高压电缆过桥对环境造成影响的研究
王海燕刘刚区伟潮2曾能先2
1华南理工大学2佛山供电局
摘要高压电力电缆过桥数设，由于感应电流和感应电压的存在，电缆线路会对周围环境造成一定的影响，其中包括对电磁环境、大桥本身、周围人员人身安全的影响以及对通信线路的影响高压电缆过桥产生的影响，会对周边环境和事物带来隐惠因此对高压电缆造成的环境影响进行研究并找出相应的解决措施具有重要意义本文对高压电缆过桥造成的影响进行分析，研究，并提出了相应的减小影响的措施
关键词高压电缆过桥电磁环境通信线路影响
一般安装情况下，混凝土对于流过钢筋的传导电流具有很高的阻抗，潮湿混泥土的 电阻率就像为10欧姆厘米的电介质：烘干时的混泥土的电阻率为10欧姆厘米，理论上传导电流对大桥结构不会产生大的影响应作用即混凝土内电介质的强碱性作用，以 但是由于钢结构和混凝土接触处的电化学反及钢筋的不同组成元素和加工不同表现出来不同的内部应力，会使钢筋的各部位因电极电位不同而形成局部电池发生如下反应
1引言
为了满足用户对于电力的需求，以及考虑电网规划对城市环境的影响，采用电缆代替架空线进行输电已经成为电网规划中解决与城市建设矛盾的有效措施高压输电线路在穿过河流进行输电时，最好的方式是采取 利用跨江大桥进行敷设方法
本文对高压电缆过桥对周围环境造成的影响进行研究，高压过桥电缆由于其特殊的敷设环境，会对电磁环境产生一定的影响， 周围临近人员的人生安全以及通信线路产生不同程度的影响，此外，电缆过桥会桥梁本体产生一定的影响，影响过大将直接威胁到大桥的安全运行因此有必要对电缆过桥产生的影响进行研究，并对相关环节采取措施 避免周围事物应受到电缓过桥敷设的影响而造成危害，研究内容对于类似环境下电缆敷设问题具有参考意义
应 在阳极上，铁离子进入溶液，发生以下发
(1-1)
在阴极上，水的氢离子得到电子而形成氢的分子，在和溶解在水中的氧化合成水
于是溶液中的Fe结合成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁又和溶解在水中的氧作用成氢氧化铁，即
2高压电缆过桥对桥梁造成的影
4Fe(OH)O2HO→4Fe(OH);(1-3)
钢筋被腐蚀的过程如上所述，一旦表面上生成氢氧化铁，它对下面的铁就成为阴极，更进一步促进腐蚀但实际工程当中，由于混凝土中的水溶液是强碱性的，氢离子的浓度很小，上面第二个反应式的阴极过程不易发 生，同时氢氧化亚铁在强碱溶液中不溶解，从而形成稳定的保护层，有效地阻止了钢筋腐蚀效应的发生其次，由于电力电缆输送的是交流电，交流电对钢筋混凝土中钢筋的电
响研究
高压过桥电缆敷设，是否会对电缆载体大桥造成大的影响，需要经过研究确定，过桥电缆的敷设对桥梁产生的影响包括以下儿 个方面：对桥梁结构的影响、对桥梁热稳定性的影响以下分别对这两个方面的影响展开研究
2.1高压电缆过桥对桥梁结构造成的影响
化学腐蚀没有影响
对桥上工频磁场敏感设备如显示器等的影响等
2.2高压电缆过桥对桥梁热稳定造成的影响
图3-1为佛山东平大桥220kV电缆过桥值结果的比较图中L为测试点离敷设电缆 工频磁场监测实测结果图为实测值和理论的距离，B为工频磁场强度，图中蓝线和红线分别表示220kV高压电缆敷设后产生的工频磁场强度的测量值和计算值随测试点距离 电缆长度的变化情况从图中电缆对产生的工频磁场影响研究可以发现，东平大桥电缆敷设以后对工频磁场影响的最大值为1.1B/uT，国家相关标准认为220kV电缆通道外，工频磁场分布远小于戴心脏起搏器者 的国际标准限值100uT，因此本工程高压电缆过桥敷设对工频电磁场的影响在标准允许范围之内国内外长期的研究和工程经验表明，在工程可及的范围内，工频电场的干扰作用很弱
