Реферат: Комплекс заземления нейтрали сети 35 кВ

--PAGE_BREAK--                                               (1.4)

где <img width=«107» height=«56» src=«ref-1_1658396538-506.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">.
Остаточный ток в дуге (рис. 1.7)
<img width=«292» height=«30» src=«ref-1_1658397044-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038">                                             (1.5)
где Ia= Uфg– активная составляющая тока в месте замыкания;

IС= 3UфwС0– емкостная составляющая тока, равная току замыкания в отсутствии заземляющего реактора.

Как видно из (1.5), остаточный ток Iосттем меньше, чем ближе значение kнк единице. При kн= 1 (точная настройка реактора) через место замыкания протекает только малый активный ток (g»0).

Погасание дуги происходит при прохождении тока Iостчерез нулевое значение. Этому соответствует разрыв цепи между зажимами 1 и 2 (рис. 1.7), при котором потенциал точки 2 изменяется с промышленной частотой w; потенциал точки 1 с частотой wсобственных колебаний контура Lк– 3С0. Напряжение, восстанавливающееся на поврежденной фазе, равно разности потенциалов точек 1 и 2 и описывается следующим соотношением:
<img width=«304» height=«31» src=«ref-1_1658397735-1130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">                                           (1.6)
где j– фазовый угол напряжения в момент погасания дуги;

d– коэффициент затухания свободных колебаний.

Так как dмало и множитель <img width=«29» height=«24» src=«ref-1_1658398865-116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040"> близок к единице, то при достаточно точной настройке (kн»1) напряжение uв(t) нарастает медленно, так как w»w.

Малый остаточный ток и малая скорость восстановления напряжения способствуют гашению тока дуги замыкания на землю, что очень важно при грозовых перекрытиях изоляции на линиях электропередачи. Самоликвидация грозовых перекрытий улучшает электрозащитные характеристики линий. Однако в тех случаях, когда самоликвидация дуги невозможна, как, например, в случаях пробоя или разрушения изоляторов, падения проводов на землю и т.д., дуга замыкания на землю не гаснет и может приобрести неустойчивый перемежающийся характер с повторными гашениями и зажиганиями. В этих случаях на емкостях неповрежденных фаз при очередном гашении дуги могут сохраниться остаточные заряды, приводящие к появлению напряжения смещения Uсм. Переход напряжения поврежденной фазы от нулевого значения к кривой Uсмcos(wt)+ Uфcos(wt) происходит в результате колебаний, при которых формируется первый максимум напряжения на дуге:
<img width=«103» height=«53» src=«ref-1_1658398981-336.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">                                                                                   (1.7)




Дальнейшее нарастание напряжения в силу резонансной настройки заземляющего реактора происходит сравнительно медленно.

Повторное зажигание на поврежденной фазе при больших мгновенных значениях напряжения возможно, однако вероятность его возникновения мала. Это обусловлено тем, что должно произойти совпадение достаточно редких условий: устойчивое нарушение изоляции (например, обрыв или падение провода) и повторное зажигание в самый неблагоприятный момент времени, что сопровождается большими перенапряжениями на неповрежденных фазах.

Из изложенного следует, что необходимо стремиться к точной резонансной настройке дугогасящей катушки.

По установившейся практике электрические сети напряжением до 35 кВ включительно имеют незаземленную нейтраль. Если в такой сети произойдет дуговое замыкание на землю, то через дугу будет протекать емкостной ток, величина которого определяется рабочей емкостью всех трех фазах по всей сети.

Как известно из курса ТОЭ, ток замыкания в любой линейной сети можно определить, включая в месте замыкания источник напряжения, равного напряжению фазы до замыкания, т.е. Uф, и полагая все остальные источники напряжения нулевыми. Величины индуктивных сопротивлений, пренебрежимо малы по сравнению с емкостными. Емкостной ток замыкания на землю равен:
Iз= Uф3wСф                                                                                    (1.8)
где Сф – емкость фаз на землю.

Путем симметрирования фаз – транспозицией на линиях или на подстанциях добиваются равенства емкостей Сф всех трех фаз системы. Для воздушных линий удельный емкостной ток замыкания на землю, т.е. ток на <metricconverter productid=«1 км» w:st=«on»>1 км линии и 1 кВ номинального напряжения, равен в среднем

ICуд= 3 мА/км×кВ.                                                                        (1.9)
Удельный ток в кабельных линиях лежит в пределах 60…250 мА/км×кВ в зависимости от сечения и напряжения кабеля. Большие цифры относятся к кабелям большего сечения и меньшего напряжения.

