ПРИМЕНЕНИЕ ТРАНСПОЗИЦИИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ И СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ В КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ

В настоящее время большинство кабельных линий выполняются однофазными кабелями, имеющие металлические экраны.

При эксплуатации однофазных кабелей существенной проблемой является наличие токов в экранах кабелей, которые по своим значениям сопоставимы с величиной тока жилы кабеля, т. е. достигает десятки и сотни ампер.

Большая токовая нагрузка кабельной линии приводит к необхо­димости использовать в конструкции кабеля металлического экрана. Основным назначением металлического экрана является обеспечение равномерности электрического поля, образованного током в жиле и экране кабеля при заземлении кабельной линии более чем в одной точке. Транспозиция выполняется именно для экранов, а не для самих кабелей с целью снижения негативного воздействия токов на изоляцию кабеля.

Транспозиция кабельной линии предусматривает использование на протяжении кабельной линии специальных соединительных муфт с возможностью вывода экрана кабеля, а также коробок транспозиции, при этом положение самих кабелей не меняется. Использование транспозиции снизит величину тока в экранах. Однако, выполнение такого заземления, по причине установки транспозиционных муфт и коробок транспозиции, а также привлечения дополнительного обслужи­вающего персонала, увеличит затраты на сооружение кабельной линии.

Наличие медных экранов в конструкции однофазных кабелей приводит к необходимости анализа токов и напряжений в этих экранах.

В данной статье рассматривается область возможного применения транспозиции экранов кабелей.

В случае применения одного полного цикла транспозиции (разделение КЛ на 3 участка приблизительно равной длины), рис. 1, получается, что экраны перестают принадлежать одной конкретной фазе кабеля, а становятся общими для всех трех фаз.

Для любой точки, принадлежащей среднему участку, напряжение на экране относительно земли можно найти одним из двух способов [1, с. 27]:

• сложив всю ЭДС первого участка и часть ЭДС среднего участка, которая наведена между первым узлом транспозиции и рассматриваемой точкой;
• сложив всю ЭДС третьего участка и часть ЭДС среднего участка, которая наведена между вторым узлом транспозиции и рассматриваемой точкой, рис. 1. На рис. 1, в показано распределение напряжения на экране кабельной линии при использовании полного цикла транспозиции.

а; б

в

Рисунок 1. Схема соединения экранов группы их трех однофазных кабелей при полном цикле транспозиции: а – один полный цикл транспозиции экранов однофазных кабелей; б – распределение токов и ЭДС в жилах кабеля; в – распределение напряжения на экране относительно земли

На рис. 2, а показана схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей, когда применено два полных цикла транспозиции.

а

б

Рисунок 2. Схема соединения экранов группы их трех однофазных кабелей при двух полных циклах транспозиции: а – циклы транспозиции экранов однофазных кабелей; б – распределение напряжения на экране относительно земли

На рис. 3 показана схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей, когда применено два полных цикла транспозиции с заземлением средней точки экранов.

Рисунок 3. Схема соединения экранов группы их трех однофазных кабелей при двух полных циклах транспозиции, средняя точка экранов защемлена

Транспозиция применяется при двухстороннем заземлении кабельной линии. По длине кабельной линии выполняется перекрестное соединение экранов разных фаз кабелей. В этом случае токи, протекаю­щие по экрану, будут иметь небольшую величину, но при этом наводится напряжение между экраном и землей. Максимальное напряжение наводится в местах установки устройств транспозиции кабеля.

По условиям ограничения напряжения в узлах транспозиции Uэ, воздействующего в различных режимах на оболочку кабеля, может потребоваться увеличение числа полных циклов транспози­ции [1, с. 28]. Выбор числа циклов транспозиции N производится исходя из обеспечения условия:

U_э/ N ≤ U_э ^доп,                                                    (1)

где:   U_э ^доп – допустимое напряжение промышленной частоты для изоляции экрана кабеля, В;

N – число циклов транспозиции.

На основании статистических данных распределительных сетей Москвы проведем расчет напряжения, наведенного на экране в узлах транспозиции для кабелей двух напряжений 110 и 220 кВ. Расчет выполнен для двух режимов работы кабельной линии: нормального режима (обеспечения требуемой пропускной способности кабельной линии) и режима КЗ (обеспечения пропускной способности кабельной линии при возрастании тока вследствие КЗ).

Схема участка кабельной линии 110 кВ приведена на рис. 4. В табл. 1 приведены результаты расчета участков линии. Расчет выполнен для марки кабеля ПвПу2г-1х200(гж)/265(ов)-64/110. Общая длина кабельной линии 7202 м.

Рисунок 4. Схема участков транспозиции кабельной линии 110 кВ

Таблица 1.

Результаты расчета напряжения, наведенного на экранах КЛ 110 кВ

Аналогичные расчеты приведем для КЛ 220 кВ.

Схема участка кабельной линии 220 кВ приведена на рис. 5. В табл. 2 приведены результаты расчета участков линии. Расчет выполнен для марки кабеля ПвПу2г-1х800(гж)/265(ов)-127/220. Общая длина кабельной линии 6997 м.

Рисунок 5. Схема участков транспозиции кабельной линии 220 кВ

Таблица 2.

Результаты расчета напряжения, наведенного на экранах для КЛ 220 кВ

По результатам проведенного анализа и расчетов на основе статистических данных можно сделать следующие выводы:

1. Эффективность применения транспозиции экранов для кабельных линий определяется величиной наведенных напряжений в узлах транспозиции.
2. Обеспечение требуемой пропускной способности кабельной линии, а также ее повышение можно достичь путем применения транспозиции экранов. Применение одной транспозиционной муфты и коробки транспозиции, размещенной в середине трассы кабельной линии, снижает потери передаваемой мощности в 4 раза.
3. Величина наведенных напряжений зависит от длины линии: чем длиннее кабельная линия, тем выше наведенное напряжение.
4. По условиям наведенного на экранах напряжения промышленной частоты, пропорционального длине кабельной линии, рекомендуется применять транспозицию экранов при длине кабеля более 700 м.
5. Необходимость увеличения числа циклов транспозиции более одного обосновывается расчетами в узлах транспозиции наведенного напряжения в экранах кабельной линии относительно земли.

Список литературы:

1. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 152 с.