Способы заземления экранов кабелей

Page 1
background image

Page 2
background image

СЕТИ  РОССИИ

86

Способы заземления 
экранов кабелей

В статье рассматриваются и сопоставляются способы соединения и заземления 
экранов пофазно-экранированных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтиле-
на в распределительных сетях напряжением 20 кВ. Кроме широко применяю-
щихся на практике рассмотрены способы заземления экранов, использующие 
разрывы и объединения экранов в середине линий, заземление через резистор, 
заземление с одного конца и объединение без заземления на другом конце.
Проанализировано влияние способов заземления экранов кабелей на электро-
безопасность, напряжение на экране в установившемся режиме, вынос потен-
циала заземляющего устройства центра питания на распределительные и транс-
форматорные подстанции, потери электроэнергии в экранах в установившемся 
режиме работы, термическую стойкость экранов кабелей, падение напряжения 
в кабельных линиях и на пропускную способность кабельных линий.

Кафедра Электрические станции НИУ «МЭИ»:

Андрей АНТОНОВ, к.т.н., старший преподаватель,

Олег ГУСЕВ, старший преподаватель,

Юрий ГУСЕВ, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой,

Юрий МОНАКОВ, к.т.н., старший преподаватель,

 Евгений ОКНИН, ассистент кафедры,

 Гван Чун ЧО, к.т.н., доцент

В

 

распределительных

 

сетях

 

напряжени

-

ем

 20 

кВ

 

преимущественно

 

использу

-

ются

 

кабельные

 

линии

 

с

 

пофазноэкра

-

нированными

 

кабелями

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

Экраны

 

кабелей

в

 

боль

-

шинстве

 

случаев

на

 

стороне

 

источника

 

элек

-

троэнергии

 

и

 

на

 

стороне

 

потребителя

 

соеди

-

няются

 

между

 

собой

 

и

 

заземляются

Экраны

 

и

 

фазные

 

жилы

 

образуют

 

систему

 

из

 

шести

 

связанных

 

через

 

магнитное

 

поле

 

проводников

В

 

экранах

в

 

нормальном

 

режиме

и

 

особенно

при

 

коротких

 

замыканиях

протекают

 

токи

об

-

уславливающие

 

увеличение

 

потерь

 

электро

-

энергии

снижение

 

пропускной

 

способности

 

и

 

термической

 

стойкости

 

кабельных

 

линий

Кабели

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

имеют

 

влагонепроницаемую

 

полиэтиленовую

 

оболочку

которая

в

 

отличии

 

от

 

трехжиль

-

ных

 

кабелей

 

с

 

бумажно

-

масляной

 

изоляцией

имеющих

 

покрытие

 

брони

 

в

 

виде

 

влагопрони

-

цаемой

 

пряжи

препятствует

 

стеканию

 

токов

 

с

 

экранов

 

в

 

землю

Изолированные

 

от

 

земли

 

экраны

 

кабелей

 

увеличивают

 

электрическое

 

взаимодействие

 

заземляющих

 

устройств

 

под

-

станций

способствуют

  «

выносу

» 

потенциала

 

контура

 

заземления

 

центров

 

питания

 

распре

-

делительной

 

сети

 

на

 

подстанции

 20/0,4 

кВ

.

Для

 

минимизации

 

отрицательных

 

послед

-

ствий

обусловленных

 

спецификой

 

конструк

-

ции

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

поли

-

этилена

можно

 

изменить

 

способ

 

заземления

 

экранов

Нормативно

 

регламентированы

 

два

 

По

 

материалам

II 

Всероссийской

 

конференции

«

ТЕХНИКО

-

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

 

АСПЕКТЫ

 

РАЗВИТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

 20 

кВ

»

к

а

б

е

л

ь

н

ы

е

 л

и

н

и

и

кабельные линии


Page 3
background image

87

основных

 

способа

 

заземле

-

ния

 

экранов

с

 

одной

 

стороны

 

и

 

с

 

двух

 

сторон

 

кабельной

 

ли

-

нии

 [1]. 

