Аварийный режим однофазного короткого замыкания
Экран заземлен в одной точке
Однофазное короткое замыкание в сети является наиболее распространенным видом короткого замыкания. В случае однофазного короткого замыкания в земле протекают значительные токи, чего не было в рассмотренном выше симметричном установившемся режиме.
В случае однофазного короткого замыкания наибольшее напряжение на экране кабеля будет в том случае, когда короткое замыкание в сети произошло в непосредственной близости от одного из концов кабеля, так как при этом в земле параллельно системе однофазных кабелей протекает максимально возможный ток.
Пусть короткое замыкание в сети, питаемой от «системы» по кабельной линии, произошло в фазе «А». Тогда IЖА » I жв и IЖА »I жс, т.е. можно принять Iжа=0, Iжc =0
Как и ранее, можно записать следующие граничные условия
Iэа=0
Iэв=0
Iэс=0
С учетом граничных условий
Так как Zk < Z жэ, то наибольшее напряжение наводится на экране той фазы, в которой в сети имеет место короткое замыкание.
Расчеты показывают, что в случае заземления экрана кабеля в одной точке желательно, чтобы длина участка КЛ с односторонним заземлением экрана не превышала 1 км. Т.е. строительные длины кабелей должны быть не более 1 км, а каждая строительная длина при этом иметь свою электрическую секцию с односторонним заземлением экранов.
Экран заземлен в двух точках
Определим токи в экранах кабеля в случае, когда вблизи от конца кабеля в сети, питаемой по кабелю от «системы», имеет место однофазное короткое замыкание в фазе А. В режиме однофазного короткого замыкания фазы А можно записать Iжа>>Iжв и Iжа>>Iжс откуда допустимо положить Iжв=0, Iжс=0.
|
|
|
С учетом граничных условий 
, получаем следующую систему уравнений:
Сложим все уравнения из этой системы
отсюда сумма токов в экранах;
преобразуем первое выражение к вид}".
подставим в него выражение:
и выразим ток
аналогично преобразуем второе выражение из системы к виду:
подставим в него выражение:
отсюда
аналогично:
Получим выражение для тока земли:
По 1-му закону Кирхгофа можно записать
откуда
Получим:
Транспозиция экранов
В аварийном режиме однофазного короткого замыкания фазы А можно записать Iжа>>Iжв и Iжа>>Iжс, т.е. можно принять Iжв=0, Iжс=0. Тогда имеем
Из выражения
что дает
Сложив уравнения, и учитывая, что
получим
откуда
Найдем напряжение на экране в аварийном режиме, для чего подставим ток в экране в выражение для
откуда
С учетом N циклов транспозиции
Найденное напряжение представляет собой не только падение напряжения на первом участке экрана фазы А, но и напряжение экрана относительно земли в узле транспозиции, расположенном в конце первого участка, так как в начале первого участка экран заземлен.
|
|
|
Напряжение в другом узле транспозиции на экране А будет определяться
или
что в два раза меньше, чем
Для напряжений экранов других фаз относительно земли в узлах транспозиции можно записать аналогичные выражения.
Токи и напряжения в экранах
Напряжения и токи в экранах кабеля определены в двух расчетных случаях: в нормальном симметричном установившемся режиме работы и в аварийном установившемся режиме однофазного короткого замыкания в сети вне кабеля.
В ниже следующих таблицах приведены выражения для расчета напряжения и токов, наводимых на экран кабеля относительно земли в нормальном режиме работы и при однофазном коротком замыкании при различных системах заземления экранов.
| № | Состояние экрана | Нормальный режим работы | Режим однофазного короткого замыкания вне кабеля |
| 1 | Разземлен | 
|
|
| 2 | Заземлен с одной стороны | 
| 
|
| 3 | Заземлен с двух сторон | ≈ 0 | ≈ 0 |
| 4 | Применена транспозиция (N полных циклов) | 
| 
|
|
|
|
Токи в экранах различных фаз кабеля.
| № | Состояние экрана | Нормальный режим работы | Режим однофазного короткого замыкания вне кабеля |
| 1 | Разземлен | ≈ 0 | ≈ 0 |
| 2 | Заземлен с одной стороны | Определяется емкостным током, стекающим с экрана в точке заземления
| Определяется емкостным током, стекающим с экрана в точке заземления
|
| 3 | Заземлен с двух сторон | 
| 
|
| 4 | Применена транспозиция (N полных циклов) | Определяется емкостным током, стекающим с экрана в точке заземления
| 
|
С учетом соответствующих граничных условий для системы заземления медных экранов одножильных кабелей из СПЭ в двух точках получаем ток в экране в зависимости от тока в ТПЖ в симметричных режимах работы кабельной линии в о.е.:
.
