Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методика расчета токов, напряжений, потерь 10
1.1. Конструкция кабеля и механизм появления токов, напряжений, потерь 10
1.2. Основные схемы заземления экранов и их назначение 16
1.3. Методика расчета токов и напряжений экранов, наведенных током жилы 20
1.3.1. Экраны кабелей заземлены с двух сторон 26
1.3.2. Экраны кабелей заземлены с одной стороны 26
1.3.3. Экраны кабелей транспонированы 27
1.3.4. Кабели линии транспонированы 30
1.3.5. Кабели линии имеют броню 31
1.4. Методика расчета потерь мощности от токов в экранах, наведенных током жилы 34
1.4.1. Относительные потери мощности 34
1.4.2. Коэффициент использования пропускной способности...37
1.4.3. Годовая стоимость потерь мощности 38
1.5. Методика расчета токов и напряжений при повреждении кабеля..38
ГЛАВА 2. Наведенные напряжения, токи и вызванные ими потери мощности 43
2.1. Экраны кабелей заземлены с двух сторон 43
2.1.1. Влияние расстояния между фазами 44
2.1.2. Влияние сечения экранов 45
2.1.3. Влияние транспозиции кабелей 45
2.2. Экраны кабелей заземлены с одной стороны 48
2.2.1. Влияние расстояния между фазами 49
2.2.2. Влияние числа односторонне заземленных секций 50
2.2.3. Влияние шины, проложенной вдоль кабеля 51
2.2.4. Влияние транспозиции кабелей 60
2.3. Экраны кабелей транспонированы 62
2.3.1. Влияние расстояния между фазами 63
2.3.2. Влияние числа циклов транспозиции 63
2.3.3. Идеальная и неидеальная транспозиция 64
2.3.4. Влияние способа обустройства узла сопряжения циклов...68
ГЛАВА 3. Токи и напряжения при повреждении кабеля 78
3.1. Повреждение оболочки кабеля на трассе 80
3.1.1. Методика расчета 80
3.1.2. Оценка допустимых напряжений 81
3.1.3. Результаты расчетов 82
3.2. Повреждение оболочки кабеля в коробке транспозиции 83
3.2.1. Методика расчета 83
3.2.2. Оценка допустимых напряжений 86
3.2.3. Результаты расчетов 86
3.3. Короткое замыкание жила-экран в кабеле 90
3.3.1. Занос потенциала по экранам кабельных линий и борьба с ним 90
3.3.1.1. Методика расчета 93
3.3.1.2. Оценка опасности заноса потенциала 95
3.3.1.3. Результаты расчетов 96
3.3.1.4. Методы борьбы с заносом потенциала 97
3.3.2. Пробой оболочки кабеля вследствие короткого замыкания жила-экран 98
3.3.2.1. Методика расчета 98
3.3.2.2. Оценка допустимого напряжения экран-земля и результаты расчетов 99
ГЛАВА 4. Особенности многоцепных кабельных линии 101
4.1. Безопасность работ на многоцепных кабельных линиях 101
4.2. Ложная работа релейной защиты на многоцепных кабельных линиях 107
Заключение 112
Список использованных источников
- Методика расчета потерь мощности от токов в экранах, наведенных током жилы
- Влияние сечения экранов
- Повреждение оболочки кабеля в коробке транспозиции
- Ложная работа релейной защиты на многоцепных кабельных линиях
Введение к работе
Актуальность темы
Для передачи и распределения электроэнергии, особенно в крупных городах и на промышленных предприятиях, где уровень электропотребления и плотность нагрузки значительны, в настоящее время широко используются силовые кабели высокого напряжения 6-500 кВ современных конструкций. Наибольшее распространение получают силовые однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (рис. 1). При построении трехфазных сетей однофазные кабели прокладывают, как правило, или в ряд, или сомкнутым треугольником (рис. 2).
Одной из главных особенностей однофазных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена является наличие в их конструкции проводящих экранов, требующих заземления по той или иной схеме (на рис. 3 показаны наиболее часто применяемые схемы).
