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电缆感应电流产生的原因

一、引出主题

那天，在某工厂的电力设备维护检查当中，电工老王碰到了一个让人头疼不已的问题。工厂里的一条重要电缆线路，在正常运行的状态下，其金属护套上竟然检测出了明显的感应电流。这可把老王给急坏了，要知道，电缆正常工作的时候，金属护套上的感应电流要是过大，很可能会引发一连串的问题，像是加速电缆的老化，甚至有可能导致电缆过热从而引发火灾之类的严重事故。老王赶忙把这个情况汇报给了技术主管老张，老张决定组织一次深入的调查分析，把这条电缆感应电流产生的原因弄清楚，毕竟这关系到整个工厂的电力供应安全以及稳定运行。

二、感应电流产生的原理基础

（一）电磁感应定律

基本概念

电磁感应现象指的是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，这种现象被称作电磁感应，产生的电流叫做感应电流。而这背后的原理正是法拉第电磁感应定律，它表明感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。用公式来表示就是E=-N\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}，其中E是感应电动势，N是线圈匝数，\Delta\varPhi是磁通量的变化量，\Deltat是时间变化量。

（1）在我们平常的电力系统里，很多设备的运行都离不开电磁感应现象。比如说发电机，就是通过导体在磁场中旋转切割磁感线，从而产生感应电动势，进而输出电能。这就好比一个旋转的风扇叶片在空气中切割气流一样，只不过这里切割的是磁感线，产生的是电能。

磁通量的变化

磁通量\varPhi=B\cdotS\cdot\cos\theta，其中B是磁感应强度，S是导体回路所包围的面积，\theta是磁感应强度B与面积S的法线方向之间的夹角。当B、S或者\theta发生变化时，磁通量\varPhi就会改变，依据电磁感应定律，此时就会产生感应电动势，要是电路闭合，就会有感应电流产生。

（1）举个例子，当我们把一块磁铁靠近一个闭合的线圈时，线圈所处位置的磁感应强度B发生了变化，从而致使穿过线圈的磁通量改变，于是线圈中就会产生感应电流。这就像把一块吸铁石靠近一堆小铁片，小铁片会因为磁场的变化而产生反应，只不过在这里，线圈产生的是电流。

三、电缆感应电流产生的具体原因

（一）电缆周围的交变磁场

电力系统运行产生的磁场

在电力系统中，电缆通常是用来传输电能的。当电缆中有交流电通过时，依照安培定律，电流周围会产生磁场。而且由于电流是交变的，所以产生的磁场也是交变的。这个交变磁场会对电缆本身以及周围的其他导体产生影响。

（1）以工厂里的电缆为例，当三相交流电缆正常运行时，三相电流会在电缆周围空间产生一个旋转的交变磁场。这个磁场会穿过电缆的金属护套，根据电磁感应原理，金属护套中就会产生感应电动势，要是金属护套形成了闭合回路，就会产生感应电流。就好像一个旋转的轮子会带动周围的空气流动一样，交变电流产生的磁场也会在周围空间产生“电磁流动”，从而引发感应电流。

附近其他设备的磁场干扰

除了电缆自身电流产生的磁场外，在电缆周围可能还存在其他电气设备，比如变压器、电动机等等。这些设备在运行时也会产生强大的交变磁场。当这些磁场作用于电缆的金属护套时，同样会导致磁通量的变化，进而产生感应电流。

（1）比如在工厂的配电室里，变压器离电缆线路比较近，变压器运行时产生的交变磁场就有可能会影响到电缆的金属护套。就像两个相邻的齿轮，一个齿轮的转动可能会带动另一个齿轮也跟着转动，这里变压器产生的磁场就像是那个转动的齿轮，会“带动”电缆金属护套产生感应电流。

（二）电缆的结构和敷设方式

金属护套的闭合回路

很多电缆都配备有金属护套，它的作用一方面是保护电缆内部的导体，另一方面也具有一定的屏蔽作用。然而，如果金属护套两端直接接地，就构成了一个闭合回路。当电缆周围存在交变磁场时，依照电磁感应原理，这个闭合的金属护套回路中就会产生感应电流。

（1）例如，在一些长距离的输电电缆中，为了保障电缆的安全运行，金属护套通常会采取两端接地的方式。但这样一来，就为感应电流的产生创造了条件。就好比一个封闭的水渠，当外部有“水流”（交变磁场）的推动时，水渠里就会有水流（感应电流）流动。

电缆的敷设排列

电缆的敷设方式和排列状况也会对感应电流的大小产生影响。倘若多根电缆平行敷设，并且它们之间的距离过近，那么一根电缆产生的磁场就会对其他电缆产生作用，增大其他电缆金属护套中感应电流的大小。

（1）在一些大型的电缆隧道中，常常会有多根电缆平行敷设。要是电缆之间的间距不符合规范，就可能致使感应电流过大。这就像一排紧密排列的多米诺骨牌，一个骨牌的倒下（一根电缆产生的磁场变化）可能会引发其他骨牌的连锁反应（其他电缆产生感应电流）。

（三）系统故障情况

短路故障

当电力系统中出现短