Если IС> IСпред, то возникает устойчивая дуга однофазного замыкания на землю, которая ведет к термическому разрушению изоляторов, пережогу провода и обычно перебрасывается на междуфазные промежутки, т.е. ведет к междуфазным коротким замыканиям с автоматическим отключением участка сети. По этой причине дуговые замыкания на землю стремятся погасить в начале их возникновения. Для этой цели служит дугогасящая катушка, включаемая в нейтраль трехфазной сети (рис. 1.6). Катушка настраивается в резонанс на суммарную емкость сети на землю (3Сф). Это означает, что индуктивность катушки должна примерно удовлетворять условию:
<img width=«96» height=«55» src=«ref-1_1658399317-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042">                                                                                    (1.10)
где w= 314 с–1, а w– круговая частота собственных колебаний;

Сф – емкость фазы по отношению к земле.

По определенному значению емкостных токов для сети выбирается мощность реактора:
Q= nICUф                                                                                        (1.11)
где n– коэффициент, учитывающий развитие сети в ближайшие 5 лет (n = 1,25).

Выбор мощности с большими запасами может привести к неполному использованию дугогасящих катушек и затруднить установку наиболее целесообразных настроек. Малые запасы мощности могут привести к необходимости работы сети при режимах недокомпенсации, при которых возможно появление опасных напряжений смещения нейтрали.

Мощности дугогасящих катушек выбираются такими, чтобы ступени токов компенсации ответвлений позволили устанавливать возможно полную компенсацию емкостного тока сети при возможных конфигурациях сети и отключениях отдельных линий.

При резистивном заземлении нейтрали ограничение перенапряжений при дуговых замыканиях осуществляется за счет разряда емкости здоровых фаз и снижения напряжения на нейтрали до значений, исключающих последующие пробои ослабленной изоляции аварийной фазы. Кроме того, практически исключаются опасные феррорезонансные явления, что в свою очередь так же приводит к повышению надежности рассматриваемых сетей.

Теоретические исследования показывают, что уменьшить величину дуговых перенапряжений и число замыканий на землю без значительного искусственного увеличения тока замыкания на землю можно за счет включения в нейтраль сети высокоомного резистора величиной от нескольких сотен Ом до нескольких кОм.

Высокоомный резистор с сопротивлением RN в нейтрали сети (как правило, в нейтрали специального вспомогательного трансформатора) обеспечивает стекание заряда за время, равное полупериоду промышленной частоты (Т=0,01 сек).

Включение резистора в нейтраль сети позволяет получить в месте повреждения активную составляющую тока, примерно равную емкостной:
IRN ≈ IС                                                                                                                                                        (1.12)
При этом суммарный ток замыкания на землю возрастает в √2 раз.

Емкостная составляющая тока замыкания на землю имеет вид:
Ic = 3ωCUф,                                                                                   (1.13)

где ω — круговая частота равная 2πf,

С — фазная емкость сети на землю,

Uф — фазное напряжение сети

Активная составляющая тока замыкания на землю равна:
IRN = Uф/RN,                                                                                   (1.14)
где RN — сопротивление резистора
Uф/RN = 3ωCUф                                                                             (1.15)

RN ≈ 1/(900 С)
Однако, выбор резистора для конкретной сети производится индивидуально. При этом в одних случаях по условию ограничения кратности дуговых перенапряжений до уровня (2,6-2,7)Uф активная составляющая замыкания на землю может быть в 1,5ч2 раза меньше емкостной составляющей. В других случаях для повышения селективности работы токовой защиты от замыкания на землю активная составляющая тока замыкания на землю может несколько превысить емкостную составляющую.

Что выбрать?

В России жесткие нормативные требования ПУЭ в отношении применения только изолированной нейтрали не позволяли до последнего времени использовать заземление нейтрали через резистор. Даже сейчас, после внесения изменений в ПУЭ, проектные институты продолжают закладывать в новые объекты старую идеологию. По-видимому, необходимы совместные усилия заказчиков, производителей оборудования и проектных институтов для изменения существующей ситуации.

