86
Проверка экранов
и оболочек КЛ 6–500 кВ
УДК
621.315.2
к
а
б
е
л
ь
н
ы
е
л
и
н
и
и
кабельные линии
ВВЕДЕНИЕ
Для
кабельных
линий
(
КЛ
),
выполненных
однофаз
-
ными
кабелями
,
согласно
СТО
[1]: «7.3.8.
Неравно
-
мерность
распределения
токов
по
жилам
и
экранам
кабелей
не
должна
превышать
10%».
Точно
такое
же
требование
есть
и
СТО
[2]: «35.9.
Неравномерность
распределения
токов
по
токопроводящим
жилам
и
оболочкам
(
экранам
)
кабелей
не
должна
быть
бо
-
лее
10%».
Главная
причина
различия
токов
в
экранах
указа
-
на
в
самом
же
СТО
[1]: «5.3.
Неравномерность
рас
-
пределения
токов
в
экранах
может
быть
обусловлена
несимметрией
геометрического
взаимного
располо
-
жения
кабелей
».
Хотя
причина
неравномерности
на
-
звана
верно
,
авторы
стандартов
[1]
и
[2]
некорректно
оценили
ее
предельное
значение
,
ограничившись
ве
-
личиной
10%.
Опыт
измерений
на
действующих
КЛ
6–500
кВ
,
а
также
опыт
моделирования
,
говорят
о
том
,
что
для
полностью
исправных
линий
,
проложенных
в
соот
-
ветствии
с
действующими
нормами
, «
неравномер
-
ность
»
может
достигать
500%,
не
представляя
при
этом
никакой
опасности
для
КЛ
.
Столь
большие
раз
-
личия
токов
связаны
с
наличием
в
каждом
из
экранов
до
четырех
составляющих
токов
,
имеющих
разную
природу
и
суммирующихся
друг
с
другом
сложным
образом
.
В
статье
токи
в
экранах
рассмотрены
для
самых
распространенных
способов
расположения
фаз
(
ри
-
сунок
1)
и
схем
заземления
экранов
.
Отметим
,
что
все
расчеты
и
пояснения
даны
на
примере
одноцеп
-
ных
КЛ
,
а
что
касается
двухцепных
КЛ
,
то
для
них
выводы
сохранятся
,
хотя
и
по
-
явятся
некоторые
особенности
Дмитриев
М
.
В
.,
к
.
т
.
н
.,
доцент
Санкт
-
Петербургского
политехнического
университета
Ключевые
слова
:
однофазный
кабель
,
заземление
экранов
,
токи
в
экранах
,
испытания
кабеля
,
ОПН
Keywords:
single-core cable,
screen grounding,
screen current, cable
testing, surge arrester
Отечественные
нормативные
документы
предписывают
про
-
водить
испытания
линий
6–500
кВ
с
однофазными
кабелями
как
после
монтажа
,
так
и
периодически
в
процессе
эксплуа
-
тации
.
В
частности
,
следует
проводить
измерения
токов
,
наве
-
денных
в
экранах
,
с
целью
их
сравнения
друг
с
другом
.
Кроме
того
,
надо
проверять
целостность
оболочки
путем
приложения
к
ней
постоянного
напряжения
10
кВ
на
время
1
мин
.
В
статье
показано
,
что
различие
токов
в
экранах
полностью
исправ
-
ной
кабельной
линии
может
быть
заметно
выше
порога
10%,
установленного
нормами
.
Также
показано
,
что
применение
в
схемах
заземления
экранов
специальных
ОПН
существенно
сокращает
время
подготовки
к
испытаниям
оболочки
напряже
-
нием
10
кВ
.
Рис
. 1.
Основные
способы
прокладки
однофазных
кабелей
:
а
)
сомкнутым
треугольником
;
б
)
в
ряд
(
в
плоскости
)
А
C
B
А
C
B
а
)
б
)
87
(
дополнительные
контуры
для
токов
нулевой
последовательности
[3]).
Также
обратим
внимание
,
что
моделирование
КЛ
выполнялось
в
программе
EMTP,
из
-
вестной
во
всем
мире
.
СОСТАВЛЯЮЩИЕ
ТОКОВ
В
ЭКРАНАХ
В
общем
случае
токи
в
экранах
трех
фаз
КЛ
определяются
наложением
друг
на
друга
четырех
составляющих
,
среди
которых
:
1)
емкостный
ток
прямой
последова
-
тельности
;
2)
индуктивный
ток
прямой
последова
-
тельности
;
3)
индуктивный
ток
обратной
последо
-
вательности
;
4)
индуктивный
ток
нулевой
последова
-
тельности
.
Емкостные
токи
в
экранах
есть
всегда
,
когда
кабель
находится
под
рабо
-
чим
напряжением
сети
,
в
том
числе
и
для
ненагруженных
(«
холостых
»)
кабелей
.
Индуктивные
токи
в
экранах
появляются
толь
-
ко
для
кабелей
под
нагрузкой
.
Даже
если
токи
в
жи
-
лах
образуют
тройку
токов
прямой
последователь
-
ности
,
токи
в
экранах
могут
иметь
составляющие
не
только
прямой
последовательности
,
но
еще
и
об
-
ратной
,
и
нулевой
.
Наличие
,
величина
,
соотношение
индуктивных
составляющих
прямой
,
обратной
,
нуле
-
вой
последовательностей
зависят
от
ряда
принципи
-
альных
факторов
,
среди
которых
:
–
наличие
/
отсутствие
на
трассе
участков
с
несим
-
метричным
расположением
трех
фаз
друг
отно
-
сительно
друга
(
когда
фазы
не
равносторонним
треугольником
);
–
схема
заземления
экранов
;
–
степень
«
идеальности
»
транспозиции
,
если
при
-
менена
транспозиция
экранов
[4];
–
наличие
/
отсутствие
транспозиции
самих
одно
-
фазных
кабелей
[3];
–
сопротивление
заземления
экранов
по
концам
КЛ
и
то
,
на
сколько
оно
больше
/
меньше
полного
продольного
активно
-
индук
-
тивного
сопротивления
экранов
.
