Однофазные силовые кабели 6-500 кВ. Расчет заземления экранов

Экранирование в электрических сетях

Для защиты электротехнического оборудования от помех и прочих электромагнитных влияний достаточно эффективной мерой является экранирование. Согласно ГОСТ 30372-95, экранированием называется способ ослабления электромагнитной помехи с помощью экрана, имеющего высокую электрическую и (или) магнитную проводимость.

Физика экранирования

В электроэнергетике используются частоты 50 или 60 Гц. Гармоники от них можно принимать во внимание в диапазоне примерно до 1,5 кГц, если речь идет о воздействии на силовое оборудование (о средствах связи будет сказано отдельно). Спектр молнии очень широкий, помехи для радиосвязи наблюдаются вплоть до частоты 30 МГц. Тем не менее, пик спектра удара молнии находится в районе 500 Гц.

На низких частотах пригодна модель, предложенная еще Фарадеем. Внешнее электрическое поле вызывает поляризацию в толще экрана. В результате на поверхности внутри экрана находятся электрические заряды, противоположные по знаку зарядам на внешней поверхности. В итоге поле от этих зарядов компенсирует внешнее электрическое поле.

Экранирование от магнитного поля низкой частоты обусловлено тем, что, при коэффициенте магнитной проницаемости материала экрана много большим 1 и достаточной толщине конструкции силовые линии магнитного поля проходят по экрану, не попадая в пространство, заключенное внутри него.

Совсем не обязательно, чтобы экран был выполнен из сплошного листа без отверстий. В экране могут быть отверстия. Мало того, он может представлять собой клетку из электропроводящего материала. Такой вариант экрана называется «клетка Фарадея». Но при этом должно соблюдаться условие: линейные размеры отверстий или шаг между прутьями сетки по линейным размерам меньше (в идеале — много меньше) длины волны излучения, от которого производится экранирование. Также важен хороший электрический контакт (в идеале — сварка) между прутьями клетки.

Согласно ГОСТ Р 51317.1.2-2007 (МЭК 61000-1-2:2001) «Совместимость технических средств электромагнитная. Методология обеспечения функциональной безопасности технических средств в отношении электромагнитных помех» под низкими частотами применительно к экранированию подразумеваются частоты ниже 9 кГц.

На частотах выше 9 кГц при рассмотрении явления экранирования используется иная модель. Если предельно упростить процессы для облегчения понимания, то экран на высоких частотах работает следующим образом. Под действием внешнего излучения в экране возникают вихревые токи. Эти токи создают электромагнитное поле, компенсирующее внешнее воздействие.

Однофазные силовые кабели 6-500 кВ. Расчет заземления экранов

В последнее время силовые кабели среднего и высокого напряжения современных конструкций широко используются для передачи и распределения электроэнергии, особенно в крупных городах и на промышленных предприятиях, где уровень электропотребления и плотность нагрузки весьма значительны. Наибольшее распространение получают силовые однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Георгий Евдокунин, д.т.н., профессор кафедры «Электрические системы и сети» СПбГПУ, г. Санкт-Петербург

Михаил Дмитриев, к.т.н., начальник отдела научно-технических исследований ЗАО «Завод энергозащитных устройств»

Высокий уровень напряжения токопроводящей жилы кабеля приводит к необходимости использования металлического экрана. Основным назначением металлического экрана является устранение электрического поля на поверхности кабеля. Для снижения напряжения на экране выполняется его заземление в одной или нескольких точках. Об особенностях заземления экранов – в материале наших петербургских авторов Михаила Викторовича Дмитриева и Георгия Анатольевича Евдокунина. Отметим, что приведенная методика расчета параметров и режимов может быть применена как при расчетах для однофазных кабелей 110–500 кВ, так и для кабелей напряжений 6–35 кВ.

Новости электротехники. Силовые кабели.

Способ заземления экрана кабеля влияет:

— на электрические потери в кабеле (в экране), а значит, на его тепловой режим и пропускную способность;

— на величину напряжения на экране в нормальных и аварийных режимах, т.е. на надежность работы кабеля и безопасность его обслуживания;

— на основные электрические параметры кабеля (активное и индуктивное сопротивления).