В заключение следует отметить, что режим заземления нейтрали в сети среднего напряжения должен выбираться в каждом конкретном случае с учетом следующих факторов:

уровня емкостного тока сети;

допустимого тока однофазного замыкания, исходя из разрушений в месте повреждения;

безопасности персонала и посторонних лиц;

допустимости отключения однофазных замыканий с позиций непрерывности технологического цикла;

наличия резерва;

типа и характеристик используемых защит.

Выводы

Для различных режимов нейтрали необходимо очертить границы их применения.

Для определения преимуществ того или иного режима заземления нейтрали необходимо собрать достоверный статистический материал об уровнях перенапряжений при дуговых замыканиях на землю.

В сетях с компенсацией емкостного тока замыкания на землю необходимо применять плавнорегулируемые реакторы с микропроцессорными автоматическими регуляторами.

Необходимо предусмотреть резистивное заземление нейтрали электрических сетей 3-35 кВ.






2. Разработка рекомендаций по выбору режима нейтрали заданной сети 35 кВ.
2.1 Общая характеристика сети 35 кВ и её конструктивного исполнения.
На рисунке 2.1 представлена принципиальная однолинейная схема электроснабжения электроприемников 35 кВ первой и второй очереди литейно-прокатного завода.

Электроприемниками напряжением 35 кВ являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП) и сталеплавильные агрегаты «печь-ковш» (АПК). Структурно схема электроснабжения разделяется на 3 ступени:

1)                главная понизительная подстанция (ГПП) с установленными трансформаторами типа ТДНМ 63 МВА напряжением 110/35 кВ

2)                закрытое распределительное устройство 35 кВ (ЗРУ-35) выполненное ячейками с элегазовой изоляцией и вакуумными выключателями. В ЗРУ-35 установлены фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ2-ФКУ4) и статический тиристорный компенсатор реактивной мощности (СТК).

3)                Печные подстанции дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и агрегатов «печь-ковш» (ПС АПК).

Распределительная сеть напряжением 35 кВ выполнена кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена марки ПвВнг с медной токоведущей жилой (одножильные).

Сеть от трансформаторов ГПП до ЗРУ-35 кВ (линии Л1, Л2 на рис 2.1) выполнена двухцепной кабельной линией с использованием кабелей ПвВнг 1х185 с включением трех параллельных кабелей на фазу с прокладкой их в кабельном канале уложенных в треугольник как показано на рисунке 2.2. Иначе говоря, на одну кабельную линию необходимо 9 одножильных кабелей длиной L1 или L2 (обозначение кабельной линии ПвВнг-3Х3 (1х185)).

Сеть от ЗРУ-35 до подстанций дуговых сталеплавильных печей (ПС ДСП) также выполняется кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена марки ПвВнг с медной токоведущей жилой (линии L3-L6 рис 2.1).
<img width=«155» height=«139» src=«ref-1_1658399751-2193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">

Рис 2.2 Вид прокладки кабелей в земле
2.2 Определение емкостных токов замыкания на землю
Аналитический расчет величины токов замыкания «на землю» в разветвленных сетях не дает большой точности и чаще применяется как вспомогательный метод для получения, например, величин тока по каждому фидеру отдельно или по всей сети. При этом задача разбивается на ряд ступеней, каждая из которых может в последствии корректироваться.

Токи можно рассчитать если располагать емкостью сети, которая зависит от её конструкции и параметров:

В распределительных сетях используют 2 типа кабелей:

1) трехжильные кабели с поясной изоляцией.

2) трехжильные с заземленной металлической оболочкой вокруг каждого провода.

Емкость в плече эквивалентной звезды (рабочая емкость) для нормального режима для кабелей первого типа определяется по следующему уравнению
Сэ=С1э+3С12                                                                                     (2.1)

Где С1э-емкость на землю одной фазы; С12-емкость между проводами (междуфазная емкость)

Эти параметры определяются из решения системы уравнений описывающих емкостные связи в многопроводной системе.

Сумма трех статических емкостей на землю составляет 1,5-1,7 емкости эквивалентной звезды, то есть
3С=(1,5-1,7)Сэкв, мкФ/км                                                                (2.2)

С=<img width=«46» height=«35» src=«ref-1_1658401944-335.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">.Сэкв=(0,5-0,57)С+3(0,5-0,57)См, мкФ/км                          (2.3)

С=(3,0-3,97)См, мкФ/км                                                                 (2.4)

Откуда: См=<img width=«8» height=«35» src=«ref-1_1658402279-226.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">С=0,33С См=0,25С мкФ/км
Зарядный ток кабеля определяется следующей зависимостью:
Iзар=<img width=«18» height=«36» src=«ref-1_1658402505-423.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">.ω.Сэкв.L.10-6                                                                                                                            (2.5)
Где L-длина кабельной линии, км.