Если
бы
токи
в
экранах
КЛ
являлись
лишь
токами
прямой
последовательно
-
сти
(
емкостными
и
индуктивными
),
то
измерения
этих
токов
,
выполняемые
на
практике
после
монтажа
КЛ
и
в
процес
-
се
ее
эксплуатации
,
показывали
бы
,
что
токи
экранов
фаз
«
А
», «
В
», «
С
»
не
отли
-
чаются
друг
от
друга
(
неравномерность
токов
0%).
Поскольку
в
некоторых
случаях
в
экранах
КЛ
также
возникают
компо
-
ненты
обратной
и
нулевой
последова
-
тельностей
,
то
токи
экранов
«
А
», «
В
»,
«
С
»
становятся
различной
величины
.
Это
показано
на
рисунке
2,
где
к
току
экранов
прямой
последовательно
-
сти
I
ЭА
1
,
I
Э
B1
,
I
Э
C1
добавлены
токи
ну
-
левой
I
ЭА
0
,
I
Э
B0
,
I
Э
C0
,
в
результате
чего
суммарные
токи
экранов
фаз
«
А
», «
В
», «
С
»
стали
заметно
от
-
личаться
.
В
схемах
без
транспозиции
экранов
каждый
из
них
на
протяжении
трассы
КЛ
принадлежит
одной
определенной
жиле
,
и
поэтому
в
обозначении
экрана
корректно
использовать
буквы
«
А
», «
В
», «
С
» .
Если
же
сделана
транспозиция
экранов
,
то
экран
переста
-
ет
принадлежать
какой
-
то
заданной
жиле
,
а
пооче
-
редно
имеет
отношение
ко
всем
трем
.
Следователь
-
но
,
для
обозначения
экранов
лучше
использовать
,
например
,
цифры
1, 2, 3 (
не
путать
с
последователь
-
ностями
),
что
и
будем
делать
впредь
.
СХЕМЫ
БЕЗ
ТРАНСПОЗИЦИИ
ЭКРАНОВ
На
рисунке
3
приведены
простые
схемы
заземления
экранов
однофазных
кабелей
:
–
одностороннее
заземление
;
–
двустороннее
заземление
.
Рис
. 3.
Простые
схемы
заземления
экранов
однофазных
кабелей
:
а
)
заземление
с
одной
стороны
;
б
)
заземление
с
двух
сторон
Рис
. 2.
Пример
токов
в
экранах
КЛ
:
а
)
составляющие
прямой
последова
-
тельности
;
б
)
составляющие
нулевой
последовательности
;
в
)
сумми
-
рование
составляющих
;
г
)
результирующие
токи
в
экранах
трех
фаз
жила А
жила В
жила С
экран 1
экран 2
экран 3
жила А
жила В
жила С
экран 1
экран 2
экран 3
а
)
б
)
I
ЭА1
I
ЭВ1
I
ЭС1
I
ЭА0
I
ЭВ0
I
ЭС0
w
= 2
π
f
w
= 2
π
f
I
ЭА
= I
ЭА1
+ I
ЭА0
I
ЭВ
= I
ЭВ1
+I
ЭВ0
I
ЭС
= I
ЭС1
+I
ЭС0
I
ЭА1
I
ЭВ1
I
ЭС1
I
ЭА0
I
ЭВ0
I
ЭС0
а
)
в
)
б
)
г
)
№
6 (51) 2018
88
Одностороннее
заземление
При
одностороннем
заземлении
в
экранах
нет
индуктивных
токов
,
поскольку
контур
,
в
котором
они
могли
бы
наводиться
,
разомкнут
.
Следователь
-
но
,
из
четырех
составляющих
в
схеме
рисунка
3
а
остается
емкостный
ток
прямой
последовательно
-
сти
,
обусловленный
приложением
к
изоляции
КЛ
рабочего
напряжения
,
под
действием
которого
ток
с
жилы
стекает
в
экран
и
далее
,
пройдя
вдоль
экра
-
на
,
уходит
в
место
его
заземления
.
Если
экран
КЛ
заземлен
в
одной
точке
(
или
не
-
скольких
точках
),
то
он
имеет
близкий
нулю
потен
-
циал
,
и
за
его
пределами
отсутствует
электриче
-
ское
поле
.
Поэтому
у
фаз
КЛ
нет
взаимной
емкости
,
а
значит
вне
зависимости
от
вида
прокладки
КЛ
(
рисунок
1)
рабочие
емкости
фаз
одинаковы
и
опре
-
деляются
собственной
емкостью
«
жила
-
экран
».
Если
приложить
к
таким
емкостям
фаз
напряжение
сети
прямой
последовательности
,
то
и
токи
в
жи
-
лах
,
и
токи
в
экранах
также
будут
токами
прямой
последовательности
,
то
есть
они
будут
лишены
«
неравномерности
».
Двусторонее
заземление
При
двустороннем
заземлении
в
экранах
кроме
емкостных
токов
появляются
также
и
индуктивные
(
индуктированные
)
токи
.
Индуктивные
токи
опреде
-
ляются
:
–
взаимной
индуктивностью
между
жилой
и
экра
-
ном
одной
и
той
же
фазы
КЛ
;
–
взаимной
индуктивностью
между
фазами
.
Для
случая
прокладки
трех
фаз
в
ряд
(
рису
-
нок
1
б
)
взаимная
индуктивность
между
соседни
-
ми
фазами
«
А
,
В
»
или
«
В
,
С
»
оказывается
больше
,
чем
между
крайними
«
А
,
С
».
Это
приводит
к
тому
,
что
индуктивные
токи
в
экранах
фаз
различаются
,
а
значит
не
равны
друг
другу
и
полные
токи
экра
-
нов
,
представляющие
собой
сумму
емкостной
и
ин
-
дуктивных
составляющих
,
то
есть
возникает
«
не
-
равномерность
».