Экраны кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена выполнены из хорошо проводящего материала (алюминия или меди), их заземление более чем в одной точке ведет к появлению значительных токов, сопоставимых с током жилы кабеля. Если по условиям ограничения напряжения на экране обязательно его заземление в нескольких точках, то для снижения токов в экранах трехфазной группы однофазных кабелей может быть применена транспозиция экранов.

Существуют достаточно точные формулы для расчета погонных параметров кабелей, конструкция которых приведена на рис. 1, в том числе с учетом взаимного пофазного влияния при их трехфазном исполнении и при прокладке в земле, а также с учетом частотных зависимостей этих параметров. Точные формулы впервые приведены в зарубежной публикации [1] (кроме того, их можно найти в отечественной монографии [2]). Формулы достаточно сложны и без специальных компьютерных программ по их расчету неудобны в использовании.

В статье приведены формулы для погонных параметров кабелей при их упрощенном определении, а также дана методика расчета токов и напряжений в установившихся и квазиустановившихся режимах. Аналитические расчеты с использованием предлагаемых упрощений дают хорошее совпадение с результатами, использующими точные параметры.

Кроме того, они подтверждаются расчетами, полученными при подробном компьютерном моделировании процессов в известном канадско-американском программном комплексе EMTP-ATP (Electromagnetic Transients Program [3]).

Важным является вопрос обеспечения защиты изоляции кабеля от грозовых и иных перенапряжений. Для защиты изоляции «жила–экран» применяются типовые ОПН соответствующего класса напряжения сети, а для защиты изоляции «экран–земля» применяются ОПН специального типа, устанавливаемые в незаземленных концах экранов и в узлах транспозиции.

Выбор характеристик перечисленных ОПН, в частности, базируется на результатах расчетов напряжений промышленной частоты на изоляции экрана, которые можно выполнить по предлагаемой в статье методике или с использованием EMTP. Однако в полном объеме вопросы определения характеристик ОПН здесь не рассматриваются, их предполагается обсудить в специальной статье.

УПРОЩЕННАЯ РАСЧЕТНАЯ МЕТОДИКА

Получим расчетные выражения для параметров кабелей, основываясь на известных формулах для собственных и взаимных погонных активно-индуктивных сопротивлений многопроводной системы «провода–земля», расположенной над поверхностью земли. В этом случае расстояние до земли не имеет значения, т.к. для расчетов режимов на промышленной частоте 50 Гц «обратные провода» находятся в земле на глубине DЗ, составляющей сотни метров. Расстояние DЗ, а также активное сопротивление земли RЗ, можно определять упрощенно (например, по Рюденбергу, табл. 2, см. [4]). При вычислении емкостных параметров кабелей предполагается, что они находятся под землей, как это имеет место (глубина залегания здесь не имеет значения). Основные используемые обозначения приведены в табл. 1.

Новости электротехники. Силовые кабели.

При определении параметров кабеля (табл. 2–3) были сделаны следующие допущения:

— геометрия расположения в пространстве трехфазной системы кабелей такова, что s >> r3;

— если фазы кабеля расположены в вершинах равностороннего треугольника, т.е. в виде «трилистника», то s = dAB = dBC = dAC; если фазы кабеля расположены на одном уровне («flat-расположение» dAC = 2dAB = 2dBC), то при транспозиции жил кабеля s = dAB · dBC · dAC = 1,26 · dAB;

— экран кабеля упрощенно считаем таким, что r3 >> (r3 – r2), 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.

Падения напряжений вдоль жил и экранов кабелей связаны с токами в них следующей системой уравнений:

Новости электротехники. Силовые кабели.

В системе всего 6 уравнений относительно шести напряжений и шести токов, следовательно, необходимо задать дополнительно еще 6 величин: падения напряжений (или токи) и (или) граничные условия. В правой части системы (1) сомножителями у токов выступают полные сопротивления кабеля, определяемые произведением соответствующих погонных сопротивлений (по табл. 3) на длину кабеля l.

Для определения погонных продольных активно-индуктивных сопротивлений трехфазной системы однофазных кабелей токам прямой и нулевой последовательностей, которые используются в расчетах нормальных и аварийных режимов работы сети, необходимо указать состояние экрана кабеля (граничные условия), от которого эти параметры зависят (табл. 4):

После задания граничных условий искомые параметры из (1) находятся путем указания некоторых дополнительных условий, характеризующих решаемую задачу. Так, например, если трехфазная система падений напряжений, приложенных к жилам, образует систему прямой последовательности, то при оговоренных условиях имеем полное основание считать, что токи в жилах и экранах также образуют системы прямой последовательности, а тогда дополнительные условия будут выглядеть так, как показано в первой строке табл. 5.