Однако

 

возможны

 

и

 

дру

-

гие

 

способы

например

пред

-

ставленные

 

на

 

рисунке

 1: 

• 

разземление

 

экранов

 

с

 

двух

 

сторон

 (

код

 

схемы

 

Р

-

Р

);

• 

заземление

 

экранов

 

со

 

сторо

-

ны

 

передающей

 

подстанции

 

ЦП

 (

код

 

схемы

 

З

-

Р

);

• 

заземление

 

экранов

 

со

 

сторо

-

ны

 

приемной

 

подстанции

 

ТП

 

(

код

 

схемы

 

Р

-

З

);

• 

заземление

 

экранов

 

с

 

одной

 

стороны

 

и

 

объединение

 

экра

-

нов

 

с

 

другой

 

стороны

 (

код

 

схе

-

мы

 

З

-

О

);

• 

заземление

 

экранов

 

с

 

двух

 

сторон

 (

код

 

схемы

 

З

-

З

); 

• 

заземление

 

экранов

 

с

 

двух

 

сторон

 

через

 

резистор

 

(

код

 

схемы

 

Зр

-

Зр

);

• 

заземление

 

экранов

 

с

 

двух

 

сторон

 

и

 

секционирова

-

ние

 

экрана

 

линии

 

на

 

две

 

части

 (

код

 

схемы

 

З

-

Р

-

Р

-

З

);

• 

заземление

 

экранов

 

с

 

двух

 

сторон

 

и

 

объединение

 

экранов

 

в

 

средней

 

точке

 

без

 

заземления

 (

код

 

схе

-

мы

 

З

-

О

-

З

);

• 

заземление

 

экранов

 

с

 

двух

 

сторон

 

и

 

в

 

средней

 

точ

-

ке

 (

код

 

схемы

 

З

-

З

-

З

).

В

 

статье

 

представлены

 

результаты

 

сравнения

 

этих

 

способов

 

заземления

 

экранов

 

кабелей

 

по

 

нескольким

 

критериям

:

1) 

электробезопасность

,

2) 

напряжение

 

на

 

экране

 

в

 

установившемся

 

режиме

,

3) 

вынос

 

потенциала

 

заземляющего

 

устройства

 

цен

-

тра

 

питания

 

на

 

распределительные

 

и

 

трансформа

-

торные

 

подстанции

,

4) 

потери

 

электроэнергии

 

в

 

экранах

 

в

 

установившем

-

ся

 

режиме

 

работы

,

5) 

термическая

 

стойкость

 

экранов

 

кабелей

,

6) 

падение

 

напряжения

 

в

 

кабель

-

ных

 

линиях

,

7) 

пропускная

 

способность

 

кабель

-

ных

 

линий

.

Анализ

 

способов

 

заземления

 

экранов

 

кабелей

 

производился

 

применительно

 

к

 

городским

 

рас

-

пределительным

 

сетям

 

напряжени

-

ем

 20 

кВ

 

с

 

низкоомным

 

заземлени

-

ем

 

нейтрали

 

на

 

питающем

 

центре

 

через

 

резистор

 12 

Ом

Расчеты

 

вы

-

полнялись

 

с

 

помощью

 

программ

-

ных

 

комплексов

 NEPLAN 

от

 

компа

-

нии

 BCP (

Швейцария

и

 EMTP-RV 

от

 

компании

 PowerSys (

США

). 

В

 

качестве

 

исходных

 

данных

 

для

 

расчетов

 

были

 

приняты

 

параметры

 

участка

 

сети

 

с

 

центром

 

питания

 

от

 

подстанции

 220/20 

кВ

кабельными

 

линиями

 

сечением

 500 

мм

2

 

дли

-

ной

 4 

км

Сечение

 

экранов

 

кабелей

 

принималось

 

равным

 35 

мм

2

что

 

соответствует

 

минимально

 

возможному

 

при

 

таком

 

се

-

чении

 

токоведущей

 

жилы

 [2]. 

Рассматривалась

 

про

-

кладка

 

кабелей

 

треугольником

 

без

 

просвета

.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

На

 

этапе

 

проектирования

 

электроустановки

 

элек

-

тробезопасность

 

персонала

 

должна

 

обеспечиваться

 

выполнением

 

норм

 

по

 

напряжению

 

прикосновения

 

и

 

шаговому

 

напряжению

 

в

 

соответствии

 

с

 [3, 4]. 

Допу

-

стимое

 

значение

 

напряжения

 

прикосновения

 

зависит

 

от

 

продолжительности

 

его

 

приложения

В

 

аварийном

 

режиме

 

работы

при

 

неограниченном

 

времени

 

при

-

ложения

не

 

должно

 

превышать

 65 

В

при

 

времени

 

приложения

 

не

 

более

 0,5 

с

 

может

 

достигать

 105 

В

Продолжительность

 

приложения

 

напряжения

 

прикос

-

новения

 

определяется

 

временем

 

отключения

 

повреж

-

денной

 

цепи

В

 [5] 

регламентируются

 

допустимые

 

напряжения

 

повреждения

действующие

 

в

 

низко

-

вольтной

 

части

 

электроустановок

 

между

 

открытыми

 

токопроводящими

 

частями

 

и

 

землей

 

во

 

время

 

по

-

вреждения

 

на

 

высоковольтной

 

части

 

ЭУ

 (

рисунок

 2). 

