Диссертация (Разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 КВ)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТМЭИНа правах рукописиБЫСТРОВ АЛЕКСЕЙ ВАДИМОВИЧРАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ ОДНОЖИЛЬНЫХ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ СИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА НАПРЯЖЕНИЕ 6-500 КВСпециальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системыДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководителькандидат технических наук,доцент Хевсуриани И.М.Москва 20142СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................

4ГЛАВА 1КАБЕЛЬНЫЕЛИНИИВСИСТЕМАХЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ .............................................................................................. 101.1Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена ................................... 101.2Нормативная база для проектирования кабельных линий .............. 141.3Анализ пропускной способности кабельной линии .........................

141.4Проблема выбора способа заземления металлических экранов ..... 18Выводы к главе 1 ............................................................................................. 20ГЛАВА 2 ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ................. 212.1Анализ электромагнитных процессов в кабеле ................................ 212.2Расчет параметров кабеля ................................................................... 242.3Схемы соединения экранов ................................................................. 292.3.1 Двухстороннее заземление экранов ............................................... 292.3.2 Одностороннее заземление экранов ..............................................

322.3.3 Транспозиция экранов ..................................................................... 40Выводы к главе 2 ............................................................................................. 46ГЛАВА 3РАЗРАБОТКАЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙСИСТЕМЫМЕТОДИКИЗАЗЕМЛЕНИЯВЫБОРАЭКРАНОВОДНОЖИЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ .....................................................................................

473.1Постановка задачи ............................................................................... 473.2Составление алгоритма исследования ............................................... 483.3Выбор кабелей ...................................................................................... 503.3.1 Выбор трассы кабельной линии ..................................................... 503.3.2 Выбор сечения токопроводящей жилы ......................................... 5133.3.3 Выбор сечения экрана .....................................................................

543.4экрановРасчетпараметров«разомкнутой»системызаземления................................................................................................................ 563.5Расчет параметров «замкнутой» системы заземления экранов ...... 593.6Экономическое сравнение систем заземления ................................. 60Выводы к главе 3 .............................................................................................

63ГЛАВА 4РАЗРАБОТКАПРОГРАММЫВЫБОРАЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ ...................... 654.1Обзор существующих решений .......................................................... 654.2Описание программы........................................................................... 674.3Разработка структуры программы .....................................................

674.3.1 Ввод исходных данных ................................................................... 694.3.2 Обработка базы данных кабелей .................................................... 704.3.3 Проведение расчета ......................................................................... 724.3.4 Генерация отчета.............................................................................. 734.4Расчетно-экспериментальное исследование ..................................... 73Выводы к главе 4 .............................................................................................

75ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 76СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................. 78ПРИЛОЖЕНИЕ А ............................................................................................... 85ПРИЛОЖЕНИЕ Б ................................................................................................

86ПРИЛОЖЕНИЕ В ............................................................................................... 87ПРИЛОЖЕНИЕ Г ................................................................................................ 884ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования.В вопросе электроснабжения предприятий, организаций, городов важнаяроль отведена исследованию кабельных линий, улучшению технологий ихпроизводства, проектирования и эксплуатации.Силовые кабели на напряжение выше 1000 В распространены по большейчасти в распределительных сетях среднего напряжения 6-35 кВ, встречаются налиниях электропередачи напряжением от 110 кВ и выше.В настоящее время актуален вопрос перевода части воздушных линий вкабельные. Так, например, для подстанций глубокого ввода (ПГВ) в крупныхгородах сооружение питающих линий в воздушном исполнении затруднительно.К тому же в виду тенденции на строительство подстанций закрытого типа на базекомплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) всебольшее предпочтение отдается кабельным линиям.

Площадь отвода земли длястроительства кабельной линии во много раз меньше по сравнению с воздушнойлинией того же напряжения. Кабельные линии электропередачи в условияхмегаполисаявляютсянаиболееприемлемымрешением:онипозволяютвысвободить для дальнейшего строительства участки дорогостоящей городскойземли, которые сейчас занимают воздушные линии, практически полностьюзащищены от внешних воздействий – грозовых разрядов, ветра и низкихтемператур, вандализма, не изменяют исторический облик города.В настоящее время в России ведется активное внедрение кабелей сизоляцией из сшитого полиэтилена для всех уровней среднего и высокогонапряжений.

