72
КАБЕЛЬНЫЕ
ЛИНИИ
Заземление экранов кабелей
в сетях 20 кВ
В
нашей
стране
есть
простые
методики
выбора
оптимальных
схем
заземления
экранов
однофазных
кабелей
,
достоверность
которых
была
многократно
проверена
в
действующих
электрических
сетях
6–500
кВ
и
уже
давно
не
вызывает
сомнения
.
В
этой
связи
не
хотелось
оставить
без
внимания
два
доклада
из
материалов
II
Всероссийской
конференции
«
Технико
-
экономические
аспекты
развития
электрических
сетей
20
кВ
» (
Москва
, 12.07.2016),
которые
были
опубликованы
в
журнале
«
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
»
№
5(38)
за
2016
год
.
Материалы
упомянутых
статей
[1, 2]
посвящены
,
в
основном
,
разным
схемам
заземления
экра
-
нов
кабелей
в
сетях
класса
20
кВ
,
развитие
которых
для
москов
-
ского
региона
является
весьма
актуальной
задачей
.
Обсужде
-
ние
этих
материалов
требуется
потому
,
что
они
противоречат
друг
другу
.
Так
,
в
[1]
указывается
на
допустимость
простого
дву
-
стороннего
заземления
экранов
для
всех
кабельных
линий
20
кВ
,
а
в
[2] —
читателей
склоняют
ско
-
рее
к
выполнению
односторонне
-
го
заземления
экранов
.
Опираясь
на
расчеты
для
ка
-
беля
500/16
мм
2
,
в
[1]
утверждают
,
что
проблемы
с
токами
и
потеря
-
ми
в
экранах
кабельных
линий
20
кВ
являются
надуманными
,
и
что
вполне
допустимо
повсе
-
местно
выполнять
самое
простое
двустороннее
заземление
экра
-
нов
.
С
этим
сложно
согласиться
,
так
как
:
–
сечение
экранов
16
мм
2
ка
-
бельными
заводами
для
жил
500
мм
2
не
выпускается
;
–
реальные
расстояния
между
фазами
линии
больше
,
чем
отвечающие
прокладке
сом
-
кнутым
треугольником
,
напри
-
мер
потому
,
что
все
чаще
кабели
размещаются
пофазно
в
полимерных
трубах
диаме
-
тром
от
110
до
225
мм
каждая
.
В
[2]
внимание
уделено
уже
не
только
потерям
в
экранах
,
но
и
ряду
других
важных
вопросов
,
среди
которых
вынос
потенциа
-
ла
и
электробезопасность
.
Выво
-
ды
статьи
говорят
о
том
,
что
для
каждого
из
объектов
необходимо
проводить
расчеты
и
обосновы
-
вать
оптимальное
техническое
ре
-
шение
,
но
в
целом
предпочтение
следует
отдавать
одностороннему
заземлению
экранов
.
Данные
со
-
ображения
можно
только
поддер
-
жать
,
хотя
число
рассмотренных
авторами
[2]
схем
соединения
и
заземления
,
избыточно
,
ведь
большинство
из
них
,
очевидно
,
так
никогда
и
не
будут
реализова
-
ны
в
силу
сложностей
с
организа
-
цией
эксплуатации
.
В
частности
,
речь
идет
о
схемах
:
–
с
периодическим
неразбор
-
ным
объединением
экранов
друг
с
другом
;
–
с
резисторами
,
включенными
между
экранами
и
землей
.
Неразборное
объединение
экранов
в
соединительных
муф
-
тах
действительно
какое
-
то
вре
-
мя
применялось
в
московской
ка
-
бельной
сети
,
так
как
считалось
,
что
за
счет
параллельного
вклю
-
чения
экранов
повышается
их
стойкость
токам
короткого
замы
-
кания
.
Однако
затем
от
решения
отказались
,
поскольку
у
таких
ли
-
ний
очень
сложно
организовать
поиск
мест
повреждений
.
Также
в
книге
[3]
было
показано
,
что
объединение
экранов
,
вопреки
ожиданиям
,
на
самом
деле
особо
и
не
изменяет
термической
стой
-
кости
экранов
.
Если
говорить
об
установке
резисторов
на
одном
из
концов
экрана
,
то
данное
решение
яв
-
ляется
«
промежуточным
»
ва
-
ВВЕДЕНИЕ
ОБРАТНАЯ
СВЯЗЬ
73
риантом
между
двусторонним
заземлением
(
сопротивление
резистора
равно
0)
и
односто
-
ронним
заземлением
(
сопротив
-
ление
—
бесконечность
).
Под
-
бирая
номинал
сопротивления
резистора
,
можно
найти
луч
-
шее
сочетание
величины
по
-
терь
в
экранах
и
напряжения
на
экранах
относительно
земли
.
Данное
техническое
решение
в
мире
не
применяется
,
чему
есть
ряд
веских
причин
.
Во
-
первых
,
в
нормальном
режиме
работы
в
резисторах
проходит
ток
промышленной
частоты
,
имеются
потери
мощности
,
их
надо
оплачивать
,
а
выделяюще
-
еся
тепло
—
отводить
в
окружа
-
ющее
пространство
.
Во
-
вторых
,
при
любом
коротком
замыкании
кабельной
линии
в
резисторах
выделится
значительная
энер
-
гия
,
они
«
раскалятся
»,
а
после
отключения
линии
будут
долго
остывать
,
явно
мешая
персона
-
лу
оперативно
их
отсоединить
и
приступить
к
поиску
места
по
-
вреждения
.
В
-
третьих
,
подходя
-
щие
по
параметрам
резисторы
габаритны
,
что
в
сочетании
с
их
постоянным
нагревом
вызывает
сложности
с
размещением
в
рас
-
пределительных
устройствах
.
Рассмотрим
подробнее
во
-
просы
заземления
экранов
ка
-
бельных
линий
20
кВ
,
выбирая
между
двумя
самыми
простыми
техническими
решениями
—
дву
-
сторонним
и
односторонним
за
-
землением
экранов
.
Выбор
опти
-
мальной
схемы
,
как
говорилось
в
[3, 4],
принципиально
зависит
от
двух
факторов
:
–
сечение
экранов
;
–
расстояние
между
фазами
.
ВЫБОР
СЕЧЕНИЯ
ЭКРАНОВ
Сечение
экранов
должно
обеспе
-
чить
отсутствие
опасного
пере
-
грева
изоляции
при
прохождении
по
ним
токов
короткого
замыкания
(
рисунок
1).
Для
сетей
с
большими
токами
короткого
замыкания
и
/
или
временем
отключения
приходит
-
ся
применять
кабели
с
большими
сечениями
экранов
.
Однако
в
нор
-
мальном
режиме
работы
такие
экраны
,
напротив
,
нежелательны
,
поскольку
их
двустороннее
зазем
-
ление
приведет
к
возникновению
значительных
наведенных
токов
промышленной
частоты
и
потерь
.
Иными
словами
,
короткие
замыка
-
ния
и
нормальным
режим
предъ
-
являют
различные
требования
:
при
авариях
лучше
иметь
кабель
с
большим
сечением
,
а
в
нормаль
-
ном
режиме
—
с
малым
сечением
,
что
позволит
выполнить
его
про
-
стое
заземление
с
двух
сторон
и
при
этом
не
волноваться
на
счет
паразитных
наводок
и
их
послед
-
ствий
.
В
[3]
показано
,
что
из
всех
се
-
тей
среднего
напряжения
лишь
те
,
где
в
нейтрали
установлен
«
низкоомный
»
резистор
,
позволя
-
ют
иметь
кабели
с
малыми
сече
-
ниями
экранов
и
при
этом
не
боят
-
ся
их
перегрева
токами
короткого
замыкания
.
Поэтому
как
раз
для
сетей
с
резистивно
заземленной
нейтралью
,
к
которым
и
относится
20
кВ
в
Москве
,
возникает
жела
-
ние
разрешить
двустороннее
за
-
земление
экранов
,
ведь
оно
вро
-
де
бы
не
должно
сопровождаться
опасными
наведенными
токами
и
потерями
.
К
сожалению
,
не
все
столь
про
-
сто
.
Дело
в
том
,
что
,
хотя
сети
с
ре
-
зистивным
заземлением
нейтрали
формально
и
позволяют
иметь
ка
-
бели
даже
с
экранами
всего
16
мм
2
,
о
которых
говорится
в
[1],
но
заво
-
ды
готовы
производить
никак
не
меньше
35
мм
2
.
Также
прокладка
фаз
сомкнутым
треугольником
,
упомянутая
в
[1],
вряд
ли
возмож
-
на
на
практике
,
ведь
все
больше
линий
получают
участки
в
трубах
.
МИНИМАЛЬНОЕ
СЕЧЕНИЕ
ЭКРАНОВ
На
предприятиях
существует
ми
-
нимальное
сечение
одной
про
-
волоки
экрана
,
и
для
достижения
16
мм
2
требуется
лишь
несколько
таких
единичных
проволочек
.
Но
несколько
упомянутых
проволо
-
чек
никак
не
смогут
равномерно
и
плотно
закрыть
поверхность
изоляции
,
обеспечив
в
ней
одно
-
родное
электрическое
поле
.
Иначе
говоря
,
минимальное
технологи
-
чески
возможное
сечение
экрана
оказывается
тесно
связано
с
дли
-
ной
окружности
поверх
изоляции
кабеля
,
то
есть
определяется
се
-
чением
жилы
кабеля
и
классом
его
номинального
напряжения
(
толщи
-
ной
изо
ляции
).
На
рисунке
2
схематично
пока
-
зан
однофазный
кабель
при
раз
-
ном
сечении
экранов
.
Если
бы
се
-
чение
экрана
составляло
25
мм
2
,
то
единичные
проволоки
(
красные
)
были
бы
очень
удалены
друг
от
друга
,
что
не
позволяло
бы
счи
-
тать
поле
внутри
изоляции
равно
-
мерным
.
Увеличение
экрана
с
25
до
50
мм
2
(
красные
и
зеленые
про
-
волоки
)
уже
позволяет
исправить
ситуацию
,
а
95
мм
2
(
три
цвета
про
-
волок
вместе
) —
идеально
.
В
каталогах
рост
сечений
жилы
и
класса
напряжения
всегда
сопро
-
вождается
ростом
минимального
Рис
. 1.
Схема
простого
двустороннего
заземления
экранов
A
B
C
К (1)
I
Э1
I
К
I
Э2
жила
экран
изоляция
оболочка
F
Э
= 25 мм
2
F
Э
= 50 мм
2
F
Э
= 95 мм
2
F
Ж
= 500
мм
2
зазор
Рис
. 2.
Конструкция
одно
фазного
кабеля
№
2 (41) 2017
74
из
производимых
экранов
.
В
част
-
ности
,
распространенные
в
сети
20
кВ
кабели
500
мм
2
не
выпуска
-
ются
с
экранами
менее
35
мм
2
.
Итак
,
к
сожалению
,
о
сечении
экранов
16
мм
2
для
жилы
500
мм
2
речи
быть
не
может
,
даже
если
такое
сечение
экранов
достаточ
-
но
,
чтобы
выдержать
однофазное
повреждение
изоляции
и
сопрово
-
ждающий
его
ток
промышленной
частоты
(
рисунок
1),
проходящий
по
экранам
и
нагревающий
их
за
время
работы
защиты
на
отклю
-
чение
.
Сечение
экранов
(16, 25, 35,
50, 70, 95, 120
мм
2
)
существенно
влияет
на
токи
и
потери
в
экранах
при
их
двустороннем
заземлении
.
Поэтому
выводы
,
сделанные
в
[1]
для
16
мм
2
,
не
могут
относиться
к
другим
«
реальным
»
сечениям
.
Это
объясняет
,
почему
авторы
[2],
опиравшиеся
на
35
мм
2
и
более
,
в
качестве
оптимальной
схемы
назвали
уже
не
двустороннее
,
как
в
[1],
а
скорее
одностороннее
за
-
земление
.
РАССТОЯНИЕ
МЕЖДУ
ФАЗАМИ
В
вопросах
заземления
экранов
однофазных
кабелей
самую
прин
-
ципиальную
роль
играет
среднее
по
трассе
расстояние
между
фа
-
зами
.
Наименьших
наведенных
токов
и
напряжений
удается
до
-
стичь
при
прокладке
фаз
вплот
-
ную
друг
другу
в
виде
сомкнутого
треугольника
.
С
годами
подходы
к
строитель
-
ству
кабельных
линий
постепен
-
но
меняются
,
и
сейчас
уже
слож
-
но
найти
линию
,
где
не
было
бы
участков
,
проложенных
в
трубах
.
Чаще
всего
фазы
кабеля
про
-
кладываются
не
в
общей
трубе
,
а
каждая
в
отдельной
.
Это
при
-
водит
к
увеличению
расстояния
между
фазами
кабеля
на
труб
-
ных
участках
,
а
значит
–
и
к
росту
среднего
расстояния
вдоль
трас
-
сы
.
На
рисунке
3
в
качестве
при
-
мера
показана
трасса
,
где
в
сред
-
ней
части
фазы
лежат
в
трубах
.
Однофазный
кабель
класса
напряжения
20
кВ
сечением
жилы
500
мм
2
имеет
внешний
диаметр
около
50
мм
и
может
быть
поме
-
щен
в
трубу
диаметром
110
мм
:
–
при
прокладке
всей
трассы
без
труб
,
просто
в
грунте
сомкну
-
тым
треугольником
,
расстояние
между
осями
фаз
равно
диаме
-
тру
кабеля
50
мм
;
–
при
прокладке
всей
трассы
в
трубах
,
расположенных
вплот
-
ную
друг
к
другу
треугольником
,
расстояние
между
осями
фаз
равно
диаметру
трубы
110
мм
;
–
если
в
трубах
,
например
,
толь
-
ко
половина
трассы
,
то
среднее
A
B
C
сомкнутый
треугольник
пофазно в трубах
сомкнутый
треугольник
Рис
. 3.
Пример
изменения
взаимного
расположения
фаз
по
трассе
линии
F
Э
, мм
2
P
Э
/P
Ж
, о.е.
F
Ж
= 500 мм
2
AL
F
Э
, мм
2
P
Э
/P
Ж
, о.е.
F
Ж
= 500 мм
2
CU
100% труб
75% труб
50% труб
25% труб
сомкнуты
м треуг
ольником
в ряд, 110 мм
100% труб
75% труб
50% труб
25% труб
сомкнутым треугольником
в ряд,
110 мм
Рис
. 4.
Относительные
потери
в
двусторонне
заземленных
экранах
кабеля
20
кВ
с
медной
(CU)
или
алюминиевой
(AL)
жилой
сечением
500
мм
2
в
зависи
-
мости
от
взаимного
расположения
фаз
расстояние
вдоль
трассы
составит
80
мм
.
Как
видно
,
среднее
межфазное
расстояние
зависит
от
доли
дли
-
ны
трассы
,
где
фазы
проложены
в
трубах
,
а
также
от
диаметра
этих
труб
и
их
расположения
друг
от
-
носительно
друга
.
Дадим
пример
расчета
.
ПРИМЕР
РАСЧЕТА
ДЛЯ
КАБЕЛЯ
20
КВ
На
рисунке
4
приведены
резуль
-
таты
расчета
соотношения
потерь
в
экране
и
в
жиле
для
кабельной
линии
20
кВ
,
выполненной
одно
-
фазными
кабелями
500
мм
2
.
Экра
-
ны
имеют
двустороннее
заземле
-
ние
,
а
их
сечение
варьируется
в
диапазоне
до
120
мм
2
.
Материал
жилы
—
это
или
медь
,
или
алюми
-
ний
.
Длина
кабельной
линии
не
указана
,
поскольку
она
не
влияет
на
P
Э
/
P
Ж
.
В
расчетах
рассматривались
три
варианта
трассы
линии
:
–
вся
трасса
сомкнутым
тре
-
уголь
ником
без
труб
;
75
–
тот
или
иной
процент
трассы
в
трубах
диаметром
110
мм
,
расположенных
в
виде
треу
-
гольника
вплотную
друг
к
другу
(
например
, «25%
труб
»
озна
-
чает
,
что
25%
трассы
уложены
в
трубах
,
а
75% —
в
грунте
сомкнутым
треугольником
);
–
вся
трасса
проложена
в
ряд
с
расстоянием
между
осями
фаз
110
мм
(
это
может
быть
или
прокладка
в
открытом
грунте
с
указанным
расстоя
-
нием
,
или
прокладка
в
трубах
110
мм
,
которые
уложены
в
ряд
вплотную
друг
к
другу
).
При
двустороннем
заземле
-
нии
экранов
отношение
P
Э
/
P
Ж
> 0
показывает
роль
потерь
в
экра
-
не
на
фоне
потерь
в
жиле
и
по
-
зволяет
оценить
целесообраз
-
ность
отказа
от
двустороннего
за
-
земления
в
пользу
односторонне
-
го
или
транспозиции
экранов
(
для
обоих
этих
вариантов
справедли
-
во
P
Э
/
P
Ж
= 0).
Из
рисунка
4
видно
,
что
для
проложенных
треугольником
ка
-
белей
с
экранами
до
35
мм
2
спра
-
ведливо
P
Э
/
P
Ж
≤
0,2,
то
есть
поте
-
ри
в
экранах
составляют
не
более
20%
от
потерь
в
жилах
.
Если
же
часть
трассы
линии
фазы
разме
-
щена
в
трубах
,
то
потери
возрас
-
тают
до
P
Э
/
P
Ж
≤
0,5.
Для
сечений
экрана
сверх
35
мм
2
цифры
еще
хуже
.
Помимо
относительных
потерь
в
экранах
P
Э
/
P
Ж
существует
еще
один
важный
показатель
—
это
коэффициент
использования
про
-
пускной
способности
кабеля
1
K
И
= —,
_____
√
1+
P
Э
/
P
Ж
который
показывает
,
на
сколько
именно
можно
загружать
жилу
током
относительно
предельного
значения
,
еще
не
опасаясь
пере
-
грева
изоляции
сверх
допустимой
для
нее
температуры
:
–
при
P
Э
/
P
Ж
= 0,5
имеем
K
И
≈
0,80;
–
при
P
Э
/
P
Ж
= 0,2
имеем
K
И
≈
0,90;
–
при
P
Э
/
P
Ж
= 0
имеем
K
И
= 1.
Данные
цифры
означают
,
что
купленный
кабель
можно
исполь
-
зовать
не
более
чем
на
80%
или
90%
от
его
каталожной
пропуск
-
ной
способности
,
указанной
там
без
учета
наличия
в
экранах
пара
-
зитных
токов
и
потерь
мощности
.
Утрата
20%
или
10%
пропускной
способности
дорогостоящего
ка
-
беля
вряд
ли
кого
-
то
обрадует
,
и
по
этой
причине
для
многих
линий
20
кВ
целесообразны
ме
-
роприятия
по
борьбе
с
токами
и
потерями
в
экранах
(
при
них
K
И
= 1) —
одностороннее
заземле
-
ние
или
транспозиция
.
Для
принятия
решения
об
оп
-
тимальной
схеме
заземления
,
по
-
мимо
никак
не
зависящих
от
дли
-
ны
линии
величин
P
Э
/
P
Ж
и
K
И
,
надо
оценить
годовую
стоимость
потерь
мощности
в
экранах
C
1
ГОД
,
которая
уже
прямо
пропорциональна
этой
длине
.
Например
,
в
работе
[4]
по
-
казано
,
что
ежегодная
стоимость
потерь
в
экранах
трех
фаз
линии
длиной
6
км
,
имеющей
P
Э
/
P
Ж
≈
0,4,
достигала
нескольких
сотен
тысяч
рублей
,
а
за
срок
службы
ущерб
от
потерь
в
экранах
составил
бы
многие
миллионы
рублей
.
Итак
,
предложение
авторов
[1]
разрешить
повсеместно
в
се
-
тях
20
кВ
простое
двустороннее
заземление
экранов
является
не
вполне
корректным
,
поскольку
такая
идея
опирается
на
величи
-
ну
P
Э
/
P
Ж
,
полученную
только
для
малого
сечения
экрана
и
малого
расстояния
между
фазами
,
без
какого
-
то
анализа
годовой
стои
-
мости
потерь
мощности
в
экранах
C
1
ГОД
,
зависящей
от
протяженно
-
сти
линии
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассуждения
показали
,
что
в
се
-
тях
20
кВ
,
даже
если
они
имеют
резистивную
нейтраль
и
малое
сечение
экранов
,
выбор
опти
-
мальной
схемы
заземления
эк
-
ранов
остается
актуальной
про
-
блемой
,
при
решении
которой
не
-
обходимо
учитывать
такие
фак
-
торы
,
как
среднее
вдоль
линии
расстояние
между
фазами
и
дли
-
на
трассы
.
Расчет
токов
,
напряжений
,
по
-
терь
мощности
в
экранах
одно
-
фазных
кабелей
6–500
кВ
был
и
остается
важным
разделом
про
-
ектной
документации
.
Дмитриев
М
.
В
.,
к
.
т
.
н
.,
научный
редактор
журнала
«
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
»
ЛИТЕРАТУРА
1.
Майоров
А
.
В
.,
Шунтов
А
.
В
.
О
по
-
терях
мощности
в
экранах
кабе
-
лей
20
кВ
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2016,
№
5(38).
С
. 82–84.
2.
Антонов
А
.
А
.,
Гусев
Ю
.
П
.
и
др
.
Спо
-
собы
заземления
экранов
кабелей
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2016,
№
5(38).
С
. 86–91.
3.
Дмитриев
М
.
В
.
Заземление
экра
-
нов
однофазных
силовых
кабелей
6–500
кВ
.
СПб
.:
Изд
-
во
Политехн
.
ун
-
та
, 2010. 152
с
.
4.
Дмитриев
М
.
В
.
Выбор
и
реализа
-
ция
схем
заземления
экранов
одно
-
фазных
кабелей
6-500
кВ
//
ЭЛЕК
-
ТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распре
-
деление
, 2013,
№
6(21).
С
. 90–97.
Вниманию
специалистов
!
Выходит
из
печати
книга
Гуревича
В
.
И
.
ЗАЩИТА
ОБОРУДОВАНИЯ
ПОДСТАНЦИЙ
ОТ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ИМПУЛЬСА
Стоимость
издания
— 920
руб
.
Заказать
книгу
можно
в
издательстве
Инфра
-
Инженерия
:
http://www.infra-e.ru/products/protecsubstequip,
е
-mail: [email protected], skype: infra_e
В
книге
рассмотрены
практические
аспекты
защиты
электрооборудования
подстанций
на
примере
микропроцессорных
устройств
релейной
защиты
(
МУРЗ
)
и
силовых
трансфор
-
маторов
от
разрушительного
воздействия
электромагнитного
импульса
высотного
ядерного
взрыва
и
других
видов
преднамеренных
электромагнитных
деструктивных
воздействий
,
обо
-
рудование
для
производства
которых
интенсивно
разрабатывается
и
совершенствуется
в
по
-
следние
годы
.
Предложены
различные
технические
решения
и
организационные
мероприя
-
тия
,
направленные
на
повышение
живучести
подстанций
.
Книга
рассчитана
на
специалистов
,
занимающихся
эксплуатацией
электрооборудования
на
подстанциях
,
проектировщиков
,
про
-
изводителей
МУРЗ
,
руководителей
отрасли
,
а
также
может
быть
полезна
преподавателям
,
аспирантам
и
студентам
вузов
,
специализирующихся
в
области
электроэнергетики
.
№
2 (41) 2017
Оригинал статьи: Заземление экранов кабелей в сетях 20 кВ
В нашей стране есть простые методики выбора оптимальных схем заземления экранов однофазных кабелей, достоверность которых была многократно проверена в действующих электрических сетях 6–500 кВ и уже давно не вызывает сомнения. В этой связи не хотелось оставить без внимания два доклада из материалов II Всероссийской конференции «Технико-экономические аспекты развития электрических сетей 20 кВ» (Москва, 12.07.2016), которые были опубликованы в журнале «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(38) за 2016 год.
