Диссертация (Разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 КВ), страница 5

И складывается из активного сопротивленияземли и взаимного индуктивного сопротивления между жилой и экраном вкабеле.Z ЖЭ  RЗ  j M ЖЭ ,(2.27)где Mжэ – взаимная индуктивность жилы и экрана одного кабеля.Взаимная индуктивность жилы и экрана определяется по (2.7), где ближнейстороной контура является поверхность экрана, находящаяся на расстоянии r2, адальней – фиктивный проводник на расстоянии Dз:M ЖЭ 0  DЗ ln 2  r2 (2.28)Взаимное сопротивление между соседними кабелямиВзаимноесопротивлениемеждусоседнимикабелямиобъясняетсявлиянием протекания тока в контуре соседнего кабеля.

Причем пренебрегаярасстояниями внутри одного кабеля относительно расстояний между соседнимикабелями, допустимо считать взаимные сопротивления «жила-жила», «жилаэкран» или «экран-экран» между соседними кабелями равными друг другу. Тогдавзаимное сопротивление между соседними кабелями складывается из активногосопротивления земли и взаимного индуктивного сопротивления между кабелями.Z К  RЗ  j M К ,где Mк – взаимная индуктивность между кабелями.(2.29)29Взаимная индуктивность между кабелями определяется по (2.7), гдеближней стороной контура является поверхность жилы (экрана) соседнего кабеля,находящаяся на расстоянии s, а дальней – фиктивный проводник на расстоянииDз:MК 2.3Рассмотрим0  DЗ ln 2  s (2.30)Схемы соединения экрановвозможныесхемысоединенияэкранов,выявимихпреимущества и недостатки, определим электрические параметры систем.Расчетытоковинапряженийпроизведемпоматематическоймодели,предложенной [34], в которой с введением среднего геометрического расстояниямежду кабелями используются упрощенные выражения по сравнению сматематической моделью [37].

Снижение точности расчетов допустимо, так какне дает большой погрешности при сравнении и выборе системы заземления.2.3.1 Двухстороннее заземление экрановСогласно требованиям [31] металлические оболочки кабелей должны бытьзаземлены с двух сторон (рисунок 2.4) кабельной линии.ABCРисунок 2.4 – Схема двухстороннего заземления экрановВ конструкции кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена металлическийэкран является контуром заземления для отвода токов короткого замыкания из30токопроводящей жилы в заземляющее устройство, присоединение к которомупроще исполнить на концах линии.Выполнение двухстороннего заземления не требует больших трудозатрат,монтаж заключается лишь в выводе экрана кабеля перед концевой муфтой(рисунок 2.5) и присоединении его к существующему контуру заземления,имеющемуся около электроустановки.Рисунок 2.5 – Вывод экрана кабеляПри такой схеме соединения экраны всех кабелей имеют потенциал земли,новихзамкнутыхконтурахначинаютпротекатьтоки,вызывающиедополнительные потери мощности и ухудшающие температурный режим кабеля,что негативно влияет на его пропускную способность и срок службы [41,42].При заземлении экранов кабелей с двух сторон условие состояния схемысоединения:U ЭА  U ЭВ  U ЭС  0Сопротивлениепрямой(2.31)последовательноститрехфазнойгруппыоднофазных кабелей:Z1  ( Z Ж  Z КZ)ЖЭ ZК ZЭ  Z К2(2.32)31Сопротивлениенулевойпоследовательноститрехфазнойгруппыоднофазных кабелей:Z)Z 0  ( Z Ж  2Z КЖЭ 2Z К 2Z Э  2Z К(2.33)Учитывая (2.31) при решении системы уравнений (2.12), получим токи вэкранах кабелей в нормальном режиме:Z  Z К IЭА   ЖЭI ЖАZ  ZЭКZ  Z К IЭВ   ЖЭI ЖВZ Э  Z КZ  Z К IЭС   ЖЭI ЖСZ  ZЭ(2.34)КТаким образом, учитывая (2.24), (2.27) и (2.29) :Z  Z К R  jM ЖЭ  ( RЗ  jM К ) j ( M ЖЭ  M К ) IЭ   ЖЭIЖ   ЗIЖ  IЖ RЗ  RЭ  jLЭ  ( RЗ  jM К )RЭ  j ( LЭ  M К )ZЭ  ZК  2 Dз  D   2s   ln  з j 0 ln  ln 2  d э   s  jX  dэ IЖ  IЖ  IЖRjX  2s    2D  D ЭRЭ  j 0 ln  RЭ  j 0 ln  з   ln  з 2  d э 2   d э  s j02(2.35)По модулю комплексного числа:IЭ где X  IЖ2R 1  Э  X  ,(2.36) 0  2s ln  2  d э Выражение(2.36)определяетпараметрсистемысдвухстороннимзаземлением экранов – величину тока в экране, которая зависит от: тока в жиле Iж, активного сопротивления экрана Rэ (то есть от материала и сеченияэкрана Fэ), диаметра кабеля по экрану dэ,32 расстояния между фазными кабелями s [43,44].Доля тока в экране от тока в жиле составляет:IЭIЖ1R 1  Э  X 2(2.37)Также можно определить долю потерь мощности в экране от потеримощности в жиле.Зная, что:PЖ  I Ж 2 RЖ(2.38)PЭ  I Э 2 RЭ(2.39)Отношение потерь составит:PЭPЖ1R 1  Э  X 2RЭRЖ(2.40)Преимуществами двухстороннего заземления экранов являются отсутствиенапряжения на экране, простота монтажа, низкая стоимость исполнения.К недостаткам системы необходимо отнести протекание токов в экранах,дополнительный источник тепловыделения, дополнительные потери мощности,сокращение срока службы.2.3.2 Одностороннее заземление экрановПри заземлении экранов на одном конце кабельной линии металлическиеэкраны трех фаз соединяются между собой и заземляются на общем заземляющемустройстве с нормируемым сопротивлением (рисунок 2.6).При одностороннем заземлении экрана путь для протекания в немпродольных токов разорван.

