Заземление нейтрали в кабельных сетях 6–35 кВ

Page 1
background image

Page 2
background image

76

СЕТИ

РОССИИ

к

а

б

е

л

ь

н

ы

е

 л

и

н

и

и

кабельные линии

Заземление нейтрали 

в кабельных сетях 

6–35 кВ

Михаил ДМИТРИЕВ, к.т.н., доцент

Санкт-Петербургского политехнического университета

ВВЕДЕНИЕ

Наиболее

 

исчерпывающие

 

ис

-

следования

 

электромагнитных

 

про

-

цессов

 

в

 

сетях

 

среднего

 

напряже

-

ния

 6–35 

кВ

 

приведены

 

в

 

известной

 

книге

 [1]. 

Ее

 

авторы

 

в

 

простой

 

и

 

по

-

нятной

 

форме

 

описывают

 

процессы

 

при

 

замыканиях

 

на

 

землю

при

 

ком

-

мутации

 

включения

 

или

 

отключе

-

ния

 

различного

 

оборудования

 

сети

Каждый

 

случай

 

снабжен

 

расчетны

-

ми

 

осциллограммами

 

процессов

имеет

 

ссылки

 

на

 

опыт

 

эксплуатации

 

и

 

на

 

исследования

 

других

 

ученых

Несмотря

 

на

 

публикацию

 

столь

 

об

-

стоятельного

 

труда

можно

 

только

 

приветствовать

 

появление

 

новых

 

работ

и

 

особую

 

ценность

конечно

 

же

имеют

 

натурные

 

эксперименты

.

Приведенные

 

ниже

 

рассуждения

 

позволят

 

лучше

 

понять

 

некоторые

 

проблемы

имеющиеся

 

в

 

настоя

-

щее

 

время

 

в

 

сетях

 6–35 

кВ

.

ПОЧЕМУ

 

СЕЙЧАС

?

В

 

сетях

 

среднего

 

напряжения

 

су

-

ществует

 

большое

 

число

 

способов

 

заземления

 

нейтрали

которые

 

так

 

или

 

иначе

 

применяются

 

в

 

разных

 

странах

:

 

изолированная

 

нейтраль

;

 

заземление

 

через

 

реактор

  (

ком

-

пенсированная

 

нейтраль

);

 

заземление

 

через

 

резистор

;

 

комбинированное

 

заземление

 

через

 

реактор

 

и

 

резистор

;

 

глухое

 

заземление

 

нейтрали

.

Выбор

 

оптимального

 

способа

 — 

непростой

 

вопрос

который

 

следует

 

решать

 

с

 

учетом

 

многих

 

факторов

среди

 

которых

:

 

безопасность

 

сети

 

при

 

возникно

-

вении

 

повреждений

;

 

надежность

 

электроснабжения

 

потребителей

;

 

селективность

 

работы

 

релейной

 

защиты

;

 

требования

 

к

 

изоляции

 

оборудо

-

вания

 

относительно

 

земли

;

 

требования

 

к

 

отключающей

 

спо

-

собности

 

выключателей

а

 

также

 

к

 

термической

 

и

 

динамической

 

стойкости

 

оборудования

 

сети

 

(

трансформаторов

кабелей

).

Важную

 

роль

 

при

 

выборе

 

спо

-

соба

 

заземления

 

нейтрали

 

играет

 

и

 

возможность

 

создания

 

контуров

 

с

 

малым

 

сопротивлением

 

заземле

-

ния

и

 

доминирующий

 

в

 

сети

 

тип

 

ли

-

ний

 

электропередачи

  (

воздушные

 

или

 

кабельные

).

Анализ

 

всех

 

перечисленных

 

факторов

 

привел

 

к

 

тому

что

 

в

 

свое

 

время

 

в

 

СССР

 

в

 

сетях

 

среднего

 

на

-

пряжения

 6–35 

кВ

 

было

 

принято

 

решение

 

отдать

 

предпочтение

 

изо

-

лированной

 

нейтрали

 

или

 

ее

 

зазем

-

лению

 

через

 

реактор

В

 

настоящее

 

же

 

время

 

обстоятельства

 

отчасти

 

изменились

.