Так как искомые сопротивления прямой последовательности находятся путем деления падения напряжения в фазе А на ток в этой фазе, то двух указанных условий достаточно. Аналогичные рассуждения приводят к формулировкам дополнительных условий во 2–3-й строках табл. 5.

Окончательные формулы для расчетов продольных активноиндуктивных параметров трехфазного кабеля по прямой и нулевой последовательностям приведены в табл. 6.

Напряжения (табл. 7) и токи (табл. 8)

в экранах кабеля определены в двух расчетных случаях: в нормальном симметричном установившемся режиме работы (табл. 7а) и в аварийном квазиустановившемся режиме однофазного короткого замыкания в сети вне кабеля (табл. 7б).

С помощью табл. 7 можно вычислить напряжение на экране кабеля относительно земли, для чего:

— коэффициент в строке 1 надо умножить на фазное значение напряжения сети, питающей кабель (UЖ);

— коэффициенты в строках 2–4 надо умножить на длину кабеля и ток, протекающий в его жиле (в нормальном режиме – это ток нагрузки, а в аварийном режиме – ток однофазного короткого замыкания сети).

Рис. 2. Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей 110 кВ длиной 8,1 км с изоляцией из сшитого полиэтилена

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

В качестве примера рассмотрим определение требуемого числа циклов транспозиции экранов для системы из трех однофазных кабелей 110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена марки 2 x S(FL)2Y1 x 1000 RMS/185 + FO64/110/123 kV длиной 8,1 км.

Параметры кабеля:

Если экран не заземлять, то по формулам табл. 7 на нем относительно земли будет 20% фазного напряжения сети, что недопустимо.

Если экран заземлить только на одном из концов кабеля, то:

— в нормальном режиме (по формулам табл. 7а) на разомкнутом конце получим напряжение 0,88 В на один Ампер тока в жиле; при токе в жиле 1000 А получим напряжение на экране 880 В, что допустимо для изоляции экрана (но недопустимо для персонала в случае возможности прикосновения к экрану);

— в аварийном режиме (по формулам табл. 7б) на разомкнутом конце получим напряжение 5,8 В на один Ампер тока в жиле; даже при токе короткого замыкания всего 10 кА имеем напряжение около 58 кВ, что недопустимо для изоляции экрана, т.е., очевидно, требуется заземление экрана на обоих концах кабеля.

Если экран кабеля заземлен на обоих его концах, то (по формулам табл. 8)

получим ток в экране кабеля | iЭА| = 0,8 · | iЖА|, т.е. в экране кабеля протекает ток, сопоставимый с током жилы, что недопустимо, учитывая малое сечение экрана (185 мм2) по сравнению с сечением жилы (1000 мм2).

Следовательно, для рассматриваемого кабеля необходима транспозиция экранов.

Согласно табл. 8 в случае транспозиции экранов в нормальном режиме работы тока в экране нет (есть емкостный ток, составляющий единицы ампер). При внешнем однофазном коротком замыкании (согласно табл. 8)

в экранах трех фаз кабеля протекают равные токи, каждый из которых составляет приблизительно треть от тока короткого замыкания, протекающего в жиле кабеля аварийной фазы сети.

Из табл. 7 а, б следует, что напряжение на экране относительно земли в узле транспозиции:

— в нормальном режиме составляет 0,292 В на один Ампер тока жилы; при токе 1000 А получим напряжение 292 В, которое допустимо для изоляции экрана;

— в аварийном режиме составляет 0,195 В на один Ампер тока жилы; при токе короткого замыкания 20 кА получим напряжение 3,8 кВ, которое допустимо для изоляции экрана и допустимо для ОПН, установленных между экраном и землей в узлах транспозиции для защиты изоляции «экран–земля» от перенапряжений.

Полученные результаты хорошо согласуются с расчетами, выполненными при подробном моделировании процессов в программном комплексе EMTP. Учитывая результаты аналитических и компьютерных расчетов, требуемая схема соединения экранов рассмотренного кабеля длиной 8,1 км приведена на рис. 2.