Емкостной ток замыкания на землю
Ic=10-6<img width=«22» height=«36» src=«ref-1_1658402928-423.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">..ω.3С.L=10-6<img width=«22» height=«36» src=«ref-1_1658402928-423.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">..ω.(1,5-1,7)Сэкв.L, А/км или                   (2.6)

Ic=Uн.(272-308)Сэкв.L, А/км                                                             (2.7)
Однако, для воздушных ЛЭП можно воспользоваться формулами 2 для расчета емкостных токов замыкания на землю. В качестве примера по формуле (2.2) можно определить емкостной ток для ЛЭП различного напряжения
Ic=<img width=«24» height=«36» src=«ref-1_1658403774-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">

где Uн— номинальное напряжение воздушной ЛЭП, кВ ;

l-длина линии ;

Ic— ток замыкания на землю, А

Появившиеся в настоящее время кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена не охвачены этими справочными таблицами.

Для этих кабелей токи можно рассчитать располагая емкостями С1э и С12, либо определить эти емкости опытным путем.

В кабелях второго типа (с заземленной оболочкой вокруг каждой жилы) нет других емкостей кроме емкостей на землю, которая определяется емкостью как бы цилиндрического конденсатора, определяемого по следующей зависимости:
С=<img width=«54» height=«39» src=«ref-1_1658404118-426.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">, мкФ/км                                                                         (2.8)
где r,Rрадиус соответственно жилы проводника и экрана; ξ диэлектрическая проницаемость диэлектрика для бумажной изоляции (3,7-4), для полиэтиленовой (3,6-4)

С- емкость, мкФ/км.

Ток замыкания на землю такого кабеля определяется:
Ic=Uн.√3.ω.С.10-6, А/км или                                                             (2.9)

Ic=Uн.544.С.10-6, А/км                                                                      (2.10)
Где С- мкФ/км- удельная емкость фазы на землю.

Значения емкостей для кабелей из СПЭ с различными сечениями жил и номинальными напряжениями представлены в таблице 2.1






Таблица 2.1

Емкость кабеля с изоляцией из СПЭ мкФ/км

Номинальное сечение жилы, мм2

Емкость 1 км кабеля, мкФ













Номинальное напряжение кабеля, кВ













6

6/10

10/10

15

20

35

50

0,28

0,24

0,23

0,20

0,17

0,14

70

0,32

0,27

0,26

0,23

0,19

0,16

95

0,35

0,30

0,29

0,25

0,21

0,18

120

0,38

0,32

0,31

0,27

0,23

0,19

150

0,41

0,35

0,34

0,30

0,26

0,20

185

0,45

0,38

0,37

0,32

0,27

0,22

240

0,51

0,43

0,41

0,35

0,29

0,24

300

0,55

0,47

0,45

0,38

0,32

0,26

400

0,56

0,53

0,50

0,42

0,35

0,29

500

0,62

0,59

0,55

0,47

0,39

0,32

630

0,71

0,67

0,61

0,52

0,43

0,35

800

0,80

0,76

0,68

0,58

0,49

0,40

1000

0,89

0,84

0,73

0,63

0,54

0,45



Кабели с поясной изоляцией, когда три жилы симметрично расположены относительно свинцовой или алюминиевой заземленной оболочки, рассчитываются по методике как ЛЭП и по формуле 2.1

Чаще всего емкость определяют измерением. Для этого достаточно двух измерений. Приложив к выводам определенное напряжение переменного тока и сохраняя условия равновесия, можем получить по измеренному зарядному току эквивалентную емкость
Сэ1=С1е+2С12                                                                                                                                         (2.11)
Заземлив один из двух проводов, т.е. соединив со свинцовой оболочкой, получим, что емкость можно измерить

С1*= С1е+ С12                                                                                                                                         (2.12)
Соединяя два провода вместе и подавая напряжение между ними и свинцовой оболочкой, находим непосредственное значение 2С12. Можно использовать и другие методы измерения.

