Анализа на аномални причини за земјиштето на високонапонските кабели и типични случаи

I. Вовед во ток на земјање на кабел

Кабели со напон од 110 кВ и повисоко користат јадерна структура. Променливото магнетно поле генерирано од работниот ток индуцира напон во металната обвивка. Ако обвивката формира затворена колона преку земјата, ток на земјање ќе текне по металната обвивка. Ток на земјање што е премногу (ток над 50 А, повеќе од 20% од токот на оптера, или однос на максимален-минимален фазен ток поголем од 3) не само влијае на капацитетот на проводност и временската трајност на кабела, туку и силен нагрев од токот може да изгори жички за земјање или кутии за земјање. Неодмахнува исправување на такви проблеми може да спровокира сериозни акциденти во мрежата за енергија.

II. Фактори кои влијаат на токот на земјање на кабел

Главните фактори кои влијаат на токот на земјање на кабел се следниве:

• Контактна резистенција на кабелЛошо сварување или лоши врски кои зголемуваат контактната резистенција во една фаза значително ја намалуваат токот на земјање во тој фаза. Меѓетим, токовите во другите две фази не мораат непреминливо да се намалат. Како резистенцијата се зголемува, тоталниот ток на земјање не мора непреминливо да се намали.

• Резистенција на земјањеСо зголемување на збирот од резистенцијата на земјање и резистенцијата на патот на враќање преку земјата, токот на земјање во секоја фаза се намалува. Меѓетим, прекумерно висока резистенција на земјање може да предизвика лош контакт на точката на земјање, што доведува до нагрев и губиток на енергија.

• Метод на земјање на кабелЗа ограничување на индуцираните напони во металната обвивка, високонапонските кабели обично користат методи на земјање како едно-точковно земјање, земјање на двете крајни точки, или крстосно поврзување на обвивката или екранот. За подолги високонапонски кабелски линии, методот на крстосно поврзување е ефективен за ограничување на токот на земјање.

Од овие, Ia, Ib, и Ic се вредностите на токот кои текнуваат низ металните обвивки на фазите A, B, и C на високонапонскиот кабел, соодветно; Ie е токот кој текнува низ патот на враќање преку земјата; Rd е еквивалентната резистенција на патот на враќање, а Rd1 и Rd2 се резистенциите на земјање на двете крајни точки на обвивката на кабелот. Под нормални услови, работните токови на трифазните кабели можат да се претпостават еднакви по големина. Со користење на фазната разлика помеѓу трифазните токови, индуцираните напони во металните обвивки во целосна секција со крстосно поврзување можат да се откажат, со што се постигнува целта на намалување на токот на земјање.

(1) Должини на делови на кабел, методи на распоред и размак помеѓу фази

Кабелите обично користат метод на крстосно поврзување за земјање за намалување на токот на земјање. Во инженерската практика за инсталација на кабелски канал, е заобичаено деловите на крстосното поврзување на обвивката да имаат различни должини и различни конфигурации. Под ист ток на проводник, индуцираниот напон во металната обвивка за хоризонтално или вертикално распоредени кабели по единица должина е поголем од онаа за кабели распоредени во прав триаголник. Затоа, во неравни делови на кабел, користењето на триаголна распоредба (која произведува помал индуциран напон) за подолги делови на кабел и хоризонтална или вертикална распоредба (која произведува поголем индуциран напон) за пократки делови помага за намалување на целосниот индуциран напон во подолгите делови. Со одговарајучо избирање на распоредбата за секој поддел, може да се балансира напонската несходимост предизвикана од разликите во должината на кабелот, со што се намалува токот на земјање на обвивката.

III. Анализа на аномален ток на земјање на кабел

Погрешна транспозиција ќе резултира во губење на вектор на ток во една насока, што значително ја зголемува токот на земјање на обвивката, што може да доведе до оперативни грешки. Во различни случаи на погрешна транспозиција, големините и фазите на трифазните токови се значително различни. Погрешна транспозиција типички се карактеризира со две фази со слични токови на земјање, додека токот во третата фаза е значително помал—обично околу половина од најмалиот ток на земјање во другите две фази.

(1) Улаз на вода во кутијата

Кога вода влезе во кутијата за крстосно поврзување, водата во кутијата создава ниска резистенција на земјање, а врската помеѓу внатрешната и надворешната вода ефективно пружа директен пат за земјање на ток. Како што е прикажано на слика подолу, директно земјање се случува во точката a, b, или c.