Исследования и опыт эксплуатации показывают, что от рационального выбора схемы соединения и заземления экранов однофазных кабелей 6-500 кВ напрямую зависит эффективность и безопасность работы кабельной линии. Однако существующая нормативная база и ранее произведенные научные разработки не дают полного представления о том, каким образом обеспечить эффективную и безопасную работу трехфазных кабельных линий с одножильными кабелями. Например, на сегодняшний день в нормативных документах (ПУЭ) содержится указание заземлять экраны кабелей с двух сторон; такой способ заземления на практике приводит к дополнительным потерям активной мощности в кабельных передачах, а в ряде случаев может привести к повреждению кабелей. Именно поэтому изучение процессов в экранах однофазных кабелей, разработка рекомендаций к проектированию кабельных сетей и, впоследствии, корректирование нормативных документов - весьма актуальная задача.
Рис. 1. Однофазный кабель Рис. 2. Основные способы взаимного
расположения фаз: а - в ряд, б - треугольником
Цель диссертационной работы - разработка мероприятий по повышению
надежности, эффективности и безопасности кабельных линий электропередачи 6-500 кВ с
современными однофазными кабелями.
Основные задачи исследования
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Разработка полной и упрощенной методик расчета токов, напряжений, потерь мощности в экранах однофазных кабелей как в нормальных режимах, так и при коротких замыканиях, в том числе для кабелей, имеющих броню.
-
Сравнение различных способов взаимного расположения кабелей трехфазных кабельных линий, а также схем соединения и заземления экранов кабелей, по критерию минимизации величин токов, напряжений, потерь мощности в экранах.
-
Поиск возможных вариантов расширения сравнительно небольшого диапазона длин кабельных линий, при которых допустимо одностороннее заземление экранов. Анализ эффективности прокладки металлической шины вдоль кабельной линии и разработка методики ее учета.
-
Разработка методики проверки эффективности транспозиции экранов с учетом разброса длин участков кабеля и различия способов взаимного расположения кабелей вдоль трассы линии, оценки необходимости заземления средних точек в случае нескольких циклов транспозиции.
-
Определение требований к величинам сопротивлений заземления экранов и колодцев транспозиции, вывод аналитических выражений для расчета этих величин в условиях конкретной кабельной линии с учетом требований безопасности людей и животных.
-
Исследование безопасности работ на одноцепных и многоцепных кабельных линиях, анализ условий выноса потенциала по экранам кабелей и анализ уровня наведенных напряжений в многоцепных линиях, способов их снижения и методов расчета.
1 б)
Рис. 3. Основные схемы соединения и заземления экранов: а - заземление с двух сторон, б - заземление с одной стороны, в - транспозиция экранов
а)
-
Обоснование области рационального применения транспозиции самих кабелей, ее влияния на токи, напряжения, потери в экранах одноцепных и многоцепных кабельных линий, ее эффективность для симметрирования кабельной линии, для обеспечения безопасности работ на многоцепных кабельных линиях.
Методы исследования
Для проведения исследований и разработки указанных мероприятий использовались:
-
-
для аналитических расчетов - разделы теории электрических цепей, электрических систем и сетей, электромагнитного поля;
-
для компьютерного моделирования - программный комплекс Electromagnetic Transient Program (EMTP).
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем (на защиту выносится):
-
-
-
Уточнены выражения для определения токов и напряжений на экранах кабелей трехфазной кабельной линии.
-
Предложена методика учета брони однофазного кабеля.
-
Разработана методика учета заземленной металлической проводящей шины, проложенной вдоль кабельной линии, дан анализ необходимости ее использования.
-
Разработана методика проверки эффективности транспозиции экранов в случае, когда различаются длины участков кабеля между узлами транспозиции экранов или когда различны способы взаимного расположения фаз друг относительно друга.
-
Рассмотрены различные способы соединения экранов в узлах сопряжения соседних циклов транспозиции экранов, дан алгоритм выбора способа обустройства этих узлов.
-
Обоснованы требования к величинам сопротивлений заземления экранов и колодцев транспозиции.
-
Сформулирована область рационального применения транспозиции самих однофазных кабелей, рассмотрено ее влияние на симметрирование кабельной линии и на безопасность работ на многоцепных кабельных линиях.
-
Рассмотрен вынос потенциала по экранам однофазных кабелей высоковольтной кабельной линии в низковольтную сеть, предложены упрощенные выражения для оценки напряжения на заземляющем устройстве низковольтной сети, а также способы его снижения до безопасного уровня.