Сумма трех статических емкостей на землю составляет 1,5-1,7 емкости эквивалентной звезды. Значения емкостей между фазами в кабельных сетях с трехфазными кабелями составляет приблизительно треть емкостей относительно земли С12=1/3С1е, а для воздушных сетей С12=0,2С1е.

Для наиболее распространенных трехжильных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией значение емкостных токов представлено в таблице 2.2

Если в сети имеются крупные электродвигатели напряжением 6 и 10 кВ, то следует учитывать их собственные емкостные токи. Емкостной ток электродвигателя при внешнем ОЗЗ можно ориентировочно определить по следующим формулам
При Uн=6 кВ Iсд=0,017.Sндв                                                                                                      (2.13)

При Uн=10 кВ Iсд=0,03.Sндв где Sндв =Pн/(cosφн.ηн)
Таблица 2.2

Значение емкостных токов трехжильных кабелей с бумажной пропитанной изоляцией

Сечение жил кабеля мм2

Сеть 6 кВ

Сеть 10 кВ

Uн=6кВ

Uн=10кВ



16

0,40

0,35

0,55

25

0,50

0,40

0,65

35

0,58

0,45

0,72

50

0,68

0,50

0,80

70

0,80

0,58

0,92

95

0,90

0,68

1,04

120

1,00

0,75

1,16

150

1,10

0,85

1,30

185

1,25

0,95

1,47

240

1,45

1,10

1,70



Емкостной ток замыкания на землю в трехфазной сети определяется следующим выражением
Ic=√3.Uн.ω.сф.10-6 .L                                                                          (2.14)
Где Uн— номинальное напряжение сети 35 000 В

ω=2 .π .ѓ- угловая частота сети – 314

Сф — удельная емкость сети одной фазы мкФ/км

L— длина линии, км.

Для сети напряжением 35 кВ при подстановке значений уравнение 1 примет вид
Ic=19.Сф .L                                                                                      (2.15)
Расчетные значения емкости кабеля согласно техническим условиям (ТУ 3530-001-42747015-2005) на кабели с изоляцией пероксидносшиваемого полиэтилена на напряжения 6,10,15,20 и 35 кВ для сечений (1х150), (1х185) и (1х240) U=35 кВ соответственно равны 0,2; 0,22; 0,24 мкФ/км.

Тогда удельный емкостной ток (А/км) для этих сечений кабелей составит:
3,8 А- для (1х150);

4,18 А- для (1х185);

4,56 А- для (1х240).
Кроме этого в сети используются RC— цепочки. Согласно паспорту для них емкость на фазу одной цепи составляет С1ф=0,2 мкФ.

После реконструкции сети такие цепочки устанавливаются только на печных трансформаторах т.е. на каждую секцию будет приходиться дополнительная емкость С1ф=0,4 мкФ на фазу, это увеличит емкостной ток на каждой секции на
Ic=19.C1ф=19.0,4=7,6 А
Расчетные значения емкостных токов по секциям сети 35 кВ приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 Расчет емкостных токов сети 35 кВ

№ ячейки

Число жил и сечение кабеля

Удельное значение

Длина кабельной линии, км

Емкостной ток, А

С1ф мкФ/км

Ic, а/км

1 секция











ячейка 2(ДСП-1)

6(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

2х0,162

1,23(1,0*)

ячейка 3(АПК-1)

3(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

0,260

0,99(0,81*)

ячейка 11(ФКУ-1)

3(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

0,02

0,076(0,062*)

ячейка 01(ФТК 1)

3(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

0,07

0,266(0,22*)

ячейка 04(секция выкл.)

6(1х240)

0,24

4,56(3,6*)

2х0,05

0,456(0,36*)

Ячейка 06 (ввод Т1)

9(1х185)

0,22

4,18(3,3*)

3х0,14

1,756(1,39*)

RC— цепочка (2 шт.)



2х0,2

3,8(-)



7,6

Итого по первой секции

12,37 А (3,85) А

2 секция

ячейка 17(ТРГ)

9(1х185)

0,22

4,18(3,3*)

3х0,135

1,693(1,34*)

ячейка 14(ФКУ 2)

3(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

1х0,155

0,589(0,48*)

ячейка 15(ФКЦ 3)

6(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

2х0,160

1,216(1,00*)

ячейка 16(ФКЦ 4)

6(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

2х0,160

1,216(1,00*)

ячейка 09(ДСП 2)

6(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

2х0,300

2,28(1,86*)

ячейка 10(АПК 2)

3(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

1х0,300

1,14(0,93*)

ячейка 12(ДГК 2)

3(1х150)

0,2

3,8(3,1*)

1х0,055

0,209(0,17*)

ячейка 08 ячейка 13

9(1х185)

0,22

4,18(3,3*)

3х0,007

0,088(0,075*)

ячейка 07(ввод от Т2)

9(1х185)

0,22

4,18(3,3*)

3х0,075

0,940(0,74*)

RC- цепочка – 2 шт.