В конструкции этих кабелей имеется металлический экран,предназначенный для отвода токов короткого замыкания в заземляющееустройство. Наибольшее распространение получили кабели одножильногоисполнения. В линиях электропередачи с применением одножильных кабелейсхема заземления металлических экранов влияет на пропускную способность, тоесть на передаваемую мощность. Схемы соединения экранов могут быть с5двухсторонним заземлением, односторонним заземлением и транспозициейэкранов. При двухстороннем заземлении экранов протекание тока по экранукабеля в нормальном рабочем режиме вызывает потери мощности, которыеснижают пропускную способность кабельной линии. Исключить ток в экранеможно с помощью одностороннего заземления или транспозиции экранов.

Однакоэто требует дополнительных капиталовложений.Насегодняшнийденьниодингосударственныйнормативнепредусматривает расчет сечения токопроводящих жил кабелей с изоляцией изсшитого полиэтилена, учет возможности применения способов заземления сотсутствием токов в экране кабеля. Различные энергоснабжающие организациипытаются вводить правила и стандарты по проектированию и обслуживаниюкабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена, что приводит кразночтениям и имеет рекомендательный характер.

Причем внимание уделяется восновном линиям на напряжение 110 кВ и выше, хотя проблема заземленияэкранов не теряет актуальности и для кабелей на среднее напряжение 6-35 кВ.Вопрос выбора системы заземления экранов кабельной линии насегодняшний день не имеет однозначного ответа. В различных источниках, в томчисле в руководствах по проектированию от кабельных заводов, выбор системызаземления объясняется условными понятиями «большой длины» кабельнойлинии, «высокой нагрузкой» при протекании больших токов по жиле кабеля,маленьким коэффициентом использования пропускной способности. При этомвыбор границы, за которой линия становится «большой», нагрузка «высокой», апропускная способность недостаточной остается на совести проектировщика иносит субъективный характер.С решением этой проблемы сталкиваются при проектировании иэксплуатации линий с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Данный видновой кабельной продукции не имеет широкой нормативной базы, необходимоналичие единых технологических норм и правил в электротехническомкомплексе, методик по выбору систем заземления экранов.6В связи с этим разработка методики выбора энергоэффективной системызаземления экранов для кабельных линий 6-500 кВ является актуальной.Степень разработанности темы. Понятия о способах заземления экранов нераскрыты в отраслевых нормативных документах, имеют место лишь встандартах отдельных организаций, рекомендуются к применению на линияхнапряжением от 110 кВ и выше, несмотря на то, что оказывают влияние и накабели среднего напряжения.Поэтому нельзя однозначно подходить к выбору системы заземленияэкранов одножильных силовых кабелей при проектировании и эксплуатациикабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена.Цельдиссертационнойработысостоитвтом,чтобыопределитьоднозначный критерий выбора энергоэффективной системы заземления экрановодножильных силовых кабелей с изоляций из сшитого полиэтилена нанапряжения 6-500 кВ.Научной задачей является разработка теоретических положений по расчетусечения токопроводящей жилы с учетом режима работы экрана и созданиеметодики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильныхкабелей для линий напряжением 6-500 кВ в системах электроснабжения.Научная новизна заключается в том, что для одножильных силовых кабелейна напряжение 6-500 кВ предложена математическая модель для выбора сечениятокопроводящей жилы, которая, учитывая схему соединения экранов, позволяетопределить потери мощности и наведенное напряжение на экране.

На основанииматематической модели разработана методика выбора энергоэффективнойсистемы заземления экранов трехфазной группы, по которой проводитсяэкономическоесравнение.Предложенкритерийвыбора,определяющийотносительную окупаемость «разомкнутой» системы заземления с отсутствиемтока в экранах по отношению к «замкнутой», в экранах которой протекаютпаразитные токи.Теоретическаяипрактическаязначимостьработы.Теоретическуюзначимость работы заключается в разработке математической модели и методики7выбора системы заземления одножильных силовых кабелей с изоляцией изсшитого полиэтилена.Практическую значимость представляет разработанная компьютернаяпрограмма «Screen Bonding Method» для операционной системы Windows(приложениеА),реализованнаяпопредложеннойметодикевыбораэнергоэффективной системы заземления экранов.