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

Для этого линию разделяют наотрезки равной длины (секции), в каждом из которых он заземляется лишь одинраз.Тогдаформуладлярасчетанапряжениянаэкранекабеляприодностороннем заземлении экранов в симметричном режиме с использованиемпогонных параметров имеет вид:U Э 1( Z ЖЭ  Z К ) I Ж LКK,(2.53)где К – количество секций одностороннего заземления экранов.Или с учетом (2.27) и (2.29):11( RЗ  j M ЖЭ  ( RЗ  j M К )) I Ж LК j ( M ЖЭ  M К ) I Ж LК KK 2s    2D 111 D j 0 ln  з   ln  з   I Ж LК j 0 ln   I Ж LК jXI Ж LКK2   d э K2  d э K s U Э (2.54)По модулю:U Э где X  1jXI Ж LКK,(2.55) 0  2s ln  2  d э В несимметричном режиме однофазного короткого замыкания:U Э 1Z ЖЭ I Ж LКK,(2.56)Или с учетом (2.27):11( RЗ  j M ЖЭ ) I Ж LК j M ЖЭ I Ж LК KK 2D 11j 0 ln  з  I Ж LК jX ЖЭ I Ж LКK2  d э KU Э (2.57)39По модулю:U Э где X ЖЭ  1jX ЖЭ I Ж LКK,(2.58)0  2 Dз ln 2  d э Выражения (2.55) и (2.58) определяют параметры системы с одностороннимзаземлением экранов – величины напряжений наводимых на экране относительноземли, которые зависят от: тока в жиле Iж, длины кабельной линии Lк, диаметра кабеля по экрану dэ, расстояния между фазными кабелями s, глубины протекания обратного тока в земле Dз.В общем виде график зависимости напряжения на экране от длины кабеля(рисунок 2.9) имеет линейную характеристику, поэтому максимальный потенциалбудет наводиться на разомкнутом конце экрана.Рисунок 2.9 – График зависимости Uэ(L) при одностороннем заземлении экрановПреимуществами одностороннего заземления экранов являются отсутствиетоков и дополнительных потерь мощности в экране, дополнительного источниканагрева кабеля.

К недостаткам системы относятся наличие наведенного40потенциала на экране, необходимость монтажа защитных аппаратов отперенапряжений, дополнительные затраты при строительстве.2.3.3 Транспозиция экрановТранспозиция экрана (рисунок 2.10) выполняется таким образом, чтобы навсем протяжении кабельной линии экран проходил по трем участкам вдолькаждой из фаз, представляющим полный цикл транспозиции.Так как на разных участках одинаковой длины ЭДС на экране наводится отразных фаз, то суммарная ЭДС контура равна нулю. В результате продольныетоки отсутствуют, а наводятся лишь вихревые, как и в случае одностороннегозаземления.ABCРисунок 2.10 – Схема транспозиции экрановСмена положения экранов происходит в узлах транспозиции.

В случаенеравенства участков в экране будут протекать токи [51].При транспозиции экранов необходимо учитывать:1. Появлениеопасныхдлязащитнойоболочкиимпульсныхперенапряжений в узлах транспозиции;2. Установку дополнительного оборудования: экранно-разделительныхсоединительных муфт, коробок транспозиции (рисунок 2.11) сзащитными аппаратами в узлах транспозиции экранов.41Рисунок 2.11 – Установка коробки транспозиции экрановКонструкция муфты с разделением экранов аналогична конструкцииобычной соединительной муфты. Она имеет дополнительные герметизирующиекомпоненты и соединители, которые используются для обеспечения выводаэкрана наружу.Коробка транспозиции (рисунок 2.12) представляет собой открывающийсякороб с шестью входами для кабелей, соединенных с экранами кабельной линии,перемычками, установленными внутри для смены положения экрана и ОПН, иимеет вывод для присоединения кабеля, подключенного к устройству заземления[52].