Рис

. 1. 

Способы

 

заземления

 

экранов

 

кабелей

Рис

. 2. 

Допустимое

 

напряжение

 

повреждения

 

в

 

зависимости

 

от

 

продолжи

-

тельности

 

по

 

ГОСТ

 

Р

 50571-4-44 [5]

Напряжение

 

повреждения

 

U

f

В

Продолжительность

 

повреждения

мс

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

10

100

1000

10000

 5 (38) 2016


Page 4
background image

88

СЕТИ РОССИИ

Напряжение

 

повреждения

 

имеет

 

обратную

 

зави

-

симость

 

от

 

продолжительности

 

его

 

воздействия

не

 

превышающей

 0,5 

с

и

 

может

 

достигать

 200 

В

Оче

-

видно

что

 

напряжение

 

повреждения

 

будет

 

всегда

 

выше

 

напряжения

 

прикосновения

так

 

как

 

последнее

 

учитывает

 

характер

 

выравнивания

 

потенциала

 

по

 

заземляющему

 

устройству

 

подстанции

.

Допустимое

 

напряжение

 

прикосновения

 

регла

-

ментируется

 

ГОСТ

 12.1.038 (

Система

 

стандартов

 

безопасности

 

труда

Электробезопасность

Пре

-

дельно

 

допустимые

 

значения

 

напряжений

 

при

-

косновения

 

и

 

токов

) [3]. 

Определяющим

 

фактором

 

является

 

правильное

 

исполнение

 

уравнивания

 

по

-

тенциалов

 

в

 

электроустановке

Существуют

 

отрас

-

левые

 

стандарты

например

СТО

 

ФСК

 56947007-

29.130.15.114 [4], 

имеющие

 

отличающиеся

 

значения

 

предельных

 

напряжений

 

прикосновения

В

 

табли

-

це

 1 

приведены

 

значения

 

допустимых

 

напряжений

 

прикосновения

 

в

 

соответствии

 

с

 

вышеуказанными

 

нормами

.

Одним

 

из

 

основных

 

критериев

 

электробезопас

-

ности

 

электроустановки

 

является

 

сопротивление

 

контура

 

заземления

Согласно

 

п

. 1.7.101 

ПУЭ

 

для

 

электроустановок

 

напряжением

 

выше

 1 

кВ

 

с

 

изо

-

лированной

 

нейтралью

 

сопротивление

 

заземля

-

ющего

 

устройства

 

не

 

должно

 

превышать

 250/

I

но

 

не

 

более

 10 

Ом

  (

для

 

продолжительности

 

превы

-

шающей

 1 

с

), 

где

 

I

 – 

ток

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

Для

 

сетей

 

с

 

резистивно

-

заземленной

 

нейтралью

 

ПУЭ

 

не

 

устанавливает

 

предельно

 

до

-

пустимое

 

сопротивление

 

контура

 

заземления

.

В

 

СТП

 09110.20.187-09 

ГП

  «

Белэнерго

» 

для

 

электроустановок

 

напряжением

 

свыше

 1 

кВ

 

с

 

ре

-

зистивно

-

заземленной

 

нейтралью

 

максимально

 

допустимое

 

сопротивление

 

заземляющего

 

устрой

-

ства

 

определяется

 

по

 

формуле

:

 

R

ЗУ

.

из

.

н

·

R

N

 

R

ЗУ

 

 

––

, (1)

 

 

R

N

2

 + 

X

C

2

Из

 (1) 

следует

что

 

при

 

R

= 12 

Ом

 

и

 

X

= 17 

Ом

соответствующих

 

емкостному

 

току

 680 

А

 

в

 

сети

 

сум

-

марной

 

протяженностью

 160 

км

сопротивления

 

за

-

земляющих

 

устройств

 

распределительных

 

и

 

транс

-

форматорных

 

подстанций

 

должно

 

быть

R

ЗУ

 

 0,58 · 

R

ЗУ

.

из

.

н

.

 = 0,12 

Ом

.

