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 at ibabaw 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 bumubuo ng saradong circuit sa pamamagitan ng lupa, maglalakbay ang grounding loop current 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 mataas sa 3) hindi lamang nakakaapekto sa ampacity at serbisyo ng cable, ngunit maaari ring mag-cause ng matinding init na maaaring sunugin ang grounding wires o grounding boxes. Kung hindi agad naayos ang mga isyung ito, maaari itong magsimula ng seryosong power grid accident.

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

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

• Contact Resistance ng Cable - Ang mahinang welding o masamang koneksyon na nagdudulot ng pagtaas ng contact resistance sa isang phase ay makakabawas nang significant sa grounding loop current sa iyon phase. Gayunpaman, ang loop currents sa iba pang dalawang phases ay hindi kinakailangang bawasan nang proporsyonado. Habang tumaas ang resistance, hindi kinakailangang bawasan ang kabuuang grounding current.

• Grounding Resistance - Habang tumaas ang suma 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 nagdudulot ng init at pagkawala ng enerhiya.

• Cable Grounding Method - Upang limitahan ang induced voltage sa metallic sheath ng cable, karaniwang gumagamit ang high-voltage cables ng mga grounding method 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 lumalakbay sa metallic sheaths ng A, B, at C phase high-voltage cables, respectively; ang Ie ay ang current na lumalakbay sa earth return path; ang Rd ay ang equivalent resistance ng earth return path, at ang Rd1 at Rd2 ay ang mga grounding resistances sa parehong dulo ng cable sheath. Sa normal na kondisyon, maaaring ituring na pantay ang mga operating currents ng tatlong-phase cables. Sa pamamagitan ng paggamit ng phase difference sa pagitan ng tatlong-phase currents, maaaring kanselahin ang mga induced voltages sa metallic sheaths sa loob ng buong cross-bonded section, na nagreresulta sa pagbawas ng grounding loop current.

(1) Habang ng Cable Segment, Cable Arrangement Methods, at Phase Spacing

Karaniwang gumagamit ang mga cable ng cross-bonding grounding method upang bawasan ang grounding loop current. Sa engineering practice para sa cable duct installations, malimit na ang mga individual segments ng sheath cross-bonding ay may iba't ibang haba at iba't ibang 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 mga cable 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 ay tumutulong sa pagbawas ng overall induced voltage sa mas mahabang segments. Sa pamamagitan ng wastong 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 transposition failure ay magreresulta sa pagkawala ng isang current vector sa isang direksyon, na nagdudulot ng significant increase sa sheath grounding current, na maaaring humantong sa operational faults. Sa iba't ibang transposition failure scenarios, ang magnitudes at phases ng tatlong-phase currents ay malayo ang pagkakaiba. Karaniwang characterized ang transposition failure ng dalawang phases na may relasyon na katulad na grounding currents, samantalang ang current sa isa pang phase ay significantly mas maliit—karaniwan na tungkol sa kalahati ng pinakamaliit na grounding current sa iba pang dalawang phases.

(1) Pagpasok ng Tubig sa Box

Kapag pumasok ang tubig sa cross-bonding joint box, ang tubig sa loob ay nagbabago ng mababang grounding resistance, at ang koneksyon sa pagitan ng panloob at panlabas na tubig ay nagbibigay ng direktang 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 pag-ulan ay maaaring magresulta sa matagal na pag-accumulate ng tubig sa cable trench cross-bonding boxes. Lalo na kapag ang 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 internal cable temperature. Kapag ang isang box lang ang nabaha, ang tatlong-phase currents sa affected loop ay nagpapakita ng maliit na pagkakaiba at tumaas ng humigit-kumulang 2.5 beses kumpara sa normal, non-fault conditions.

(2) Pagsira ng Coaxial Cable

Ang mga linya na gumagamit ng cross-bonding grounding ay karaniwang mas mahaba kaysa 1 km. Kung ang coaxial cable ay sira, maaaring mabuo ang voltage na higit sa isang daan volts sa break point, na nagbibigay ng malaking banta sa linya. Ito din ay nagpipigil sa associated metallic sheaths na bumuo ng saradong loop, na nagtitigil sa loop current na lumakbay 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 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 buong 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, habang lahat ng iba pang 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 na mas mababa sa 20%; ang ratio ng maximum to minimum single-phase grounding loop current ay dapat na 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 mas mataas pa rin 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 kasama ang 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 kasama ang 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 kasama ang B-phase grounding loop current na 9.7 A sa Manhole #2. Ang tatlong-phase grounding loop currents ay lumalakbay sa sumusunod na paths: ang A-phase grounding loop current ay hindi lumalakbay sa B-phase armor, ang B-phase grounding loop current ay hindi lumalakbay sa C-phase armor, at ang C-phase grounding loop current ay hindi lumalakbay sa A-phase armor, tulad ng ipinapakita sa figure at talahanayan 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 mali ang wiring ng copper busbars sa loob ng cross-bonding boxes, na nagprevented sa cable outer sheaths na makamit ang 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 sumunod sa requirements ng Q/GDW 11316-2014 "Power Cable Line Test Regulations".