По

 

мере

 

развития

 

техники

 

и

 

тех

-

нологий

 

неизбежно

 

происходит

 

смена

 

состава

 

оборудования

 

элек

-

трических

 

сетей

и

 

каждая

 

такая

 

«

революция

» 

вновь

 

порождает

 

спо

-

ры

 

о

 

том

насколько

 

оптимальны

 

применяемые

 

способы

 

заземления

 

нейтрали

За

 

последние

 20–30 

лет

 

По

 

материалам

II 

Всероссийской

 

конференции

«

ТЕХНИКО

-

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

 

АСПЕКТЫ

 

РАЗВИТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

 

СЕТЕЙ

 20 

кВ

»


Page 3
background image

77

в

 

нашей

 

стране

 

наиболее

 

острое

 

недовольство

 

изолированной

  (

компенсированной

нейтралью

 

высказывалось

 

уже

 

дважды

Первый

 

раз

 — 

после

 

прихода

 

в

 

сети

 

ограничителей

 

перенапряжений

 

нелинейных

 (

ОПН

), 

а

 

второй

 

раз

 — 

в

 

связи

 

с

 

появ

-

лением

 

однофазных

 

кабелей

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сши

-

того

 

полиэтилена

.

ОПН

.

 

Массовая

 

установка

 

ОПН

 

в

 

сети

 6–35 

кВ

 

с

 

изолированной

  (

компенсированной

нейтралью

 

сопровождалась

 

их

 

повреждениями

Нередко

 

они

 

происходили

 

в

 

режиме

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

 

при

 

наличии

 

дуговых

 

и

/

или

 

ферроре

-

зонансных

 

перенапряжений

вызывающих

 

много

-

кратное

 

срабатывание

 

ОПН

 

за

 

короткое

 

время

недостаточное

 

для

 

остывания

 

нелинейных

 

эле

-

ментов

До

 

внедрения

 

ОПН

 

защита

 

оборудования

 

от

 

грозовых

  (

и

 

коммутационных

перенапряжений

 

была

 

организована

 

с

 

помощью

 

вентильных

 

раз

-

рядников

  (

РВ

), 

имеющих

 

искровой

 

промежуток

срабатывавший

 

только

 

лишь

 

от

 

перенапряжений

 

большой

 

величины

  (

грозовых

 

в

 

первую

 

очередь

). 

Это

 

позволяло

 

избежать

 

токов

 

в

 

нелинейных

 

эле

-

ментах

 

РВ

 

как

 

в

 

нормальном

 

режиме

так

 

и

 

в

 

усло

-

виях

 

существования

 

дуговых

 

и

 

феррорезонансных

 

процессов

обеспечивая

 

тем

 

самым

 

безаварийную

 

эксплуатацию

 

разрядников

Когда

 

появились

 

ОПН

не

 

имеющие

 

в

 

отличие

 

от

 

разрядников

 

искровых

 

промежутков

стало

 

ясно

что

 

дуговые

 

и

 

ферроре

-

зонансные

 

процессы

 

в

 

сети

 

уже

 

нельзя

 

оставлять

 

без

 

внимания

ими

 

надо

 

заниматься

Защитить

 

и

 

ОПН

и

 

другое

 

оборудование

 

сети

изоляция

 

ко

-

торого

 

подвергалась

 

нежелательным

 

воздействи

-

ям

можно

 

было

 

бы

 

за

 

счет

 

устранения

 

главной

 

причины

 

повреждений

 — 

длительного

 

существо

-

вания

 

в

 

сети

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

то

 

есть

 

за

 

счет

 

оптимизации

 

работы

 

защит

 

и

 

способа

 

заземления

 

нейтрали

Однако

 

проще

 

и

 

дешевле

 

оказалось

  «

латать

 

дыры

», 

то

 

есть

 

внести

 

коррек

-

тировку

 

в

 

методику

 

выбора

 

характеристик

 

ОПН

после

 

чего

 

стали

 

применять

 

ОПН

 

с

 

завышенным

 

на

10–20% 

наибольшим

 

рабочим

 

напряжением

уве

-

личив

 

тем

 

самым

 

надежность

 

ОПН

но

 

ухудшив

 

за

-

щиту

 

изоляции

 

оборудования

 

от

 

грозовых

  (

и

 

ком

-

мутационных

перенапряжений

.

Кабели

.