Для

 

реальных

 

подстанций

 

обеспечить

 

такие

 

сопротивления

 

практически

 

невозможно

В

 

соот

-

ветствии

 

с

 

п

. 1.7.101 

ПУЭ

 

для

 

электроустановок

 

на

-

пряжением

 

до

 1 

кВ

 

с

 

глухозаземленной

 

нейтралью

 

сопротивление

 

ЗУ

 

должно

 

быть

 

не

 

более

 4 

Ом

НАПРЯЖЕНИЕ

 

НА

 

ЭКРАНЕ

 

В

 

УСТАНОВИВШЕМСЯ

 

РЕЖИМЕ

Для

 

анализа

 

электробезопасности

 

кабельных

 

линий

с

 

помощью

 

программы

 EMTP-RV 

были

 

рас

-

считаны

 

напряжения

 

на

 

экранах

 

кабелей

 

вдоль

 

трассы

 

прокладки

Напряжения

 

зависят

 

от

 

силы

 

тока

 

в

 

фазных

 

жилах

 

и

 

от

 

способа

 

прокладки

 

кабе

-

лей

Чем

 

больше

 

ток

 

в

 

фазных

 

жилах

 

и

 

чем

 

боль

-

ше

 

просвет

 

между

 

кабелями

 

линии

тем

 

больше

 

напряжение

наведенное

 

в

 

экранах

На

 

рисунке

 3 

показано

 

распределение

 

напряжений

 

на

 

экранах

 

кабелей

 

вдоль

 

линии

 

при

 

разных

 

способах

 

их

 

за

-

земления

Токи

 

в

 

фазных

 

жилах

 

соответствовали

 

наибольшему

 

рабочему

 

току

 

кабелей

проложен

-

ных

 

в

 

траншее

 

треугольником

 

без

 

просвета

.

Напряжение

 

на

 

экране

 

определяется

 

тремя

 

ос

-

новными

 

факторами

:

1) 

соотношением

 

емкостей

  «

жила

-

экран

» 

и

  «

эк

-

ран

-

земля

» — 

параметрами

 

емкостного

 

дели

-

теля

 

фазного

 

напряжения

;

2) 

падением

 

напряжения

 

в

 

экране

обусловлен

-

ном

 

растеканием

 

емкостных

 

токов

;

3) 

напряжением

 

в

 

экране

обусловленном

 

ЭДС

 

взаимоиндукции

 

с

 

фазными

 

жилами

 

кабелей

.

Первый

 

фактор

 

доминирует

 

при

 

одновремен

-

ном

 

размыкании

 

и

 

разземлении

 

экранов

способ

 

заземления

 

по

 

схеме

  «

Р

-

Р

». 

При

 

разрыве

 

экра

-

нов

способ

 

заземления

 

по

 

схеме

  «

З

-

Р

-

Р

-

З

», 

фак

-

торы

 2 

и

 3, 

по

 

разные

 

стороны

 

от

 

места

 

разрыва

 

экранов

суммируются

 

с

 

разными

 

знаками

что

 

об

-

уславливает

 

разрыв

 

эпюры

 

напряжений

 

в

 

месте

 

разрыва

 

экранов

.

Для

 

обеспечения

 

минимальных

 

напряжений

 

на

 

экранах

 

в

 

установившихся

 

режимах

 

экраны

 

кабе

-

лей

 

можно

 

не

 

заземлять

 

с

 

двух

 

сторон

экраны

 

до

-

статочно

 

объединять

 

с

 

одной

 

стороны

 

без

 

зазем

-

ления

При

 

размыкании

 

экранов

 

с

 

одной

 

из

 

сторон

 

Табл

. 1. 

Наибольшее

 

предельно

 

допустимое

 

напряжение

 

прикосновения

 

в

 

нормальном

 

и

 

аварийном

 

режимах

Продолжительность

воздействия

 

напряже

-

ния

с

Наибольшее

 

предельно

 

допустимое

 

напряжение

 

прикосновения

В

В

 

нормальном

 

режиме

В

 

аварийном

 

режиме

 

при

 

напряжении

до

 1 

кВ

(

производствен

-

ные

 

потребители

)

до

 1 

кВ

 

(

бытовые

потребители

)

более

 1 

кВ

<0,5

105/100*

50

200

<1

60/50*

25

100

>1

2

20/36*

12

65

в

 

соответствии

 

с

 [4].


Page 5
background image

89

или

 

в

 

середине

 

линии

 

максимальное

 

напряжение

 

зависит

 

от

 

длины

 

линии

 

и

 

выходит

 

за

 

пределы

 

до

-

пустимых

 

значений

 

на

 

относительно

 

коротких

 

ли

-

ниях

.

