沿電纜導(dǎo)電線芯流動的沖擊電壓波為什么使金屬屏蔽層不接地端產(chǎn)生很高的過電壓呢?圖1為電纜屏蔽層首端三相互聯(lián)接地,而末端不接地的示意圖。從圖中可知,當(dāng)作用于首端的導(dǎo)電線芯上沖擊電壓為U0,電纜波阻抗為Z1時,加在電纜線芯上的沖擊電壓必定會作用于金屬屏蔽層與導(dǎo)電線芯之間,也就是說,將有幅值為U0的沖擊波在導(dǎo)電線芯上流動,那么導(dǎo)電線芯和金屬護套也將伴隨流過電流i,其值由電纜的波阻抗Z1決定,即i=U0?Z1。由于導(dǎo)電線芯的電流與屏蔽層電流方向相反,而大小基本相同,因此在金屬屏蔽層外面無磁力線的作用,故不產(chǎn)生護層的過電壓。但當(dāng)沖擊電壓波到達電纜的末端的情況就不同了。以下分別對電纜導(dǎo)電線芯末端短路和開路等兩種極端情況進行討論。

(1)當(dāng)電纜導(dǎo)電線芯末端開路時,流經(jīng)導(dǎo)線的沖擊電壓波到達末端后,會發(fā)生全反射,使導(dǎo)電線芯末端電壓上升為入射波電壓的兩倍,同時電流會發(fā)生負(fù)的全反射,負(fù)反射的結(jié)果使導(dǎo)線上的電流為零,因此在電纜護層上不會產(chǎn)生電壓的升高,實測表明,金屬屏蔽層上電壓僅為導(dǎo)電線芯電壓的5%左右。

(2)當(dāng)電纜導(dǎo)電線芯末端發(fā)生接地短路故障時,電壓波為發(fā)生負(fù)的全反射,使得線芯末端的電壓下降為零,同時電流會發(fā)生全反射,使線芯上的電流上升為入射波電流的兩倍,此時金屬屏蔽層會出現(xiàn)很高的感應(yīng)電壓值。顯然如果電纜末端的導(dǎo)電線芯接入某一電阻并接地,則產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將比前者低一些。

為了限制這一過電壓,可在金屬屏蔽層末端接入一個電纜護層保護器Zb,當(dāng)正常運行時,Zb的電阻為無窮大(相當(dāng)于開路);當(dāng)線路有較高過電壓流入時,Zb將導(dǎo)通(此時電阻值很小,相當(dāng)于短路),過電流可以順利通過電纜護層保護器流入大地,而在電纜護層不會產(chǎn)生沖擊過電壓,作用于電纜護層上的沖擊過電壓將等于保護器的殘壓。根據(jù)彼得遜法可以方便求出,當(dāng)電纜末端發(fā)生接地短路故障時,流經(jīng)保護器的電流ib1= 2U0?Z1,若電纜末端接入某一電阻R并接地,那么流經(jīng)電纜護層保護器的電流ib2= 2U0?(Z1+R),其值可能達10kA,在這沖擊電流作用下電纜護層保護器應(yīng)不損壞,而電纜護層保護器的殘壓應(yīng)低于電纜護層絕緣的沖擊耐壓值。