 

В

 

последние

 

годы

 

массовая

 

прокладка

 

в

 

сетях

 

линий

 

с

 

однофазными

 

кабелями

 

обнару

-

жила

 

проблему

 

наведенных

 

в

 

медных

 

экранах

 

то

-

ков

 

и

 

вызванных

 

ими

 

потерь

 

мощности

В

 [2] 

было

 

показано

что

как

 

правило

эта

 

проблема

 

может

 

быть

 

решена

 

за

 

счет

 

применения

 

однофазных

 

кабелей

 

с

 

малым

 

сечением

 

экрана

 

и

 

прокладкой

 

фаз

 

вплотную

 

друг

 

к

 

другу

 

сомкнутым

 

треугольни

-

ком

К

 

сожалению

выбирать

 

малое

 

сечение

 

экра

-

нов

 

в

 

сетях

 

с

 

изолированной

  (

компенсированной

нейтралью

 

никак

 

не

 

получается

Дело

 

в

 

том

что

 

характерное

 

для

 

этих

 

сетей

 

длительное

 

существо

-

вание

 

режима

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

 

нередко

 

приводит

 

к

 

появлению

 

в

 

другом

 

месте

 

сети

 

второго

 

повреждения

образованию

 

контура

 

с

 

малым

 

сопротивлением

в

 

котором

 

протекает

 

ток

 

так

 

называемого

 

двойного

 

короткого

 

замыкания

близкий

 

по

 

величине

 

току

 

трехфазного

 

короткого

 

замыкания

 

сети

 

и

 

поэтому

 

опасный

 

с

 

точки

 

зре

-

ния

 

перегрева

 

экранов

 

малого

 

сечения

причем

 

на

 

протяженном

 

участке

 

трассы

Из

-

за

 

этого

 

сече

-

ние

 

медных

 

экранов

 

однофазных

 

кабелей

 

в

 

сетях

 

с

 

изолированной

  (

компенсированной

нейтралью

 

приходится

 

завышать

что

 

в

 

нормальном

 

режи

-

ме

 

работы

 

сети

 

приводит

 

к

 

существенному

 

росту

 

наведенных

 

токов

 

и

 

потерь

 

мощности

 

в

 

экранах

порождает

 

необходимость

 

применять

 

в

 

сетях

 

не

-

удобные

 

в

 

эксплуатации

 

одностороннее

 

заземле

-

ние

 

экранов

 

или

 

транспозицию

Избежать

 

внедре

-

ния

 

данных

 

схем

 

удалось

 

бы

 

за

 

счет

 

исключения

 

длительного

 

существования

 

режима

 

замыкания

 

на

 

землю

то

 

есть

 

за

 

счет

 

оптимизации

 

работы

 

защит

 

и

 

способа

 

заземления

 

нейтрали

.

РЕЖИМ

 

ЗАМЫКАНИЯ

 

НА

 

ЗЕМЛЮ

ОПН

 

и

 

однофазные

 

кабели

 — 

это

 

современ

-

ное

 

оборудование

 

с

 

замечательными

 

свойствами

а

 

проблемы

которые

 

возникают

 

в

 

сетях

связа

-

ны

 

не

 

с

 

недостатками

 

ОПН

 

или

 

кабелей

а

 

скорее

с

 

не

 

очень

 

подходящей

 

для

 

них

 

работой

 

защит

 

и

 

не

 

самым

 

оптимальным

 

способом

 

заземления

 

нейтрали

Длительное

 

существование

 

в

 

сети

 

однофазно

-

го

 

замыкания

 

на

 

землю

 

зачастую

 

связывают

 

с

 

тем

что

 

потребитель

включенный

 

на

 

линейные

 

напря

-

жения

 

сети

не

 

чувствует

 

возникшее

 

в

 

сети

 

одно

-

фазное

 

повреждение

 

и

 

продолжает

 

нормальную

 

работу

В

 

таких

 

условиях

 

оперативное

 

автомати

-

зированное

 

отключение

 

линии

на

 

которой

 

выяв

-

лено

 

замыкание

не

 

оставит

 

времени

 

на

 

подготов

-

ку

 

потребителя

 

к

 

его

 

переводу

 

на

 

другие

 

источники

 

или

 

полному

 

отключению

Также

 

иногда

 

говорят

что

 

с

 

отключением

 

замыкания

 

не

 

следует

 

спешить

 

в

 

надежде

 

на

 

его

 

самоустранение

.