Относительно небольшие потери в экранеобусловлены лишь вихревыми токами, которые не определяют тепловой режимэксплуатации кабеля.33ABCРисунок 2.6 – Схема одностороннего заземления экрановОднако при таком режиме эксплуатации экранов необходимо учестьследующие факторы:1.

Появлениеопасныхдлязащитнойоболочкиимпульсныхперенапряжений, величина которых может превысить электрическуюпрочность изоляционной оболочки, может привести к проникновениюв изоляционную конструкцию кабеля влаги (при подземной прокладкеи применении кабеля без герметизации).2. Установкадополнительногооборудования:концевыхмуфтсизолированными экранами, защитных аппаратов на незаземленномконце экрана.

Требует определенных дополнительных затрат пристроительстве системы заземления экранов.3. Наведенный потенциал на незаземленном конце экрана, величинакоторого пропорциональна рабочему току в жиле и длине кабеля,может быть опасен для обслуживающего ремонтного персонала, атакже может явиться причиной коррозионного повреждения принарушении целостности оболочки кабеля.Наведенный потенциал возникает как в нормальном режиме работы кабеля,так и в аварийном при коротком замыкании в сети за кабелем.

В этом случае токкороткого замыкания полностью проходит по жиле, не переходя в экран, а пробояизоляции не происходит.34Если короткое замыкание происходит непосредственно в кабеле при пробоеизоляции, то потенциал не наводится, а происходит стекание тока короткогозамыкания в заземляющее устройство по контуру «жила – место короткогозамыкания – экран – заземлитель».Если прикосновение человека к экрану при исполнении кабельной линииисключено,тонаведенныйпотенциалнедолженпревышатьзначениенапряжения, определяющего прочность изоляции экрана, то есть оболочкикабеля. При механическом повреждении оболочки кабеля потенциал экрана недолжен создавать опасного для людей и животных шагового напряжения илинапряжения прикосновения.При осуществлении одностороннего заземления рекомендуется приниматьдопустимую величинунаведенного на экране напряжения не более 100 В внормальном режиме [45].