2х0,2

3,8(-)

3х0,075

7,6(-)

Итого по второй секции

16,97 А, (7,59)А

*- расчетное значение по проекту реконструкции.

Суммарный емкостной ток двух секций 29,34 А. Как видно из расчетов согласно ПУЭ установка дугогасящих катушек необходима на обеих секциях, т.к. Ic>10 А.
2.3 Анализ режимов работы экранов кабельной сети 35 кВ при различных режимах работы сети
Распределительные сети выполняются одножильными кабелями из сшитого полиэтилена типа ПвВнг цепными линиями. Все кабели прокладываются в одной траншее горизонтально, как показано на рис. 2.3, от механических повреждений кабели защищены кирпичом на протяжении всех распределительных сетей.

Рассчитаем параметры кабеля ячейки 3 (АПК-1) ПвВнг-150 и ячейки 6 на вводе Т1 ПвВнг-185 На рис. 2.3 представлены геометрические размеры кабеля.
<img width=«417» height=«333» src=«ref-1_1658404544-10357.coolpic» alt=«pic_dm_01.gif» v:shapes=«Рисунок_x0020_2»>    продолжение
--PAGE_BREAK--

Рис. 2.3 Геометрические размеры кабеля




На ток и напряжения в экране каждой фазы будет влиять не только ток жилы этой фазы, но и токи жил и экранов соседних фаз. Учтем это, для чего обратимся к рис. 2.4
<img width=«241» height=«222» src=«ref-1_1658414901-9097.coolpic» alt=«треуго.bmp» v:shapes="_x0000_i1052">

Рис 2.4 Группа из трех однофазных кабелей
Уравнения фазы А, описывающие взаимодействия на рис 2.4, следующие:
∆Uжа=ZжIжА+ZжэIэА+Zк(IжВ+IэВ)+Zк(IжС+IэС), (2.16)

∆Uэа=ZэIэА+ZжэIэА+Zк(IжВ+IэВ)+Zк(IжС+IэС).                                       (2.17)
Ранее в однофазной постановке было получено, что для медных экранов Iэ≈ Iж. Таким образом, справедливо (IжВ+ IэВ) ≈ 0 и (IжС+ IэС) ≈ 0, т.е. фазы В, С не могут компенсировать влияние тока фазы А. Следовательно, рассмотренный на примере однофазного кабеля механизм возникновения токов в экранах остается справедливым и для группы из трех однофазных кабелей.

Предположим, что имеет место симметричный режим IжА+ IжВ+ IжС=О, при котором все же нет токов в экранах (заземленных по концам) трехфазной группы однофазных кабелей. Тогда из второго уравнения системы получим равенство которое может быть справедливо лишь в случае Zжэ= Zк.




О=∆UэА=ZжэIжА+ZкIжВ+ZкIжС                                                                                               (2.18)
Иными словами, фазы В и С могли бы полностью компенсировать ток в экране фазы А лишь только в том случае, когда они влияли бы на ток экрана фазы А так же хорошо, как это делает ток жилы фазы А.

Итак, токи и напряжения в экранах группы однофазных кабелей зависят от расстояния между кабелями, снижаясь с уменьшением этого расстояния. Размещать соседние кабели вплотную друг к другу нежелательно исходя из вопросов живности охлаждения кабеля. Поэтому заметные токи и напряжения в экранах присущи всем трехфазным группам однофазных кабелей в том случае, когда экраны заземлены с обоих концов кабеля.

Радикальными же способами снижения токов в экранах могут быть названы:

-         применение трехфазных кабелей вместо однофазных;

-         частичное разземление экранов;

-        заземление экранов по концам кабеля с одновременным применением транспозицией экранов.

Частичное разземление экранов.