ВЫНОС

 

ПОТЕНЦИАЛА

Вынос

 

потенциала

 

по

 

экрану

 

кабеля

 

с

 

изоля

-

цией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

при

 

коротких

 

за

-

мыканиях

 

на

 

центрах

 

питания

 

и

 

при

 

однофазных

 

замыканиях

 

на

 

землю

 

в

 

распределительной

 

сети

 

среднего

 

напряжения

 

рассмотрен

 

в

 [6]. 

В

 

данной

 

статье

 

на

 

примере

 

фрагмента

 

схе

-

мы

 

распределительной

 

сети

 20 

кВ

 

произведено

 

сопоставление

 

по

 

критерию

 

выноса

 

потенциала

 

через

 

трехфазные

 

бронированные

 

кабели

 

с

 

бу

-

мажно

-

масляной

 

изоляцией

 

и

 

через

 

пофазно

-

экранированные

 

кабели

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

Электробезопасность

 

оценивалась

 

по

 

значениям

 

потенциалов

 

на

 

заземляющих

 

устройствах

 

трансформаторных

 

подстанций

  (

ри

-

сунок

 4).

Сечение

 

экранов

 

и

 

сечение

 

брони

 

у

 

кабелей

 

принято

 

одинаковым

 

и

 

равным

 35 

мм

2

Без

 

учета

 

подключенных

 

к

 

подстанциям

 

кабелей

 

сопротив

-

ления

 

заземляющих

 

устройств

 

центра

 

питания

 

и

 

трансформаторных

 

подстанций

 

составляют

со

-

ответственно

 0,3 

Ом

 

и

 4 

Ом

Сопротивление

 4 

Ом

 

принято

 

условно

исходя

 

из

 

требований

 

к

 

конту

-

ру

 

заземления

 

низковольтной

 

части

 

подстанции

обычно

 

оно

 

значительно

 

меньше

Объединение

 

заземляющего

 

устройства

 

цен

-

тра

 

питания

 

с

 

заземляющими

 

устройствами

 

транс

-

форматорных

 

подстанций

 

через

 

броню

 

или

 

через

 

экраны

 

приводит

 

к

 

снижению

 

эквивалентного

 

со

-

противления

 

заземляющего

 

устройства

 

центра

 

питания

соответственно

 

до

 0,08 

Ом

 

и

 

до

 0,22 

Ом

Броня

 

кабелей

 

с

 

бумажно

-

масляной

 

изоляцией

 

существенно

 

улучшает

 

ха

-

рактеристики

 

заземляющих

 

устройств

 

центров

 

питания

в

 

основном

за

 

счет

 

сопро

-

тивления

 

между

 

броней

 

и

 

землей

При

 

однофазном

 

корот

-

ком

 

замыкании

 

на

 

стороне

 

220 

кВ

 

центра

 

питания

с

 

то

-

ком

 30 

кА

потенциал

 

его

 

заземляющего

 

устройства

 

при

 

использовании

 

брони

-

рованных

 

кабелей

 

будет

 

не

 

более

 2,4 

кВ

а

 

при

 

ис

-

пользовании

 

кабелей

 

с

 

по

-

лиэтиленовой

 

оболочкой

 

может

 

достигать

 6,6 

кВ

Это

 

приводит

 

к

 

возникновению

 

опасного

 

потенциала

 

на

 

заземляющих

 

устройствах

 

а

б

)

д

е

)

в

г

)

ж

з

)

Рис

. 3. 

Напряжения

 

на

 

экранах

 

кабелей

 

при

 

протекании

 

наибольших

 

рабочих

 

токов

 

при

 

разных

 

способах

 

заземления

 

экранов

 (

разных

 

схемах

 

соединения

 

экранов

)

Рис

. 4. 

Схемы

 

замещения

 

цепей

 

выноса

 

потенциала

а

для

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

б

для

 

бронированных

 

кабелей

 

с

 

бумажно

-

масляной

 

изоляцией

а

б

)

 5 (38) 2016


Page 6
background image

90

СЕТИ РОССИИ

трансформаторных

 

подстанций

В

 

рассмотренном

 

примере

 

потенциал

 

в

 

местах

 

заземления

 

экранов

 

на

 

трансформаторных

 

подстанциях

 

может

 

соста

-

вить

 6,1 

кВ

что

 

многократно

 

превышает

 

допусти

-

мые

 

значения

 

напряжения

 

повреждения

 [5]. 