-
Установлена возможность ложного срабатывания релейной защиты на многоцепных кабельных линиях с однофазными кабелями, найдены его причины и даны способы исключения.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием математического аппарата при проведении исследований и доказательстве теоретических положений, результатами компьютерного моделирования, экспериментами на ряде кабельных линий ОАО «Вологдаэнерго», ОАО «Кубаньэнерго».
Практическая ценность диссертации. Предложенные в работе методики расчетов точны и удобны, а технические решения позволяют повысить надежность работы кабельных линий электропередачи. Результаты исследования уже используются при проектировании, строительстве и эксплуатации кабельных линий 6-500 кВ с однофазными кабелями, в подтверждение чего к работе приложено 4 акта их внедрения.
Апробация работы выполнена на кафедре «Электрические системы и сети» ФГБОУ ВПО «СПбГПУ», всероссийской конференции «Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах» (СПб, 2010), международной научно-практической конференции «Неделя науки СПбГПУ» (СПб, 2010).
Внедрение результатов проведено на объектах ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «Холдинг МРСК», в проектных организациях ООО «К-Электротехник», ООО «Универсал-электрик» и др.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 работ, 3 из них - в рекомендованных ВАК источниках.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников, включающего в себя 57 наименований, и приложения. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 17 таблиц.
Методика расчета потерь мощности от токов в экранах, наведенных током жилы
Для длинных линий напряжение экран-земля на незаземленном конце может оказаться недопустимо большим, и в этом случае экран можно разделить на несколько однократно заземленных секций (см. [25]) таким образом, чтобы это напряжение не превышало допустимое напряжение промышленной частоты: число однократно заземленных секций. Однако такие схемы требуют наличия дополнительных заземляющих устройств по трассе кабельной линии и специальных соединительных муфт. Транспозиция экранов фаз кабельной линии (рис. 1.5, в) - еще один способ снижения токов в экранах кабелей. Для реализации транспозиции экранов необходимо наличие специальных соединительных муфт, из которых с двух сторон выводятся экраны и вспомогательными кабелями соединяются с коробкой транспозиции, внутри которой осуществляется их перекрестное соединение. В процессе эксплуатации персонал должен иметь доступ к коробке транспозиции с целью осуществления переключений перемычек (например, при поиске повреждений или для испытания изоляции), что приводит к необходимости размещения коробок в доступном для персонала месте - в колодцах транспозиции, которые представляют собой железобетонные короба, размещаемые под землей и имеющие люк в крышке.
При идеальной транспозиции, когда равны длины участков между узлами транспозиции и одинаков способ прокладки кабелей на участках, для снижения токов в экранах до нуля достаточно применение одного полного цикла транспозиции экранов N = 1. Однако по условиям ограничения напряжения в узлах транспозиции иэ, воздействующего в различных режимах на оболочку кабеля, может потребоваться увеличение числа полных циклов транспозиции. Выбор числа циклов транспозиции N проводится исходя из обеспечения условия L U/n. N э
Транспозиция экранов представляет собой достаточно сложное инженерное решение, требующее наличия на трассе кабеля двух и более соединительных муфт, колодцев транспозиции с коробками транспозиции, заземляющих устройств с малым сопротивлением, к которым присоединяются корпуса коробок. Поэтому с экономической и технической точек зрения транспозиция экранов оправдана не всегда.
Следует сказать, что на кабельных линиях напряжением 35 кВ и более для защиты внешней изоляции кабелей от импульсных (грозовых и коммутационных) перенапряжений рекомендуется применять ОПН (нелинейные ограничители перенапряжения) при одностороннем заземлении экранов или их транспозиции, как это показано на рис. 1.6 [25, 34]. Класс напряжения этих ОГШ не связан с классом напряжения кабеля, а определяется толщиной и прочностью его оболочки.
Ранее в [25, 35] расчеты токов и напряжений в экранах проводились с использованием среднегеометрического расстояния s = фАВ sBC sAC между осями кабелей А, В, С, так как это позволяло получить сравнительно простые аналитические выражения для токов и напряжений. Прокладка в ряд давала s = l.26-sAB, а треугольник s - sAB , где sAB - расстояние между осями соседних фаз, sAB = As + 2r (см. таблицу 1.1).
