CN113009215A - 一种高压电缆感应电压最大值检测方法及系统 - Google Patents

一种高压电缆感应电压最大值检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压电缆感应电压最大值检测方法，属于高压电缆回路感应电压检测技术领域。通过控制各相线芯之间的安装距离，使得三相电缆之间由于不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于所述三相电缆自身产生的自感电动势；以三相电缆产生的自感电动势的最大值，作为高压电缆感应电压的最大值。不用复杂的计算，克服常用电缆感应电压检测中不足，在工程实际中节约了成本。

Description

一种高压电缆感应电压最大值检测方法及系统
技术领域
本发明属于高压电压回路感应电压检测技术领域，具体地说，涉及一种高压电缆回路感应电压最大值检测方法。
背景技术
在高压交流电缆上，随着磁场增强金属类护层将会产生感应电压，电压达到一定阈值将会击穿绝缘层造成短路故障。因此，通常需要对线路进行保护接地。此时，接地回路接地电阻设计成为电缆绝缘安全特性重要影响指标。绝缘指标不达标将会造成多点接地、接地电压反击等故障，常用的接地法有一端接地、交叉互联、多点接地等。具体施工时会根据线路长度划定分段接地，以维持护层环流在一定的安全阈值内。但交叉互联过程中，较易出现隐性失误，导致不完全换位，从而使护层环流激增。因此对地环流检测一般要检测电缆的感应电压。
在高压交流电缆上，随着磁场增强金属类护层将会产生感应电压，电压达到一定阈值将会击穿绝缘层造成短路故障。为检测电缆感应电压，本发明提出了一种新的电缆感应电压最大值检测方法。
发明内容
1、要解决的问题
本发明提供一种高压电缆感应电压最大值检测方法，通过控制各相线芯之间的安装距离，使得三相电缆之间由于不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于所述三相电缆自身产生的自感电动势；以三相电缆产生的自感电动势的最大值，作为高压电缆感应电压的最大值。不用复杂的计算，克服常用电缆感应电压检测中不足，在工程实际中节约了成本，具有广泛的应用价值。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
本公开提供一种高压电缆感应电压最大值检测方法，所述高压电缆包括三相电缆，所述方法包括：
S1：通过控制各相线芯之间的安装距离，使得三相电缆之间由于不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于所述三相电缆自身产生的自感电动势；
S2：计算三相电缆产生的自感电动势的最大值，作为高压电缆感应电压的最大值。
优选的，所述三相电缆的线芯之间的相对距离系数取值范围为1～e；其中e为自然对数的底。
更优选的，所述三相电缆包括电缆线芯A、电缆线芯B以及电缆线芯C，其中，电缆线芯A与电缆线芯B之间相对距离为S，则电缆线芯A与电缆线芯C之间的相对距离为NS，电缆线芯B与电缆线芯C之间的距离MS，其中M和N的取值为(1～e)。
优选的，所述三相电缆中的自感电动势计算公式为：
A相：
Figure BDA0002954123890000021
B相：
Figure BDA0002954123890000022
C相：
Figure BDA0002954123890000023
其中，j表示虚部符号；ω为交流电压角频率；R为金属护套层半径；EA为A相感应电动势；EB为B相感应电动势；EC为C相感应电动势；IA表示三相电源在运行时，某一时刻A相电缆的电流；IB表示三相电源在运行时，某一时刻B相电缆的电流；IC表示三相电源在运行时，某一时刻C相电缆的电流。
优选的，根据三相电缆接地电流的最大值，确定接地电阻的数值。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供一种高压电缆感应电压最大值检测方法，通过控制各相线芯之间的安装距离，使得三相电缆之间由于不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于所述三相电缆自身产生的自感电动势；以三相电缆产生的自感电动势的最大值，作为高压电缆感应电压的最大值。不用复杂的计算，克服常用电缆感应电压检测中不足，在工程实际中节约了成本；
(2)目前高压对地环流检测中，应用本发明，可快速测出电缆运行时的感应电压最大值，为电力电缆安全应用和危险报警提供必要的保障，具有较大的经济效益和社会意义。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。附图中：
图1为本发明实施例提供的电缆芯线与金属护层中心距示意图；
图2为本发明实施例提供的三相电源相量图；
