ПЗ Романенко Н.П (Обеспечение электромагнитной совместимости тяговой сети со смежными линиями продольного электроснабжения), страница 7

5.1 Каблирование линий ВЛ СЦБ и расчет защитного действия оболочки кабеля при изменении сопротивления заземления .

Одним из самых эффективных методов пассивной защиты от магнитного влияния, является метод каблировании линии.

На участке Волочаевка – Приамурский установлена воздушная линия СЦБ, для уменьшения магнитного влияния, мы можем переделать ВЛ СЦБ в кабельную линию СЦБ с проводом марки АСБ – 3х16.

Из расчетов пункта 4, опасное напряжение наводимое на ВЛ СЦБ на участке Волочаевка – Приамурский в режиме КЗ равно:

а в вынужденном режиме:

Что согласно [10] превышает допустимые нормы наведенного напряжения для сетей выше 1000 В.

При замене ВЛ СЦБ на кабельную линию СЦБ, добавляется коэффициент защитного действия оболочки кабеля S_об =0,445 и опасное напряжение в кабеле при режиме КЗ значительно уменьшается:

В вынужденном режиме, при замене ВЛ СЦБ на кабельную линию, мы можем рассматривать весь участок как одну систему, поэтому опасное напряжение будет находиться по формуле:

При такой мере защиты, мы можем обеспечить эффективное снижение магнитного влияния для режима КЗ, что в свою очередь снижает опасное наведенное напряжение до допустимых значений. Но для вынужденного режима, из-за большой величины межподстанционной зоны, наводимое магнитное влияние будет превышать установленные нормы. Поэтому требуется дополнительная мера защиты от магнитного влияния в виде изменения сопротивления заземления. Как указывалось в разделе 4, в качестве заземлителей используются кабельные ответвления от магистрального кабеля, проложенные в теле земляного полотна. Сопротивление заземления кабельного ответвления при принятых условиях составляет 138,66 Ом. Согласно [9], сопротивление заземления не должно превышать 40 Ом, поэтому целесообразно произвести расчет опасных напряжений при допустимом значении заземления в 40 Ом, для оценки влияния величины сопротивления заземления на уровень наведенных напряжений.

Произведем расчет наведенных опасных напряжений в режиме короткого замыкания тяговой сети (рисунок 4.3).

Подставим значение сопротивления заземления в формулу по определению активной проводимости (4.2.12), См/км

.

Определим коэффициент распространения цепи «металлические покровы – земля» по формуле (4.2.8), 1/км

.

Величины идеальных коэффициентов защитного действия оболочки кабеля остаются теми же, что и рассчитанные ранее в пункте 4.

Определим по формуле (4.2.7) реальный коэффициент защитного действия оболочки кабеля, для каждой точки короткого замыкания в отдельности

;

Определим опасное напряжение при магнитном влиянии в вынужденном по формуле (4.2.1), В

Как указывалось выше, допустимое значение наведенного напряжения в вынужденном режиме, составляет 115% от номинального напряжения. Так как напряжение на СЦБ равняется 10 кВ, то допустимое напряжение не должно превышать 1,5 кВ. Из расчетов следует, что с заменой ВЛ СЦБ и уменьшением сопротивления заземления, наведенное напряжения в вынужденном режиме, не превышает допустимого значения.

5.1.2 Расчет необходимого количества заземляющих устройств

Для обеспечения требуемого уровня сопротивления заземления необходимо произвести расчет необходимого количества заземлителей.

Расчет ведется для вертикальных заземлителей состоящих из оцинкованных стальных уголков размером 60х60х4 мм длиной 3 м. Соединение заземлителей между собой осуществляют с помощью свитыми в жгут двумя-тремя стальными оцинкованными проволоками диаметром 5 мм. Так как заземление необходимо устанавливать в скальном грунте с удельным сопротивлением , поэтому прибегают к искусственному снижению удельного сопротивления грунта [13]. Последнее достигается заменой в котловане радиусом 1,5 – 2 м малопроводящего грунта насыпным с более низким (в 5-10 раз) удельным сопротивлением. В качестве насыпного грунта используют чернозем, глину, шлак, торф. Примем, что в результате применения данного мероприятия удельное сопротивление грунта снизиться до .

Согласно методике, изложенной в [13], определим сопротивление одного вертикального заземлителя, проложенного в насыпном грунте, Ом

, (5.1.21)

где ρ - удельное сопротивление насыпного грунта, ρ=10³ Ом·м; l - длина заземлителя, l=3 м; d - диаметр заземлителя, м; t₁ - расстояние от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м.

Диаметр заземлителя для уголковой стали можно вычислить по следующей формуле, м

, (5.1.22)

где b – ширина уголка, b=0,06 м

.

Расстояние от поверхности земли до середины вертикального заземлителя определяют по формуле, м

, (5.1.23)

где h_г – глубина забивки заземлителя, h_г=0,8 м.

.