Самый простой способ борьбы с токами в экранах — это разземление экрана в одном из концов кабеля, как это показано на рис.2.5 В случае разземления экрана на его незаземленном конце относительно земли в нормальном режиме и при коротких замыканиях будет напряжение промышленной частоты. ПустьUэ— наибольшее из всех режимов напряжение на экране относительно земли.
<img width=«233» height=«88» src=«ref-1_1658423998-3234.coolpic» alt=«треуго.bmp» v:shapes="_x0000_i1053">

Рис. 2.5 Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей в случае, когда экран заземлен только с одной стороны.

Если для конкретного кабеля исключено прикосновение человека к экрану, то в качестве допустимого напряжения на экране можно принять то напряжение, которое отвечает прочности изоляции экрана, т.е. во всех режимах кабеля, имеющего незаземленный конец экрана, должно выполняться условие
Uэ< Uэдоп-1
где Uэдоп-1— допустимое напряжение промышленной частоты для изоляции экрана с точки зрения ее прочности.

Предположим, что в схеме рис. 2.5 имеет место превышение напряжением экрана допустимого значения. В этом случае можно предложить разделить экран кабеля на К несоединенных друг с другом секций равной длины, в каждой из которых экран заземлить лишь один раз (см. рис. 2.6, где показано К=2).
<img width=«245» height=«126» src=«ref-1_1658427232-4299.coolpic» alt=«треуго.bmp» v:shapes=«Рисунок_x0020_26»>

Рис 2.6. Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей в случае, когда экран разделен на секции, заземленные один раз.
При большом числе секций К схема рис.2.6 теоретически эффективна, но практически трудно реализуема. Дело в том, что если по концам кабельной линии. как правило, имеются заземляющие устройства, к которым можно присоединить экраны кабеля, то на трассе таких устройств нет, и их надо предусматривать тем большем количестве, чем больше К. Поэтому более удобной следует признать схему рис. 2.7, которая:

-          требует меньшего количества заземляющих устройства;

-        безопаснее для персонала.
<img width=«213» height=«93» src=«ref-1_1658431531-3385.coolpic» alt=«треуго.bmp» v:shapes=«Рисунок_x0020_27»>

Рис. 2.7 Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей в случае, когда экран разделен на две секции, заземленные один раз со стороны концевых подстанций
С учетом справочных данных определим расчетные параметры кабеля и сведем их в таблицу.
Таблица 2.5Данные для расчета параметров кабеля ПвВнг

Величина

 (150х1)

(185х1)

(240х1)

внешний радиус жилы, r1 м

8 • 10-3

9 • 10-3

10 • 10-3

внутренний радиус экрана, r2 м

19,3 • 10-3

20,3 • 10-3

21,3 • 10-3

внешний радиус экрана, r3 м

19,5 • 10-3

20,5 • 10-3

21,5 • 10-3

внешний радиус кабеля, r4 м

21 • 10-3

22 • 10-3

23• 10-3

относительная диэлектрическая проницаемость изоляции между жилой и экраном, εг (о.е.)

24

24

24

относительная диэлектрическая проницаемость изоляции экрана, ε2 (о.е.)

24

24

24

расстояние между осями соседних фаз вслучае расположения в вершинах равностороннего треугольника, Sм

42 • 10-3

44 • 10-3

46 • 10-3

глубина заложения кабеля,hм

1

1

1

длина кабеля, м

260

140

50

частота напряжений и токов,FГц

50

50

50

удельное сопротивление материала,рж и рэ (Ом • м)

2 •10-8

2 •10-8

2 •10-8

Сечение жилы,Fж м2

0,15 •10-3

0,185 •10-3

0,24 •10-3

Сечение экрана, F3 м2

0,025 • 10-3

0,025 • 10-3

0,025 • 10-3

Абсолютная магнитная проницаемость вакуума, μо Гн/м

12,56 • 10-7

12,56 • 10-7

12,56 • 10-7

Круговая частота напряжений и токов, ω рад/с

314

314

314




Таблица 2.6 Основные электрические параметры кабеля ПвВнг

Величина

 (1х150)

(1х185)

(1х240)

Активное сопротивление жилы(Ом/м) Rж=ρ. <img width=«6» height=«25» src=«ref-1_1658434916-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">

1,3 • 10-4

1,1 • 10-4

0,83 • 10-4

Активное сопротивление экрана(Ом/м) Rэ=ρ. <img width=«6» height=«25» src=«ref-1_1658435128-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057">

8 • 10-4

8 • 10-4

8 • 10-4

Активное сопротивление земли(Ом/м) Rз=<img width=«6» height=«23» src=«ref-1_1658435344-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">.μо.f