Проведем
расчеты
токов
в
экранах
КЛ
110
кВ
,
вы
-
полненной
однофазными
кабелями
1000/240
мм
2
с
медной
жилой
и
экраном
,
длиной
3
км
.
Погонная
емкость
фазы
КЛ
составляет
0,25
мкФ
/
км
,
полная
емкость
0,75
мкФ
,
емкостный
ток
15
А
.
В
расчетах
положим
,
что
КЛ
имеет
двустороннее
питание
,
то
есть
подключена
к
сети
110
кВ
с
двух
сторон
,
тогда
емкостный
ток
в
начале
и
конце
КЛ
будет
по
7,5
А
.
Способ
прокладки
фаз
КЛ
—
или
сомкнутый
тре
-
угольник
(
рисунок
1
а
),
или
ряд
(
рисунок
1
б
)
с
рас
-
стоянием
0,3
м
между
осями
соседних
фаз
.
На
данном
этапе
положим
,
что
схема
заземле
-
ния
экранов
отвечает
рисунку
3
б
,
но
позже
будут
рас
смот
рены
и
различные
варианты
транспозиции
экранов
.
По
концам
КЛ
экраны
объединены
вместе
и
далее
соединены
с
контуром
заземления
,
имею
-
щим
сопротивление
0,5
Ом
—
в
нем
будут
фикси
-
роваться
(
при
наличии
)
составляющие
нулевой
по
-
следовательности
3
I
0
.
На
рисунке
4
приведены
результаты
расчетов
токов
экранов
№
1, 2, 3
и
тока
в
жиле
I
Ж
(
он
одинаков
в
трех
жилах
«
А
», «
В
», «
С
»)
в
зависимости
от
пере
-
даваемой
по
КЛ
трехфазной
мощности
S
КЛ
.
Опреде
-
ление
«
неравномерности
»
токов
в
экранах
следует
проводить
по
формуле
:
Э
= (
I
Э
max
/
I
Э
min
– 1) · 100%.
Из
рисунка
4
видно
,
что
при
двустороннем
зазем
-
лении
в
экранах
КЛ
проходят
токи
уровня
I
Э
/
I
Ж
≈
0,55
для
треугольника
и
I
Э
/
I
Ж
≈
0,83÷0,95
для
ряда
—
эти
соотношения
можно
было
бы
получить
и
с
помощью
методики
[4],
хотя
,
строго
говоря
,
она
позволяет
вы
-
числять
только
лишь
индуктивную
составляющую
прямой
последовательности
.
Также
из
рисунка
4
видно
,
что
:
–
для
треугольника
токи
в
экранах
№
1, 2, 3
одина
-
ковы
, «
неравномерность
» — 0%;
–
для
ряда
токи
в
экранах
№
1, 2, 3
различаются
,
«
неравномерность
» — 15%;
–
для
треугольника
и
для
ряда
в
экранах
отсутству
-
ют
токи
3
I
0
.
Для
прокладки
в
ряд
различие
токов
в
экранах
№
1, 2, 3
формально
означает
,
что
кроме
индук
-
тивной
составляющей
прямой
последовательности
в
экранах
есть
также
индуктивная
составляющая
об
-
ратной
(
а
вот
нулевой
,
согласно
рисунку
4,
там
нет
).
Различие
токов
в
экранах
при
ряд
-
ном
расположении
кабелей
состав
-
ляет
15%,
превосходя
порог
в
10%,
установленный
нормами
[1, 2].
Также
интересно
и
то
,
что
наибольшее
раз
-
личие
достигается
не
между
экранами
крайних
фаз
(
№
1, 3)
и
средней
фазой
(
№
2),
а
между
экранами
крайних
фаз
№
1
и
№
3 —
этот
эффект
уже
был
за
-
мечен
ранее
некоторыми
инженерами
при
теоретических
и
практических
ис
-
следованиях
.
«
Неравномерность
»
токов
в
экра
-
нах
,
характерную
для
рядной
проклад
-
ки
фаз
,
можно
существенно
снизить
,
если
предусмотреть
для
КЛ
транс
-
позицию
однофазных
кабелей
[3] (
не
следует
путать
с
транспозицией
экра
-
Рис
. 4.
Токи
в
экранах
КЛ
110
кВ
при
их
двустороннем
заземлении
I
Ж
1,2
3
1,2,3
ряд
треуг.
3
I
0
ряд, треуг.
жила
экран № 1
экран № 2
экран № 3
3
I
0
экранов
I
Э
,
А
0
1200
1000
800
600
400
200
0
50
100
150
200
250
S
КЛ
,
МВА
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
89
нов
).
Соответствующий
пример
предоставлен
заво
-
дом
«
Таткабель
»
и
показан
на
рисунке
5.
Для
оценки
опасности
«
неравномерности
»
экран
-
ных
токов
рассмотрим
потери
.
Соотношение
потерь
в
экране
P
Э
и
жиле
P
Ж
по
[4]
будет
равно
:
P
Э
/
P
Ж
= (
I
Э
/
I
Ж
)
2
·
F
Ж
/
F
Э
,
где
F
Ж
и
F
Э
—
сечения
медных
жилы
и
экрана
.
При
прокладке
треугольником
имеем
P
Э
/
P
Ж
= 1,26;
при
прокладке
в
ряд
имеем
P
Э
/
P
Ж
= 2,87÷3,76 (
значение
3,76 —
экран
№
3).
Видно
,
что
P
Э
больше
,
чем
P
Ж
,
то
есть
главным
источником
тепловыделения
в
КЛ
являются
экраны
.
Также
видно
,
что
потери
в
экране
№
3
заметно
пре
-
восходят
потери
в
экранах
№
1, 2.
