Magasfeszültségű kábel talajkapcsolásának hibaelméleti elemzése és tipikus esetek
I. A kábel földelő hurokáramának bemutatása
A 110 kV és annál nagyobb erősségű kábelek egy magos szerkezetet használnak. Az üzemelő áram által generált váltó mágneses mező feszültséget indukál a fémes burkolóra. Ha a burkoló zárt áramkört alkot a földdel, akkor a fémes burkolón keresztül fog áramazni a földelő hurokáram. A túlzott földelő hurokáram (ami 50 A-nál nagyobb, a terhelési áramnál 20%-kal nagyobb, vagy a legnagyobb és a legkisebb fázisáram aránya 3-nál nagyobb) nem csak a kábel átvezető képességét és élettartamát befolyásolja, de a jelentős melegedéstől az áramkötegek vagy a földelő dobozok elégíthetik ki. Ha ezeket a problémákat nem orvosolják meg időben, súlyos hálózati baleseteket is kiváltani tudnak.
II. A kábel földelő hurokáramát befolyásoló tényezők
A kábel földelő hurokáramát befolyásoló fő tényezők a következők:
A kábel kapcsolódási ellenállásaRossz varázslás vagy rossz csatlakozás, ami növeli az egyik fázisban a kapcsolódási ellenállást, jelentősen csökkenti az adott fázisban a földelő hurokáramot. Ugyanakkor a másik két fázisban az áram nem feltétlenül csökken. Az ellenállás növekedése mellett a teljes földelő áram sem feltétlenül csökken.
A földelő ellenállásAhogy a földelő ellenállás és a földvisszavezető ellenállás összege növekszik, minden fázisban a földelő hurokáram csökken. Ugyanakkor a túl magas földelő ellenállás rossz kapcsolatot okozhat a földelő ponton, ami melegedést és energia elvesztést eredményezhet.
A kábel földelő módszereA kábel fémes burkolójának indukált feszültség korlátozásához a magfeszültségű kábelek tipikusan egypontos, kétvégű vagy kereszteződő földelést használnak a burkolóhoz vagy képernyőhöz. Hosszabb magfeszültségű kábelvonalak esetén a kereszteződő módszer hatékonyan korlátozza a földelő hurokáramot.
Ebben Ia, Ib és Ic a A, B és C fázis magfeszültségű kábelek fémes burkolóján áthaladó áramértékek, Ie a földvisszavezető úton áthaladó áram, Rd a földvisszavezető út ekvivalens ellenállása, és Rd1 és Rd2 a kábel burkoló végpontjainak földelő ellenállása. Normál esetben a háromfázisú kábelek üzemelő áramait azonos méretnek tekinthetjük. A háromfázisú áramok fáziskülönbségének felhasználásával a teljes kereszteződő szakaszban a fémes burkolókon indukált feszültségeket kiejthetjük, így csökkentve a földelő hurokáramot.
(1) Kábel szakaszok hossza, kábel elrendezési módja és fázis távolsága
A kábeleknél általában kereszteződő földelést alkalmaznak a földelő hurokáram csökkentése érdekében. A kábelcsöves telepítések gyakorlatában a burkoló kereszteződésének egyes szegmensei különböző hosszúságúak és különböző elrendezési konfigurációkba rendezhetők. Ugyanazon vezető áram mellett a vízszintesen vagy függőlegesen elrendezett kábelek fémes burkolóján indukált feszültség egységnyi hosszon magasabb, mint a jobboldali háromszög alakú elrendezésben. Ezért a különböző hosszúságú szegmensekben a hosszabb szakaszokhoz a háromszög alakú elrendezést (ami alacsonyabb indukált feszültséget eredményez) használva, a rövidebb szakaszokhoz pedig a vízszintes vagy függőleges elrendezést (ami magasabb indukált feszültséget eredményez) alkalmazva, a hosszabb szakaszokban a teljes indukált feszültséget csökkenthetjük. A szubszegmensek megfelelő elrendezésével kiegyenlíthetjük a kábel hosszának különbségekből adódó feszültség egyensúlytalanságát, így csökkentve a burkoló hurokáramot.
III. A rendellenes kábel földelő hurokáram elemzése
A transzpozíciós hiba egy irányban jelentős áramvektor elvesztését eredményezi, ami jelentősen növeli a burkoló földelő áramát, ami végső soron operációs hibákat okozhat. Különböző transzpozíciós hiba esetekben a háromfázisú áramok mérete és fázisa jelentősen eltér. A transzpozíciós hiba általában két fázisban hasonló földelő áramot, míg a harmadik fázisban jelentősen kisebb áramot mutat—általában a másik két fázisban a legkisebb földelő áramnak körülbelül a fele.