图3为本发明实施例提供的三相回路金属护层感应电势示意图；
图4为本发明实施例提供的IA和IC的相量示意图；
图5为本发明实施例提供的双回路任意排列电缆示意图；
图6为本发明实施例提供的一种高压电缆回路感应电压最大值检测方法流程图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
如图6所示，本示例公开了一种高压电缆感应电压最大值检测方法，所述方法包括如下步骤：
S1：通过控制各相线芯之间的安装距离，使得三相电缆之间由于不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于所述三相电缆自身产生的自感电动势；其中三相电缆的线芯之间的相对距离系数取值范围为1～e；其中e为自然对数的底。
S2：计算三相电缆产生的自感电动势的最大值，作为高压电缆感应电压的最大值。本示例通过控制各相线芯之间的安装距离，使得三相电缆之间由于不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于所述三相电缆自身产生的自感电动势；以三相电缆产生的自感电动势的最大值，作为高压电缆感应电压的最大值。不用复杂的计算，克服常用电缆感应电压检测中不足，在工程实际中节约了成本，具有广泛的应用价值。
具体的，本示例的三相电缆包括电缆线芯A、电缆线芯B以及电缆线芯C，其中，电缆线芯A与电缆线芯B之间相对距离为S，则电缆线芯A与电缆线芯C之间的相对距离为NS，电缆线芯B与电缆线芯C之间的距离MS，其中M和N的取值为(1～e)。
下面进行具体的推导说明。
如图1所示，在三相电缆线芯分别为A、B、C，分别对应构成A相、B相以及C相。其中P为电缆的金属护套层，金属护套层P与三相芯A、B、C。其中，D为金属护套层P与电缆线芯A之间的距离，βD为金属护套层P与电缆线芯B之间的距离，γD为金属护套层P与电缆线芯C之间的距离。S为电缆线芯A与电缆线芯B之间的距离，nS为电缆线芯A与电缆线芯C之间的距离，mS为电缆线芯B与电缆线芯C之间的距离。
由电工原理可知，线芯A电流在金属护套层P上产生的单位磁通为：
Figure BDA0002954123890000031
式(1)中，R为金属护套半径，单位与线芯单位相同，D为金属护套层P与电缆线芯A之间的距离。
同理，线芯B电流在金属护套层P上产生的单位磁通为：
Figure BDA0002954123890000041
线芯C电流在金属护套层P上产生的单位磁通为：
Figure BDA0002954123890000042
由物理学知识，应用叠加法可得，电缆三相线芯A、B、C在金属护套层P上产生总的单位磁通为：
Figure BDA0002954123890000043
在实际的三相电缆回路中，三相电缆一般成等边排列，即金属护套层P分别和线芯A、B、 C重合，则由4式可分别得出B、C相线芯电流在A相线芯的磁通。
Figure BDA0002954123890000044
同理可得出A、C相线芯电流在B相线芯的磁通：
Figure BDA0002954123890000045
同理可得出A、B相线芯电流在C相线芯的磁通：
Figure BDA0002954123890000046
如图2所示，由电学知识，三相交流回路中，三相电源是成120度分布的，三相负载也是120度分布的。由电工学知识，三相电源负载电流是平衡的，即：
IA+IB+IC＝0 (8)
三相电源在运行时，设某一时刻A相电缆的电流为：
IA＝I (9)
则B相电流为：
Figure RE-GDA0003020180920000047
则C相电流为：
Figure BDA0002954123890000048
将式(9)、(10)、(11)分别代入式(5)、(6)、(7)中，分别得出在此运行条件下，在三相电缆线芯中产生的磁通为：
Figure BDA0002954123890000051
Figure BDA0002954123890000052
Figure BDA0002954123890000053
在实际电缆使用中，高压电缆芯线主要排列采用等边三角形，因此电缆金属保护层感应电压可近似参考图3的模型计算。
在图3所示电路中，A、B、C分别表示对称三相电路的三个线芯，三相之间是等距的，因此，在上文所述模型中的相互之间的距离系数均为1，即在后面的计算中，距离系数m,n＝1。
经过以上处理后，由电工学知识可知，三相电缆在运行时，三相之间产生的感生电动势为：
Figure BDA0002954123890000054
Figure BDA0002954123890000055
Figure BDA0002954123890000056
其中，j表示虚部符号；ω为交流电压角频率；R为金属护套层半径；EA为A相感应电动势；EB为B相感应电动势；EC为C相感应电动势；IA表示三相电源在运行时，某一时刻A相电缆的电流；IB表示三相电源在运行时，某一时刻B相电缆的电流；IC表示三相电源在运行时，某一时刻C相电缆的电流。(是同一时刻，但相位不同，相位相差120°)