В том случае, если бы ток короткого замыкания составлял, например, 40 кА, напряжение в узле транспозиции в аварийном режиме было бы 7,6 кВ, что недопустимо для ОПН, характеристики которого согласованы с прочностью изоляции экрана и не могут быть изменены. Поэтому потребовался бы не один, а два цикла транспозиции.

ВЫВОДЫ

Результаты расчетов сопротивлений прямой и нулевой последовательностей трехфазной группы однофазных кабелей, а также токов и напряжений в их экранах на промышленной частоте не отличаются друг от друга более чем на 10% при использовании упрощенных формул для погонных параметров по сравнению с более точными. Расчеты, проведенные в программном комплексе EMTP при подробном моделировании условий прокладки и конструкции кабеля и использовании уравнений кабеля с частотно-зависимыми параметрами, также подтвердили возможность проведения подобных расчетов с использованием упрощенных формул для первичных параметров однофазных кабелей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Wedepohl L.M., Welcox D.J. Transient analysis of underground power transmission systems. Proc. Inst. El. Eng., 1973, vol.120, N2, pp.253–260.

2. 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.

3. EMTP Rule book. Bonneville Power Administration, Branch of System Engineering. Portland, Oregon 97208-3621, USA,1986 (www.emtp.org).

4. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети. – СПб.: Издательство Сизова М.П., 2004. – 304 с.

5. Power cables and their application/ ed.: Lothar Heinhold. – Berlin; Munchen: Siemens-Aktienges./ Part 1, 3rd revised edition, 1990.

Экранированные кабели

Некоторые типы силовых кабелей имеют экран. Чаще всего это экран представляет собой металлическую ленту, которой обмотана изоляция токопроводящих жил. Также встречаются варианты экрана из толстой проволоки и комбинация толстой проволоки и металлической ленты. Известны конструкции кабелей с экранами из токопроводящей бумаги и токопроводящей резины. Очень редко можно встретить силовые кабели с экраном, представляющим собой оплетку из тонкой проволоки, хотя для сигнальных кабелей такая конструкция весьма распространена.

Экранирование в электрических сетях

Выбор и проверка силовых кабелей на соответствие их параметров расчетным при коротких замыканиях

Силовые кабели выбирают по расчетному току, номинальному напряжению, способу прокладки, условиям окружающей среды и проверяют на термическую устойчивость при коротком замыкании путем расчета минимальной площади сечения токоведущей жилы по формуле:

где — ?т.у – минимальная площадь сечения токоведущей жилы кабеля; ?∞– установившейся ток короткого замыкания; ?пр – приведенное время короткого замыкания, сек, в течение которого установившейся ток ?∞ выделяет такое же количество теплоты, что и изменяющийся ток короткого замыкания за действительное время; С – термический коэффициент, соответствующий разности значений теплоты, выделенной в проводнике после и до короткого замыкания, значения которого принимаются для кабелей с медными жилами С = 141, с алюминиевыми С = 85.

После расчета минимальной площади сечения токоведущей жилы по термической устойчивости уточняют сечение токоведущих жилы силовых кабелей с учетом установленной мощности электроприемников и проверяют его по допустимым потерям напряжения, термической стойкости к воздействию токов КЗ и на невозгорание при протекании токов КЗ.

Проверка силовых кабелей на невозгорание при протекании тока КЗ осуществляется из предположения, что максимальный ток, протекающий в кабеле, равен действующему значению тока короткого замыкания в начале линии.

Проверка силовых кабелей на нагрев при протекании тока КЗ производится в соответствии с циркуляром Ц02-98 (Э) «О проверке кабелей на невозгорание при протекании тока короткого замыкания». Проверка производится для каждого выбранного сечения кабелей, при этом для проверки выбирается кабельная линия с наиболее «тяжелыми» условиями, т.е. с максимальным значением тока КЗ в начале линии.

Температура жилы силового кабеля при протекании тока КЗ определятся по формуле:

где ϑн – максимальная температура жилы до КЗ; ? = 228 ℃ − величина, обратная температурному коэффициенту электрического сопротивления при 0 ℃;

где ϑн– фактическая температура окружающей среды, ℃ ; ϑдд– длительно допустимая температура токопроводящих жил кабеля, ℃ ; ϑокр – температура окружающей среды:

  • для кабелей в земле 15 ℃ ;
  • для кабелей на воздухе 25 ℃ ;

?раб – рабочий ток, А; ?дд – длительно допустимый ток нагрузки кабеля, А;

где b – постоянная, характеризующая теплофизические характеристики материала токопроводящей жилы:

(?к) ∙ ? – суммарный тепловой импульс;

?к –действующее значение тока КЗ, кА;

t – длительность тока КЗ (время срабатывания резервной защиты вышестоящего АВ), с;

S – сечение токоведущей жилы кабеля, мм2.