根据钢筋的物理特性，一般在30350℃范围内时钢筋强度不会因遭到破坏而损坏， 在温度低于250℃的情况下，温度的升高对混凝土强度的影响比较小，且没有什么规律但是在温度高于300℃时，则强度损失随温度的升高而增加因为混凝土在超过300℃胀而表现为体积缩小，而骨料和钢筋则不断 的高温下，水泥石的脱水收缩超过其受热膨膨胀，这两种相反的作用使混凝土结构渐渐恶化和开裂混凝土吸水率变大，碱性下降，结果钢筋混凝土的耐久性会遭受到损害到 碳化速度变快，这种情况下钢筋容易锈蚀，350℃以上时，抗拉强度下降，伸长变大，钢筋强度会急剧下降低碳钢在600C和预应力钢丝在430℃时，其屈服强度则降低一半
缆，由于电缆生产工艺和设计水平的不断提 目前很多工程采用的都是交联聚乙烯电高，电续的运行温度一般不会对大桥的热稳定造成必然的影响
本论文的应用实例佛山东平大桥高压电缆过桥工程当中采用的是交联聚乙烯电缆， 由于电力电缆的有机绝缘材料老化速度受与电缆的运行温度有直接关系，为了确保电缆在工程当中运行的可靠性以及使用寿命，必须对电缆线芯的温度设置一个限定值.根据按不大于90℃，即使事故时虽可能达到 交联聚乙烯的特性，交联电缆线芯温度一般250℃，但时间极短只有0.2s0.6s，电缆表面温度一般不大于60℃，因此电缆本身产生响 的热量根本不足以对大桥的热稳定性产生影
图1工频磁场监测结果桥上实测结果
3.2高压电缆过桥对临近人员安全的影响
高压过桥电缆在桥上敷设后，由于电缆临近人员的安全带来影响，带来影响的大小 的外护层有泄漏电流流过，理论上会对桥上需经过理论分析和计算进行确定
在正常运行时，存在通过绝缘层的泄漏即为绝缘泄漏电阻在了解电缆结构的基础 电流，与相应的绝缘电导有关电导的倒数上，对XLPE绝缘电力电缆的绝缘单位电阻R具体的计算过程如下
3高压电缆过桥对电磁环境的影
响研究
在进行高压过桥电缆的敷设工程设计中，需要考虑过桥电缆对电磁环境造成的影响主要包括对工频电场的影响、对周围人员人生安全造成的影响、对通信线路的影响以及电缆金属护套感应电压产生的影响等
3-1
式中p一为单位长度电缆的绝缘电阻率：R-为电缆绝缘层外径：r一为电缆绝缘层内径：
3.1高压电缆过桥对工频电磁场的影响
东平大桥电续过桥工程中，对于220kV
高压电缆对工频电场的影响主要表现为
1×2000mm²交联电缆，p取3x10²（Ω-m），泄漏电流为 正常运行情况下，电缆单位长度通过绝缘的
则电缆边相最大感应电压U、U_和中相最大感应电压U计算如下
一般电力电缆线路每一绝缘段长不大于600米，则最大绝缘的泄漏电流为
I×L=0.494×10~×600=0.296×10²(A)= 0.296(m.A)
(3-3)
中/取为最大负载电流
由上述计算和以下标格的标准对比可以发现，正常情况下，即使通过绝缘的泄漏电流全部流过人体，电流值远小于人体感觉电流值，不致造成危及人员生命的危险
应电压的计算因 2.等边三角排列方式下电缆过桥敷设下敢
表1人体通过电流所受伤害情况
名称 定 成年男性 成年女性感觉电 引起人的 感觉的最 工频 1.1 am 工频0.7 am 流 小电流 直流 5.2 am 直流3.5 am探脱电 能自主摆 人触电后 工频 16 am 工10.5流 脱电源的 直流 76 am 直流 51 am am最大电流 在较短时致命电 流 间内危及 生命的最 1300mA(0.3s) 50mA(3s) 工额3050am直流小电流
感应电压的计算
式中
x为中相对边相的感抗：x为边相对中相的感抗：x为电缆边相与中相之间的电抗：xs为各相电缆的电抗：UsUsUs分别为各相的感应电压：U为感应电压：S为电缆中心 间距
人员已值班人员的接触电缆的人身安全，GB 当高压单芯线路较长时，为了确保检修50217-94《电力工程电缆设计规范》规定未采取不能任意接触金属护套的安全措施时，不得大于50V：除此情况外不得大于100V高压电续感应电压大小与电缆敷设时 的排列方式有关，电缆的排列方式分水平排列和三角形排列两种排列方式各尤其有缺点