式(15)、(16)、(17)单位为V/km，对比式(15)、(16)、(17)，对称三相电路中，在三相电缆成等边安装时，在三相之间产生额感生电动势也是对称的，就等于本相位电流在电缆金属护层所产生的自动电动，其余两相电流在该相所产生的互感电动势，由于其对称性，正好相互抵消了，因此，采用等边安装的三相回路电缆可有效消除相互之间互感电动势。
在式(12)、(13)、(14)中，设三相电缆A、B、C相之间的距离系数n,m范围为(1，e)，即三相电缆线芯在同一平面上形成一个三角形；则该三角形各个边长s，ns，ms 的比例满足1：(1～e)：(1～e)。因此：
1＞ln n,ln m＞0 (18)
且绝对值较小，则：
Figure BDA0002954123890000061
如图4通过数学证明：
由余弦定理：
OD2＝OA2+AD2-2×OA×AD×cos600 (20)
＝OA2+AD2-OA×AD＝OA2+AD×(AD-OA)
因为AD＜OA，则式(20)为：
OD2＜OA2，即：
OD＜OA (21)
同理可得：
Figure BDA0002954123890000062
Figure BDA0002954123890000063
从式(19)、(22)、(23)可看出，只要保证三相电缆之间的相对距离系数取值范围在(1，e)之间，即可确保因三相电缆之间不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于自感电动势，即自感电动势为最大值。其中，不对称指的是三相电缆不是等边三角形安装，即三相电缆之间不构成等边三角形。
在以上推到时，三相之间距离的设置时随机的，因此，只要三相电缆在铺设时保证相对距离系数范围在(1，e)之间，即可保证式(19)、(22)、(23)的成立。我么们给出n,m 满足条件式：
1＜(n,m)＜e (24)
在实际敷设中，时常采用多回路单芯电缆供电，双回单芯电路示意图如图5所示。
如图5所示，双回路电缆是任意排列的，即不是等边的。在任意排列的多回路电缆电路中，满足式(24)即可确保自感电动势为最大值，而式(24)条件均可满足的。
由上文研究可知，三相多回路电缆电路，在满足式(24)的条件下，电缆运行时，三相之间相互产生的感生电动势最大值即自感产生的电动势。因此，本申请考虑因电缆安装不对称所引起的感生电动势的变化，取最大值处理。进一步，可以根据三相电缆接地电流的最大值，确定接地电阻的数值。本示例只要高压电缆安装时按式(24)所规定的间距排列，则各相电缆的自感应电压(电动势)即为最大值，在结合电缆对地对流值，即可确定电缆的对地电阻。高压电缆对地电流有一定的取值范围，自感应电压取最大值时，对应的接地电阻即可确定。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (5)

1.一种高压电缆感应电压最大值检测方法，所述高压电缆包括三相电缆，其特征在于，所述方法包括：
S1：通过控制各相线芯之间的安装距离，使得三相电缆之间由于不对称而引起的互感电动势和自感电动势之和小于所述三相电缆自身产生的自感电动势；
S2：计算三相电缆产生的自感电动势的最大值，作为高压电缆感应电压的最大值。
2.根据权利要求1所述的一种高压电缆回路感应电压最大值检测方法，其特征在于，
所述三相电缆的线芯之间的相对距离系数取值范围为1～e；其中e为自然对数的底。
3.根据权利要求2所述的一种高压电缆感应电压最大值检测方法，其特征在于，所述三相电缆包括电缆线芯A、电缆线芯B以及电缆线芯C，其中，电缆线芯A与电缆线芯B之间相对距离为S，则电缆线芯A与电缆线芯C之间的相对距离为NS，电缆线芯B与电缆线芯C之间的距离MS，其中M和N的取值为(1～e)。
4.根据权利要求3所述的一种高压电缆感应电压最大值检测方法，其特征在于，所述三相电缆中的自感电动势计算公式为：
A相：
Figure FDA0002954123880000011
B相：
Figure FDA0002954123880000012
C相：
Figure FDA0002954123880000013
其中，j表示虚部符号；ω为交流电压角频率；R为金属护套层半径；EA为A相感应电动势；EB为B相感应电动势；EC为C相感应电动势；IA表示三相电源在运行时，某一时刻A相电缆的电流；IB表示三相电源在运行时，某一时刻B相电缆的电流；IC表示三相电源在运行时，某一时刻C相电缆的电流。
5.根据权利要求4所述的一种高压电缆感应电压最大值检测方法，其特征在于，根据三相电缆接地电流的最大值，确定接地电阻的数值。
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