Термическая стойкость проводника обеспечивается, если площадь сечения S, мм2, удовлетворяет неравенству: ? ≥ ?тер ???, где ? ≥ ?тер ??? — минимальное сечение проводника по условию термической стойкости, мм2, которое следует определять по формуле:

?откл – время срабатывания защиты, зависящее от уровня напряжения (регламентированное время отключения тока КЗ), для сетей 220 кВ обычно принимается равным 0,1 с;

– параметр, принимаемый по таблице 8 стандарта ГОСТ Р 52736-2007 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта электродинамического и термического действия токов короткого замыкания» и значения которого равны:

  • для кабеля 220 кВ – 90;
  • для кабеля 10 кВ – 65.

Отметим, что температура жилы силового кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена не должна превышать 350 градусов Цельсия.

Термическая стойкость электропроводящего экрана силового кабеля обеспечивается, если обеспечивается следующее условие:

где – ?д.э – допустимый ток медного экрана, кА, значения которого:

  • для кабеля 220 кВ (сечение экрана 120 мм2) – 24,36 кА;
  • для кабеля 10 кВ (сечение экрана 25 мм2) – 19,2 кА.

– ток двухфазного короткого замыкания, кА.

Основным назначением экрана является обеспечение равномерности электрического поля, воздействующего на главную изоляцию кабеля (изоляцию «жила-экран»), что достигается только в случае заземления экрана. Поэтому электропроводящая оболочка кабеля (экран), как правило, заземлена на его концах и в ряде промежуточных точек (муфтах или транспозиционных узлах). При этом для токов нагрузки образуется путь в земле, параллельный проводнику. В этом отношении металлическая оболочка кабеля аналогична заземленным тросам у воздушной линии. На распределение тока между оболочкой и землей существенное влияние оказывает не только собственное сопротивление оболочки (экрана), но и сопротивление ее заземлений, значения которых зависят от характера прокладки кабеля (траншея, блоки, туннель, эстакада и т.д.) и ряда других факторов.

В однофазном режиме ток нагрузки протекает по экрану и земляному каналу, обладающего сопротивлением ?з (рис. 1).

Активное сопротивление линии «экран – земля» складывается из активного сопротивления экрана ?э и дополнительного сопротивления ?з, учитывающего потери активной мощности в земле от протекающего в ней тока:

На частоте ? = 50 Гц удельное сопротивление земли ?з = 0,05 Ом⁄км, что свидетельствует о практическом постоянстве потерь активной мощности в земле при заданной частоте.

Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена - схема замещения

а) б)

Рис. 1. Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена: а) в однофазном включении; б) схема замещения

Сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией между двумя параллельными линиями «провод-земля» с расстоянием ? ≪ ?з между осями их проводов:

где , м, – эквивалентная глубина возврата тока через землю.

На промышленной частоте 50 Гц и среднем значении удельной проводимости земли ? = 10−4 (Ом ∙ см)−1, получим ?з = 935 м.

Заземление экранов с двух сторон

Рис. 2. Заземление экранов с двух сторон трех однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

При отсутствии данных о проводимости земли обычно принимают

?з = 1000 м.

Отметим, что взаимоиндукция с другими фазами уменьшает сопротивление фазы для токов прямой (обратной) последовательности и увеличивает его для токов нулевой.

При расчете режима экранов однофазных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в трехфазном включении необходимо учитывать взаимоиндукцию с другими фазами (рис. 2) с учетом расстояния между центрами кабелей при выбранном способе прокладки.

004

Сечение экранированного силового кабеля для прокладки под землей в траншее

Экранирование кабелей применяется в следующих основных случаях:

  • Кабели на напряжение свыше 2 кВ, проложенные в земле или в воде, а также проходящие в непосредственной близости от металлических конструкций. Наличие экрана предотвращает возникновение коронных разрядов между токопроводящими жилами и почвой (водой, металлическими конструкциями). Такие разряды приводят к разрушению изоляции кабеля.
  • Рядом с силовым кабелем проходят сигнальные кабели, чувствительные к наводкам. Это требование закреплено в ПУЭ-7, п. 3.4.11
  • Кабели, соединяющие частотно-регулируемый привод с мотором. Это связано с тем, что энергия по такому кабелю передается на частотах порядка десятков кГц.

