（中国铁路上海局集团有限公司徐州供电段 江苏省徐州市 221003）
摘要：铁路电力供电系统中电力10kV单芯电缆和三芯电缆大量使用，且普速铁路大量架空线路被电缆线路所取代，电缆的运营安全是铁路电力供电系统安全可靠的基本保障。电缆的接地方式影响到电缆的运行安全，同时影响铁路设备运行安全的问题，故电缆的接地方式的选址尤为重要。
关键词：铁路;单芯电缆;三芯电缆;接地方式
引言
随着我国电网改造的深入，由于电力电缆受外界因素影响小，电抗小，供电可靠，不需要架空线路走廊，占地面积小，可与其他管线共用城市管廊，出线回路多，不影响市容美观，且发生事故不易危及人身安全，现代电能传输中大量的架空线路被电力电缆取代。
1.单芯电缆金属护套过电压和环流的产生
电力安全规程规定:电气设备非带电的金属外壳都要接地,因此电缆的铝包或金属屏蔽层都要接地。通常35kV及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式,这是因为这些电缆大多数是三芯电缆,在正常运行中,流过三个线芯的电流总和为零,在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链,这样,在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压,所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。但是当电压超过35kV时,大多数采用单芯电缆,单芯电缆的线芯与金属屏蔽的关系,可看作一个变压器的初级绕组。当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链铝包或金属屏蔽层,使它的两端出现感应电压。感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比,电缆很长时,护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度,在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时,屏蔽上会形成很高的感应电压,甚至可能击穿护套绝缘。此时,如果仍将铝包或金属屏蔽层两端三相互联接地,则铝包或金属屏蔽层将会出现很大的环流,其值可达线芯电流的50%～95%,形成损耗,使铝包或金属屏蔽层发热,这不仅浪费了大量电能,而且降低了电缆的载流量,加速了电缆绝缘老化,因此单芯电缆不应两端接地。
然而,当铝包或金属屏蔽层有一端不接地后,接着带来了下列问题:当雷电流或过电压波沿线芯流动时,电缆铝包或金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压;在系统发生短路时,短路电流流经线芯时,电缆铝包或金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压,在电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时,将导致出现多点接地,形成环流。因此,在采用一端互联接地时,必须采取措施限制护层上的过电压,以防止电缆护层绝缘被击穿。
2.单芯电力电缆接地注意事项
2.1电缆的铜屏蔽带与金属铠装为什么接地
接地为了防止因绝缘击穿而屏蔽层或金属护层带电造成人身安全问题。另外还有一个原因，上述已经谈到，在单芯电缆金属屏蔽层及铠装层感应电压，因为屏蔽层或金属铠装层，对电缆芯线来说，相当变压器的二次绕组。感应电压的大小与电缆的长度及电流成正比。当电缆芯线通过电流，尤其是通过短路电流或雷电流时，感应电压更大，造成人身危险，为了限制感应电压不超过50-100V，屏蔽层或金属铠装层一端接地，但不能两端接地，否则造成环流。当一端接地后，不接地的一端有很大的感应电压，为此不接地的一端的一点接入过压保护器接地，也可电缆金属护套或屏蔽层中间直接接地，一言以蔽之：一端直接接地，另一端经保护器接地。若两端直接接地形成短路环，一端接地则形成高电压，对于长度不大的电流，可以在中间一点接地也可。
