Pagsusuri ng mga Di-normal na Dahilan ng Grounding Circulation ng High-Voltage Cable at mga Tipikal na Kaso

I. Pagpapakilala sa Grounding Loop Current ng Cable

Ang mga cable na may rating na 110 kV pataas ay gumagamit ng single-core structure. Ang alternating magnetic field na ginawa ng operating current ay nag-iinduce ng voltage sa metallic sheath. Kung ang sheath ay nagsusulong ng isang saradong circuit sa pamamagitan ng lupa, ang grounding loop current ay sasabog sa metallic sheath. Ang sobrang grounding loop current (loop current na lumampas sa 50 A, higit sa 20% ng load current, o ratio ng maximum-to-minimum phase current na mas malaki sa 3) hindi lamang nakakaapekto sa ampacity at serbisyo buhay ng cable, ngunit ang matinding init mula sa current ay maaaring sunugin ang mga grounding wires o grounding boxes. Ang pagkawalang-kilos upang i-rectify ang ganitong mga isyu ay maaaring mag-trigger ng seryosong power grid accidents.

II. Mga Factor na Nakakaapekto sa Grounding Loop Current ng Cable

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

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

• Grounding ResistanceKapag tumaas ang sum ng grounding resistance at earth return path resistance, ang grounding loop current sa bawat phase ay bumababa. Ngunit, ang sobrang mataas na grounding resistance ay maaaring magresulta sa mahinang contact sa grounding point, na nagiging sanhi ng init at power losses.

• Paraan ng Grounding ng CableUpang limitahan ang induced voltage sa metallic sheath ng cable, karaniwang gumagamit ang high-voltage cables ng mga paraan ng grounding 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 lumilipas sa metallic sheaths ng A, B, at C phase high-voltage cables, respectively; ang Ie ay ang current na lumilipas sa earth return path; ang Rd ay ang katumbas na resistance ng earth return path, at ang Rd1 at Rd2 ay ang grounding resistances sa parehong dulo ng cable sheath. Sa normal na sitwasyon, ang operating currents ng tatlong-phase cables ay maaaring ituring na pantay ang laki. Sa pamamagitan ng paggamit ng phase difference sa pagitan ng tatlong-phase currents, ang induced voltages sa loob ng complete cross-bonded section ng metallic sheaths ay maaaring kanselahin, na nagreresulta sa layuning bawasan ang grounding loop current.

(1) Habang Segmento ng Cable, Paraan ng Pagsasaayos, at Phase Spacing

Ang mga cable ay karaniwang gumagamit ng cross-bonding grounding method upang bawasan ang grounding loop current. Sa engineering practice para sa cable duct installations, common ang mga individual segments ng sheath cross-bonding na may iba't ibang haba at iba't ibang paraan ng pagsasaayos. 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 nasa 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 segment ng cable at horizontal o vertical arrangement (na nagbibigay ng mas mataas na induced voltage) para sa mas maikling segment ay tumutulong sa pagbawas ng overall induced voltage sa mas mahabang segments. Sa pamamagitan ng tamang pagpili ng paraan ng pagsasaayos para sa bawat sub-segment, maaaring balansehin ang voltage imbalance dahil sa pagkakaiba-iba ng haba ng cable, na nagreresulta sa pagbawas ng sheath loop current.

III. Analisis ng Abnormal Cable Grounding Loop Current

Ang transposition failure ay magdudulot ng pagkawala ng isang current vector sa isang direksyon, na nagreresulta sa significant na pagtaas ng sheath grounding current, na maaaring magresulta sa operational faults. Sa iba't ibang transposition failure scenarios, ang laki at phase ng tatlong-phase currents ay may malaking pagkakaiba. Ang transposition failure ay karaniwang characterized ng dalawang phases na may relatively similar na grounding currents, samantalang ang current sa isa pang phase ay significantly mas maliit—karaniwang humigit-kumulang na kalahati ng pinakamaliit na grounding current sa ibang dalawang phases.

(1) Pagpasok 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 ay nagbibigay ng direktang grounding path para sa current. Tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba, ang direktang ground ay nangyayari sa punto a, b, o c.

Ang matagal na pag-ulan ay maaaring magresulta sa matagal na pag-accumulate ng tubig sa cable trench cross-bonding boxes. Lalo na kapag parehong boxes ay nabaha, ang grounding current ay madaling umabot sa daang-ampere, na nagdudulot ng biglaang pagtaas ng sheath current at mabilis na pagtaas ng temperatura ng cable. Kapag isang box lang ang nabaha, ang tatlong-phase currents sa affected loop ay nagpapakita ng maliit na pagkakaiba at tumataas ng humigit-kumulang 2.5 beses kumpara sa normal, non-fault conditions.

(2) Breakage ng Coaxial Cable

Ang mga linya na gumagamit ng cross-bonding grounding ay karaniwang mas mahaba kaysa 1 km. Kung ang coaxial cable ay natuklasan, ang voltage na higit sa isang daang volts ay maaaring mabuo sa break point, na nagbabanta sa linya. Ito rin ay nagpapahinto sa associated metallic sheaths mula sa pagkakabuo ng saradong loop, na nagpapahinto sa loop current mula sa paglipad sa sheath.

IV. Mga Typical Case Studies ng Abnormal Cable Grounding Loop Current

Isang 110 kV line ay isang hybrid overhead-cable line. Ang modelo ng cable ay YJLW03-64/110-1×800 mm². Ang linya ay incommission 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 ang external transmission tower. Ang Boxes #1 at #2 ay cross-bonding boxes, samantalang ang lahat ng ibang puntos ay directly grounded. Ang measured grounding loop current results ay ipinapakita sa talahanayan 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 maximum to minimum 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 lahat severely exceed ang requirements na nasa regulations. Bukod dito, ang ratio ng maximum to minimum single-phase grounding loop current (37.6/9.7 = 3.88) ay din mas mataas sa 3.

Batay sa analisis ng measured grounding loop current data sa talahanayan 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 tatlong-phase grounding loop currents ay lumilipas sa sumusunod na mga ruta: ang A-phase grounding loop current ay hindi lumilipas sa B-phase armor, ang B-phase grounding loop current ay hindi lumilipas sa C-phase armor, at ang C-phase grounding loop current ay hindi lumilipas sa A-phase armor, tulad ng ipinapakita sa larawan at talahanayan sa ibaba.

Ang on-site inspection ay nagpakita 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 larawan sa ibaba, respectively:

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

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