Силовые кабели, прокладываемые в земле и в воде, также часто имеют металлическую броню. Эта броня предназначена для механической защиты кабеля, тем не менее, она обладает экранирующими свойствами. Согласно ПУЭ-7, п. 3.4.11, наличие брони или металлической оболочки обязательно для кабеля, соединяющего вторичную обмотку трансформатора на напряжение 110 кВ и выше, со щитом.

Допустимая по нагреву длительная мощность трехжильного кабеля напряжением 6—10 кВ

Таблица 3.39

Сечение, мм2 6 кВ 10 кВ
Воздух Земля Воздух Земля
10 0,7/0,5 0,8/0,6
16 1,0/0,7 1,0/0,8 1,5/1,1 1,5/1,2
25 1,3/0,9 1,3/1,0 1,9/1,4 2,0/1,5
35 1,6/1,2 1,6/1,2 2,3/1,7 2.4/1,8
50 2,0/1,5 1,9/1,5 2,8/2,2 2,9/2,2
70 2,4/1,8 2,3/1,8 3,6/2,7 3,5/2,7
95 2,9/2,2 2,7/2,1 4,3/3,3 4,1/3,1
120 3,4/2,5 3,1/2,4 5,0/3,8 4,7/3,6
150 3,8/2,9 3,5/2,7 5,7/4,3 5,2/4,0
185 4,3/3,3 3,9/3,0 6,4/4,9 5,8/4,5
240 5,0/3,8 4,4/3,4 6,5/5,3 6,5/5,1

Примечания.

  1. В числителе данные для кабелей с медными, знаменателе — с алюминиевы­ми жилами.
  2. Мощности для кабелей, проложенных в воде, определяются умножением показателей табл. 3.39 на коэффициент 1,3.
  3. Для кабелей, изготовленных до 1984 г. включительно, значения мощностей следует умножить на коэффициенты: 6 кВ, прокладка в земле — 0,855: прокладка в воздухе — 0,82; 10 кВ, прокладка в земле — 0,92; прокладка в воздухе — 0,91.
  4. Допустимая длительная мощность приведена для U— 1,05 U , cos = 0,9.

Экранированные токопроводы

На объектах генерации и высоковольтных подстанциях нашли свое применение комплектные пофазно-экранированные токопроводы. В них токопровод каждой фазы заключен в замкнутый непрерывный экран. При этом экран может быть герметичным, при больших напряжениях в него закачивают элегаз. Экраны подключают в одной точке к контуру заземления объекта.

Главные функции, которые выполняют пофазно-экранированные токоотводы — уменьшение взаимодействия между проводниками при внешних коротких замыканиях, а также устранение нагрева индуцированными токами расположенных поблизости конструкций из металла и железобетона. Другие важные функции экрана — защита токопровода от пыли и влаги, повышение безопасности эксплуатации и обслуживания.

Проверка кабелей на термическую стоимость – пример работ, выполняемых

Наша фирма осуществляет полный комплекс работ по выполнению электрических измерений. Среди них можно отметить и проверку коротким замыканием. При этом прайсы электролаборатории являются минимальными – они позволяют экономить огромное количество денег по сравнению с аналогичными предложениями других специалистов.

документации по электрике

Проверка кабеля на термическую стойкость, пример которой изложен выше, осуществляется с максимальным уровнем безопасности. Наши сотрудники регулярно проходят инструктаж по технике безопасности, что позволяет исключить нанесение ущерба людям и ценному оборудованию.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Требования СО 153-34.21.122-2003

Вопросы экранирования с целью защиты от вторичного воздействия молнии рассмотрены в СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций». Этот документ рекомендует использовать, при наличии такой возможности, в качестве экрана металлическую арматуру здания.

Экранирование в электрических сетях

Арматура железобетонного здания обладает свойством экранирования

При электрическом соединении элементов арматуры друг с другом объекта получается «клетка Фарадея». Она защищает от электромагнитных воздействий удара молнии оборудование внутри здания. Арматура, согласно инструкции, должна быть соединена с системой молниезащиты здания.

