Диссертация (Разработка методики выбора энергоэффективной системы заземления экранов одножильных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-500 КВ), страница 7

В «замкнутой» системе постоянно происходят дополнительные потеримощности. Вариант исполнения «разомкнутой» системы эти потери исключает,но его строительство, в отличие от «замкнутой» системы требует определенныхзатрат.Имея два варианта исполнения кабельной линии, можно провести ихэкономическоесравнение,чтобудетявлятьсяобоснованиемвыбораэнергоэффективной системы заземления экранов.Таким образом, представим пошаговый алгоритм (рисунок 3.1) выбораэнергоэффективной системы заземления экранов.1 этапВыбор кабелей2 этапРасчет «разомкнутой» системы заземления экранов3 этапРасчет «замкнутой» системы заземления экранов4 этапЭкономическое сравнениеРисунок 3.1 – Алгоритм выбора системы заземления экрановНа первом этапе необходимо выбрать сечения кабелей, удовлетворяющихмаксимальной нагрузке линии в послеаварийном режиме и требованиямтермической стойкости.

Далее для выбранных сечений, характеризующих такжегеометрические параметры кабеля, следует провести расчеты техническихпараметров систем заземления, определив токи и напряжения, возникающие при50различных схемах соединения экранов. Потом выбранные системы заземлениянадлежит сравнить по экономическому критерию, который и определитцелесообразность применения одного из вариантов исполнения кабельной линии.3.3Выбор кабелейВыбор кабеля (рисунок 3.2) зависит от трассы прокладки кабельной линии изаключается в расчете сечений токопроводящей жилы и металлического экрана.Сечения жил кабелей должны выбираться по участку трассы с худшимиусловиями охлаждения, если длина его составляет более 10 метров [56,50].Сечениеэкраназависитотмаксимальноготокакороткогозамыкания,протекающего по нему.Выбор кабеляВыбор сечения жилыВыбор сечения экранаРисунок 3.2 – Выбор кабеля3.3.1 Выбор трассы кабельной линииПерваязадача,котораястоитпередпроектировщикомлинииэлектроснабжения, заключается в определении трассы прокладки кабелей,удовлетворяющей требованиям норм и правил.Трасса кабельной линии должна выбираться с учетом наименьшего расходакабеля,обеспеченияегосохранностипримеханическихвоздействиях,обеспечения защиты оболочки от химического воздействия, вибрации, перегреваи от повреждений соседних кабелей электрической дугой при возникновении КЗна одном из кабелей.

При размещении кабелей следует избегать пересечения ихмеждусобойиструбопроводами.коммуникации, прокладывают в трубах.Кабели,перекрещивающиедругие51В зависимости от окружающей среды кабельные трассы разделяют на двавида: прокладываемые в земле или на воздухе.В земле кабели прокладываются в отдельных траншеях и должны иметьснизу подсыпку, а сверху засыпку слоем мелкой земли, не содержащей камней,строительного мусора и шлака.заложения,термическоеХарактеристиками траншеи служат глубинасопротивлениезасыпочногоматериалагрунта,количество параллельных кабелей.

В одной траншее рекомендуется прокладыватьне более шести кабелей.К прокладке на воздухе относятся различные виды кабельных сооружений:туннели, коллектора, эстакады, галереи, блоки, каналы и т.д. Чаще всегоподобные сооружения предназначены для большого количества кабелей, которыепрокладываются по сборным металлоконструкциям, либо сплошным полкам.Характеристикойтакихсооруженийявляетсявзаимноегеометрическоерасположение кабелей в поперечном сечении: количество полок, расстояниемежду ними, расстояние между кабелями на полке и их количество.Кабели одножильного исполнения в трехфазной системе возможнорасполагать в пространстве двумя способами.

Они могут прокладыватьсяпараллельно в одной плоскости или в вершинах равностороннего треугольника[57].При параллельной прокладке кабелей в плоскости (в земле или воздухе)расстояния по горизонтали в свету между кабелями отдельной цепи должно бытьне менее размера наружного диаметра кабеля.Расположение кабелей в вершинах равностороннего треугольника напрактике осуществляется в основном вплотную для удобства монтажа,эксплуатации и экономии места.3.3.2 Выбор сечения токопроводящей жилыНоминальное сечение токопроводящихжилкабелей(рисунок3.3)выбирается на основе расчетного длительного допустимого тока согласнокаталожным данным заводов-изготовителей:52I ДЛ .