Указанные

 

рассуждения

 

применимы

прежде

 

всего

для

 

слабо

 

развитых

 

систем

 

электроснаб

-

жения

где

 

потребитель

 

получает

 

питание

 

лишь

 

от

 

одной

 

линии

причем

 

воздушной

В

 

современных

 

же

 

сетях

особенно

 

городских

линии

 

имеют

 

двух

-

цепное

 

исполнение

 

и

 

преимущественно

 

кабель

-

ные

Это

 

означает

что

 

нет

 

причин

 

держать

 

в

 

сети

 

однофазное

 

замыкание

ведь

 

если

 

одна

 

из

 

линий

 

будет

 

отключена

потребитель

 

вряд

 

ли

 

потеряет

 

питание

также

 

не

 

стоит

 

надеяться

 

и

 

на

 

самоустра

-

нение

 

аварии

.

Как

 

видно

бесполезно

 

долгое

 

время

 

держать

 

в

 

сети

 

однофазное

 

замыкание

 

на

 

землю

и

более

 

того

наличие

 

такого

 

замыкания

 

даже

 

вредно

 

обо

-

рудованию

ведь

 

на

 

изоляции

 

неповрежденных

 

фаз

 

всей

 

электрически

 

связанной

 

сети

 

напря

-

жение

 50 

Гц

 

повышается

 

с

 

нормального

 

фазного

 

до

 

линейного

а

 

также

 

могут

 

возникать

 

дуговые

 

и

 

феррорезонансные

 

перенапряжения

 

значитель

-

ного

 

уровня

Понимая

что

 

в

 

случае

 

возникновения

 

замыкания

 

на

 

землю

 

целесообразно

 

его

 

оператив

-

ное

 

отключение

следует

 

признаться

что

 

в

 

сетях

 

с

 

изолированной

  (

компенсированной

найтралью

 

до

 

сих

 

пор

 

пока

 

нет

 

устройств

 

релейной

 

защиты

позволяющих

 

искать

 

замыкание

 

и

 

отключать

 

его

 

с

 

достаточной

 

селективностью

 5 (38) 2016


Page 4
background image

78

СЕТИ РОССИИ

Да

ряд

 

фирм

 

рапортует

 

о

 

наличии

 

у

 

них

 

тер

-

миналов

способных

 

селективно

 

выявлять

 

место

 

замыкания

 

в

 

сети

 

с

 

изолированной

  (

компенсиро

-

ванной

нейтралью

Однако

 

опыт

 

эксплуатации

 

всех

 

подобных

 

устройств

 

указывает

 

на

 

высокий

 

процент

 

ошибок

 

в

 

поиске

 

места

 

аварии

 

и

 

неспо

-

собность

 

полностью

 

решать

 

возложенные

 

на

 

них

 

задачи

Причины

 

негативного

 

опыта

 

работы

 

термина

-

лов

по

 

всей

 

видимости

связаны

 

с

 

тем

что

 

ис

-

пользуемые

 

в

 

них

 

алгоритмы

 

дают

 

сбои

если

 

по

-

вреждение

 

изоляции

 

в

 

сети

 

имеет

 

не

 

устойчивый

 

«

металлический

» 

характер

а

 

носит

 

дуговой

 

харак

-

тер

Так

 

или

 

иначе

но

 

для

 

оперативного

 

поиска

 

и

 

отключения

 

замыкания

 

на

 

землю

 

в

 

сети

 6–35 

кВ

 

надо

 

рассматривать

 

другие

 

способы

и

 

самым

 

из

-

вестным

 

среди

 

них

 

является

 

переход

 

от

 

изоли

-

рованной

  (

компенсированной

нейтрали

 

к

 

резис

-

тивной

Действительно

 

в

 

стране

 

все

 

больше

 

объектов

где

 

использовано

 

заземление

 

нейтрали

 

через

 

ре

-

зистор

 

различного

 

сопротивления

Это

 

и

 

сети

 

соб

-

ственных

 

нужд

 

электрических

 

станций

имеющие

 

много

 

кабелей

 6–10 

кВ

и

 

сети

 

генераторного

 

на

-

пряжения

и

 

некоторые

 

городские

 

кабельные

 

сети

К

 

сожалению

достаточно

 

сложно

 

сменить

 

способ

 

заземления

 

нейтрали

 

в

 

уже

 

эксплуатируемой

 

сети

и

 

такой

 

фактор

 

не

 

позволяет

 

перейти

 

к

 

массово

-

му

 

внедрению

 

резисторов

Однако

 

в

 

новых

 

ка

-

бельных

 

сетях

 6–35 

кВ

 

применение

 

резисторов

 

весьма

 