4,92 • 10-5

4,92 • 10-5

4,92 • 10-5

Собственная индуктивность жилы(Гн/м) Lж=<img width=«49» height=«25» src=«ref-1_1658435557-506.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">

2,6 • 10-6

2,6 • 10-6

2,6 • 10-6

Эквивалентная глубина (м) Dз

3566

3566

3566

Собственная индуктивность экрана(Гн/м) Lэ=<img width=«49» height=«25» src=«ref-1_1658435557-506.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">

2,4 • 10-6

2,4 • 10-6

2,4 • 10-6

Взаимная индуктивность между жилой (экраном) и соседним кабелем(Гн/м) Мк=<img width=«49» height=«25» src=«ref-1_1658436569-490.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">

18 • 10-7

18 • 10-7

18 • 10-7

Взаимная индуктивность между жилой и экраном одного и того же кабеля. Мжэ=<img width=«49» height=«25» src=«ref-1_1658436569-490.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">

3,2 • 10-6

3,2 • 10-6

3,2 • 10-6

Емкость между жилой и экраном(Ф/м) Сжэ=<img width=«38» height=«31» src=«ref-1_1658437549-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">

1,51 • 10-10

1,64 • 10-10

1,76 • 10-10

Емкость между экраном и землей(Ф/м) Сэ=<img width=«38» height=«31» src=«ref-1_1658438049-495.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">

18 • 10-10

19 • 10-10

19,8 • 10-10



В таблице 2.7 представлены расчеты собственных и взаимных погонных сопротивлений кабеля.
Таблица 2.7 Собственные и взаимные погонные сопротивления кабеля

Величина

Формула

ПвВнг(1х150)

ПвВнг(1х185)

ПвВнг(1х240)

Собственное сопротивление жилы (Ом / м)

Z*ж= R*3+R*ж+j.ω.L*ж

0,83.10-3

0,83.10-3

0,83.10-3

Собственное сопротивление экрана (Ом / м)

Z*э= R*з+R*э+ j.ω.L*э

1,16.10-3

1,11.10-3

1,08.10-3

Взаимное сопротивление жилы (экрана) и соседнего кабеля (Ом / м)

Z*к=R*з+ j.ω.М*к

5,67.10-4

5,67.10-4

5,67.10-4

Взаимное сопротивление между жилой и экраном одного и того же кабеля (Ом / м)

Z*жэ= R*3+ j.ω.М*эж

1.10-3

1.10-3

1.10-3




При определении параметров кабеля (табл. 2.6-2.7) были сделаны следующие допущения:

-                          геометрия расположения в пространстве трехфазной системы кабелей такова, что s» гЗ;

-                          экран кабеля упрощенно считаем таким, что г3 » (г3 — г2), это позволяет пренебречь конечной толщиной экрана и в расчетах использовать лишь его внутренний радиус;

-                           пренебрегаем токами смещения в земле;

-                          пренебрегаем эффектом близости на промышленной частоте, считая активные сопротивления жил и экранов как на постоянном токе.

Для определения погонных продольных активно-индуктивных сопротивлений трехфазной системы однофазных кабелей, которые используются в расчетах нормальных и аварийных режимов работы сети, необходимо указать состояние экрана кабеля (граничные условия), от которого эти параметры зависят (табл. 2.8): пренебрегая токами в начале кабеля и сопротивлением заземления экрана.
Таблица 2.8

Состояние экрана

Граничные условия

1. Разземлен

IЭА= 0



Iэв = 0



Iэс = 0

2. Заземлен с одной стороны

IЭА= 0



Iэв = 0



Iэс = 0

3. Заземлен с двух сторон

∆UЭА=0



∆UЭВ=0



∆UЭС=0



При этом дополнительные условия определяются расчетом и заносятся в таблицу 2.9






Таблица 2.9 Расчетные дополнительные условия

Решаемая задача

Дополнительные условия

Определение токов и напряжений в экране кабеля в нормальном режиме

IЖА+ Iжв + IЖС= 0

IЭА+ Iэв + IЭС= 0

Определение токов и напряжений в экране кабеля в аварийном режиме (внешнее по отношению к кабелю трехфазное короткое замыкание)

IЖА+ Iжв + IЖС= 0

IЭА+ Iэв + IЭС= 0
    продолжение
--PAGE_BREAK--