Analisis sa mga Dili Normal nga mga Dahon sa Grounding Circulation sa High-Voltage Cable ug mga Típicong Kasagaran

I. Pagpahayag sa Cable Grounding Loop Current

Ang mga kable na may rating na 110 kV o mas taas gamit ang isang single-core structure. Ang alternating magnetic field na gawa ng operating current ay nag-iinduk ng voltage sa metallic sheath. Kung ang sheath ay nagsusulputan ng saradong circuit sa pamamagitan ng lupa, magbabago ang grounding loop current sa metallic sheath. Ang labis na grounding loop current (loop current na lumampas sa 50 A, higit sa 20% ng load current, o ratio ng pinakamataas sa pinakamababang phase current na mas malaki sa 3) hindi lamang nakakaapekto sa cable ampacity at serbisyo ng buhay, ngunit maaari ring mag-cause ng matinding init na maaaring sunugin ang grounding wires o grounding boxes. Ang pagkakaroon ng hindi maagap na solusyon sa ganitong problema maaaring mag-trigger ng seryosong power grid accident.

II. Mga Factor na Nakakaapekto sa Cable Grounding Loop Current

Ang pangunahing mga factor na nakakaapekto sa cable grounding loop current ay sumusunod:

• Contact Resistance ng CableMahihirap na welding o masamang koneksyon na nagdudulot ng pagtaas ng contact resistance sa isang phase ay makakapababa ng significant ang grounding loop current sa phase na iyon. Gayunpaman, ang loop currents sa iba pang dalawang phases hindi kinakailangan mababawasan nang proporsyonal. Habang tumaas ang resistance, ang kabuuang grounding current hindi kinakailangan mababawasan din.

• Grounding ResistanceKapag tumaas ang suma ng grounding resistance at earth return path resistance, mababawasan ang grounding loop current sa bawat phase. Gayunpaman, ang labis na mataas na grounding resistance maaaring mag-cause ng mahinang contact sa grounding point, na nagreresulta sa init at pagkawala ng enerhiya.

• Cable Grounding MethodUpang limitahan ang induced voltage sa metallic sheath ng cable, ang high-voltage cables karaniwang gumagamit ng mga grounding methods tulad ng single-point grounding, both-ends grounding, o cross-bonding para sa sheath o screen. Para sa mas mahabang high-voltage cable lines, ang cross-bonding method ay epektibo sa pag-limit ng grounding loop current.

Sa mga ito, ang Ia, Ib, at Ic ay ang mga halaga ng current na tumatakbong sa metallic sheaths ng A, B, at C phase high-voltage cables, respectively; ang Ie ay ang current na tumatakbong sa earth return path; ang Rd ay ang equivalent resistance ng earth return path, at ang Rd1 at Rd2 ay ang grounding resistances sa parehong dulo ng cable sheath. Sa normal na kondisyon, ang operating currents ng three-phase cables maaaring ituring na pantay sa magnitude. Sa pamamagitan ng paggamit ng phase difference sa pagitan ng three-phase currents, maaaring kanselahin ang induced voltages sa metallic sheaths sa loob ng complete cross-bonded section, na nagpapatupad ng layuning pababain ang grounding loop current.

(1) Cable Segment Lengths, Cable Arrangement Methods, at Phase Spacing

Ang mga kable karaniwang gumagamit ng cross-bonding grounding method upang mabawasan ang grounding loop current. Sa engineering practice para sa cable duct installations, karaniwan ang mga individual segments ng sheath cross-bonding na may iba't ibang lengths at arrangement configurations. Sa parehong conductor current, ang induced voltage sa metallic sheath para sa horizontally o vertically arranged cables per unit length ay mas mataas kaysa sa cables na arranged sa right-triangular configuration. Kaya, sa unequal-length segmented cables, ang paggamit ng triangular arrangement (na nagbibigay ng mas mababang induced voltage) para sa mas mahabang cable sections at horizontal o vertical arrangement (na nagbibigay ng mas mataas na induced voltage) para sa mas maikling sections, nakakatulong sa pagbawas ng overall induced voltage sa mas mahabang segments. Sa pamamagitan ng tamang pagpili ng arrangement para sa bawat sub-segment, maaaring balansehin ang voltage imbalance dahil sa pagkakaiba ng cable length, na nagreresulta sa pagbawas ng sheath loop current.

III. Analisis ng Abnormal Cable Grounding Loop Current

Ang isang transposition failure magresulta sa pagkawala ng isang current vector sa isang direksyon, na nagdudulot ng significant na pagtaas ng sheath grounding current, na maaaring magresulta sa operational faults. Sa iba't ibang transposition failure scenarios, ang magnitudes at phases ng three-phase currents ay malayo-layo. Ang isang transposition failure karaniwang characterized ng dalawang phases na may relatyibong katulad na grounding currents, habang ang current sa ibang phase ay significantly mas maliit—karaniwang humigit-kumulang na kalahati ng pinakamaliit na grounding current sa ibang dalawang phases.