В случае расположения однофазных кабелей А, В, С в ряд (рис. 1.4, а) использование среднегеометрического расстояния между фазами приводит к потере специфических особенностей, присущих «крайним» и «средней» фазам. Уравнения системы (1), приведенной в работе [35] для одноцепной кабельной линии, можно скорректировать с учетом уникальности взаимных сопротивлений ZKAB, ZKBC, Z c для каждой пары однофазных кабелей (ранее
Для точного расчета электрических параметров кабелей Z с учетом взаимного влияния фаз и цепей друг на друга, а также с учетом частотных зависимостей этих параметров, существуют сложные формулы, впервые приведенные в [36]; кроме того, их можно найти в отечественной монографии [4]. Вывод формул для погонных параметров в [36] основан на следующих допущениях:
1. Кабельная линия состоит из металлических проводников, оси которых взаимно параллельны и параллельны поверхности земли.
2. Эти кабельные линии вдоль своих осей однородны. 3. Для рассматриваемых линий пренебрегаем распространением электрического поля в радиальном направлении в земле. Погонные продольные параметры в [36, 4] представлены сопротивлениями Z Z7 , формулы для вычисления которых в диапазоне относительно низких частот (единицы тысяч Гц) приведены в таблице 1.4. Как видно, формулы достаточно сложны и без специальных компьютерных программ по их расчету неудобны в использовании.
В работе предлагается использовать выражения для упрощенного расчета параметров КЛ [22, 25], также приведенные в таблице 1.4.
Для решения уравнений системы (1.1) относительно интересующих напряжений или токов необходимо задать дополнительные уравнения и граничные условия.
Задаваемые дополнительные условия должны характеризовать решаемую задачу. Например, если трехфазная система падений напряжений, приложенных к жилам, образует систему прямой последовательности, то при оговоренных условиях токи в жилах и экранах также образуют системы прямой последовательности. Тогда дополнительные уравнения к системе (1.1) будут выглядеть так: жл + жв + же " /1 о\ Граничными условиями будут выступать выражения, описывающие состояние экранов кабелей - заземлены с двух сторон, заземлены с одной стороны, транспонированы.
Влияние сечения экранов
Выводы, которые можно сделать по потерям из таблицы 2.1, аналогичны выводам по токам. Дополнительно следует отметить лишь то, что при прокладке в ряд потери в экранах, зависящие от квадрата тока, отличаются между фазами А, В, С сильнее, чем отличались токи: при прокладке в ряд потери в экранах средней фазы В в 1.851/0.911 = 2,03 раза меньше, чем в самой нагруженной из крайних фаз С.
Само по себе соотношение потерь Р3/Рж =0.911ч-1.851 является, согласно [25], достаточно большим и свидетельствует о недопустимости простого двустороннего заземления экранов для кабелей 500/95 мм , особенно при прокладке кабелей в ряд. Если по каким-то причинам все же принято именно двустороннее заземление экранов, и при этом фазы проложены в ряд (а не треугольником), то согласно таблице 2.1 транспозиция кабелей будет полезна. Она выровняет потери в экранах до некоторого среднего значения (здесь - до 1,364), позволив уйти от повышенных потерь (здесь - 1,851) в одной из крайних фаз, и, как следствие, снизит ежегодные потери в кабельной линии и, теоретически, продлит срок службы ее изоляции.
Напряжение на экране кабеля 6-500 кВ относительно земли в зависимости от взаимного расположения фаз s/d3 для кабеля длиной 1000 м при токе жилы 1000 А Токов в разомкнутых экранах не протекает, но кабели нагреваются от токов жил; нагрев кабелей тем сильнее, чем ближе расположены кабели.
Тем не менее, на кабельных линиях 6-500 кВ при заземлении экранов кабелей с одной стороны можно рекомендовать компактное расположение фаз сомкнутым треугольником. 2.2.2. Влияние числа односторонне заземленных секций
Напряжение экран-земля на незаземленных концах экранов кабелей тем меньше, чем меньше длина односторонне заземленного экрана. Длина кабелей определяется необходимой длиной кабельной передачи; однако, экраны кабелей могут быть разделены на несколько однократно заземленных секций, как это показано на рис. 2.3. При разделении экранов на К секций расстояние до точки заземления, а, значит, и напряжения относительно земли на незаземленных концах экранов, уменьшится в К раз.