如果不采取限制电压的保护措施，也可能造成屏蔽层对地击穿，形成多点接地，金属屏蔽层通过大地形成环路，从而形成环流，有时环流可以达到电缆电流的50%-95%，不但造成电力的损耗，也会造成因发热而绝缘的损坏。为了人身安全，金属护套外加一层非金属护套，以便金属护套余地绝缘。
2.2限制屏蔽层或金属铠装层感应电压过大的方法
除加过电压保护器外，对于长度大的电缆，屏蔽层及金属铠装层采用绝缘分断，不同段的屏蔽层与金属铠装层进行交叉相连。
3.10kV电缆接地方式
3.1接地方式的选择
（1）电缆接地线两端均经护层保护器接地
电缆接地线两端都经过护层保护器接地，因为感应磁动势产生较高的感应电压，无法通过电缆接地线接地释放，长此以往，铜屏蔽、钢铠中积聚大量电荷，不但减小了电缆的载流量，并且在长期的电化学腐蚀作用将大大减弱电缆主绝缘的绝缘性能，缩短电缆的使用寿命。
（2）电缆接地线一端直接接地，另一端经过护层保护器接地
电缆接地线一端直接接地，另一端经过护层保护器接地，是指电缆接地线在终端位置采用一端直接接地，另一端经护层保护器接地的连接方式。按照国家标准规定，单芯电力电缆的电缆接地线一端必须直接接地。为保障人身安全，当电缆运行中未采取不能任意接触电缆接地线的安全措施时，其电缆接地线上的正常感应电压不得超过65V；而当采取措施后，例如在不接地端电缆终端位置的电缆接地线上用玻璃绝缘材料包裹起来时，该感应电压允许提高为150V。
（3）电缆接地线两端直接接地
电缆接地线两端接地是指电缆接地线在两个终端位置直接接地的连接方式。单芯电缆接地线两端接地，在长大距离电缆（＞500m），铜屏蔽、钢铠上会产生很大的感应电压与大地形成回路，产生较大环流，所产生的热损耗加速电缆主绝缘和护层绝缘的电热老化，在电缆绝缘薄弱点发生接地放电，导致接地跳闸，中断线路供电。
（4）护层保护器
护层保护器内的主要元件是非线性电阻阀片，目前常用的是氧化锌电阻片。在正常工作电压下，保护器呈现高阻，通过保护器的电流极小，铜屏蔽、钢铠与大地构不成回路；当铜屏蔽、钢铠出现过电压达到保护器的起始放电电压时，保护器内的电阻值急剧下降，这时过电流较容易的通过保护器流入大地，在铜屏蔽、钢铠上的电压仅为流过保护器时的残压，残压相比较过电压而言要低的多，从而使铜屏蔽、钢铠躲过过电压的损坏。
3.2相关规范规定
《铁路电力设计规范》(TB1008-2015)规定铁路交流单芯电力电缆，其金属层宜采用在线路一端或中央部位直接接地方式。电缆金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势最大值应符合下列规定:
(1)未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于60V。(2)除上述情况外，不得大于300V。(3)不能满足(1)(2)要求时，接地另一端应通过护层电压限制器接地。
以上铁路对于单芯电缆的接地方式的规定与国标《电力工程电缆设计标准》(GB50217-2018)规定单芯电缆接地方式要求基本一致。
《高速铁路设计规范》(TB10621-2014)除规定上述要求外，规定10kV电力贯通线电缆金属层连续长度不宜大于三公里。《铁路电力设计规范》(TB1008-2015)规定电力牵引供电区段的交流三芯电力电缆线路的金属层应采用交流单芯电缆的接地方式，其他情况应在电缆线路的两终端和接头等部位实施接地。
结语
本文总结了铁路10kV电缆的几种接地方式，特别结合运营项目的经验及规范规定，重点提示铁路10kV三芯电力电缆的接地方式应区别于电力系统三芯电力电缆的接地方式，特别是电力牵引供电区段应参照交流单芯电缆的接地方式，为相关工程设计提供参考建议。
参考文献
［1］李文豪，崔校玉，陈维荣，林德福．客运专线10kV单芯电缆接地方式的研究［J］．铁道工程学报，2009，127(4):39-42．
［2］王军，傅永德，郭旭振．单芯电力电缆接地施工技术［J］．铁道建筑技术，2011(1):56-57．
［3］TB10008-2015，铁路电力设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2016．