привлекательно

и

 

одним

 

из

 

примеров

 

яв

-

ляется

 

сеть

 20 

кВ

которую

 

построили

 

и

 

развива

-

ют

 

в

 

Москве

Появление

 

класса

 20 

кВ

 

позволило

во

-

первых

оптимизировать

 

работу

 

сети

 

в

 

усло

-

виях

 

высоких

 

плотностей

 

нагрузок

 (6–10 

кВ

 

уже

 

не

 

справляется

), 

а

 

во

-

вторых

 

оказалось

 

удобным

 

поводом

 

внедрить

 

резисторы

преимущества

 

ко

-

торых

 

для

 

однофазных

 

кабелей

 

уже

 

не

 

вызывают

сомнения

.

Дадим

 

ряд

 

пояснений

 

относительно

 

процессов

 

при

 

замыкании

 

на

 

землю

 

в

 

сети

 6–35 

кВ

 

с

 

различны

-

ми

 

способами

 

заземления

 

нейтрали

.

ИЗОЛИРОВАННАЯ

 

НЕЙТРАЛЬ

На

 

рисунке

 1

а

 

показаны

 

сборные

 

шины

 6–35 

кВ

 

сети

 

с

 

изолированной

 

нейтралью

 

и

в

 

качестве

 

при

-

мера

две

 

кабельные

 

линии

 (

КЛ

) — 

одна

 

из

 

них

 

име

-

ет

 

повреждение

 

на

 

землю

 

фазы

 «

А

» (

КЛ

1), 

а

 

другая

 

является

 

неповрежденной

  (

КЛ

2). 

Стрелками

 

по

-

казаны

 

пути

по

 

которым

 

проходит

 

ток

 

замыкания

 

и

   

его

 

составляющие

Видно

что

 

ток

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

 (

ОЗЗ

через

 

место

 

поврежде

-

ния

 

уходит

 

в

 

землю

а

 

далее

 

возвращается

 

в

 

сеть

 

уже

 

через

 

емкости

  «

фаза

-

земля

» 

фаз

  «

В

» 

и

  «

С

» 

всех

 

кабельных

 

линий

 

сети

поврежденной

 

и

 

непо

-

врежденных

.

А

В

С

КЛ1

3

I

0

КЛ1

КЛ2

3

I

0

КЛ2

N

a)

А

В

С

КЛ1

3

I

0

КЛ1

КЛ2

3

I

0

КЛ2

R

N

б)

ТТНП

ТТНП

I

R

U

N

Рис

. 1. 

Однофазное

 

замыкание

 

в

 

сети

 6–35 

кВ

нейтраль

 

изолирована

 (

а

), 

нейтраль

 

заземлена

 (

б

)


Page 5
background image

79

Можно

 

показать

что

 

ток

 

ОЗЗ

 

определяется

 

выра

-

жением

 

I

ОЗЗ

 = 3 · 

U

Ф

 ·   · 

C

СУМ

 

3 · 

U

НОМ

 ·   · 

C

СУМ

, (1)

где

 

U

Ф

 

и

 

U

НОМ

 — 

фазное

 

и

 

линейное

 

напряже

-

ние

 

сети

,   = 2

f

 — 

круговая

 

частота

f

 

= 50 

Гц

,

C

СУМ

 

C

КЛ

1

 + 

C

КЛ

2

 + ... — 

емкость

равная

 

сумме

 

ем

-

костей

 «

фаза

-

земля

» 

всех

 

линий

отходящих

 

от

 

рас

-

сматриваемых

 

шин

 6–35 

кВ

.

Ток

 

замыкания

 

на

 

землю

 

в

 

сети

 

с

 

изолирован

-

ной

 

нейтралью

 6–35 

кВ

 

связан

 

с

 

емкостью

 

сети

 

и

 

поэтому

 

называется

 

емкостным

Схема

 

прохож

-

дения

 

этого

 

тока

 

накладывается

 

на

 

рабочие

 

токи

 

линий

но

 

не

 

зависит

 

от

 

мощности

 

потребителей

сохраняясь

 

и

 

для

 

холостых

и

 

для

 

нагруженных

 

ли

-

ний

Этим

 

объясняется

 

тот

 

факт

что

 

на

 

рисунке

 1 

не

 

показаны

 

потребители

 

мощности

подключен

-

ные

 

на

 

концах

 

КЛ

.