Схемы соединения экранов группы из трех однофазных кабелей в случаях, когда экран разделен на секции, заземленные один раз При большом числе секций К схема рис. 2.3, а трудно реализуема. По концам кабельной линии, как правило, имеются заземляющие устройства, к которым можно присоединить экраны кабеля, а на трассе таких устройств нет, и их надо предусматривать тем в большем количестве, чем больше К.
В этом смысле более удобной является схема рис. 2.3, б, которая требует меньшего количества заземляющих устройств и безопасна для персонала, так как разрывы обустраиваются в специальных соединительных муфтах, исключающих прикосновение к экранам.
На практике же находит применение схема рис. 2.3, в, имеющая лишь две встречно расположенные секции К - 2 и не требующая дополнительных заземляющих устройств. Для ее реализации необходима соединительная коробка и колодец, или соединительная муфта с возможностью разрыва экранов (например, универсальные муфты для прямого соединения экранов, разрыва экранов и транспозиции из [45, 46]).
Таким образом, рекомендации можно сформулировать так: на кабельных линиях 6-500 кВ при превышении напряжения экран-земля на незаземленных концах экранов свыше иэД0П следует разделить экраны на две встречно расположенные однократно заземленные секции.
Влияние шины, проложенной вдоль кабеля
Известны случаи, когда двусторонне заземленный проводник использовался для молниезащиты кабелей [47] или для повышения термической устойчивости трехфазной КЛ, состоящей из одножильных кабелей [48]. Как показали расчеты, прокладка заземленной с двух сторон шины параллельно КЛ может быть применена для снижения напряжений на незаземленных концах экранов при их одностороннем заземлении и возможности использования этого типа заземления в линиях большой длины [49, 50]. Известно несколько случаев, когда параллельно односторонне заземленной линии прокладывалась такая шина. Например, шина установлена в Москве совместно с кабелем 500 кВ фирмы NEXANS и во Владивостоке с кабелем ПО кВ фирмы TAIHAN. Изучим целесообразность такого решения.
Для примера рассмотрим трехфазную группу однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, параллельно которой проложена проводящая шина (рис. 2.4). Допустим, что экран заземлён на одном из концов, а шина - с двух сторон (рис. 2.5).
Повреждение оболочки кабеля в коробке транспозиции
При повреждении оболочки кабеля на трассе кабельной линии следует учесть, что прохожие над трассой могут попасть под шаговое напряжение.
Пусть на кабеле подземной линии произошло повреждение оболочки, и потенциал экрана кабеля в месте повреждения 0Э 0 (экраны заземлены с одной стороны или транспонированы). Для расчета шаговых напряжений нужно записать выражение, позволяющее определять потенциал на поверхности земли на любом расстоянии х от точки на поверхности земли над центром места повреждения на оболочке до интересующей нас точки х; займемся выводом такого выражения.
Участок экрана без оболочки можно представить как плоскость, обладающую распределенным зарядом q; по [30], потенциал, определяемый зарядом этой плоскости, может быть найден из формулы АЛЕ J d где dq - элементарная часть заряда, d - расстояние от этого элементарного заряда до точки, в которой определяется потенциал. Таким образом, с использованием метода электростатической аналогии и метода зеркальных изображений [30], можно определить потенциал экрана в месте повреждения как сумму потенциалов собственной и отраженной заряженных плоскостей:
Напряжение на экране при повреждении оболочки кабеля может быть опасно для случайных прохожих над трассой кабельной линии, которые могут попасть под шаговое напряжение.
Допустимое шаговое напряжение можно принять равным допустимому напряжению прикосновения, которое, в соответствии с [32], зависит от класса напряжения и способа заземления нейтрали сети, а также времени воздействия его на человека; в сокращенном виде данные из [32] приведены в главе 1, таблице 1.3.
В соответствии с таблицей 1.3, длительно допустимым для человека напряжением прикосновения (например, при повреждении оболочки кабеля в нормальном режиме, которое может существовать длительно) можно принять 20 В. Краткосрочно допустимое напряжение прикосновения (например, при повреждении оболочки кабеля в уже существующем аварийном режиме внешнего к.з.) будем считать зависящим от режима нейтрали и времени воздействия напряжения (времени до отключения к.з.).