Коробки транспозиции устанавливаются в узлах транспозиции.Рисунок 2.12 – Схема коробки транспозиции экранов42В случае прокладки кабеля в земле необходимо предусматриватьстроительствоспециальныхтранспозиционныхкамер(рисунок2.13)сзаземляющим устройством [53,54] для установки коробок транспозиции экранов.Это увеличивает стоимость системы заземления экранов. Узлы транспозицииможно обустраивать в камерах установки соединительных муфт, если онирасполагаются в подходящих для этого местах по трассе кабельной линии. В этомслучаедополнительныезатратысоставятлишьразницавстоимостисоединительных муфт и оплата труда монтажников по установке устройстватранспозиции.Рисунок 2.13 – Строительство камеры транспозицииПри полном цикле транспозиции экран становится общим для всех трех фаз.На первом и третьем участках напряжение экрана относительно земли равносоответствующему наведенному потенциалу с линейной зависимостью от длины.Для среднего участка наведенный потенциал определяется и ЭДС первого участкаи ЭДС третьего участка, для которых определяющими являются токи разных жил.Наибольший потенциал наводится в узлах транспозиции (рисунок 2.14).Допустимые напряжения на экране, выбор характеристик защитныхаппаратов от перенапряжений совпадают с решениями для одностороннегозаземления экранов.43Система заземления с транспозицией экранов является самой дорогой сточки зрения строительства, потому что требует двух соединительных муфт,возможно, кабельных колодцев с наличием устройства заземления для установкикоробок с защитными аппаратами.Рисунок 2.14 – График зависимости Uэ(L) при транспозиции экрановПри заземлении экранов кабелей с двух сторон, условие состояния схемысоединения:U ЭА  U ЭВ  U ЭС  0Сопротивлениепрямой(2.59)последовательноститрехфазнойгруппыоднофазных кабелей:Z1  Z Ж  Z КСопротивлениенулевой(2.60)последовательноститрехфазнойгруппыоднофазных кабелей:Z 0  ( Z Ж  2Z КZ)ЖЭ 2Z К 2Z Э  2Z К(2.61)Для транспозиции экранов система уравнений (2.12) записывается длякаждого из трех участков, учитывая смену положения экрана.44На первом участке каждый экран проходит вдоль «своей» фазы, поэтому внормальном режиме работы и при трехфазном коротком замыкании справедливасистема уравнений (2.44), и, соответственно, (2.46).

Так как первый участокзанимает треть длины кабельной линии, напряжение, наводимое на экране, в узлетранспозиции имеет вид:U Э 1( Z ЖЭ  Z К ) I Ж LК3N,(2.62)где N – количество циклов транспозиции экранов.Или подобно (2.54):U Э 1jXI Ж LК3N(2.63)По модулю:U Э где X  1jXI Ж LК3N,(2.64) 0  2s ln  2  d э В режиме однофазного короткого замыкания рассмотрим повреждение вфазе А. Токи в фазах В и С равны нулю:I ЖВ  I ЖС  0(2.65)Запишем уравнение напряжения на экране фазы А из (2.12) для каждогоучастка цикла транспозиции.На первом участке экран фазы А проходит вдоль фазы А:U ЭА1  ZЭ I ЭА  Z ЖЭ I ЖА  Z К ( I ЖВ  I ЭВ )  Z К ( I ЖС  I ЭС )(2.66)На втором участке – вдоль фазы В:U ЭА2  ZЭ I ЭА  Z ЖЭ I ЖВ  Z К ( I ЖА  I ЭВ )  Z К ( I ЖС  I ЭС )(2.67)На третьем участке – вдоль фазы С:U ЭА3  ZЭ I ЭА  Z ЖЭ I ЖС  Z К ( I ЖВ  I ЭВ )  Z К ( I ЖА  I ЭС )(2.68)По всей длине кабельной линии для цикла транспозиции:U ЭА  U ЭА1  U ЭА2  U ЭА3(2.69)45Решим систему (2.65) – (2.69):3ZЭ I ЭА  Z ЖЭ I ЖА  Z К (2I ЖА  3I ЭС  3I ЭВ )  0(2.70)Отсюда:1 3Z I  Z ЖЭ I ЖАI ЭС  I ЭВ   ( Э ЭА 2 I ЖА )3ZК(2.71)Подставим (2.71) в (2.66):1 3Z I  Z ЖЭ I ЖАU ЭА1  Z Э I ЭА  Z ЖЭ I ЖА  Z К ( ( Э ЭА 2 I ЖА )) 3ZК122 Z Э I ЭА  Z ЖЭ I ЖА  Z Э I ЭА  Z ЖЭ I ЖА  I ЖА Z К  ( Z ЖЭ  Z К ) I ЖА333(2.72)Так как первый участок занимает треть длины кабельной линии,напряжение, наводимое на экране, в узле транспозиции имеет вид:U Э 2( Z ЖЭ  Z К ) I ЖА LК9N(2.73)По модулю:U Э где X  2jXI Ж LК9N,(2.74) 0  2s ln  2  d э Выражения (2.64) и (2.74) определяют параметры системы с транспозициейэкранов – величины напряжений наведенных на экране относительно земли,которые зависят от: тока в жиле Iж, длины кабельной линии Lк, диаметра кабеля по экрану dэ, расстояния между фазными кабелями s.Преимуществами системы с транспозицией экранов являются отсутствиетоков и дополнительных потерь мощности в экране, отсутствие дополнительногоисточника нагрева кабеля, заземление экранов с обоих концов кабельной линии.