При

 

использовании

 

бронированных

 

кабелей

 

напряже

-

ние

 

в

 

месте

 

заземления

 

их

 

брони

 

на

 

трансформа

-

торной

 

подстанции

 

составит

 110 

В

что

 

допустимо

 

для

 

низковольтных

 

электроустановок

при

 

продол

-

жительности

 

воздействия

 

не

 

более

 0,5 

с

.

Таким

 

образом

при

 

заземлении

 

экранов

 

кабе

-

лей

 

с

 

полиэтиленовой

 

оболочкой

 

с

 

двух

 

сторон

 

существует

 

опасность

 

нарушения

 

норм

 

электро

-

безопасности

Альтернативные

 

способы

 

двухсто

-

роннего

 

заземления

 

экранов

 — 

дополнительное

 

заземление

 

в

 

средней

 

точке

  (

код

 

схемы

 

З

-

З

-

З

), 

дополнительное

 

объединение

 

экранов

 

в

 

средней

 

точке

  (

код

 

схемы

 

З

-

О

-

З

и

 

заземление

 

экранов

 

с

 

двух

 

сторон

 

через

 

резисторы

  (

код

 

схемы

 

Зр

-

Зр

не

 

позволяют

 

защитится

 

от

 

выноса

 

потенциала

 

по

 

экранам

 

кабелей

 

с

 

полиэтиленовой

 

оболочкой

Эффективным

 

способом

 

защиты

 

от

 

выноса

 

потен

-

циала

 

является

 

одностороннее

 

заземление

 

экра

-

нов

 

с

 

объединением

 

экранов

 

на

 

другой

 

стороне

 

без

 

заземления

 (

код

 

схемы

 

З

-

О

).

ПОТЕРИ

 

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

В

 

ЭКРАНАХ

При

 

способах

 

заземления

 

экранов

 

кабелей

со

-

ответствующих

 

схемам

: «

З

-

З

-

З

», «

З

-

О

-

З

», «

З

-

О

» 

и

  «

З

-

З

» (

рисунок

 1), 

потери

 

электроэнергии

 

в

 

ка

-

бельной

 

линии

 

возрастают

Увеличение

 

потерь

 

тем

 

больше

чем

 

больше

 

коэффициент

 

магнитной

 

связи

 

между

 

фазными

 

жилами

 

и

 

экранами

Для

 

кабелей

 

напряжением

 20 

кВ

имею

-

щим

 

относительно

 

толстую

 

жильную

 

изоляцию

потери

 

при

 

двухстороннем

 

заземлении

 

экранов

 

возрастают

 

не

-

значительно

на

 

доли

 

или

 

единицы

 

процентов

Аналогичная

 

оценка

 

по

-

терь

 

дана

 

в

 

статье

 [7]. 

При

 

прокладке

 

кабелей

 

вплотную

 

треугольником

 

по

-

тери

 

в

 

экранах

 

минимальны

так

 

как

 

минимальны

 

токи

 

в

 

экранах

 [1].

Дополнительные

 

потери

связан

-

ные

 

с

 

двухсторонним

 

заземлением

 

экранов

возрастают

 

по

 

мере

 

умень

-

шения

 

толщины

 

жильной

 

изоляции

 

и

 

по

 

мере

 

увеличения

 

сечения

 

экра

-

нов

в

 

кабельных

 

линиях

 

с

 

кабеля

-

ми

 

напряжением

 10 

кВ

 

они

 

примерно

 

в

 10 

раз

 

больше

чем

 

в

 

кабелях

 

напря

-

жением

 20 

кВ

.

ТЕРМИЧЕСКАЯ

 

СТОЙКОСТЬ

ЭКРАНОВ

 

КАБЕЛЕЙ

Расчетные

 

условия

 

для

 

проверки

 

кабелей

 

на

 

термическую

 

стойкость

 

и

 

невозгораемость

 

должны

 

отличаться

 

для

 

сетей

 

с

 

изолированной

 

или

 

ком

-

пенсированной

 

нейтралью

 

и

 

рези

-

стивно

-

заземленной

 

нейтралью

Для

 

кабельных

 

линий

 

с

 

пофазно

-

экранированными

 

ка

-

белями

 

следует

 

отдельно

 

проверять

 

термическую

 

стойкость

 

для

 

жилы

 

и

 

экрана

В

 

большинстве

 

слу

-

чаев

 

термическая

 

стойкость

 

и

 

невозгораемость

 

экранированных

 

кабелей

 

определяется

 

сечением

 

экранов

В

 

сетях

 

с

 

изолированной

  (

компенсиро

-

ванной

нейтралью

термическую

 

стойкость

 

экра

-

нов

 

кабелей

 

принято

 

проверять

 

по

 

двухместному

 

однофазному

 

замыканию

 

на

 

землю

 

в

 

начале

 

ли

-

нии

 [8], 

при

 

котором

 

ток

протекающий

 

по

 

экрану

будет

 

максимальный

численно

 

равный

 

току

 

двух

-

фазного

 

короткого

 

замыкания

Для

 

параметров

 

сети

принятых

 

в

 

рассматриваемом

 

в

 

статье

 

при

-

мере

ток

 

двухместного

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

 

равен

 12 

кА

 (

рисунок

 5).