Для примера рассмотрим КЛ с односторонне заземленными экранами, проложенную на глубине 1 м. Пусть в аварийном режиме внешнего к.з. потенциал незаземленных концов экранов кабелей линии равен максимально допустимому по [25] - 5 кВ. Как правило, при этом потенциал экранов в нормальном режиме не превышает 100 В; примем его таковым. Пусть произошло повреждение оболочки одного из кабелей, радиус повреждения 1 см. В этом случае потенциал на поверхности земли над центром места повреждения будет, в соответствии с (3.1), в 50 раз меньше, чем на экране кабеля - 2 В в нормальном режиме и 100 В в аварийном. Максимальное шаговое напряжение на поверхности земли, по (3.2), в нормальном режиме составит 0,5 В, в аварийном 23 В.
Вывод: повреждения оболочки кабеля на трассе подземной кабельной линии не представляют опасности для людей.
Однако, как показывает практика, повреждение оболочки со временем обязательно приведет к повреждению главной изоляции кабеля. В месте повреждения оболочки кабеля через повив экрана в главную изоляцию будет проникать вода и пр., следствием чего станет пробой главной изоляции. 3.2. Повреждение оболочки кабеля в коробке транспозиции
При проектировании КЛ с транспонированными экранами одной из важных задач является определение требований к величинам сопротивлений заземляющих устройств коробок транспозиции (колодцев, в которых они расположены). При выборе величин этих сопротивлений следует учитывать, что они будут определять потенциал транспозиционных колодцев при повреждении оболочки кабеля (рис. 3.1) и, поскольку колодец имеет выход на поверхность земли, величину шагового напряжения на поверхности земли.
Методика расчета Пусть в нормальном режиме произошло повреждение оболочки кабеля фазы А в первом колодце транспозиции; в пренебрежении токами в двух других экранах и сопротивлениями заземляющих устройств в начале и конце линии падения напряжения на экране "1" до и после места замыкания запишутся как:
В случае, если повреждение оболочки кабеля произошло при внешнем коротком замыкании в той же фазе, выражения (3.3) и (3.4) останутся в силе, но токи жил не будут образовывать тройку векторов прямой последовательности; например, если повреждения произошли в фазе А, токами жил фаз В и С можно пренебречь по сравнению с током короткого
В случае, если повреждение оболочки кабеля произошло при внешнем коротком замыкании в другой фазе (например, повреждение оболочки в фазе А, внешнее короткое замыкание в фазе В), токи жил также не будут образовывать тройку векторов прямой последовательности и токами жил фаз А и С можно пренебречь по сравнению с током короткого замыкания:
Имеет смысл рассматривать только повреждение оболочки кабеля в нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании в той же фазе, поскольку, как видно из сравнения (3.6) и (3.7), при замыкании в другой фазе потенциал рассматриваемого экрана будет всегда вдвое меньше.
Для оценки шагового напряжения на поверхности земли вокруг рассматриваемого колодца, представляющего собой прямоугольный параллелепипед, воспользуемся его полушаровым эквивалентом; при этом площадь поверхности этого полушара Бпш равна площади поверхности пяти граней колодца
Напряжение на экране может быть опасно: + для персонала, который может оказаться под действием напряжения прикосновения при работах в колодце; + для случайных прохожих у колодца, которые могут попасть под шаговое напряжение.
Потенциал экрана при повреждении оболочки в коробке транспозиции будет сообщен колодцу, но если в колодце есть эффективная система уравнивания потенциалов, то напряжение прикосновения в колодце (разность равных потенциалов) будет близко к нулю, и вряд ли будет представлять опасность для персонала при работах в колодце.
При повреждении оболочки в нормальном режиме шаговые напряжения будут существовать длительно, а при внешних коротких замыканиях - краткосрочно (на время до отключения к.з.). Опасность шаговых напряжений в обоих случаях можно оценить с помощью таблицы 1.3.
Ложная работа релейной защиты на многоцепных кабельных линиях
Итак, лучшим решением с точки зрения минимизации токов нулевой последовательности в заземленных экранах является прокладка кабелей линии в ряд с параллельным расположением цепей (когда расстояние между одноименными фазами цепей одинаково) или транспозиция кабелей; в этих случаях при соединении жил многоцепной линии в контур токи нулевой последовательности в нем наводиться не будут. Прокладка кабелей сомкнутым треугольником не ликвидирует, но заметно уменьшает величину токов, которые могут протекать в выключателях; в случае двустороннего заземления экранов кабелей и их расположении сомкнутым треугольником можно рекомендовать прокладывать параллельные цепи линии максимально далеко друг от друга. Также стоит подчеркнуть, что одностороннее заземление экранов кабелей не является гарантией отсутствия токов в СВ подстанций при их замыкании, если кабели линий проложены в ряд горизонтально.