В том случае, когда внутри защищаемого пространства имеются экранированные кабели, их экраны соединяются с системой молниезащиты на обоих концах и на границах зон. При прокладке кабелей между зданиями, если экран кабеля выдерживает ток молнии, дополнительное внешнее экранирование не требуется. Иначе для защиты кабеля рекомендуется размещать его в металлической трубе или экранированном коробе. Внешний экран или собственный экран кабеля на обоих концах соединяют электрически с общими заземляющими шинами зданий.

Пример выбора сечения кабеля 10кВ

Выбор кабелей 10 кВ немного отличается от выбора кабелей 0,4 кВ. Здесь есть некоторые особенности, о которых нужно знать. Также хочу представить свою очередную вспомогательную программу, с которой выбор сечения кабелей 10 кВ станет проще.

Еще в далеком 2012 г у меня была статья: Как правильно выбрать сечение кабеля напряжением 6 (10) кВ? На тот момент я не владел теми знаниями, которые есть у меня сейчас, поэтому данная статья является дополнением.

Задача: выбрать кабель для питания трансформаторной подстанции 250 кВА. Расстояние от точки питания (РУ-10кВ, ТП проходного типа) до проектируемой КТП – 200 м. Объект в городской черте.

Первое, с чем необходимо определиться: тип кабеля.

Я решил применить кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Полезная информация из каталога:

Кабели марок ПвП, АПвП, ПвПу, АПвПу, ПвБП, АПвБП, в том числе с индексами «г», «2г», «гж» и «2гж» предназначены для эксплуатации при прокладке в земле независимо от степени коррозионной активности грунтов. Допускается прокладка этих кабелей на воздухе, в том числе в кабельных сооружениях, при условии обеспечения дополнительных мер противопожарной защиты, например, нанесения огнезащитных покрытий.

Прокладка одножильного кабеля в стальной трубе не допускается.

Кабели указанных марок с индексами «г», «2г», «гж» и «2гж» предназначены для прокладки в земле, а также в воде (в несудоходных водоемах) — при соблюдении мер, исключающих механические повреждения кабеля.

Кабели марок ПвПу, АПвПу, ПвБП, АПвБП, в том числе с индексами «г», «2г», «гж» и «2гж» предназначены для прокладки на сложных участках кабельных трасс, содержащих более 4 поворотов под углом свыше 30 градусов или прямолинейные участки с более чем 4 переходами в трубах длиной свыше 20 м или с более чем 2 трубными переходами длиной свыше 40 м.

Кабели марок ПвВ, АПвВ, ПвВнг-LS, АПвВнг-LS, ПвБВ, АПвБВ, ПвБВнг-LS, АПвБВнг-LS могут быть проложены в сухих грунтах (песок, песчано-глинистая и нормальная почва с влажностью менее 14%).

Кабели марок ПвВнг-LS, ПвБВнг-LS могут быть использованы для прокладки во взрывоопасных зонах классов В-I, B-Ia; кабели марок АПвВнг-LS,

АПвБВнг-LS – во взрывоопасных зонах В-Iб, В-Iг, B-II, B-IIa.

Кабели предназначены для прокладки на трассах без ограничения разности уровней.

Исходя из рекомендаций, выбор мой остановился на АПвБП. В этой статье не буду рассматривать стоимость различных марок кабелей.

Далее нам необходимо определиться с сечением кабеля.

Сечение кабеля 6 (10) кВ выбирают на основании расчетного тока линии, длины линии, тока трехфазного КЗ на шинах питания, времени срабатывания защиты, материала изоляции и жилы кабеля.

Основные проверки, которые нужно выполнить при выборе сечения кабеля 6 (10) кВ:

1 Проверка кабеля по длительно допустимому току.

2 Проверка кабеля по экономической плотности тока.

3 Проверка кабеля по термической устойчивости току трехфазного КЗ.

4 Проверка по потере напряжения (актуально для больших длин).

5 Проверка экрана кабеля на устойчивость току двухфазного КЗ (при наличии).

Для упрощения выбора сечения кабеля я сделал программу: расчет сечения кабеля 6 (10) кВ.