本论文研究应用-一东平大桥电缆过桥实例工程概况 220kV高压电缆型号是ZR-YJLW02型单芯电力电续，电缆的长度按 730m进行计算，三回线路平行敷设于一直线平面上，电缆中心间距为S=300mm 铝制金属护套外径为D=145mm，最大负载电流为1150A 220kV母线单相接地短路电流 I=50kA计算，护套接地电阻R=0.2Q，对负载状态下以及短路状态下的金属护套感应电压进行计算结果过程见第一种情况计 算结果如表3-1所示此表表示的是电续在正常运行情况下的值
1.水平排列方式下的电缆其感应电压相关 计算应用实例的具体计算②x=2w(In 2)×10-²=0.435×10-(Ω/m)2S x=x=xs=x=2w（ln Ds )x10-=2×2π×50（n 2×0.3 )x10-70.145
若电缆线路发生短路接地故障，220kV套为交叉互联接地，以交叉点接地区段为 电缆线路假定其短路电流50kA，电缆金属护1km计算
表2电缆金属护套感应电压理论计算值、实测值及允许值的比较
项目 A相与接 地引线之 B相与接 地引线之 C相与接 地引线之条件 间的感应 电压 间的感应 电压 间的感应 电压理论值（V）1取为最大负 载电1500A 96.7 74.8 96.7感应电流1为 实测值（V） 24.8 17 24.8355A允许值（V） 100 100 001
在金属护套上最高可能感应电压为Ua=-（10j6.011)x10（V)，其有效值为11.7V，小于外护套25kV耐压水平因此电缆敷设可以保证其安全运行
当高压电缆金属护套感应电压不为零时，在电缆金属护套上将产生环流损耗，而金属护套感应电压的大小与通过护套的电流和临近电流有关，环流损耗的大小直接影响耗进行研究文献[9]中就单芯电缆计及护套 电缆的载流量因此需要电缆护套的环流损环流时的载流量的计算方法做了深入的研究，研究结果认为当电续采用平行敷设交叉忽略不计 互联两端接地方式时为其环流损耗很微弱可
3.3高压电缆过桥对通信线路的影响
电力电缆对通信、监控线路的感应电动势有如以下三种电力电缆负荷电流对通信、监控电缆的感应电动势V纵电动势）：电 力电续负荷电流中的高次谐波电流对通信、监控电缆的感应电动势V杂音影响）：电力电缆故障电流对通信、监控电缆的感应电动势V危险影响
式进行计算，电缆对通信线路产生的感应电 电缆对通信线路的影响可以通过以下公动势基本计算公式为
E = joMLIK
(3-7) 式中E-感应电动势（V)：
K-屏蔽系数=2π√2fo）：
L-电缆线路与通信、监控线路平行长度（km）:
1一通过电缆线芯的电流（A）：
M互感(H/km):
6一大地导电率（S/cm），其值为1 x10-1130
电力电缆正常运行时，运用式3-7计算后，东平大桥过桥敷设的电力电缆负荷电流对通信、监控电续的感应电动势V（级电动势）
我国标准为60V，俄、德、美为5065V
电力电缆负荷电流中的高次谐波电流对通信、监控电缆的感应电动势V（杂音电 压)
电力电缆故障时故障电流对通信电缆的感应电动势V危险影响
响 所以电缆对于通信线路的运行没有太大的影
3.4减小高压电缆对通讯线路影响的措施
高压电缆线路上的电压和通过的电流由的通信线路产生感应电压和感应电流，从而 于感性耦合、容性耦合和阻性耦合会对周围引起电压对通信系统传输信号的严重干扰，对相关设备和操作人员带来严重的危害，破坏通信系统中的计算机和其他设备这种而且还和环境因素有关因此，必须采取相 电磁干扰的特性不仅受线路设计参数的影响，应的措施减小高压电缆对通信线路的影响由于金属屏蔽层对电场有屏蔽作用，对于带金属保护套的电力电缆，它对通信线路的容性耦合的影响可以忽略不计，电力线路与通 信线路的平行长度较大时，感性耦合的影响将大大的超过阻性耦合的影响