Поскольку

 

ток

 

замыкания

 

на

 

землю

как

 

прави

-

ло

не

 

превосходит

 

рабочих

 

токов

 

линий

то

 

для

 

его

 

гарантированного

 

выявления

 

нельзя

 

исполь

-

зовать

 

показания

 

фазных

 

трансформаторов

 

тока

а

 

следует

 

применять

 

трансформаторы

 

тока

 

нуле

-

вой

 

последовательности

 (

ТТНП

), 

которые

 

реагиру

-

ют

 

на

 

сумму

 

токов

 

фаз

I

A

 

+

 

I

B

 

+

 

I

C

 

= 3

I

0

.

Суммирование

 

фазных

 

токов

 

позволяет

 

ис

-

ключить

 

из

 

рассмотрения

 

рабочие

 

токи

 

линий

яв

-

ляющиеся

 

токами

 

прямой

 

последовательности

и

 

оставить

 

лишь

 

токи

 

нулевой

 

последовательности

которые

также

 

как

 

и

 

I

ОЗЗ

носят

 

емкостный

 

характер

Можно

 

показать

что

например

для

 

схемы

 

с

 3-

мя

 

линиями

 

измерения

 

ТТНП

 

будут

 

3

I

0

КЛ

1

 = 

I

ОЗЗ

 – 

I

С

КЛ

1

 = 

I

С

КЛ

2

 + 

I

С

КЛ

3

 

3

I

0

КЛ

2

 = – 

I

С

КЛ

2

, (2)

 

3

I

0

КЛ

3

 = – 

I

С

КЛ

3

где

 

I

С

КЛ

1

I

С

КЛ

2

I

С

КЛ

3

 — 

собственные

 

емкостные

 

токи

 

ли

-

ний

определяемые

 

через

 

их

 

емкости

 «

фаза

-

земля

» 

 

I

С

КЛ

1

 = 3 · 

U

Ф

 ·   · 

C

КЛ

1

 = 3 · 

I

СФ

КЛ

1

 

I

С

КЛ

2

 = 3 · 

U

Ф

 ·   · 

C

КЛ

2

 = 3 · 

I

СФ

КЛ

2

, (3)

 

I

С

КЛ

3

 = 3 · 

U

Ф

 ·   · 

C

КЛ

3

 = 3 · 

I

СФ

КЛ

3

где

 

I

СФ

 = 

U

Ф

 ·   · 

C

 

— 

емкостный

 

ток

 

линии

 (

присоеди

-

нения

), 

рассчитанный

 

на

 

фазу

Погонные

  (

на

 1 

км

 

длины

значения

 

емкости

 

«

фаза

-

земля

» 

кабельной

 

линии

 

и

 

емкостного

 

тока

 

I

СФ

 

на

 

фазу

 

даны

 

в

 

каталогах

 

кабельных

 

за

-

водов

 

в

 

зависимости

 

от

 

сечения

 

жилы

 

и

 

класса

 

напряжения

Зная

 

тип

 

и

 

длины

 

отходящих

 

от

 

шин

 

6–35 

кВ

 

кабелей

ток

 

замыкания

 

удобно

 

вычислять

 

как

 

сумму

 

емкостных

 

токов

 

всех

 

линий

 

 

I

ОЗЗ

 = 

I

С

КЛ

1

 + 

I

С

КЛ

2

 + 

I

С

КЛ

3

 + ... . 

(4)

ЕМКОСТЬ

 

КАБЕЛЕЙ

И

 

ЗАРЯДНЫЙ

 

ТОК

 

НА

 

ФАЗУ

В

 

настоящее

 

время

 

кабели

 6–35 

кВ

 

с

 

изоляци

-

ей

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

имеют

 

однофазную

 

или

 

трехфазную

 

конструкцию

  (

с

 

пофазно

 

экранирован

-

ными

 

жилами

). 

В

 

обоих

 

случаях

 

каждая

 

токоведущая

 

жила

 

имеет

 

индивидуальный

 

медный

 

экран

а

 

значит

 

у

 

линий

построенных

 

такими

 

кабелями

отсутствует

 

межфазная

 

емкость

 

C

М

Следовательно

емкость

 

прямой

 

последовательности

 

C

1

 = 

C

0

 + 3

C

М

 

и

 

емкость

 

нулевой

 

последовательности

 

C

0

 

равны

 

друг

 

другу

и

 

становится

 

понятно

почему

 

кабельные

 

заводы

 

указывают

 

в

 

своих

 

каталогах

 

одно

 

значение

 

C

1

 = 

C

0

называемое

 «

рабочей

 

емкостью

 

кабеля

». 