При коротком замыкании максимальная величинанаведенного напряжения на экране не должна превышать 5 кВ [46], что можетпривести к нарушению электрической прочности изоляционной оболочки ипроникновению влаги в конструкцию кабеля.По требованиям электробезопасности напряжение на разомкнутом концеэкрана относительно земли во всех режимах не должно превышать 25 В [47]. Впротивном случае должны быть установлены специальные концевые коробки(рисунок 2.7), ограничивающие доступ к экрану кабеля, а все работы, связанные сприкосновением к оболочкам кабелей, должны выполняться только наотключенном кабеле.35Рисунок 2.7 Установка концевой коробкиКонцевая коробка (рисунок 2.8) представляет собой открывающийся коробс входами для кабелей (три или один), соединенных с экранами кабельной линии,установленными внутри ограничителем перенапряжений нелинейным (ОПН) ивыводом для присоединения кабеля, подключенного к устройству заземления[48,49].

Концевые коробки бывают как однофазного, так и трехфазногоисполнения. Устанавливаются на разомкнутом конце экрана.Рисунок 2.8 – Схема концевой коробкиИмпульсные перенапряжения (возникающие при грозовом поражении ВЛили при коротком замыкании в месте сопряжения ВЛ и КЛ), воздействующие назащитную оболочку кабелей должны быть ограничены до допустимого уровня с36помощьюустановкизащитныхаппаратов(нелинейныхограничителейперенапряжений) на разомкнутой стороне экранов.Выбор защитных характеристик ОПН необходимо осуществлять помаксимально возможному импульсному напряжению, которое прикладывается кОПН, и максимальной длительности КЗ на землю в схеме применения КЛ.Для защиты оболочки от импульсных перенапряжений необходимоустанавливать ОПН с наибольшим рабочим напряжением 6 кВ и удельнойпоглощаемой энергией 2-3 кДж/кВ. Конкретное значение наибольшего рабочегонапряженияОПН определяетсякак напряжение в месте его установки привнешнем коротком замыкании кабеля, деленное на 1,25 [50].При разрыве контура протекания тока в экранах условие состояния схемысоединения:IЭА  IЭВ  IЭС  0Сопротивлениепрямойпоследовательности(2.41)трехфазнойгруппыоднофазных кабелей:Z1  Z Ж  Z КСопротивлениенулевойпоследовательности(2.42)трехфазнойгруппыоднофазных кабелей:Z 0  Z Ж  2Z К(2.43)Учитывая (2.41) при решении системы уравнений (2.12) запишемнапряжение на экранах разных фаз:U ЭА  Z ЖЭ I ЖА  Z К I ЖВ  Z К I ЖСU ЭВ  Z ЖЭ I ЖВ  Z К I ЖА  Z К I ЖСU ЭС  Z ЖЭ I ЖС  Z К I ЖА  Z К I ЖВ(2.44)Введем допущения для различных режимов работы кабеля и определимнапряжения на экране относительно земли в нормальном режиме работы и приразличных симметричных и несимметричных кротких замыканиях в сети закабелем.37В нормальном режиме работы и при трехфазном коротком замыканиисумма токов трех фаз равна нулю:I ЖА  I ЖВ  I ЖС  0(2.45)Тогда напряжения на экране по (2.44):U ЭА  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖАU ЭВ  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖВU ЭС  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖС(2.46)В режиме однофазного короткого замыкания при повреждении в фазе Атоки в фазах В и С равны нулю:I ЖВ  I ЖС  0(2.47)Тогда напряжения на экране по (2.44):U ЭА  Z ЖЭ I ЖАU ЭВ  Z К I ЖАU ЭС  Z К I ЖА(2.48)В режиме межфазного короткого замыкания на землю при повреждениях вфазах В и С ток в фазе А равен нулю, а сумма токов в фазах В и С – току в земле:I ЖА  0I ЖВ  I ЖС  I З(2.49)Тогда напряжения на экране по (2.44):U ЭА  Z К I ЗU ЭВ  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖВ  Z К I ЗU ЭС  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖВ  Z К I З(2.50)В режиме двухфазного короткого замыкания при повреждениях в фазах В иС ток в фазе А и сумма токов в фазах В и С равны нулю:I ЖА  0I ЖВ  I ЖС  0Тогда напряжения на экране по (2.44):(2.51)38U ЭА  0U ЭВ  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖВU ЭС  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖВ(2.52)Для снижения напряжения на экране кабеля одностороннее заземление накабельной линии можно выполнить несколько раз.