[2] DL/T5352-2006,高压配电装置设计技术规程[S].
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文