Емкость

 

кабеля

 

прямо

 

пропорциональна

 

относи

-

тельной

 

диэлектрической

 

проницаемости

 

его

 

изо

-

ляции

Поскольку

 

у

 

изоляции

 

из

 

сшитого

 

полиэти

-

лена

   = 2,4 

о

.

е

., 

а

 

у

 

бумаги

пропитанной

 

маслом

 = 4,2 

о

.

е

., 

то

 

может

 

показаться

что

 

для

 

современ

-

ных

 

кабелей

 

рабочая

 

емкость

 

должна

 

быть

 

вплоть

 

до

 2-

х

 

раз

 

меньше

чем

 

у

 

кабелей

 

предыдущих

 

по

-

колений

Однако

если

 

разобраться

емкость

 

совре

-

менных

 

линий

не

 

меньше

а

 

даже

 

больше

Дело

 

в

 

том

что

 

емкость

 

зависит

 

не

 

только

 

от

  , 

но

 

и

 

от

 

сечения

 

жилы

 

кабеля

и

 

от

 

толщины

 

его

 

изоля

-

ции

Сейчас

 

предельное

 

сечение

 

жилы

 

трехфазного

 

кабеля

 6–35 

кВ

 

достигает

 240 

мм

2

что

 

не

 

сильно

 

от

-

личается

 

от

 

сечений

 

трехфазных

 

кабелей

 

с

 

бумаж

-

но

-

масляной

 

изоляцией

Вместе

 

с

 

тем

появление

 

и

 

развитие

 

однофазных

 

кабелей

 

дало

 

возможность

 

практически

 

неограниченного

 

роста

 

сечения

 

жилы

и

 

известны

 

линии

где

 

оно

 

достигает

 1500–2000 

мм

2

а

 

это

 

на

 

порядок

 

выше

 

того

что

 

было

 

возможно

 

в

 

се

-

тях

построенных

 

трехфазными

 

кабелями

 

с

 

бумажно

-

масляной

 

изоляцией

Также

 

у

 

новых

 

кабелей

 

иные

 

рабочие

 

напряженности

 

электрического

 

поля

 

в

 

изо

-

ляции

а

 

значит

 

и

 

другая

 

ее

 

толщина

.

Указанные

 

факторы

 

приводят

 

к

 

тому

что

 

боль

-

ше

 

недопустимо

 

использовать

 

известную

 

со

 

вре

-

мен

 

СССР

 

эмпирическую

 

формулу

 

для

 

тока

 

в

 

ка

-

бельной

 

сети

 

I

ОЗЗ

 = (

U

НОМ

 ·

 

l

СУМ

) / 10, 

(5)

где

 

U

НОМ

 

— 

номинальное

 

напряжение

 

сети

  (

в

 

кВ

), 

l

СУМ

 — 

суммарная

 

длина

 

кабельных

 

линий

  (

в

 

км

), 

I

ОЗЗ

 — 

ток

 

замыкания

 (

в

 

А

).

На

 

рисунке

 2 

даны

 

результаты

 

расчетов

 

тока

 

за

-

мыкания

 

на

 

землю

 

по

 

устаревшему

 

эмпирическо

-

му

 

выражению

 (5) 

и

 

по

 

точной

 

формуле

 (1), 

куда

 

были

 

подставлены

 

значения

 

рабочих

 

емкостей

 

кабелей

 

классов

 10, 20, 35 

кВ

 

различного

 

сечения

 

жилы

заимствованные

 

из

 

каталога

 

фирмы

 

АВВ

 

Рис

. 2. 

Расчет

 

тока

 

однофазного

 

замыкания

 

на

 

землю

в

 

кабельной

 

сети

 

протяженностью

 1 

км

0

2

4

6

8

10

12

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

I

ОЗЗ

А

F

Ж

мм

2

СССР

 35 

кВ

АВВ

 35 

кВ

АВВ

 20 

кВ

АВВ

 10 

кВ

СССР

 20 

кВ

СССР

 10 

кВ

 5 (38) 2016


Page 6
background image

80

СЕТИ РОССИИ

(

наиболее

 

грамотный

 

каталог

). 