Вместе
с
тем
,
те
-
пловые
расчеты
,
сделанные
в
специализированных
программах
,
показывают
,
что
при
про
-
кладке
трех
однофазных
кабелей
в
ряд
самая
высокая
температура
достига
-
ется
все
же
у
средней
фазы
,
где
усло
-
вия
охлаждения
не
такие
хорошие
,
как
у
двух
крайних
фаз
.
Таким
образом
,
по
-
вышенные
потери
экрана
одной
из
двух
крайних
фаз
КЛ
никак
не
ограничивают
пропускной
способности
КЛ
,
определяе
-
мой
средней
фазой
.
ВИДЫ
ТРАНСПОЗИЦИИ
ЭКРАНОВ
Говоря
о
видах
транспозиции
экранов
,
обычно
понимают
термины
[4]:
–
идеальная
транспозиция
;
–
неидеальная
транспозиция
.
Идеальная
транспозиция
—
это
та
-
кая
,
где
два
узла
транспозиции
делят
трассу
КЛ
на
три
участка
,
а
напряжения
промышленной
частоты
,
наведенные
продольно
на
экраны
на
этих
участках
,
оказываются
равны
друг
другу
по
вели
-
чине
и
имеют
сдвиг
120°.
Самым
про
-
стым
примером
идеальной
транспози
-
ции
является
случай
,
когда
три
участка
трассы
КЛ
имеют
равную
длину
и
оди
-
наковое
взаимное
расположение
фаз
,
однако
в
[4]
показано
,
что
транспозиция
может
быть
идеальной
и
в
иных
ситуа
-
циях
.
Степень
«
идеальности
»
транспо
-
зиции
характеризуется
коэффициентом
K
T
из
[4].
Исследования
показали
,
что
при
рас
-
смотрении
транспозиции
экранов
следу
-
ет
ввести
еще
одно
понятие
— «
группа
транспозиции
» (
оно
близко
известному
понятию
«
группа
соединения
обмоток
трансформатора
»).
Для
трехфазных
се
-
тей
транспозиция
экранов
кабелей
мо
-
жет
относиться
только
к
одной
из
двух
групп
:
–
группа
«123–312» (
рисунок
6
а
);
–
группа
«123–231» (
рисунок
6
б
).
У
трансформаторов
«
группа
»
обо
-
значается
числом
(
от
0
до
12),
означающим
взаим
-
ную
ориентацию
векторов
первичной
и
вторичной
обмоток
.
Числа
от
0
до
12
аналогичны
тем
,
что
ука
-
зываются
на
циферблате
часов
.
Для
кабелей
«
груп
-
пу
»
также
можно
было
бы
обозначить
одним
чис
-
лом
(
от
0
до
12),
определяемым
в
зависимости
от
ориентации
векторов
напряжений
(
или
токов
)
в
жи
-
лах
и
экранах
.
Однако
проще
и
понятнее
напрямую
указывать
в
названии
«
группы
»
тот
или
иной
вари
-
ант
соединения
экранов
№
1, 2, 3 (
рисунок
6),
что
и
было
сделано
.
Отличие
групп
удобно
проследить
,
обратив
вни
-
мание
на
чередование
экранов
до
и
после
узла
транспозиции
Т
1.
Роль
«
группы
»
заключается
в
том
,
что
от
нее
зависит
ориентация
векторов
емкостной
составляющей
тока
в
экранах
,
а
это
,
в
свою
очередь
,
Рис
. 5.
Пример
транспозиции
однофазных
кабелей
Рис
. 6.
Возможные
«
группы
»
транспозиции
экранов
КЛ
:
а
) «123–312»;
б
) «123–231»
жила А
1
2
3
2
3
1
3
1
2
123 – 312
жила В
жила С
Т2
Т1
1
2
3
3
1
2
2
3
1
123 – 231
жила А
жила В
жила С
Т2
Т1
L
1
L
2
L
3
L
1
L
2
L
3
а
)
б
)
№
6 (51) 2018
90
оказывается
очень
важно
при
суммирова
-
нии
данных
векторов
с
векторами
индук
-
тивных
составляющих
.
Иными
словами
,
«
группа
»
влияет
на
фиксируемую
для
КЛ
неравномерность
токов
в
экранах
.
Некоторые
пояснения
влияния
«
группы
»
на
векторы
емкостных
токов
можно
сделать
с
помощью
рисунка
7,
где
для
экрана
№
1,
имеющего
три
участка
,
образованные
узла
-
ми
транспозиции
Т
1
и
Т
2,
показаны
емкост
-
ные
токи
,
стекающие
в
него
с
жил
«
А
», «
В
»,
«
С
» .
На
крайних
участках
токи
идут
в
бли
-
жайшие
места
заземления
,
а
на
среднем
участке
для
удобства
можно
положить
,
что
половина
тока
отправляется
по
экрану
в
на
-
чало
КЛ
,
половина
—
по
экрану
в
конец
.
Если
полный
емкостный
ток
(
ток
«
холо
-
стого
хода
»)
фаз
составляет
I
ХА
,
I
Х
B
,
I
Х
C
,
то
на
каждом
из
трех
участков
трассы
КЛ
на
экран
№
1
через
изо
-
ляцию
стекает
один
из
емкостных
токов
I
ХА
/3,
I
Х
B
/3,
I
Х
C
/3.
Например
,
в
начале
КЛ
емкостный
ток
экрана
№
1
равен
векторной
сумме
тока
I
ХА
/3
левого
участка
(
L
1
)
и
половине
тока
среднего
участка
(L
2
),
который
для
группы
«123–321»
будет
равен
I
Х
B
/6 (
рисунок
7
а
)
и
I
Х
C
/6
для
группы
«123–231» (
рисунок
7
б
).
В
обоих
случаях
величина
емкостного
тока
экрана
№
1
в
на
-
чале
КЛ
будет
одинаковой
,
но
вот
ориентация
векто
-
ра
будет
разной
.