目前，有许多方法可以降低电力线路在通信线路的感应电压方法之一，使用电力电 缆屏蔽层的多点接地代替单点接地，利用接地的金属回路的屏蔽作用，减弱被感应通信线路的磁感应电压其二是通过将电缆的金属护套交叉互联并两端接地，利用电力电缆的金属护套作为屏蔽线，能明显降低邻近平 行导线的感应电势：其三，电缆线路对光缆通信线路基本无影响在大桥上的通信、监控电缆线路如未选用光缆，在通信线路上设
的影响：电缆过桥敷设厚即使通过绝缘的泄漏电流全部流过人体，电流值远小于人体感觉电流值，不致造成危及人员生命的危险，理论分析，电缆故障时的零序电流绝大部分 于接地点跨步电压对人体的危险影响，根据是由故障点经护层流向系统的接地点，一般情况下是流向电源变压器的中性点从接头接地点流入大地的电流所占的比例很少所以故障造成的跨步电压对人体的危险影响并 不严重这一点也可从实践中得到证明
置隔离变压器等能使电缆对通信线路影响降低
4研究结果的应用
4.1佛山东平大桥电缆过桥伸缩吸收方案概 述
电缆过桥伸缩的吸收有两种，一种是电缆伸缩的吸收，一种是桥梁伸缩的吸收-电缆伸缩的产生主要原因在于电缆负荷变化和 周围环境温度的变化面引起电缆热机械力增大，当电缆敷设以直线敷设在没有横向约束的空气中，巨大的热机械力会使电缆线路集中在某一点发生局部的横向位移，而产生过 分的弯曲产生桥梁伸缩的原因由于车辆在桥上行驶时的荷载变化、温度变化会在桥的头部产生伸缩佛山东平大桥高压电力电缆采用蛇行敷设吸收电续伸缩，针对桥梁设计单位给出的大桥最大伸缩量为240mm，采 用在竖井和桥架的连接处设置的弧形控制桥梁伸缩其结构如下
东平大桥上电缆并没有设置接地点即使在大桥上安装接地点，由于接地点必与大桥的钢筋或金属体连接，受钢筋和金属体的 屏蔽作用，其对人体跨步电压的影响要比在一般泥土中小，所以桥上敷设电缆对人员的危害很小：电力电缆负荷电流对通信、监控电缆的感应电动势V、负荷电流中的高次谐波电流对通信、监控电缆的感应电动势V（杂 音电压）、故障时故障电流对通信电缆的感应电动势V；危险影响计算结果表明：这三个感应电动势的最大值都没有超过允许值，高压电缆对通信线路造成的影响不大地的方式可以减小电缆护套上的感应电压， 高压电缆过桥敷设通过采用交叉互联两端接通过将理论计算值与允许值、电缆敷设后的实测值比较发现，电缆外护套产生的感应电压最大值在允许范围之内
4.3东平大桥过桥电缆的运行现状
目前佛山市东平大桥成功运用高压电缆过桥技术，采用相应的保护措施已将220kV高压交联聚乙烯电续敷设成功，并且东平大通和电缆运行状况良好 桥已于2006年10月1日顺利通车，至今交
图2高压电缆过桥桥梁伸缩吸收装置示意图
对简单，装置本身的自重很小，有利于装置 采用此结构的优点在于装置的结构相的安装与施工，同时这种方式下放置伸缩装置所需要的空间也较少，具体的施工难度也将大大减小，这种方法一且具有可行性，对于桥梁伸缩的吸收效果非常好
5结论
本文主要对高压电续过桥对环境造成的体、临近人员人身安全以及对通信线路的影 影响进行研究，主要研究电缆线路对大桥本响的研究在此基础上，分析造成这些影响的原因，并通过相应的措施减小过桥电缆对通信线路的影响通过分析可知本文结合工程实际深入研究高压电缆过桥敷设对周围环 境的影响，对类似环境下的电续敷设对于环境造成影响方面的考虑具有一定的参考和借
4.2东平大桥电缆过桥对周围环境影响的研 究
通过对以上东平大桥220kV高压电缆过桥敷设产生的各种影响研究表明佛山东平大桥220kV电缆过桥敷设以后对工频磁场影 响的实测结果最大值为1.1B/T，国家标准允许的范围之内：对于大桥结构不会造成必然