Для

 

медных

 

экранов

 

сечением

 35 

мм

2

односе

-

кундный

 

ток

 

термической

 

стойкости

 

не

 

превышает

 

7,1 

кА

 [9]. 

В

 

сетях

 20 

кВ

 

с

 

резистивно

-

заземленной

 

нейтралью

 

возникновение

 

двухместного

 

одно

-

фазного

 

замыкания

 

на

 

землю

 

маловероятно

 

из

-

за

 

малого

 

времени

 

отключения

 

первичного

 

однофаз

-

ного

 

замыкания

 

на

 

землю

 

средствами

 

релейной

 

защиты

Расчетным

 

случаем

 

для

 

проверки

 

терми

-

ческой

 

стойкости

 

экранов

 

в

 

сетях

 20 

кВ

 

является

 

одиночное

 

однофазное

 

замыкание

 

на

 

землю

ток

 

которого

 

зависит

 

от

 

сопротивления

 

резистора

 

за

-

земления

 

нейтрали

В

 

иллюстрирующем

 

приме

-

ре

 

этот

 

ток

с

 

учетом

 

емкостной

 

составляющей

составляет

 1,3 

кА

  (

рисунок

 6), 

что

 

существенно

 

меньше

 

тока

 

двухместного

 

ОЗЗ

Нагрев

 

экранов

 

за

 1 

с

 

не

 

превышал

 10°C.

Для

 

рассматриваемого

 

примера

 

кабельной

 

линии

 20 

кВ

 

были

 

рассчитаны

 

токи

 

в

 

экранах

 

Рис

. 5. 

Протекание

 

токов

 

при

 

двухместном

 

однофазном

 

замыкании

 

на

 

землю

Рис

. 6. 

Протекание

 

токов

 

при

 

одноместном

 

однофазном

 

замыкании

 

на

 

землю


Page 7
background image

91

и

 

при

 

других

 

видах

 

повреждений

Максимальный

 

нагрев

 

экранов

 

во

 

всех

 

случаях

 

не

 

превышал

1–2 

градуса

.

Таким

 

образом

можно

 

утверждать

что

 

выбор

 

способа

 

заземления

 

экранов

 

кабелей

 

в

 

сети

 20 

кВ

 

не

 

оказывает

 

существенного

 

влияния

 

на

 

нагрев

 

экранов

 

при

 

однофазных

 

замыканиях

 

продолжи

-

тельностью

 

до

 1 

с

.

СОПОСТАВЛЕНИЕ

 

СПОСОБОВ

 

СОЕДИНЕНИЯ

 

ЭКРАНОВ

 

КАБЕЛЕЙ

 

В

 

таблице

 2 

приведена

 

качественная

 

оценка

 

факторов

характеризующих

 

различные

 

способы

 

заземления

 

экранов

 

пофазно

-

экранированных

 

ка

-

белей

 

в

 

сетях

 

напряжением

 20 

кВ

 

с

 

резистивным

 

заземлением

 

нейтрали

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многокритериальный

 

анализ

 

способов

 

зазем

-

ления

 

экранов

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

указывает

 

на

 

отсутствие

 

универ

-

сальных

 

проектных

 

решений

Выбор

 

конкретно

-

го

 

способа

 

заземления

 

экранов

 

должен

 

произво

-

диться

 

с

 

учетом

 

параметров

 

электрической

 

сети

параметров

 

кабелей

 

и

 

режимов

 

работы

 

кабельных

 

линий

Вместо

 

двухстороннего

 

заземления

 

экранов

 

кабелей

 

в

 

ряде

 

случаев

 

целесообразно

 

приме

-

нять

 

одностороннее

 

заземление

 

экранов

 

с

 

объ

-

единением

 

их

 

без

 

заземления

 

на

 

другой

 

стороне

 

кабельной

 

линии

что

 

позволит

 

повысить

 

электро

-

безопасность

 

трансформаторных

 

подстанций

 

и

 

ослабить

 

требования

 

к

 

заземляющим

 

устрой

-

ствам

 

подстанций

Табл

. 1. 