Внешний вид программы:

Программа для расчета сечения кабеля 6(10)кВ

Программа для расчета сечения кабеля 6 (10)кВ

Более подробно о программе и выборе сечения кабеля смотрите в видео:

Выбор сечения кабеля:

Изначально выбираем кабель по расчетному току: АПвБП- (3×35) 16. Расчетный ток в нашем примере всего около 15 А. По экономической плотности тока выходит и вовсе 10 мм2.

При проверке кабеля на термическую устойчивость минимальное сечение получается 29 мм2. Здесь стоит отметь, ток трехфазного КЗ я принял 10 кА, т.к. сейчас в отпуске и нет возможности запросить данное значение в РЭСе, а в ТУ не указано. Согласно ТУ необходимо предусмотреть КСО с выключателем нагрузки (для установки в подключаемой ТП). Выключатель нагрузки я применил с предохранителями типа ПКТ на 40 А.

Согласно время-токовой характеристике предохранителя ПКТ, время отключения составит не более 0,01 с. Я решил перестраховаться и принял время 0,1 с.

ВТХ ПКТ

ВТХ ПКТ

Для расчета потери напряжения можно использовать программу: расчет потери напряжения в трехфазных сетях с учетом индуктивного сопротивления. В моем случае нет смысла проверять кабель на потери напряжения.

Экран выбранного кабеля способен выдержать ток двухфазного КЗ.

На основании всех расчетов и с учетом того, что ток трехфазного КЗ мне пришлось принять самому я решил подстраховаться и выбираю кабель АПвБП- (3×50) 16, за что от вас получу справедливую критику =) Попытаюсь запросить дополнительную информацию в РЭСе и сделаю новый расчет, который с этой программой займет пару минут.

Скачать статью: Особенности расчетов электрокабелей высокого напряжения.

На подготовку данного материала у меня ушло около двух дней. Но, с этими знаниями вы сможете сделать подобную программу значительно быстрее.

P.S. Условия получения всех программ смотрите на странице МОИ ПРОГРАММЫ.

Советую почитать:

Розетки и выключатели (BYLECTRICA)

Неметаллические трубы для прокладки кабелей в земле

Выбор метода расчета освещения

Автоматический выключатель с регулируемыми расцепителями

Экранирование для защиты оборудования и персонала

На понизительных станциях и открытых распределительных устройствах, находящихся под напряжением 300 кВ и выше, уровень электромагнитного излучения от оборудования опасен для обслуживающего персонала. В связи с этим применяются защитные меры в виде металлических сеток, магнитных экранов из материалов с высокой магнитной проницаемостью и т. п. Соответствующие рекомендации приведены в п. 4.2 ПУЭ-7.

В современной электроэнергетике широко применяются разнообразные устройства связи. В частности, цифровизация энергетики без них невозможна.

Электроэнергетическое оборудование и линии электропередач является источником широкополосных помех. Для нормальной работы систем связи, установленных на подстанциях, необходимо обеспечить надежное экранирование слаботочного оборудования. С этой целью аппаратуру связи устанавливают в металлические шкафы, подключенные к общему контуру заземления объекта. Поскольку на работу средств связи могут оказывать влияние даже помехи с длиной волны порядка нескольких сантиметров, конструкция шкафа не должна иметь в себе крупных отверстий. При необходимости контролировать работу оборудования связи через смотровое окно, применяется экранирование окна токопроводящей сеткой, либо установка в окно токопроводящего стекла. Указанные элементы должны иметь электрическое соединение со шкафом.

Экранирование средств связи в электроэнергетике регламентируется семейством стандартов ГОСТ МЭК 6100, а также стандартами организаций. Данное экранирование должно защищать аппаратуру связи от составляющих спектра выше 9 кГц, т. е. относится к категории высокочастотного экранирования. Для высоких частот металлический экран может быть тонким, но важна его высокая проводимость.

Выводы

Как мы видим, экранирование применительно к электроэнергетике, представляет собой многообразное явление. Применение его требует высокой квалификации проектировщиков. Например, неправильно спроектированное заземление экрана может привести не к повышению, а, наоборот, к снижению устойчивости энергосистемы к ударам молнии. Вот почему вопросы использования экранов в проекте лучше поручить опытным профессионалам, например, специалистам технического центра ZANDZ.com.

Смотрите также: Новостная SMS-рассылка ZANDZ

5. Справочник по основным параметрам и типам огран…

Ссылка на основную публикацию