Можно
показать
,
что
если
вместо
транспозиции
экранов
«123–321»
применить
«123–231»,
то
трой
-
ка
векторов
емкостных
токов
экранов
№
1, 2, 3,
яв
-
ляющихся
токами
прямой
последовательности
,
по
-
вернется
на
комплексной
плоскости
против
часовой
стрелки
на
угол
60°.
Такой
поворот
изменит
токи
в
экранах
и
их
«
неравномерность
»,
но
только
при
наличии
в
экранах
индуктивных
составляющих
об
-
ратной
и
нулевой
последовательностей
—
докажем
это
отдельно
для
треугольника
и
отдельно
для
ряда
.
ТРАНСПОЗИЦИЯ
ЭКРАНОВ
(
ТРЕУГОЛЬНИК
)
Пусть
взаимное
расположение
фаз
одинаково
на
протяжении
всей
трассы
КЛ
и
отвечает
схеме
рису
-
нок
1
а
.
Следовательно
,
степень
идеаль
-
ности
транспозиции
зависит
только
от
соотношения
длин
L
1
,
L
2
,
L
3
трех
участ
-
ков
трассы
,
на
которые
она
была
разде
-
лена
двумя
узлами
Т
1
и
Т
2.
На
рисун
-
ке
8
даны
расчеты
токов
в
экранах
КЛ
110
кВ
длиной
3
км
для
случаев
:
–
идеальная
транспозиция
(
участки
1
км
, 1
км
, 1
км
);
–
неидеальная
транспозиция
(
участки
1
км
, 0,8
км
, 1,2
км
).
Идеальная
транспозиция
Согласно
методике
[4]
коэффициент
транспозиции
K
Т
= 0,
и
поэтому
экран
-
ные
токи
не
имеют
индуктивной
состав
-
ляющей
прямой
последовательности
.
Также
,
по
причине
симметрии
располо
-
жения
трех
фаз
,
в
экранах
не
возникнет
и
каких
-
то
иных
индуктивных
составляющих
(
обрат
-
ной
и
нулевой
последовательностей
).
Это
значит
,
что
из
четырех
возможных
составляющих
токи
экранов
КЛ
имеют
лишь
емкостную
составляющую
прямой
последовательности
,
и
тогда
«
неравномерность
»
бу
-
дет
0% (
рисунок
8). «
Группа
»
транспозиции
не
ока
-
зывает
влияния
,
поскольку
поворот
на
60°
векторов
емкостных
токов
ничего
не
меняет
в
отсутствии
дру
-
гих
составляющих
.
Неидеальная
транспозиция
Согласно
методике
[4]
K
Т
= 0,115,
и
поэтому
токи
экранов
содержат
индуктивную
составляющую
пря
-
мой
последовательности
.
Если
при
двустороннем
за
-
землении
она
была
I
Э
= 0,55 ·
I
Ж
,
то
при
транспозиции
по
[4]
она
станет
I
Э
= (0,55 ·
K
Т
) ·
I
Ж
.
Например
,
при
токе
в
жиле
I
Ж
= 1150
А
(
S
КЛ
= 250
МВА
)
индуктивный
ток
прямой
последовательности
будет
равен
I
Э
= 72
А
.
Каких
-
то
других
индуктивных
составляющих
в
экранах
нет
в
силу
симметрии
расположения
трех
фаз
.
По
-
этому
токи
в
экранах
КЛ
представляют
собой
сумму
только
емкостной
(
около
5
А
)
и
индуктивной
(
до
72
А
)
составляющих
прямой
последовательности
,
а
значит
,
так
как
есть
только
прямая
последовательность
, «
не
-
равномерность
»
будет
0% (
рисунок
8).
Рис
. 7.
Схема
прохождения
емкостных
токов
на
примере
экрана
№
1:
а
)
группа
«123–312»;
б
)
группа
«123–231»
жила А
Т2
Т1
жила В
жила С
экран № 1
I
ХА
/3
I
ХВ
/6
I
ХВ
/6
I
ХС
/3
жила А
Т2
Т1
жила С
жила В
I
ХА
/3
I
ХС
/6
I
ХС
/6
I
ХВ
/3
экран № 1
экран № 1
экран № 1
L
1
L
2
L
3
а
)
б
)
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
Рис
. 8.
Токи
в
экранах
КЛ
110
кВ
при
их
транспозиции
.
Прокладка
фаз
тре
угольником
1, 2, 3
1, 2, 3
3
I
0
идеал. 123-312, 123-231
неидеал. 123-231
1, 2, 3
экран № 1
экран № 2
экран № 3
3
I
0
экранов
неидеал. 123-312
I
Э
,
А
0
70
60
50
40
30
20
10
0
50
100
150
200
S
КЛ
,
МВА
91
Смена
«
группы
»
транспозиции
с
«123–321»
на
«123–231»
привела
к
изменению
(
здесь
—
росту
)
величин
токов
.
Это
произошло
,
поскольку
тройка
емкостных
токов
повернулась
на
60°
и
стала
иначе
ориентирована
относительно
тройки
индуктивных
токов
прямой
последовательности
.
Однако
в
от
-
сутствие
составляющих
обратной
и
нулевой
после
-
довательности
«
неравномерность
»
так
и
осталась
равной
0.
ТРАНСПОЗИЦИЯ
ЭКРАНОВ
(
РЯД
)
Пусть
взаимное
расположение
фаз
одинаково
на
протяжении
всей
трассы
КЛ
и
отвечает
схеме
рисун
-
ка
1
б
.
Следовательно
,
степень
идеальности
транс
-
позиции
зависит
только
от
соотношения
длин
трех
участков
трассы
,
на
которые
она
разделена
двумя
узлами
.
Расчеты
токов
для
идеальной
транспозиции
(
участки
1
км
, 1
км
, 1
км
)
даны
на
рисунке
9,
а
для
неидеальной
транспозиции
(
участки
1
км
, 0,8
км
,
1,2
км
) —
на
рисунке
10.
Идеальная
транспозиция
При
идеальной
транспозиции
K
Т
= 0,
поэтому
в
экранах
КЛ
нет
индуктивной
составляющей
пря
-
мой
последовательности
.