Следовательно, сопротивление одиночного вертикального заземлителя определяется по формуле (5.1.21)

.

Определим количество электродов необходимых для обеспечения требуемого сопротивления заземления

, (5.1.24)

где R_з - необходимое сопротивление заземления, R_з=40 Ом.

.

Так как расстояние между электродами менее 40 м, происходит увеличение сопротивления заземлителей вследствие их взаимного экранирования [14]. Увеличение сопротивления заземлителей учитывается коэффициентом экранирования (использования) заземлителей, зависящего от количества электродов в контуре и отношения расстояния между ними к их длине.

Число электродов с учетом коэффициента экранирования

, (5.1.25)

где ŋ_э - коэффициент экранирования. Примем, что отношение расстояния между заземлителями к их длине равно . При количестве по [14], коэффициент экранирования равен .

.

Так как на рассматриваемом участке необходимое количество кабельных ответвлений составляет 67, то общее количество необходимых заземлителей

; (5.1.26)

.

Для обеспечения необходимого уровня заземления в 40 Ом, при котором наблюдается наименьшие значения наведенных опасных, необходимо оборудовать 55 кабельных ответвлениях. На которых в общей сложности будет установлено 605 вертикальных заземлителей, устанавливаемых в котлованах с проводящим грунтом.

5.2 Установка экранирующего провода.

Еще одним эффективным способом уменьшения магнитного влияния на смежные линии, является подвес экранирующего провода. Так как на участке Волочаевка – Приамурский воздушная линия СЦБ и для каблировании 34,3 километров потребуются большие экономические затраты, то мы можем рассмотреть способ установки экранирующего провода эА-185 на участке воздушной линии.

Коэффициент экранирующего действия провода эА – 185 равен S_э=0,55, поэтому подставив в расчет опасного напряжения при магнитном влиянии в режиме КЗ определяется:

_(5.2.1)

где S_э.пр – коэффициент экранирующего действия провода.

Следовательно опасные напряжения в режиме короткого замыкания будут равны:

Согласно [10] максимально допустимые значения магнитного поля переменного тока в режиме короткого замыкания не должны превышать 60% от испытательного напряжения изоляции. Из расчета следует, что при подвесе экранирующего провода наведенные опасные напряжения на ВЛ СЦБ не будут превышать допустимых значений.

А опасное напряжение при магнитном влиянии в вынужденном режиме определяется:

Как указывалось выше, допустимое значение наведенного напряжения в вынужденном режиме, не должно превышать 1,5 кВ. Из расчетов следует, что при подвесе экранирующего провода, наведенное напряжение в вынужденном режиме, не будет превышать допустимого значения.

5.3 Расчет защитного действия разделительных трансформаторов для уменьшения опасного влияния.

Если в двухпроводную цепь кабельной линии связи включить несколько разделительных трансформаторов, то наведенное напряжение вследствие магнитного влияния электрической железной дороги на всем участке сближения будет определяться следующим выражением [12], В

, (5.3.1)

где U_инд - напряжение, индуцируемое в жиле кабельной линии связи на всей длине сближения, В; n - количество включенных разделительных трансформаторов.

При расчете разделительных трансформаторов, в качестве расчетного режима рассматривается вынужденный режим.

Согласно результатам расчета по формуле (4.3.7), наведенное напряжение в линии СЦБ на участке составляет . Допустимое напряжение в линии связи 1500 В. Следовательно, используя формулу (5.3.1), определим необходимое количество разделительных трансформаторов.

.

Определим коэффициент защитного действия разделительных трансформаторов от опасного влияния[12].

; (5.3.2)

;

Определим, опасное напряжение при магнитном влиянии в вынужденном режиме при установке разделительных трансформаторов используя формулу (4.3.7), В

;

.

Таким образом применение разделительных трансформаторов на рассматриваемом участке линии СЦБ позволяет добиться уменьшения величины наведенного опасного напряжения в вынужденном режиме с 1734В до 866,7 В, что удовлетворяет нормам установленным в [10].

Как следует из расчетов, применение разделительных трансформаторов позволило снизить индуцируемое опасное напряжение до допустимого значения.

5.4 Выбор технически целесообразного защитного мероприятия

Произведем сравнительный анализ предложенных защитных мероприятий для выбора из них наиболее технически целесообразного. В качестве критериев оценки рассматриваются величины наведенных опасных напряжений при установке конкретного защитного мероприятия (таблица 5.1).

Таблица 5.1 - Выбор способа защиты, обеспечивающего ЭМС на участке Хабаровск – 2 – Волочаевка.

Как следует из таблицы 5,1, применение всех защитных мероприятий позволяет снизить наведенное опасное напряжение в линии СЦБ до допустимых значений указанных в [10].Для выбора наилучших показателей, нам предстоит проверить данные мероприятия по технико-экономическим показателям, что сыграет важнейшую роль в разработке мероприятий по установке защит от наведенных опасных напряжений на линию СЦБ.