Кнедостаткам относятся необходимость установки защитных аппаратов от46перенапряжений, возможное дополнительное строительство камер для установкиоборудования в узлах транспозиции (минимум в двух точках), наибольшаястоимость строительства схемы заземления.Выводы к главе 21. Показано, что токи в экранах кабеля возникают при их соединении иобразованиизамкнутыхконтуроввэлектромагнитномполепротекающих по жиле токов.2. По анализу литературы выбрана математическая модель, котораяпозволяет рассчитать электрические параметры систем заземления.3. Для двухстороннего заземления экранов необходимо рассчитыватьтоки и потери мощности в экранах, которые зависят от величины токав жиле, сечения экрана, диаметра кабеля по экрану и расстояниямежду кабелями.4. Для одностороннего заземления экранов необходимо рассчитыватьнаведенный потенциал на разомкнутом конце экрана, которыйзависит от тока в жиле, длины кабельной линии, диаметра кабеля поэкрану, расстояния между кабелями и глубины протекания обратноготока в земле.5.

Для транспозиции экранов необходимо рассчитывать наведенныйпотенциал в узлах транспозиции, который зависит от тока в жиле,длины кабельной линии, диаметра кабеля по экрану, расстояниямежду кабелями.47ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙСИСТЕМЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭКРАНОВ ОДНОЖИЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ3.1Постановка задачиКрупнейшей электросетевой компанией в России является ОАО «Россети»,котораяобъединяетвсвоейструктурефедеральныеирегиональныеэлектросетевые компании.Основными направлениями технической политикипри проектировании,строительстве, реконструкции, техническом перевооружении и эксплуатациикабельных линий, обеспечивающие повышение надежности и эффективностиэлектроснабжения, являются [55]: применение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена и арматуры,полученных на высокотехнологичных производствах, гарантирующихнизкую дефектность производимых кабелей и являющихся ключевымфактором надежности; использование кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена длязамены маслонаполненных кабелей и кабелей с пропитаннойбумажной изоляцией; в однофазных кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена до 500 кВвключительно необходимо обращать повышенное внимание на выборсечения, способы соединения и заземления экранов; выбор конструкции, сечения экрана и способ его заземления долженосуществляться по условиям допустимого нагрева КЛ в нормальномрежиме работы, а также по условиям его термической стойкости, втом числе в режиме протекания токов КЗ, с обеспечениемэлектробезопасности обслуживания коробок транспозиции согласнодействующимтребованиямсучетомихколичества,мест48расположения и проектирования КЛ по принципу минимизацииколичества соединительных транспозиционных муфт; проверка допустимости выбранного способа заземления экрановкабелей и расчет транспозиции экранов, должны осуществляться припроектировании с учетом допустимых напряжений на экранах кабелейпри протекании по жиле максимального рабочего тока и токакороткого замыкания; выборспособаобустройстваэкрановдолженрешатьсяприпроектировании в каждом отдельном случае с учетом конкретныхусловий в зависимости, прежде всего, от значений токов короткогозамыкания и условий безопасного проведения работ при эксплуатациикабельных линий.Наличие данных пунктов совпадает с выводами к главе 1 и подтверждаетнеобходимость учета системы заземления экранов на стадии проектированиякабельных линий.

Конкретной задачей является разработка методики расчетасечения токопроводящей жилы кабеля совместно с параметрами схем заземленияэкранов, описанных в главе 2.3.2Составление алгоритма исследованияАнализ схем соединения экранов показал, что их можно разделить на двегруппы: «замкнутые» с протеканием тока по экрану кабеля (двухстороннеезаземление) и «разомкнутые» при его отсутствии (одностороннее заземление итранспозиция экранов).Наличие тока в экране влияет на пропускную способность токопроводящейжилы. Сечение жилы необходимо выбирать, учитывая схему заземления экранов.Следовательно, кабельную линию при проектировании необходимо представить вдвух вариантах исполнения: кабель, сечение которого учитывает протекание токапо экрану, в «замкнутой» системе и кабель, сечение которого учитываетотсутствие тока в экране, в «разомкнутой» системе.49Для «замкнутой» системы заземления экранов пропускная способностьлинии меньше, соответственно сечение токопроводящей жилы может бытьбольше.