Не
будет
там
и
обратной
,
поскольку
при
идеальной
транспозиции
на
трех
участках
трассы
происходит
полная
компенсация
не
только
наведенных
в
экранах
эдс
прямой
после
-
довательности
,
но
и
эдс
обратной
.
Если
говорить
о
нулевой
последовательно
-
сти
,
то
она
в
экранах
есть
даже
при
идеальной
транспозиции
.
Нулевая
возникает
из
-
за
различия
Рис
. 9.
Токи
в
экранах
КЛ
110
кВ
при
их
идеальной
транс
-
позиции
(
прокладка
в
ряд
):
а
) «123–312»;
б
) «123–231»;
в
) «
неравномерность
»
Рис
. 10.
Токи
в
экранах
КЛ
110
кВ
при
их
неидеальной
транспозиции
(
прокладка
в
ряд
):
а
) «123–312»;
б
) «123–
231»;
в
) «
неравномерность
»
в
)
в
)
б
)
б
)
а
)
а
)
123-312
123-231
123-312
123-231
123-312
123-231
123-312
123-231
123-231
1
3
I
0
2
3
экран № 1
экран № 2
экран № 3
3
I
0
экранов
123-231
1
3
I
0
2
3
экран № 1
экран № 2
экран № 3
3
I
0
экранов
123-312
1
3
I
0
2
3
экран № 1
экран № 2
экран № 3
3
I
0
экранов
123-312
1
3
I
0
2
3
экран № 1
экран № 2
экран № 3
3
I
0
экранов
Э
, %
Э
, %
I
Э
,
А
I
Э
,
А
I
Э
,
А
I
Э
,
А
0
0
0
0
0
0
500
400
300
200
100
0
100
80
60
40
20
0
25
20
15
10
5
0
120
100
80
60
40
20
0
25
20
15
10
5
0
120
100
80
60
40
20
0
50
50
50
50
50
50
100
100
100
100
100
100
150
150
150
150
150
150
200
200
200
200
200
200
S
КЛ
,
МВА
S
КЛ
,
МВА
S
КЛ
,
МВА
S
КЛ
,
МВА
S
КЛ
,
МВА
S
КЛ
,
МВА
№
6 (51) 2018
92
взаимных
индуктивных
сопротивлений
соседних
фаз
«
А
,
В
», «
В
,
С
»
и
крайних
фаз
«
С
,
А
»,
вызы
-
вающего
в
каждом
из
трех
экранов
наличие
од
-
ной
и
той
же
(
по
величине
и
углу
)
остаточной
не
-
скомпенсированной
эдс
,
пропорциональной
току
средней
жилы
«
В
» —
именно
под
ее
действием
в
экранах
и
появляются
токи
нулевой
последова
-
тельности
.
Как
следует
из
рисунка
9,
при
загрузке
S
КЛ
= 250
МВА
ток
3
I
0
≈
24
А
,
то
есть
в
каждом
из
трех
экранов
проходит
составляющая
нулевой
по
-
следовательности
I
0
≈
8
А
.
Суммирование
емкостной
составляющей
пря
-
мой
последовательности
(
около
5
А
)
и
близкой
по
величине
индуктивной
составляющей
нулевой
последовательности
(
до
8
А
)
способно
вызывать
заметный
перекос
экранных
токов
и
соответству
-
ющую
значительную
«
неравномерность
».
В
част
-
ности
,
на
рисунке
9
для
одной
из
«
групп
»
и
для
некоторых
режимов
по
S
КЛ
,
которые
определяют
величину
3
I
0
, «
неравномерность
»
достигает
400–
500%.
Влияние
«
группы
»
транспозиции
на
«
неравно
-
мерность
»
понятно
,
ведь
смена
«
группы
»
пово
-
рачивает
тройку
емкостных
векторов
прямой
по
-
следовательности
на
угол
60°,
и
суммирование
с
тройкой
векторов
нулевой
последовательности
будет
происходить
иначе
(
на
рисунке
2
был
дан
лишь
один
из
примеров
взаимной
ориентации
со
-
ставляющих
прямой
и
нулевой
последователь
-
ностей
).
Важно
понимать
,
при
транспозиции
токи
в
экра
-
нах
минимальны
(
их
величина
не
более
несколь
-
ких
десятков
Ампер
),
то
есть
они
не
могут
вызвать
сколько
-
нибудь
заметного
нагрева
экранов
.
Поэто
-
му
даже
существенная
«
неравномерность
»
в
500%
не
способна
повлиять
на
тепловой
режим
КЛ
и
на
температуру
тех
или
иных
фаз
.
Неидеальная
транспозиция
Согласно
рисунку
4
для
простого
заземления
экранов
с
двух
сторон
индуктивный
ток
в
экранах
был
I
Э
= (0,83÷0,95) ·
I
Ж
,
при
этом
индуктивная
со
-
ставляющая
прямой
последовательности
мог
-
ла
быть
оценена
усреднением
диапазона
токов
I
Э
≈
0,9
I
Ж
.
Тогда
для
транспозиции
K
Т
= 0,115
со
-
ставляющая
прямой
последовательности
будет
равна
:
I
Э
= (0,9 ·
K
Т
) ·
I
Ж
= 0,104
I
Ж
.
Например
,
при
токе
в
жиле
I
Ж
= 1150
А
(
S
КЛ
= 250
МВА
)
индуктивный
ток
прямой
последо
-
вательности
в
экране
I
Э
= 0,104·
I
Ж
= 120
А
(
близкие
уровни
токов
хорошо
видны
на
рисунке
10).