(1) Pumasok ng Tubig sa Box

Kapag pumasok ang tubig sa cross-bonding joint box, ang tubig sa loob ay nagbibigay ng mababang grounding resistance, at ang koneksyon sa pagitan ng internal at external water effectively nagbibigay ng direct grounding path para sa current. Tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba, ang direct ground ay nangyayari sa punto a, b, o c.

Ang matagal na ulan maaaring mag-cause ng matagal na pag-accumulate ng tubig sa cable trench cross-bonding boxes. Lalo na kapag parehong boxes ay napuno ng tubig, ang grounding current maaaring madaling umabot sa daang-aming amperes, na nagdudulot ng biglaang pagtaas ng sheath current at mabilis na pagtaas ng temperatura ng cable. Kapag isa lang ang box na napuno ng tubig, ang three-phase currents sa affected loop ay nagpapakita ng kaunting pagkakaiba at tumataas ng humigit-kumulang 2.5 beses kumpara sa normal, non-fault conditions.

(2) Coaxial Cable Breakage

Ang mga line na gumagamit ng cross-bonding grounding karaniwang mas mahaba kaysa 1 km. Kung ang coaxial cable ay bumigay, maaaring mabuo ang voltage na higit sa isang daang volts sa break point, na nagbibigay ng malaking banta sa line. Ito rin ay nagpipigil sa associated metallic sheaths na mabuo ang closed loop, na nagpapahinto sa loop current na tumakbo sa sheath.

IV. Typical Case Studies ng Abnormal Cable Grounding Loop Current

Isang 110 kV line ay isang hybrid overhead-cable line. Ang model ng cable ay YJLW03-64/110-1×800 mm². Ang line ay commissioned noong Setyembre 2014 at humigit-kumulang 1220 meters ang haba. Noong Disyembre 27, 2016, ang cable grounding system ay binago upang gumamit ng cross-bonding grounding method. Ang complete cross-bonded section ay binubuo ng substation, Box #1, Box #2, at external transmission tower. Ang Boxes #1 at #2 ay cross-bonding boxes, habang ang lahat ng ibang puntos ay directly grounded. Ang measured grounding loop current results ay ipinapakita sa table sa ibaba:

Ayon sa clause 5.2.3 ng Q/GDW 11316 "Power Cable Line Test Regulations": ang ratio ng grounding loop current sa load current ay dapat mas mababa sa 20%; ang ratio ng pinakamataas sa pinakamababang single-phase grounding loop current ay dapat mas mababa sa 3. Kapag ang load current ay 57.8 A, ang sheath currents ng phases A, B, at C sa station's direct grounding box, Box #1, at Box #2 ay lubhang lumampas sa requirements na inilaan sa regulations. Bukod dito, ang ratio ng pinakamataas sa pinakamababang single-phase grounding loop current (37.6/9.7 = 3.88) ay mas malaki din sa 3.

Batay sa analisis ng measured grounding loop current data sa table sa itaas: ang A-phase grounding loop current sa Manhole #1 ay 38.2 A, na tumutugon sa C-phase grounding loop current na 37.6 A sa Manhole #2; ang B-phase grounding loop current sa Manhole #1 ay 28.5 A, na tumutugon sa A-phase grounding loop current na 32.7 A sa Manhole #2; ang C-phase grounding loop current sa Manhole #1 ay 10.2 A, na tumutugon sa B-phase grounding loop current na 9.7 A sa Manhole #2. Ang three-phase grounding loop currents ay tumatakbong sa sumusunod na paths: ang A-phase grounding loop current hindi tumatakbong sa B-phase armor, ang B-phase grounding loop current hindi tumatakbong sa C-phase armor, at ang C-phase grounding loop current hindi tumatakbong sa A-phase armor, tulad ng ipinapakita sa figure at table sa ibaba.

Sa on-site inspection, natuklasan na ang internal cross-bonding configuration sa grounding box ng Cable Maintenance Manhole #1 ay "ABC to BCA", na may phase sequence A, B, C. Ang internal cross-bonding configuration sa grounding box ng Manhole #2 ay "ABC to CAB", na may phase sequence A, B, C. Walang signs ng moisture o burn damage sa cable sheath protectors o insulating components. Ito ay ipinapakita sa mga figure sa ibaba, respectively:

Kaya, ang sanhi ng abnormal grounding loop current sa 110 kV XX line cable section ay maliang wiring ng copper busbars sa loob ng cross-bonding boxes, na nagprevented sa cable outer sheaths na makamit ang actual cross-bonding. Ito ang nagresulta sa labis na grounding loop current sa local cross-bonded section.

Pagkatapos i-correct ang wiring configuration, ang cable's grounding loop current ay sumasabay sa requirements ng Q/GDW 11316-2014 "Power Cable Line Test Regulations".