Знак «-» в этом выражении указывает на то, что ток в экране имеет направление обратное направлению тока в ТПЖ, т.е. является «обратным» током. Модуль этого выражения имеет вид
,
или
,
Из рассмотрения этой зависимости видно, что токи в экранах одножильных кабелей достигают значительных величин и не многим меньше, чем токи в ТПЖ. Токи в экранах при расположении одножильных кабелей треугольником и двусторонним заземлением экранов несколько меньше, чем при расположении в плоскости из-за большего взаимного влияния фаз друг на друга. При этом в большинстве случаев сечение ТПЖ значительно превышает сечение экрана и при сопоставимых в них токах возникает угроза возгорания кабеля. Также наличие значительного тока в экране является источником дополнительного нагрева кабеля. По совокупности этих причин необходимо снижать рабочие токи в ТПЖ при двустороннем заземлении экранов для обеспечения тепловой стабильности кабеля и его эксплуатационной надежности. С увеличением расстояния между осями фаз линии ток в экранах одножильных кабелей возрастает и в пределе стремится к току в ТПЖ, т.е. 
, иными словами увеличение расстояния между осями фаз приводит к увеличению потерь в экранах и дополнительному нагреву кабеля.
|
|
|
Токи в экранах одножильных кабелей из СПЭ при заземлении экранов в одной точке каждой электрической секции определяются с учетом емкостных параметров кабеля из следующей схемы замещения
Рис.6.8. Схема замещения для определения тока в экране кабеля при его заземлении в одной точке
Из рассмотрения рисунка 6.8 можно записать [31]
,
Из практики проектирования кабельных линий напряжением 110 кВ и 330 кВ известно, что, как правило, в силу определенных технических и коммерческих обстоятельств, такие кабельные линии имеют следующие предельные значения строительных длин: 800 м для кабелей 110 кВ и 650 м для кабелей 330 кВ. С учетом этого для предельных строительных длин кабелей 110 кВ и 330 кВ Sk запишем
, или
,
Аналогично рассуждая [31], запишем выражения для тока в экранах одножильных кабелей при транспозиции экранов
, или
,
Ток в экранах при указанных выше системах их заземления мал, особенно при правильной транспозиции, и влиянием потерь в экране можно пренебречь.
Список использованной литературы (продолжение)
24. Канискин В.А., Михасев С.Ю., Троицкий Л.К., Халилов Ф.Х., Шилина Н.А. Проблемы внедрения кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в сети средних классов напряжения // «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике», 2007 г.
25. Технические условия ТУ 16.К71 – 273 – 98. Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 64/110 кВ. 1998 г.
26. Костенко М.В., Кадомская К.П., Левинштейн М.Л., Ефремов Н.А., Перенапряжения и защита от них в воздушных и кабельных электропередачах высокого напряжения. - Л.: Наука, 1988. – 302 с.
27. Проспекты и инструкции фирмы «АББ Москабель»: «Кабельные системы с изоляцией из сшитого полиэтилена». 2010.
28. Проспекты и инструкции фирмы «Nexans»: «Кабельные системы высокого напряжения 110-500 кВ». 2010.
29. Силовые кабели фирмы Pirelli Cables and Systems Oy. Проспекты, 2010.
30. Международный стандарт. МЭК №60287. 2006 г.
31. Дмитриев М.В., Евдокунин Г.А. Заземление экранов однофазных силовых кабелей высокого напряжения // «Перенапряжения и надежность эксплуатации электрооборудования», СПб, 2008 г.
32. Pollaczek f. Sur le champ product par un conducteur simple infiniment long parcouru pur un courant alternative // Rev. Gen. Elec. 1931 vol. 29/ P/ 851-867.
33. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов.– М.: «Энергия», 1970.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1129; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!