Итак
,
переход
от
идеальной
транспозиции
(
ри
-
сунок
9)
к
неидеальной
(
рисунок
10)
привел
к
тому
,
что
в
экранах
,
кроме
емкостных
токов
прямой
по
-
следовательности
и
индуктивных
токов
нулевой
,
появился
еще
и
заметно
превосходящий
их
по
ве
-
личине
индуктивный
ток
прямой
последовательно
-
сти
(
до
120
А
) —
его
возникновение
и
дало
сниже
-
ние
«
неравномерности
»
с
исходных
400–500%
до
меньших
значений
60–70%.
ПРОВЕРКА
ЭКРАНОВ
И
ОБОЛОЧЕК
Было
показано
,
что
для
исправной
КЛ
,
имеющей
на
всем
протяжении
трассы
(
или
только
на
отдельных
участках
)
прокладку
фаз
в
ряд
, «
неравномерность
»
токов
в
экранах
при
их
одностороннем
или
двусто
-
роннем
заземлении
достигает
10–15%,
что
в
целом
отвечает
значению
10%,
установленному
норматив
-
ными
документами
[1, 2]
в
качестве
предельно
допу
-
стимого
.
К
сожалению
,
при
использовании
транспо
-
зиции
экранов
«
неравномерность
»
токов
в
экранах
существенно
возрастает
,
достигая
500%
и
,
возмож
-
но
,
даже
больше
.
Столь
значительная
«
неравно
-
мерность
»
лишает
какого
-
либо
смысла
проведение
замеров
экранных
токов
действующих
КЛ
и
их
срав
-
нение
друг
с
другом
.
Подобные
замеры
следует
ис
-
ключить
из
стандартов
[1, 2].
Одной
из
причин
,
которая
в
свое
время
побу
-
дила
добавить
в
нормы
контроль
токов
в
экранах
КЛ
,
было
желание
выявлять
факты
повреждения
внешней
оболочки
кабелей
или
повреждения
ОПН
,
установленных
в
коробках
транспозиции
,
прямо
в
нормальном
режиме
работы
КЛ
.
Идея
была
очень
простой
—
для
исправной
КЛ
без
повреждений
обо
-
лочки
и
без
повреждений
ОПН
,
токи
в
экранах
фаз
должны
быть
близки
друг
другу
.
Если
же
экран
КЛ
получает
по
трассе
соединение
с
землей
(
через
про
-
битую
оболочку
КЛ
или
через
сгоревший
ОПН
),
то
это
,
по
мнению
авторов
идеи
,
неминуемо
приведет
к
нарушению
проектной
схемы
заземления
и
вызо
-
вет
«
перекос
»
экранных
токов
.
Здесь
следует
отметить
,
что
состояние
оболоч
-
ки
КЛ
и
ОПН
,
конечно
же
,
лучше
оценивать
не
кос
-
венными
методами
путем
контроля
токов
в
экранах
,
а
прямыми
испытаниями
.
Оболочку
КЛ
можно
про
-
верить
путем
приложения
к
ней
постоянного
напря
-
жения
10
кВ
на
время
1
мин
,
а
что
касается
ОПН
,
то
их
можно
проверить
мегаомметром
,
измерив
сопро
-
тивление
изоляции
.
Проблемы
прямых
испытаний
оболочек
и
ОПН
,
склонившие
инженеров
к
идее
online-
мониторинга
токов
экранов
,
заключаются
в
том
,
что
для
их
про
-
ведения
надо
:
–
выводить
КЛ
из
работы
;
–
отсоединять
ОПН
из
коробок
.
Вывод
КЛ
из
работы
снижает
надежность
схемы
электроснабжения
.
Также
он
сопряжен
с
коммута
-
циями
КЛ
,
а
они
могут
привести
к
возникновению
на
изоляции
КЛ
коммутационных
перенапряжений
и
вы
-
звать
пробои
(
они
вероятны
,
если
линия
имеет
места
,
где
из
-
за
дефектов
снижена
прочность
изоляции
).
Отсоединение
ОПН
также
не
обещает
ничего
хо
-
рошего
,
поскольку
в
каждом
из
колодцев
транспози
-
ции
необходимо
предварительно
откачать
скопив
-
шуюся
воду
.
Затем
,
спустившись
в
такой
колодец
,
чтобы
изъять
ОПН
,
придется
вскрыть
коробку
,
не
-
минуемо
нарушив
ее
заводскую
герметичность
.
Кро
-
ме
этого
важно
,
что
в
колодце
часто
размещаются
коробки
сразу
двух
цепей
КЛ
,
и
поэтому
персонал
,
обслуживая
коробку
отключенной
цепи
,
может
полу
-
чить
электротравму
от
коробки
работающей
цепи
,
если
внутри
у
нее
есть
нарушения
и
корпус
находит
-
ся
под
потенциалом
.
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
93
Учитывая
изложенное
,
в
це
-
лом
понято
,
почему
возникла
идея
контролировать
состояние
оболочки
КЛ
и
исправность
ОПН
без
отключения
КЛ
от
сети
пря
-
мо
под
нагрузкой
путем
замеров
токов
в
экранах
.
Однако
,
увы
,
если
даже
для
исправной
КЛ
«
неравномерность
»
достигает
500%,
то
как
же
можно
на
этом
фоне
диагностировать
какие
-
то
повреждения
оболочки
и
ОПН
?
В
условиях
,
когда
контроли
-
ровать
токи
в
экранах
бесполез
-
но
,
целесообразно
постараться
упростить
процедуру
прямых
испытаний
оболочки
КЛ
и
ОПН
—
этого
удается
добиться
за
счет
приме
-
нения
в
коробках
транспозиции
специальных
ОПН
,
которые
больше
не
надо
отключать
на
время
испы
-
таний
оболочки
КЛ
постоянным
напряжением
10
кВ
.
Речь
идет
о
применении
ОПН
с
рабочим
напряжени
-
ем
8,2
кВ
против
стандартных
7,2
кВ
.
Исправные
ОПН
,
имеющие
переменное
рабочее
напряжение
8,2
кВ
,
не
будут
«
открываться
»
при
воз
-
действии
на
них
постоянного
напряжения
10
кВ
и
тем
самым
не
будут
мешать
испытаниям
оболочки
КЛ
.