ДОП  I МАКС.РАБ,(3.1)где Iмакс.раб – максимальный рабочий ток линии, Iдл.доп – длительнодопустимый ток кабеля выбранного сечения.Выбор сечения токопроводящей жилыНа воздухеТреугольникомРасположениекабелейВ плоскостиОкружающаясредаВ землеАлюминийМедьМатериалжилыРисунок 3.3 – Выбор сечения токопроводящей жилыДля пересчета длительного допустимого тока по условиям прокладки,применяемым в проекте, заводы-изготовители кабеля в каталожных данныхуказывают поправочные коэффициенты на свою продукцию, которые учитываютизменения исходных условий и зависят от: температуры окружающей среды, глубины прокладки кабеля, величины удельного теплового сопротивления грунта, взаимного расположения кабелей и расстояния между ними, взаимного расположения и количества цепей, возможной прокладки кабелей в трубах.I ДЛ .

ДОП  I 0 ДЛ . ДОП  k1  k2  ...  kn,(3.2)53где I0дл.доп – длительно допустимый ток кабеля, приведенный в каталоге дляисходных условий; k1 - kn – поправочные коэффициенты.В каталожных данных заводам-изготовителям рекомендуется представлятьдва длительно допустимых тока кабеля для каждого сечения токопроводящейжилы. Это необходимо для корректного выбора кабеля для каждой системызаземления экранов.

Для «замкнутой» – с учетом протекания тока в экране. Для«разомкнутой» – с учетом отсутствия тока в экране.Выбранное сечение токопроводящей жилы должно быть проверено поусловию термической стойкости:IТ  I К ,(3.3)где Iк – максимальный возможный ток короткого замыкания, Iт – токтермической стойкости кабеля выбранного сечения.Ток термической стойкости [58] рассчитывается по формуле:IТ  j  F,(3.4)где j – допустимая плотность тока, F – сечение проводника.jk1    TKln,  TНtКЗ(3.5)где k1 – коэффициент, зависящий от материала, ε - коэффициент,учитывающий отвод тепла, tКЗ – время отключения короткого замыканиявыключателем,β–величина,обратнаятемпературномукоэффициентусопротивления при 0°С, ТH – начальная температура проводника, ТK – конечнаятемпература проводника.Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена начальной температуройпри расчете допустимой плотности тока в жиле является максимальная рабочаятемпература жилы 90°С, конечной – предельно допустимая температура жилыпри коротком замыкании 250°С.Коэффициенты k1 и β зависят от материала жилы.

Для алюминия они равнысоответственно 148 А с1/2/мм2 и 228 К. Для меди – 226 А с1/2/мм2 и 234,5 К.54Таким образом, допустимая плотность односекундного тока в жиле равна0,095 кА/мм2 для алюминия и 0,143 кА/мм2 для меди.3.3.3 Выбор сечения экранаСечение экрана (рисунок 3.4) выбирается по условию термическойстойкости (3.3) – (3.5).При расчете допустимой плотности тока в экране кабелей с изоляцией изсшитогополиэтиленаконечнойтемпературойявляетсямаксимальнаятемпература нагрева экрана при коротком замыкании 350°С.Выбор вида повреждения изоляции, при котором возникает максимальныйток короткого замыкания в экране кабеля, зависит от способа заземлениянейтрали сети [59].Выбор сечения экранаРежим заземлениянейтралиМатериал экранаРисунок 3.4 – Выбор сечения экранаВ кабельных сетях рассматриваются различные виды аварийных режимов: однофазное короткое замыкание К(1), двойное короткое замыкание на землю К(1,1), двухфазное короткое замыкание К(2), трехфазное короткое замыкание К(3).В одножильном кабеле при повреждении изоляции возникает пробой междужилой и экраном.