(1) Víz bekerülése a dobozba
Amikor víz kerül a kereszteződő csatlakoztatási dobozba, a dobozban lévő víz alacsony földelő ellenállást hoz létre, és a belső és külső víz közötti kapcsolat hatékonyan egy közvetlen földelő utat biztosít az áram számára. Látható a következő ábrán, hogy közvetlen földelő történik a, b vagy c pontban.
A hosszú ideig tartó eső miatt a kábelcsöves kereszteződő dobozokban hosszú távon víz gyűlhet. Különösen akkor, ha mindkét doboz árad, a földelő áram könnyen elérheti a száz amperes értékeket, ami hirtelen növeli a burkoló áramát és gyorsan emeli a kábel belső hőmérsékletét. Ha csak egy doboz árad, a sérült hurokban a háromfázisú áramok kis különbségeket mutatnak, és körülbelül 2,5-szer növekednek a normál, nem hibás állapotokhoz képest.
(2) Koaxiális kábel törése
A kereszteződő földelést használó vonalak általában 1 km-nél hosszabbak. Ha a koaxiális kábel tör, a törés helyén több száz voltos feszültség keletkezhet, ami jelentős fenyegetést jelent a vonal számára. Ezenkívül megakadályozza, hogy a hozzá tartozó fémes burkolók zárt hurokot formáljanak, így megakadályozva a burkoló hurokáram folyását.
IV. Rendellenes kábel földelő hurokáram tipikus esetei
Egy adott 110 kV vonal egy vegyes feszültségű légitárs- és kábelvonal. A kábel modellje YJLW03-64/110-1×800 mm². A vonal 2014. szeptemberében lett beüzemelve, és körülbelül 1220 méter hosszú. 2016. december 27-én a kábel földelő rendszert módosították kereszteződő földelési módszerre. A teljes kereszteződő szakasz a telephely, a #1 doboz, a #2 doboz és a külső továbbítótorony között található. A #1 és a #2 doboz kereszteződő dobozok, míg az összes többi pont közvetlenül van földre kötve. A mérési földelő hurokáram eredményei a következő táblázatban láthatók:
A Q/GDW 11316 "Erőmű kábelvonal tesztelési előírásai" 5.2.3. bekezdése szerint: a földelő hurokáram és a terhelési áram aránya kisebb kell, hogy legyen 20%-nál; a legnagyobb és a legkisebb egyfázisú földelő hurokáram aránya kisebb kell, hogy legyen 3-nál. Amikor a terhelési áram 57,8 A, a A, B és C fázis burkolóáramai a telephely közvetlen földelő dobozában, a #1 és a #2 dobozban jelentősen meghaladják a rendelkezésekben meghatározott követelményeket. Továbbá a legnagyobb és a legkisebb egyfázisú földelő hurokáram aránya (37,6/9,7 = 3,88) is nagyobb, mint 3.
A fenti táblázatban megjelenő mérési földelő hurokáram adatok elemzése alapján: a #1 manhole A-fázis földelő hurokárama 38,2 A, ami a #2 manhole C-fázis földelő hurokáramának 37,6 A-jának felel meg; a #1 manhole B-fázis földelő hurokárama 28,5 A, ami a #2 manhole A-fázis földelő hurokáramának 32,7 A-jának felel meg; a #1 manhole C-fázis földelő hurokárama 10,2 A, ami a #2 manhole B-fázis földelő hurokáramának 9,7 A-jának felel meg. A háromfázisú földelő hurokáramok a következő útvonalakon haladnak: az A-fázis földelő hurokárama nem halad át a B-fázis páncélján, a B-fázis földelő hurokárama nem halad át a C-fázis páncélján, a C-fázis földelő hurokárama nem halad át az A-fázis páncélján, ahogy az alábbi ábra és táblázatban látható.
A helyszíni ellenőrzés során kiderült, hogy a #1 kábel karbantartási manhole földelő dobozának belső kereszteződő konfigurációja "ABC to BCA", a fázis sorrendje A, B, C. A #2 manhole földelő dobozának belső kereszteződő konfigurációja "ABC to CAB", ugyancsak A, B, C fázis sorrenddel. A kábel burkolóvédelmi elemeken vagy izoláló részeiken nem találhatók nedvesség vagy égés jelei. Ezek a következő ábrákon láthatók:
Tehát ezen 110 kV XX vonal kábel szakaszának rendellenes földelő hurokáramának oka a kereszteződő dobozok belső rézbuszkapcsolódásának helytelen hozzáállítása, ami megakadályozta a kábel külső burkolóinak valódi kereszteződését. Ez eredményezte a helyi kereszteződő szakaszban a túlzott földelő hurokáramot.
A kapcsolódási konfiguráció javítása után a kábel földelő hurokárama megfelel a Q/GDW 11316-2014 "Erőmű kábelvonal tesztelési előírásai" követelményeinek.