В ходе работы соискателем были исследованы особенности современных кабельных линий электропередачи, состоящих из однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, в нормальном и аварийных режимах. На основе анализа научно-технических публикаций и нормативных документов, посвященных вопросам проектирования и эксплуатации кабельных линий, а также на основе личных разработок, соискателем предложены: методика расчета токов и напряжений на экранах трехфазных групп однофазных кабелей с учетом взаимного расположения кабелей линии и возможной несимметрии этих токов и напряжений; S способ симметрирования трехфазной кабельной линии с рядным расположением кабелей путем транспозиции фазных кабелей; S критерии оценки целесообразности использования двусторонне заземленной металлической шины для снижения напряжения на незаземленных концах односторонне заземленных экранов и требования к применению этого технического решения; S методика оценки эффективности транспозиции экранов в случаях применения транспозиции, неидеальной по длине участков и способу прокладки кабелей на них; S методика выбора способа оборудования узлов сопряжения соседних циклов транспозиции экранов; S метод оценки шаговых напряжений на поверхности земли при повреждениях оболочки кабеля на трассе линии или в кабельных колодцах; S метод оценки величины потенциала, выносимого по экранам высоковольтных кабельных линий в сеть низкого напряжения, и возможные способы борьбы с выносом потенциала; S рекомендации по выбору величин сопротивлений заземляющих устройств экранов и колодцев транспозиции; S рекомендации по применению транспозиции кабелей для повышения безопасности при проведении работ на многоцепных кабельных линиях за счет выравнивания и снижения токов и напряжений на экранах при рядном расположении кабелей, а также для снижения тепловыделения и потерь в «крайних» фазах; S способы борьбы с уравнительными токами на многоцепных кабельных линиях путем транспозиции кабелей и прокладки кабелей линии «в ряд вертикально».
На основании проведенных исследований можно дать следующие общие рекомендации по обустройству экранов однофазных кабелей при проектировании трехфазных кабельных линий:
1. Двусторонне заземление экранов кабелей трехфазной кабельной линии нежелательно; при использовании этого типа обустройства экранов следует прокладывать кабели линии сомкнутым треугольником или, при рядном расположении, выполнять транспозицию кабелей. В этом случае следует производить оценку потерь в экранах кабелей по методике, изложенной в главе 1. Также при двустороннем заземлении экранов кабельных линий следует предотвратить возможность заноса потенциала в низковольтную сеть путем снижения сопротивления заземляющих устройств или их разделения; оценку величины заносимого потенциала можно выполнить по формулам, приведенным в главе 3.
2. Одностороннее заземление экранов кабелей трехфазной кабельной линии следует применять для относительно коротких линий. Для городских кабельных линий длина, при которой еще допустим этот простой и недорогой способ заземления, будет больше; для кабельных линий, проложенных вне городской черты, эту предельную длину можно увеличить, проложив параллельно линии двусторонне заземленную металлическую шину. Оценивать величину напряжения на незаземленных концах экранов в этом случае следует по формулам, приведенным в главе 2.
3. Для длинных кабельных линий и при большом сечении экранов следует применять транспозицию экранов, делая ее по возможности близкой к идеальной; напряжения в узлах транспозиции (а также токи и потери в экранах в случае неидеальной транспозиции) следует оценивать, как это описано в главе 2. Число циклов транспозиции следует выбирать по условию допустимости напряжений в узлах транспозиции; в случае нескольких циклов выбор способа обустройства узла сопряжения между ними следует проводить по методике, изложенной там же. Сопротивления заземляющих устройств транспонированных экранов и коробок транспозиции должно быть по возможности меньшим; в случае, если сопротивления заземления коробок транспозиции велико, по условиям безопасности может потребоваться увеличение числа циклов транспозиции.
Похожие диссертации на Анализ режимов работы кабельных линий электропередачи и разработка мероприятий по повышению их надежности
-
-
-