Из-за того, что экран заземлен, двухфазное короткое замыканиеК(2) без земли не возможно. Трехфазное короткое замыкание К(3) являетсямаловероятным и не рассматривается в качестве критерия термической стойкости.55В сетях с глухозаземленной нейтралью (110-500 кВ) однофазное короткоезамыкание К(1) сопровождается большими токами, поэтому оно являетсярасчетным при выборе сечения экрана.В сетях с изолированной нейтралью (6-35 кВ) однофазное короткоезамыкание не является аварийным режимом и характеризуется протеканием лишьемкостных токов. Отключение линии релейной защитой не происходит. При этоместь вероятность возникновения пробоя изоляции во втором кабеле, тогда режимстановится двойным повреждением на землю К(1,1) и уже является аварийным, азначит расчетным при выборе сечения экрана.Величину тока двойного короткого замыкания на землю допустимоопределить как:I К (1,1) 3 (3)IК2,(3.6)где IK(3) – ток трехфазного короткого замыкания сети.Заземление нейтрали через резистор (6-35 кВ) может быть двух видов:высокоомное и низкоомное [60,61].

Сеть с высокоомным заземлением нейтралиявляется частным случаем сети с изолированной нейтралью. Соответственно привыборе сечения экрана расчетным является случай двойного короткого замыканияна землю К(1,1).В сетях с низкоомным заземлением нейтрали релейная защита настроена наотключение линии при возникновении повреждения изоляции. Таким образом,расчетнымявляетсяслучайоднофазногокороткогозамыканияК(1),амаксимальный ток, который может протекать по экрану кабеля, складывается изреактивного (емкостного) и активного (ток через резистор):I К (1)  IC  I RIR U НОМ3RN,(3.7)(3.8)где RN – сопротивление резистора в нейтрали.Принимая во внимание то, что уровни токов однофазного замыкания в сетис низкоомным резистивным заземлением нейтрали составляют 100-1000 А,56целесообразно рассмотреть случай внешнего короткого замыкания.

Придвухстороннем заземлении экранов кабеля по экрану протекает ток, величинакоторого зависит от тока в жиле и определяется по формуле (2.36). В таком случаеэкран необходимо проверять на термическую устойчивость при протекании вжиле аварийного тока:IЭ I К (3)'R 1  Э  X 2,(3.9)где IK(3)’ – ток трехфазного короткого замыкания в сети за кабелем,протекающий по жиле.Номинальное сечение медного экрана согласно [23] должно быть не менее: 16 мм2 для кабелей с жилами сечением 35-120 мм2, 25 мм2 для кабелей с жилами сечением 150-300 мм2, 35 мм2 для кабелей с жилами сечением 400 мм2 и более.Выбор способа прокладки и конструкции кабеля необходимо осуществлятьнаосновепроектныхрешений,скоординированныхсрекомендациямипредприятий-изготовителей кабелей.

Как правило, предприятия-изготовителикабелей осуществляют техническую поддержку по принятию рациональныхпроектныхрешений,обеспечивающихэкономичностьивысокуюэксплуатационную надежность кабельных линий.3.4Расчет параметров «разомкнутой» системы заземления экрановВыбрав сечение кабеля для «разомкнутой» системы заземления экранов, покаталожным данным необходимо определить диаметр жилы dж, диаметр экрана dэи наружный диаметр dнар.Негативным фактором при варианте исполнения кабельной линии с«разомкнутыми» экранными контурами является напряжение, наводимое наэкране от протекания тока по жиле кабеля.57Проверку наведенного напряжения (рисунок 3.5) на экране кабелянеобходимо производить для трех режимов работы кабельной линии: нормальный режим, трехфазное короткое замыкание со стороны нагрузки, однофазное короткое замыкание со стороны нагрузки.Проверка наведенного напряжения на экранеНормальныйрежимUэ < 100 ВТрехфазноеКЗ со сторонынагрузкиUэ < 5 кВОднофазноеКЗ со сторонынагрузкиUэ < 5 кВРисунок 3.5 – Проверка наведенного напряжения на экранеИзначально в качестве «разомкнутой» системы необходимо рассматриватьодностороннее заземление экранов, как наиболее дешевую схему заземления сотсутствием тока в экранах.