Если
же
ОПН
оказались
повреждены
,
то
испытания
оболочки
КЛ
будут
неуспешными
,
и
такие
ОПН
будут
обнаружены
.
Применение
ОПН
8,2
кВ
позволяет
за
один
раз
испытать
как
оболочку
КЛ
,
так
и
ОПН
.
При
этом
подготовка
схемы
к
испытаниям
заключается
лишь
в
отключении
КЛ
от
сети
и
разземлении
ее
экранов
,
а
никакие
работы
в
колодцах
или
коробках
делать
не
приходится
.
Указанное
изобретение
уже
несколько
лет
приме
-
няется
в
кабельной
сети
ПАО
«
Ленэнерго
»
и
настоль
-
ко
хорошо
себя
показало
,
что
осенью
2018
года
на
научно
-
техническом
совете
ПАО
«
Россети
»
было
при
-
нято
решение
распространить
его
и
на
другие
энерго
-
системы
нашей
страны
.
Примеры
коробок
,
оснащен
-
ных
ОПН
8,2
кВ
,
приведены
на
рисунке
11
а
(
корпус
из
алюминия
)
и
рисунке
11
б
(
корпус
из
ди
элек
трика
с
целью
повышения
электробезопасности
персонала
).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Токи
в
экранах
исправных
КЛ
6–500
кВ
,
выполнен
-
ных
однофазными
кабелями
,
могут
существенно
отличаться
друг
от
друга
, «
неравномерность
»
то
-
ков
в
экранах
может
достигать
уровня
500%.
2.
Наибольшая
«
неравномерность
»
характерна
для
тех
КЛ
,
которые
имеют
участки
с
несимме
-
тричным
(
не
треугольным
)
расположением
фаз
и
одновременно
оснащены
транспозицией
экра
-
нов
,
близкой
к
идеальной
.
3.
В
условиях
,
когда
даже
исправная
КЛ
может
иметь
значительное
отличие
друг
от
друга
токов
в
экранах
,
не
представляется
возможным
ис
-
пользовать
замеры
токов
в
экранах
как
инфор
-
мативный
способ
выявления
повреждений
обо
-
лочки
КЛ
или
ОПН
,
установленных
в
коробках
транспозиции
экранов
.
4.
Следует
исключить
из
норм
[1, 2]
положение
,
обя
-
зывающее
иметь
отличие
токов
в
экранах
фаз
не
более
чем
на
10%,
поскольку
для
КЛ
6–500
кВ
с
транспозицией
экранов
оно
невыполнимо
.
5.
Достоверную
оценку
состояния
оболочки
КЛ
и
ОПН
в
коробках
транспозиции
можно
получить
только
в
процессе
их
испытаний
на
отключенной
КЛ
.
При
этом
процедура
испытаний
существен
-
но
упрощается
и
становится
безопаснее
,
если
в
коробках
транспозиции
(
металлических
или
диэлектрических
)
установлены
ОПН
с
рабочим
напряжением
8,2
кВ
.
Рис
. 11.
Коробки
транспозиции
со
специальными
ОПН
8,2
кВ
:
а
)
корпус
из
алюминия
;
б
)
корпус
из
диэлектрика
а
)
б
)
ЛИТЕРАТУРА
1.
СТО
56947007-29.060.20.170-2014.
Силовые
кабельные
линии
на
-
пряжением
110–500
кВ
.
Организа
-
ция
эксплуатации
и
технического
обслуживания
.
Нормы
и
требова
-
ния
.
Стандарт
организации
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
».
Дата
введения
:
15.05.2014.
2.
СТО
34.01-23.1-001-2017.
Объемы
и
нормы
испытаний
электрообо
-
рудования
.
Стандарт
организации
ПАО
«
Россети
».
Дата
введения
:
29.05.2017.
3.
Дмитриев
М
.
В
.
Ложная
работа
защит
на
линиях
6–35
кВ
с
одно
-
фазными
кабелями
//
Новости
Электротехники
, 2016,
№
3(99).
С
. 38–41.
4.
Дмитриев
М
.
В
.
Расчет
схем
за
-
земления
экранов
однофазных
КЛ
6–500
кВ
с
учетом
особенностей
трассы
//
ЭнергоЭксперт
, 2016,
№
6.
С
. 32–35.
REFERENCES
1. STO
56947007-29.060.20.170-2014.
110-500 kV power cable lines. Oper-
ation and maintenance organization.
Standards and requirements. Mos-
cow, "FGC UES" PJSC Publ., 2014.
(in Russian)
2. STO 34.01-23.1-001-2017. Scope
and standards of electrical equip-
ment tests. Moscow, PJSC "Rosseti"
Publ., 2017. (in Russian)
3. Dmitriev M.V. False relay operation
on 6-35 kV single-phase cables.
Novosti Elektrotekhniki
[Electrical
engineering news], 2016, no. 3(99),
pp. 38–41. (in Russian)
4. Dmitriev M.V. Calculation of shields
grounding for 6-500 kV single-phase
cable lines taking into account line
route features.
EnergoEkspert
[En-
ergy expert], 2016, no. 6, pp. 32–35.
(in Russian)
№
6 (51) 2018
Оригинал статьи: Проверка экранов и оболочек КЛ 6–500 кВ
Отечественные нормативные документы предписывают проводить испытания линий 6–500 кВ с однофазными кабелями как после монтажа, так и периодически в процессе эксплуатации. В частности, следует проводить измерения токов, наведенных в экранах, с целью их сравнения друг с другом. Кроме того, надо проверять целостность оболочки путем приложения к ней постоянного напряжения 10 кВ на время 1 мин. В статье показано, что различие токов в экранах полностью исправной кабельной линии может быть заметно больше порога 10%, установленного нормами. Также показано, что применение в схемах заземления экранов специальных ОПН существенно сокращает время подготовки к испытаниям оболочки напряжением 10 кВ.