Наибольшее

 

предельно

 

допустимое

 

напряжение

 

прикосновения

 

в

 

нормальном

 

и

 

аварийном

 

режимах

Способ

 

заземления

 

экранов

код

 

схемы

Вынос

потенциала

Напряжение

 

на

 

экране

 

в

 

устано

-

вившемся

 

режиме

 

U

макс

В

Увеличение

 

мощ

-

ности

 

потерь

 

в

 

линии

, %

Температура

 

на

-

грева

 

экранов

, °C

З

-

З

-

З

Есть

<1

0,911

80

З

-

О

-

З

Есть

<1

0,911

80

З

-

Р

-

Р

-

З

Нет

11

0

80

Зр

-

Зр

Есть

1

0,250

76

З

-

О

Нет

1

0,916

80

Р

-

З

Нет

23

0,011

79

З

-

Р

Нет

15

0,025

80

Р

-

Р

Нет

2636

0,075

70

З

-

З

Есть

1

0,911

80

ЛИТЕРАТУРА

1. 

СТО

 56947007-29.060.20.020-2009 

Методиче

-

ские

 

указания

 

по

 

применению

 

силовых

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

на

 

на

-

пряжение

 10 

кВ

 

и

 

выше

Стандарт

 

организации

 

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

».

2. 

ТУ

 16.

К

71-335-2004 

Кабели

 

силовые

 

с

 

изоляци

-

ей

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

на

 

напряжение

 10, 

20, 35 

кВ

Технические

 

условия

разработаны

 

ВНИИКП

, 2004.

3. 

ГОСТ

 12.1.038-82 

Система

 

стандартов

 

безопаснос

-

ти

 

труда

Электробезопасность

Предельно

 

допусти

-

мые

 

значения

 

напряжений

 

прикосновения

 

и

 

токов

.

4. 

СТО

 56947007-29.130.15.114-2012 

Руководящие

 

указания

 

по

 

проектированию

 

заземляющих

 

устройств

 

подстанций

 

напряжением

 6–750 

кВ

.

5. 

ГОСТ

 

Р

 50571-4-44-2011 (

МЭК

 60364-4-44:2007) 

Требования

 

по

 

обеспечению

 

безопасности

Защита

 

от

 

отклонения

 

напряжения

 

и

 

электро

-

магнитных

 

помех

.

6. 

Борисов

 

Р

.

К

., 

Жарков

 

Ю

.

В

О

 

выносе

 

высокого

 

по

-

тенциала

 

при

 

коротком

 

замыкании

 

на

 

землю

 

на

 

питающем

 

центре

 // 

Энергоэксперт

, 2012, 

 2.

7. 

Васин

 

В

.

П

., 

Майоров

 

А

.

В

., 

Шунтов

 

А

.

В

Метод

 

определения

 

потерь

 

активной

 

мощности

 

в

 

экра

-

нах

 

кабелей

 

распределительных

 

сетей

 // 

Элек

-

тричество

, 2016, 

 3. 

С

. 23–27.

8. 

Тодирка

 

С

.

Н

., 

Попов

 

Л

.

В

., 

Пельтцер

 

В

.

Б

Расчет

 

термической

 

стойкости

 

экранов

 

одножильных

 

кабелей

 10 

кВ

 

с

 

полиэтиленовой

 

изоляцией

 // 

Энергетик

, 2002, 

 4.

9. 

Ц

-02-98(

Э

). 

Циркуляр

 

о

 

проверке

 

кабелей

 

на

 

не

-

возгорание

 

при

 

воздействии

 

тока

 

короткого

 

за

-

мыкания

.

 5 (38) 2016


Читать онлайн

По материалам II Всероссийской конференции «ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 20 кВ». В статье рассматриваются и сопоставляются способы соединения и заземления экранов пофазно-экранированных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в распределительных сетях напряжением 20 кВ. Кроме широкоприменяющихся на практике рассмотрены способы заземления экранов, использующие разрывы и объединения экранов в середине линий, заземление через резистор, заземление с одного конца и объединение без заземления на другом конце. Проанализировано влияние способов заземления экранов кабелей на электробезопасность, напряжение на экране в установившемся режиме, вынос потенциала заземляющего устройства центра питания на распределительные и трансформаторные подстанции, потери электроэнергии в экранах в установившемся режиме работы, термическую стойкость экранов кабелей, падение напряжения в кабельных линиях и на пропускную способность кабельных линий.

Поделиться: