Заземление экранов однофазных кабелей 6–500 кВ: расстояние от муфт до коробок с ОПН

Page 1
background image

Page 2
background image

60

СЕТИ

РОССИИ

к

а

б

е

л

ь

н

ы

е

 л

и

н

и

и

кабельные линии

ВВЕДЕНИЕ

Однофазные

 

кабели

 6–500 

кВ

 

имеют

 

ряд

 

особенностей

одна

 

из

 

которых

 — 

наличие

 

в

 

медных

 

экра

-

нах

 

наведённых

 

токов

 

промышлен

-

ной

 

частоты

 

и

 

вызванных

 

ими

 

потерь

 

активной

 

мощности

для

 

борьбы

 

с

 

которыми

 

повсеместно

 

внедряют

 

одностороннее

 

заземление

 

экранов

 

(

рис

. 1

а

или

 

транспозицию

 

экранов

 

(

рис

. 1

б

).

Вопросы

 

проектирования

 

и

 

экс

-

плуатации

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

в

 

частности

 

однофазных

подробно

 

рассмотрены

 

в

 

серии

 

стандартов

 [1–3], 

которые

 

ещё

 

несколько

 

лет

 

назад

 

были

 

под

-

готовлены

 

и

 

утверждены

 

ПАО

 «

ФСК

 

ЕЭС

» (

их

 

можно

 

бесплатно

 

скачать

 

с

 

сайта

 

компании

). 

Например

вы

-

бору

 

схем

 

соединения

 

и

 

заземления

 

экранов

 

посвящён

 

документ

 [3] — 

появление

 

этого

 

и

 

других

 

стандар

-

тов

 

стало

 

очень

 

важным

 

для

 

страны

 

шагом

Накопленный

 

к

 

настоящему

 

вре

-

мени

 

опыт

 

работы

 

с

 

кабелями

 

по

-

казал

что

 

имеется

 

несколько

 

вопро

-

сов

которые

 

не

 

нашли

 

отражение

 

в

 

актуальных

 

редакциях

 

стандартов

но

 

которые

 

было

 

бы

 

полезно

 

туда

 

добавить

когда

 

представится

 

такая

 

возможность

.

В

 

частности

нигде

 

в

 

нормах

 

по

 

кабельным

 

линиям

 

не

 

указано

 

на

 

требования

 

к

 

сопротивлению

 

зазем

-

ления

 

узлов

 

транспозиции

 

и

 

к

 

со

-

противлению

 

заземления

 

опор

 

воз

-

душных

 

линий

 

в

 

местах

 

перехода

 

в

 

кабельные

Обосновать

 

такие

 

тре

-

Заземление 

экранов 

однофазных 

кабелей 6–500 кВ: 

расстояние от муфт 

до коробок с ОПН

В нашей стране уже более 20 лет массово применяются кабели 
с изоляцией из сшитого полиэтилена. Если в сетях среднего на-
пряжения 6–35 кВ используются кабели как однофазной, так 
и трёхфазной конструкции, то в сетях 110–500 кВ — исключи-
тельно однофазной.

Михаил ДМИТРИЕВ,

 доцент Санкт-Петербургского

 политехнического университета, к.т.н.


Page 3
background image

61

 1 (34) 2016

бования

 

и

 

добавить

 

их

 

в

 

стандарты

 — 

очень

 

важная

 

задача

E

щё

 

один

 

из

 

достаточно

 

острых

 

вопросов

 

состоит

 

в

 

том

а

 

существуют

 

ли

 

ограничения

 

на

 

длину

 

соеди

-

нительных

 

проводов

 

с

 

полиэтиленовой

 

изоляцией

 

(

ППС

), 

которые

 

связывают

 

концевые

 

муфты

  (

МК

кабеля

 

или

 

транспозиционные

 

муфты

  (

МТ

с

 

огра

-

ничителями

 

перенапряжений

 (

ОПН

рис

. 1), 

установ

-

ленными

 

в

 

концевых

 

коробках

  (

КК

или

 

в

 

коробках

 

транспозиции

 (

КТ

).

Отсутствие

 

в

 

отечественной

 

документации

 

чёт

-

ких

 

указаний

 

по

 

поводу

 

длин

 

привело

 

к

 

тому

что

 

производители

 

кабельных

 

муфт

  (

концевых

транс

-

позиционных

стали

 

отказывать

 

в

 

гарантийных

 

обя

-

зательствах

 

и

 

списывать

 

случаи

 

повреждения

 

своей

 

продукции

 

на

 

нарушение

 

одного

 

или

 

двух

 

следую

-

щих

 

сомнительных

 

правил

:

• 

длина

 

соединительных

 

проводов

 

должна

 

быть

 

менее

 10 

м

 (

иногда

 15 

м

);

• 

длина

 

соединительных

 

проводов

 

не

 

должна

 

раз

-

личаться

 

по

 

фазам

.

Например

в

 

конце

 2015 

года

 

один

 

отечественный

 

завод

 

отказал

 

в

 

гарантийной

 

замене

 

пробившейся

 

транспозиционной

 

муфты

 110 

кВ

 

на

 

том

 

лишь

 

осно

-

вании

что

 

длина

 

соединительного

 

провода

 

от

 

этой

 

муфты

 

до

 

коробки

 

транспозиции

 

КТ

 

с

 

установлен

-

ным

 

в

 

ней

 

ОПН

 

составляла

 16 

м

Опасность

 

длины

 

16 

м

 

на

 

заводе

 

была

 

проверена

 

специальным

 

расчё

-

том

получить

 

который

 

так

 

и

 

не

 

удалось

 

по

 

причине

 

«

болезни

 

технического

 

персонала

».

Подобные

 

истории

 

отнюдь

 

не

 

редкость

Из

-

за

 

от

-

сутствия

 

информации

 

в

 

нормах

 

и

 

не

 

имея

 

внятных

 

разъяснений

 

со

 

стороны

 

заводов

попытаемся

 

разо

-

браться

 

в

 

том

а

 

существуют

 

ли

 

на

 

самом

 

деле

 

огра

-

ничения

 

на

 

длину

 

соединительных

 

проводов

 

и

 

раз

-

брос

 

длины

 

по

 

фазам

 

кабеля

.

ПРИЧИНЫ

 

ПОЯВЛЕНИЯ

 

НАПРЯЖЕНИЙ

 

НА

 

ЭКРАНЕ

 

КАБЕЛЯ

Ток

 

промышленной

 

частоты

проходящий

 

в

 

жилах

 

кабеля

своим

 

магнитным

 

полем

 

наводит

 

в

 

экранах

 

напряжение

 

промышленной

 

частоты

ток

 

и

 

связан

-

ные

 

с

 

ним

 

потери

 

активной

 

мощности

Наведённые

 

напряжения

токи

 

и

 

потери

 

различны

 

в

 

зависимости

 

от

 

схемы

 

соединения

 

и

 

заземления

 

экранов

 

кабеля

 

и

 

поэтому

 

влияют

 

на

 

её

 

окончательный

 

выбор

  (

ме

-

тодика

 [3–5]).

Схема

 

соединения

 

и

 

заземления

 

экранов

 

кабеля

 

должна

 

быть

 

такой

чтобы

 

напряжение

 

промышлен

-

ной

 

частоты

 

на

 

экране

 

относительно

 

земли

 

не

 

пре

-

вышало

:

• 

в

 

нормальном

 

режиме

 

работы

 100 

В

  (

п

.5.2.3.1 

из

 [1]);

• 

при

 

коротком

 

замыкании

 

в

 

сети

 5 

кВ

  (

п

.4.2.1.7 

и

 

п

.4.2.3.4 

из

 [3]).

Если

 

ограничения

 

по

 

нормальному

 

режиму

 

связа

-

ны

 

с

 

вопросами

 

безопасности

 

людей

 

и

 

животных

то

 

ограничение

 

при

 

коротком

 

замыкании

 

обусловлено

 

желанием

 

минимизировать

 

риск

 

пробоя

 

оболочки

 

кабеля

 

с

 

экрана

 

на

 

землю

.

На

 

самом

 

деле

 

не

 

только

 

рабочие

 

токи

 

и

 

токи

 

ко

-

роткого

 

замыкания

 

вызывают

 

наводки

 

с

 

жил

 

на

 

экра

-

ны

 

кабеля

Импульсные

 

процессы

характерные

 

при

 

разрядах

 

молнии

 

или

 

коммутациях

также

 

передают

-

ся

 

с

 

жил

 

в

 

экраны

Поскольку

 

грозовые

 

и

 

коммута

-

ционные

 

импульсные

 

напряжения

 

способны

 

приве

-

сти

 

к

 

пробою

 

оболочки

 

кабеля

 

с

 

экрана

 

на

 

землю

то

 

в

 

местах

 

разземления

 

экранов

 (

рис

. 1

а

или

 

в

 

узлах

 

транспозиции

  (

рис

. 1

б

в

 

экраны

 

кабеля

 

устанавли

-

вают

 

защитные

 

ОПН

.

Таким

 

образом

напряжение

 

промышленной

 

ча

-

стоты

 

на

 

экранах

 

ограничивают

 

путем

 

рационально

-

го

 

выбора

 

схемы

 

их

 

соединения

 

и

 

заземления

а

 

вот

 

импульсные

  (

грозовые

 

и

 

коммутаци

-

онные

напряжения

 

ограничивают

 

за

 

счет

 

размещения

 

ОПН

Итак

цель

 

наличия

 

ОПН

 

в

 

концевых

 

или

 

транс

-

позиционных

 

коробках

 — 

это

 

защита

 

от

 

импульсных

 

напряжений

 

и

 

ничего

 

более

.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

ОПН

 

И

 

ПРОЧНОСТЬ

 

ОБОЛОЧКИ

 

КАБЕЛЯ

Традиционно

 

в

 

энергетике

 

при

 

защите

 

сетей

 

от

 

импульсных

 

пере

-

напряжений

 

приходится

 

решать

 

во

-

прос

 

о

 

том

каково

 

максимально

 

до

-

пустимое

 

расстояние

на

 

котором

 

ещё

 

можно

 

размещать

 

ОПН

 

от

 

обо

-

рудования

Например

в

 

главе

 4.2 

ПУЭ

 

для

 

различных

 

схем

 

распреде

-

лительных

 

устройств

 35–750 

кВ

 

такие

 

расстояния

 

даны

 

в

 

табличной

 

форме

 

в

 

зависимости

 

от

 

основных

 

влияю

-

щих

 

факторов

Дело

 

в

 

том

что

 

при

 

возникновении

 

повышенных

 

напряжений

 

ОПН

 

начи

-

нает

 

пропускать

 

ток

и

 

этот

 

ток

 

созда

-

Рис

. 1. 

Основные

 

схемы

 

борьбы

 

с

 

токами

 

и

 

потерями

 

в

 

экранах

 

однофазных

 

кабелей


Page 4
background image

62

СЕТИ РОССИИ

ёт

 

падение

 

напряжения

 

в

 

проводах

которыми

 

ОПН

 

подключён

 

к

 

защищаемому

 

оборудованию

В

 

итоге

 

напряжение

 

на

 

оборудовании

 

оказывается

 

выше

чем

 

на

 

зажимах

 

ОПН

на

 

величину

 

падения

 

напря

-

жения

 

в

 

соединительных

 

проводах

В

 

случае

когда

 

длина

 

проводов

 

велика

напряжение

 

на

 

оборудова

-

нии

 

оказывается

 

недопустимым

представляя

 

угрозу

 

для

 

изоляции

Этим

 

и

 

объясняется

 

желание

 

снизить

 

длину

 

соединительных

 

проводов

.

Для

 

того

 

чтобы

 

ответить

 

на

 

вопрос

на

 

каком

 

рас

-

стоянии

 

можно

 

размещать

 

экранные

 

ОПН

 

от

 

защи

-

щаемых

 

ими

 

концевых

 

или

 

транспозиционных

 

муфт

 

кабеля

как

 

минимум

 

необходимо

 

знать

 

характери

-

стики

 

ОПН

 

и

 

прочность

 

оболочки

 

кабеля

  (

её

 

проч

-

ность

 

в

 

муфте

), 

ведь

 

и

 

в

 

тех

 

же

 

правилах

  

ПУЭ

 

рас

-

стояния

 

зависят

 

от

 

типа

 

защитного

 

аппарата

 

и

 

от

 

вида

 

защищаемого

 

оборудования

.

ОПН

В

 

качестве

 

экранных

 

ОПН

 

в

 

нашей

 

стра

-

не

 

чаще

 

всего

 

применяют

 

ОПН

 

класса

 6 

кВ

 

с

 

рабо

-

чим

 

напряжением

 7,2 

кВ

Практически

 

у

 

всех

 

про

-

изводителей

 

ОПН

 

при

 

импульсном

 

токе

 

формы

 

8/20 

мкс

 

величиной

 10 

кА

 

такие

 

ОПН

В

 

качестве

 

экранных

 

ОПН

имеют

 

близкие

 

друг

 

другу

 

остаю

-

щиеся

 

напряжения

  (

напряжения

 

на

 

выводах

) — 

около

 23 

кВ

.

Оболочка

.

 

Согласно

 

п

.4.5.10 [2] 

оболочка

 

любого

 

однофазного

 

кабеля

 

класса

 

до

 500 

кВ

 

периодически

 

испытывается

 

постоянным

 

напряжением

 10 

кВ

 

в

 

те

-

чение

 1 

мин

К

 

сожалению

в

 

нормах

 

не

 

приходилось

 

видеть

 

цифр

которые

 

помогли

 

бы

 

оценить

 

проч

-

ность

 

оболочки

 

при

 

воздействии

 

импульсов

 

или

 

хотя

 

бы

 

при

 

воздействии

 

напряжения

 

промышленной

 

ча

-

стоты

Вместе

 

с

 

тем

без

 

указанных

 

данных

 

будет

 

сложно

 

вести

 

рассуждения

 

о

 

допустимых

 

расстоя

-

ниях

 

от

 

ОПН

 

до

 

муфты

Поэтому

 

обратимся

 

к

 

опыту

 

испытательных

 

центров

 

и

 

лабораторий

Возьмем

например

Санкт

-

Петербургский

 

политехнический

 

университет

 

и

 

голландский

 

центр

 

КЕМА

.

СПбПУ

В

 

политехническом

 

университете

 

под

 

руководством

 

А

.

Е

Монастырского

 

проводились

 

ис

-

пытания

 

оболочки

 

кабеля

 330 

кВ

 

напряжением

 

про

-

мышленной

 

частоты

Оболочка

 

часами

 

выдержи

-

вала

 

напряжение

 55 

кВ

 

и

 

так

 

и

 

не

 

была

 

пробита

Длительно

 

поднять

 

напряжение

 

выше

 55 

кВ

 

поме

-

шали

 

частичные

 

разряды

которые

 

были

 

связаны

 

исключительно

 

с

 

особенностями

 

концевой

 

раз

-

делки

 

образцов

Что

 

касается

 

прочности

  «

на

 

про

-

бой

», 

то

 

экспертно

 

она

 

была

 

оценена

 

цифрой

 

свыше

 

100 

кВ

 — 

при

 

таком

 

напряжении

 

промышленной

 

часто

-

ты

 

пробой

 

формировался

 

бы

 

за

 

время

 

в

 

несколько

 

ми

-

нут

Импульсных

 

испытаний

 

оболочки

 

не

 

проводилось

.

KEMA.

 

Во

 

всемирно

 

известной

 

голландской

 

ла

-

боратории

 

КЕМА

 

проводились

 

всесторонние

 

испы

-

тания

 

кабельной

 

линии

 220 

кВ

 

с

 

установленными

 

концевыми

 

и

 

транспозиционными

 

муфтами

Пробой

 

оболочки

 

кабеля

 

произошёл

 

при

 

напряжении

 

про

-

мышленной

 

частоты

 50 

кВ

 

через

 15 

секунд

 

после

 

на

-

чала

 

испытаний

а

 

пробоя

 

при

 

напряжениях

 10, 20, 

30, 40 

кВ

 

так

 

и

 

не

 

было

Кроме

 

того

 

были

 

выполнены

 

испытания

 

стандартным

 

грозовым

 

импульсом

 

фор

-

мы

 1,2/50 

мкс

 — 

при

 

воздействии

 

импульсов

 

вели

-

чиной

 170 

кВ

 

пробоя

 

оболочки

 

не

 

зафиксировано

а

 

дальнейшему

 

росту

 

напряжения

 

с

 

целью

 

поиска

 

напряжения

 

пробоя

 

помешали

 

разряды

которые

как

 

и

 

в

 

лаборатории

 

СПбПУ

были

 

связаны

 

с

 

особен

-

ностями

 

концевой

 

разделки

 

образцов

.

Поскольку

 

толщина

 

оболочки

 

у

 

кабелей

 

разных

 

классов

 

напряжения

 

и

 

разных

 

производителей

 

всег

-

да

 

составляет

 

одну

 

и

 

ту

 

же

 

величину

 

около

 5 

мм

то

 

собранные

 

результаты

 

испытаний

полученные

 

на

 

нескольких

 

конкретных

 

образцах

 

кабелей

допусти

-

мо

 

распространить

 

и

 

на

 

все

 

остальные

Так

с

 

из

-

вестной

 

долей

 

осторожности

 

можно

 

утверждать

что

 

без

 

каких

-

либо

 

последствий

 

оболочка

 

любых

 

одно

-

фазных

 

кабелей

 6–500 

кВ

даже

 

несколько

 

повреж

-

дённая

 

при

 

монтаже

способна

 

держать

:

• 

напряжение

 

промышленной

 

частоты

 

свыше

 30 

кВ

 

«

без

 

ограничения

 

по

 

времени

»;

• 

напряжение

 

стандартного

 

грозового

 

импульса

 

формы

 1,2/50 

мкс

 

свыше

 100 

кВ

.

Глядя

 

на

 

данные

 

цифры

специалисты

которые

 

проводят

 

испытания

 

оболочек

 

кабелей

 

на

 

действу

-

ющих

 

кабельных

 

линиях

могут

 

засомневаться

ведь

 

иной

 

раз

 

им

 

не

 

удается

 

подать

 

на

 

оболочку

 

кабеля

 

даже

 10 

кВ

 

постоянного

 

напряжения

так

 

как

 

же

 

тогда

 

поднять

 30 

кВ

 (

это

 

переменное

 

напряжение

но

 

суть

 

не

 

меняется

)? 

Здесь

 

можно

 

сказать

что

 

за

 

послед

-

ние

 

годы

 

большая

 

часть

 

случаев

когда

 

на

 

оболочке

 

кабеля

 

не

 

удалось

 

поднять

 

постоянное

 

напряжение

 

10 

кВ

была

 

связана

 

не

 

с

 

кабелем

 

или

 

муфтами

а

 

с

 

неправильным

 

монтажом

 

и

 

последующей

 

не

-

брежной

 

эксплуатацией

 

концевых

 

коробок

 

и

 

коробок

 

транспозиции

.

Напряжение

 

промышленной

 

частоты

 30 

кВ

кото

-

рое

 

здесь

 

приведено

не

 

имеет

 

отношения

 

к

 

защите

 

от

 

импульсных

 

перенапряжений

а

 

дано

 

лишь

 

для

 

того

 

чтобы

пользуясь

 

случаем

обратить

 

внимание

 

всех

 

заинтересованных

 

лиц

в

 

случае

 

такой

 

необхо

-

димости

 

вполне

 

допустимо

чтобы

 

при

 

коротких

 

за

-

мыканиях

 

напряжение

 

на

 

экране

 

относительно

 

зем

-

ли

 

было

 

больше

 

указанного

 

в

 

стандарте

 

излишне

 

жёсткого

 

значения

 5 

кВ

 [3]. 

С

 

точки

 

зрения

 

прочности

 

оболочки

 

на

 

экране

 

можно

 

было

 

бы

 

допускать

 

не

 

до

 

кВ

а

 

вплоть

 

до

 30 

кВ

 

и

 

даже

 

более

Однако

 

при

 

таком

 

высоком

 

напряжении

 

выйдут

 

из

 

строя

 

установ

-

ленные

 

в

 

коробках

 

экранные

 

ОПН

 

класса

 6 

кВ

 

с

 

ра

-

бочим

 7,2 

кВ

А

 

при

 

каком

 

не

 

выйдут

?

Современные

 

ОПН

 

могут

 

выдерживать

 

напряже

-

ние

 

промышленной

 

частоты

 

с

 

кратностью

 1,25 

о

.

е

в

 

течение

 

более

 10 

с

что

 

с

 

запасом

 

превосходит

 

время

 

любого

 

короткого

 

замыкания

Следовательно

на

 

экране

 

любого

 

кабеля

 

на

 

время

 

короткого

 

замы

-

кания

 

теоретически

 

можно

 

было

 

бы

 

разрешить

 

на

-

пряжение

 

промышленной

 

частоты

 

до

 7,2•1,25 = 9 

кВ

При

 

этом

 

не

 

возникает

 

риска

 

ни

 

для

 

экранных

 

ОПН

ни

 

для

 

оболочки

 

кабеля

 (

она

 

вообще

 

держит

 

более

 

30 

кВ

 

без

 

ограничения

 

по

 

времени

). 

Итак

при

 

выбо

-

ре

 

схем

 

соединения

 

и

 

заземления

 

экранов

 

по

 

необ

-

ходимости

 

можно

 

повысить

 

предельное

 

напряжение

 

с

 5 

кВ

 (

как

 

в

 [3]) 

до

 7 

кВ

 

и

 

даже

 

до

 9 

кВ

.

Вернемся

 

теперь

 

к

 

импульсной

 

прочности

 

обо

-

лочки

 — 

предполагается

что

 

она

 

составляет

 

для

 

всех

 

кабелей

 6–500 

кВ

 

не

 

менее

 100 

кВ

 

при

 

воздей

-

ствии

 

стандартного

 

грозового

 

импульса

 

с

 

фронтом

 


Page 5
background image

63

 1 (34) 2016

1,2 

мкс

 

и

 

длительностью

 

до

 

полуспада

 50 

мкс

Если

 

остающееся

 

напряжение

 

применяемых

 

в

 

экранах

 

ОПН

 

составляет

 23 

кВ

а

 

оболочка

 

способна

 

выдер

-

жать

 100 

кВ

 — 

то

 

тогда

 

падение

 

напряжения

 

в

 

про

-

воде

 

между

 

ОПН

 

и

 

муфтой

 

не

 

должно

 

быть

 

более

 

100-23 = 77 

кВ

и

зная

 

эту

 

величину

можно

 

было

 

бы

 

постараться

 

оценить

 

предельную

 

длину

 

соедини

-

тельного

 

провода

ТЕХНИЧЕСКАЯ

 

ПОЛИТИКА

 CIGRE

Примерно

 

похожие

 

рассуждения

 

ведут

 

в

 

соот

-

ветствующем

 

рабочем

 

комитете

 

международного

 

совета

 

по

 

делам

 

электроэнергетики

 CIGRE: 

зная

 

характеристики

 

ОПН

 

и

 

оболочки

по

 

очень

 

простой

 

формуле

 

они

 

пытаются

 

определить

 

предельную

 

длину

 

соединительного

 

провода

Первое

что

 

хочется

 

сказать

 — 

основные

 

реко

-

мендации

 CIGRE 

касаются

 

лишь

 

узлов

 

транспо

-

зиции

а

 

про

 

одностороннее

 

заземление

 

экранов

 

информации

 

почти

 

нет

Второе

, — 

рекомендации

 

CIGRE 

ориентированы

 

на

 

использование

 

в

 

качестве

 

проводов

соединяющих

 

муфту

 

с

 

коробкой

 

транс

-

позиции

 

и

 

ОПН

не

 

шести

 

проводов

 

типа

 

ППС

  (

как

 

показано

 

на

 

рис

.1

б

), 

а

 

трёх

 

коаксиальных

 

проводов

 

(

рис

. 2). 

Иными

 

словами

от

 

каждой

 

транспозици

-

онной

 

муфты

 

выходят

 

не

 

два

 

провода

 

ППС

а

 

лишь

 

один

 

коаксиальный

внутренний

 

проводник

 

которого

 

присоединен

 

к

 

экрану

 

одного

 

из

 

двух

 

заходящих

 

в

 

муфту

 

участков

 

силового

 

кабеля

а

 

внешний

 

прово

-

дник

 — 

к

 

экрану

 

другого

.

В

 

России

 

коаксиальные

 

провода

 

применяют

-

ся

 

главным

 

образом

 

на

 

объектах

где

 

использова

-

ны

 

муфты

 

французской

 

фирмы

 NEXANS, 

тогда

 

как

 

большинство

 

других

 

заводов

 

ориентированы

 

на

 

про

-

вода

 

типа

 

ППС

которые

 

имеют

 

небольшой

 

внешний

 

радиус

проще

 

гнутся

 

и

 

разделываются

Поскольку

 

штаб

-

квартира

 CIGRE 

также

 

расположена

 

во

 

Фран

-

ции

а

 

основной

 

язык

 — 

французский

и

 

только

 

потом

 

английский

то

 

нет

 

ничего

 

удивительного

что

 CIGRE 

ориентируется

 

на

 

технические

 

решения

 NEXANS. 

Наша

 

же

 

задача

 — 

обратить

 

внимание

 

всех

 

заин

-

тересованных

 

лиц

 

на

 

то

что

 

материалы

 CIGRE 

не

 

могут

 

широко

 

применяться

 

в

 

России

поскольку

 

они

 

разработаны

 

под

 

нехарактерные

 

для

 

нас

 

техниче

-

ские

 

решения

Не

 

говоря

 

уже

 

о

 

том

что

 

они

 

не

 

имеют

 

в

 

России

 

статуса

 

нормативного

 

документа

.

В

 

случае

 

применения

 

коаксиального

 

провода

 

возникает

 

специфическая

 

задача

 — 

определить

на

 

какое

 

импульсное

 

напряжение

 

должна

 

быть

 

рас

-

считана

 

изоляция

 

между

 

двумя

 

его

 

концентрически

 

расположенными

 

токоведущими

 

частями

Для

 

её

 

ре

-

шения

 

комитет

 CIGRE 

и

 

предложил

  «

знаменитую

» 

формулу

 (

обозначения

 

сохранены

):

E

1b

 = 2•[U

R

 + 0,45•L

b

•L•(

I

/

τ

)] (1)

где

  U

R

 — 

остающееся

 

напряжение

 

ОПН

  (

кВ

); 

I

 — 

некоторый

  «

входящий

» 

ток

  (

кА

); 

τ

 

— 

длитель

-

ность

 

фронта

 

волны

 

тока

  (

мкс

); L — 

длина

 

коакси

-

ального

 

провода

  (

м

); L

b

 — 

индуктивность

 

единицы

 

длины

 

коаксиального

 

провода

 (

мкГн

/

м

).

Формулу

 (1) 

несложно

 

получить

 

по

 2-

му

 

закону

 

Кирхгофа

записанному

 

для

 

контура

выделенного

 

на

 

рис

. 2 

зелёным

 

цветом

Единственная

 

особен

-

ность

 

в

 

том

что

 

в

 (1), 

в

 

отличие

 

от

 

учебника

 

по

 

тех

-

нике

 

высоких

 

напряжений

 (

ТВН

), 

присутствует

 

эмпи

-

рический

 

коэффициент

 0,45, 

который

 

был

 

получен

 

специалистами

 CIGRE 

после

 

обработки

 

результатов

 

расчётов

 

электромагнитных

 

переходных

 

процессов

выполненных

 

в

 

канадско

-

американской

 

компьютер

-

ной

 

программе

 EMTP. 

Проведя

 

расчеты

 

по

 (1), CIGRE 

дает

 

рекоменда

-

ции

 [6] 

по

 

прочности

 

изоляции

 

коаксиального

 

прово

-

да

 (

см

табл

. 1). 

Видно

что

 

требования

 

к

 

прочности

 

изоляции

 

этого

 

провода

 

увеличиваются

 

с

 

ростом

 

его

 

длины

 

и

 

с

 

ростом

 

класса

 

напряжения

 

силового

 

кабеля

Зависимость

 

от

 

длины

 

очевидна

а

 

влияние

 

класса

 

также

 

несложно

 

понять

ведь

 

для

 

более

 

вы

-

соковольтных

 

линий

 

возможные

 

грозовые

 

импульсы

 

на

 

жиле

 

кабеля

 

значительны

а

 

потому

 — 

велики

 

и

 

наводки

 

на

 

экран

т

.

е

I

/

τ

 

в

 (1).

Рис

. 2. 

Соединение

 

муфты

 

с

 

коробкой

выполненное

 

коаксиальным

 

проводом

Табл

. 1. 

Рекомендации

 CIGRE 

по

 

прочности

 

изоляции

 

коаксиального

 

провода

 E

1b

 

на

 

стандартном

 

грозовом

 

импульсе

 

формы

 1,2/50 

мкс

Класс

 

главной

 

изоляции

 

по

 

ГОСТ

 1516.3-96

Грозовой

 

импульс

 

по

 

МЭК

 

для

 

главной

 

изоляции

Требования

 

к

 

изоляции

 

провода

Провод

 

до

 L = 3 

м

Провод

 

до

 L = 10  

м

6–35 

кВ

<325 

кВ

60 

кВ

60 

кВ

110 

кВ

380–750 

кВ

60 

кВ

75 

кВ

220 

кВ

850–1050 

кВ

60 

кВ

95 

кВ

330 

кВ

1175—1425 

кВ

75 

кВ

125 

кВ

500 

кВ

1550 

кВ

75 

кВ

145 

кВ


Page 6
background image

64

СЕТИ РОССИИ

Хотя

 

качественно

 

табл

. 1 

не

 

вызывает

 

особого

 

со

-

мнения

каким

 

образом

 

были

 

получены

 

конкретные

 

цифры

 — 

остаётся

 

загадкой

ведь

 

непонятно

каки

-

ми

 

в

 (1) 

надо

 

принимать

 

погонную

 

индуктивность

 L

b

 

и

 

скорость

 

изменения

 

тока

 

I

/

τ

Погонная

 

индуктивность

 

провода

  L

b

 

может

 

быть

 

вычислена

 

на

 

основе

 

данных

 

о

 

его

 

конструкции

 

и

   

обычно

 

находится

 

в

 

диапазоне

 

значений

 

от

 0,1 

до

 1,2 

мкГн

/

м

Авторы

 (1) 

утверждают

что

 

чаще

 

ис

-

пользовали

 

значение

 0,24 

мкГн

/

м

которое

 

отвечает

 

волновому

 

сопротивлению

 50 

Ом

 

и

 

скорости

 

волны

 

около

 200 

м

/

мкс

.

Если

 

с

 

индуктивностью

  L

b

 

более

-

менее

 

понятно

то

 

какой

 

принимать

 

скорость

 

изменения

 

тока

 

I

/

τ

 (

кА

/

мкс

) — 

нигде

 

не

 

сказано

 

ни

 

слова

Вместе

 

с

 

тем

ток

 

молнии

 

может

 

иметь

 

скорость

 

изменения

 

на

 

фрон

-

те

 

от

 5 

кА

/

мкс

 

до

 100 

кА

/

мкс

Столь

 

существенный

 

разброс

 

параметров

 

тока

 

делает

 

невозможным

 

ис

-

пользование

 (1), 

и

 

на

 

этом

 

фоне

 

цифры

 

из

 

табл

. 1 

выглядят

 

не

 

обоснованными

 

и

 

не

 

заслуживающими

 

доверия

Отнюдь

 

не

 

случайно

что

 

уже

 

упомянутые

 

выше

 

конкретные

 

требования

 

ПУЭ

 

к

 

организации

 

грозозащиты

 

распределительных

 

устройств

 

получе

-

ны

 

вовсе

 

не

 

по

 

формулам

а

 

с

 

привлечением

 

стати

-

стических

 

расчётов

В

 

материалах

 CIGRE 

упоминается

 

разумное

 

пра

-

вило

 — 

чем

 

короче

 

провод

 

от

 

ОПН

 

до

 

муфты

тем

 

лучше

но

 

никаких

 

адекват

-

ных

 

методик

 

для

 

поиска

 

конкретных

 

предельных

 

длин

 CIGRE 

не

 

дает

Ука

-

занные

 

в

 

табл

. 1 

длины

 3 

и

 10 

м

 

рас

-

смотрены

очевидно

лишь

 

в

 

качестве

 

примера

 

использования

 

формулы

 (1) 

и

 

вовсе

 

не

 

означают

что

 

нельзя

 

иметь

 

провода

 

длиной

 15, 20, 25 

м

Также

 

ни

-

где

 

не

 

сказано

что

 

длины

 

проводов

 

не

 

могут

 

отличаться

 

по

 

фазам

и

 

что

 

де

-

лать

если

 

провода

 

не

 

коаксиальные

.

По

 

названным

 

причинам

 

материалы

 

CIGRE 

далее

 

рассматривать

 

не

 

будем

как

 

не

 

содержащие

 

полезной

 

информа

-

ции

 

по

 

интересующему

 

вопросу

.

РАСЧЁТ

 

ИМПУЛЬСНЫХ

 

НАПРЯ

-

ЖЕНИЙ

 

ДЛЯ

 

КАБЕЛЯ

 110 

КВ

Механизм

 

появления

 

импульсных

 

напряжений

 

в

 

экранах

 

описан

напри

-

мер

в

 10-

й

 

главе

 [4]. 

Если

 

бы

 

в

 

месте

 

разземления

 

экрана

  (

рис

. 1

а

и

 

в

 

узле

 

транспозиции

  (

рис

. 1

б

отсутствовали

 

экранные

 

ОПН

то

 

возникающее

 

при

 

этом

 

напряжение

 

на

 

экране

 

относи

-

тельно

 

земли

 

могло

 

достигать

 

полови

-

ны

 

напряжения

 

на

 

жиле

 

и

 

даже

 

более

Поэтому

 

необходимость

 

установки

 

экранных

 

ОПН

 

сомнения

 

не

 

вызывает

но

 

эффективность

 

их

 

работы

к

 

сожа

-

лению

снижается

 

из

-

за

 

наличия

 

со

-

единительных

 

проводов

 

той

 

или

 

иной

 

длины

которые

 

отделяют

 

ОПН

 

от

 

за

-

щищаемой

 

концевой

 

или

 

транспозици

-

онной

 

муфты

В

 

качестве

 

примера

 

проведём

 

расчёт

 

напряже

-

ния

 

в

 

узле

 

транспозиции

 

линии

 110 

кВ

 

длиной

 3 

км

 

с

 

кабелями

 1000/240 

мм

2

имеющей

 

один

 

полный

 

цикл

 (

рис

. 1

б

). 

Моделирование

 

процессов

 

выполним

 

в

 

программе

 EMTP, 

где

 

будем

 

варьировать

 

длину

 

провода

 

ППС

связывающего

 

муфту

 

и

 

ОПН

 

с

 

рабо

-

чим

 

напряжением

 7,2 

кВ

.

При

 

включении

 

кабеля

 

под