Суммарная

 

длина

 

кабелей

 

в

 

сети

 

при

 

вычислениях

 

по

 (1) 

и

 (5) 

приня

-

та

 

равной

 

l

СУМ

 = 1 

км

также

 

при

 

использовании

 (1) 

полагалось

что

 

все

 

кабели

 

имеют

 

одинаковое

 

се

-

чение

 

жилы

 — 

то

которое

 

откладывается

 

по

 

оси

 

абсцисс

 

на

 

рисунке

 2.

Представленная

 

на

 

рисунке

 2 

зависимость

 

I

ОЗЗ

 

от

 

сечения

 

жилы

 

могла

 

быть

 

также

 

получена

если

 

из

 

каталога

 

взять

 

не

 

рабочую

 

емкость

 

кабеля

а

 

приве

-

денный

 

там

 

же

 «

емкостный

 

ток

 

на

 

фазу

» 

I

СФ

который

 

затем

 

утроить

 

I

ОЗЗ

 = 3 · 

I

СФ

.

Например

согласно

 

рисунку

 2 

для

 

кабельной

 

сети

 10 

кВ

 

протяженностью

 1 

км

 

по

 

старой

 

формуле

 

имеем

 

ток

 

замыкания

 

всего

 1 

А

тогда

 

как

 

по

 

каталогу

 

для

 

обычных

 

сейчас

 

кабелей

 

сечением

 

жилы

 630 

мм

2

 

с

 

изоляцией

 

из

 

сшитого

 

полиэтилена

 

имеем

 

ток

 

за

-

мыкания

 4 

А

Как

 

видно

несмотря

 

на

 

малую

 

диэлек

-

трическую

 

проницаемость

 

полиэтилена

емкостные

 

токи

 

в

 

современных

 

кабельных

 

сетях

 6–35 

кВ

 

могут

 

быть

 

в

 

разы

 

выше

чем

 

были

 

ранее

Указанный

 

факт

 

следует

 

учитывать

 

тем

 

специалистам

кто

 

занимает

-

ся

 

настройкой

 

работы

 

релейной

 

защиты

 

нулевой

 

по

-

следовательности

.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ

ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

ТОКА

Измерение

 

фазных

 

токов

 

или

 

измерение

 

токов

 

нулевой

 

последовательности

 

в

 

ряде

 

случаев

 

выпол

-

няют

надевая

 

на

 

кабели

 

разборные

 

трансформато

-

ры

 

тока

Чтобы

 

исключить

 

влияние

 

токов

 

в

 

экранах

 

кабеля

 

на

 

результаты

 

измерений

экраны

 

кабеля

выведенные

 

наружу

 

из

 

муфты

следует

 

пропустить

 

через

 

окно

 

трансформатора

 

и

 

только

 

после

 

этого

 

за

-

землить

 (

рисунок

 3).

жила

шины

ТТ

экран

муфта

Рис

. 3. 

Схема

 

подключения

 

измерительного

 

трансфор

-

матора

 

тока

 

для

 

кабеля

 

с

 

экраном

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

 

НЕЙТРАЛИ

ЧЕРЕЗ

 

РЕЗИСТОР

В

 

сетях

содержащих

 

трехфазные

 

кабели

 (

вне

 

за

-

висимости

 

от

 

типа

 

изоляции

), 

повреждение

 

одной

 

из

 

фаз

 

кабеля

 

достаточно

 

быстро

 

перекидывается

 

на

 

вторую

 

и

 

третью

 

фазы

а

 

значит

 

можно

 

сказать

что

 

нет

 

проблемы

 

поиска

 

места

 

повреждения

ведь

 

аварийная

 

линия

 

будет

 

отключена

 

обычной

 

токовой

 

защитой

В

 

сетях

которые

 

построены

 

с

 

применени

-

ем

 

однофазных

 

кабелей

описанный

 

сценарий

 

мало

-

вероятен

 

и

 

даже

 

исключен

если

 

фазы

 

проложены

 

не

 

сомкнутым

 

треугольником

а

 

в

 

ряд

 

на

 

расстоянии

 

друг

 

от

 

друга

Тогда

 

рассмотрим

 

методы

 

поиска

 

ме

-

ста

 

повреждения

.

Факт

 

возникновения

 

в

 

сети

 6–35 

кВ

 

замыкания

 

на

 

землю

 

легко

 

установить

 

по

 

появлению

 

в

 

нейтра

-

ли

 

напряжения

соответствующего

 

эдс

 

аварийной

 

фазы