Продолжен дожд може да доведе до долготрајно скопчење на вода во кутиите за крстосно поврзување во кабелски канали. Особено кога и двете кутии се поплавени, токот на земјање лесно може да достигне неколку стотици ампери, што предизвика брз пораст на токот на обвивката и брз пораст на внатрешната температура на кабела. Кога само една кутија е поплавена, трифазните токови во засегнатата колона покажуваат мале разлики и се зголемуваат приближно 2,5 пати во однос на нормалните, безгрешни услови.

(2) Сечење на коаксијален кабел

Линии кои користат метод на крстосно поврзување за земјање обично се подолги од 1 км. Ако коаксијалниот кабел се сече, во точката на сечење може да се генерира напон над сто волти, што претставува значителна опасност за линијата. Тоа исто така пречи на поврзани метални обвивки да формираат затворена колона, со што се спира токот на земјање да текне низ обвивката.

IV. Типични студии на случаи на аномален ток на земјање на кабел

Една 110 кВ линија е хибриден високонапонски кабел. Моделот на кабел е YJLW03-64/110-1×800 мм². Линијата беше воведена во употреба во септември 2014 година и е приближно 1220 метри долга. На 27 декември 2016 година, системот за земјање на кабелот беше модифициран за користење на метод на крстосно поврзување за земјање. Целосната секција со крстосно поврзување се состои од подстанцијата, Кутија #1, Кутија #2, и надворешна трансформаторска стапа. Кутијата #1 и #2 се кутии за крстосно поврзување, додека сите други точки се директно земјани. Резултатите од меренјето на токот на земјање се прикажани во таблицата подолу:

Според член 5.2.3 од Q/GDW 11316 "Правила за тестiranje на линии за електрични кабели": односот на токот на земјање и токот на оптера треба да биде помал од 20%; односот на најголемиот и најмалиот фазен ток на земјање треба да биде помал од 3. Кога токот на оптера е 57,8 А, токовите на обвивката на фазите A, B, и C во кутијата за директно земјање на подстанцијата, Кутија #1, и Кутија #2 се значително премногу според регулациите. Освен тоа, односот на најголемиот и најмалиот фазен ток на земјање (37,6/9,7 = 3,88) е исто така поголем од 3.

На основа на анализа на податоците за мерен ток на земјање во таблицата подолу: токот на земјање на фаза A во Човечкиот отвор #1 е 38,2 А, што соодветствува на токот на земјање на фаза C од 37,6 А во Човечкиот отвор #2; токот на земјање на фаза B во Човечкиот отвор #1 е 28,5 А, што соодветствува на токот на земјање на фаза A од 32,7 А во Човечкиот отвор #2; токот на земјање на фаза C во Човечкиот отвор #1 е 10,2 А, што соодветствува на токот на земјање на фаза B од 9,7 А во Човечкиот отвор #2. Трифазните токови на земјање текнуваат низ следните патишта: токот на земјање на фаза A не текнува низ обвивката на фаза B, токот на земјање на фаза B не текнува низ обвивката на фаза C, и токот на земјање на фаза C не текнува низ обвивката на фаза A, како што е прикажано на фигурата и таблицата подолу.

На местото се открило дека внатрешната конфигурација на крстосно поврзување во кутијата за земјање на Човечкиот отвор #1 е "ABC to BCA", со фазен редослед A, B, C. Внатрешната конфигурација на крстосно поврзување во кутијата за земјање на Човечкиот отвор #2 е "ABC to CAB", исто со фазен редослед A, B, C. Не се пронајдени знаци на влага или повреда од горење на заштитниот слој на обвивката на кабелот или изолационите компоненти. Овие се прикажани на следните слики, соодветно:

Затоа, причината за аномалниот ток на земјање на овој дел на 110 кВ XX линија е погрешна врска на медните шини во кутиите за крстосно поврзување, што пречи на вонешните обвивки на кабелот да постигнат реално крстосно поврзување. Ова резултира во прекумерен ток на земјање во локалната секција со крстосно поврзување.

После исправување на конфигурацијата на врска, токот на земјање на кабелот се согласува со барањата на Q/GDW 11316-2014 "Правила за тестiranje на линии за електрични кабели".