Yüksek Gerilimli Kablo Toplanma Döngüsü Anormal Nedenlerinin Analizi ve Tipik Örnekler
I. Kablo Topraklama Döngüsü Akımına Giriş
110 kV ve üzeri kablolar tek çekirdekli yapıyı kullanır. İşletme akımı tarafından oluşturulan değişen manyetik alan, metalli örtü üzerinde bir gerilim indükler. Eğer örtü toprak aracılığıyla kapalı bir devre oluşturursa, metalli örtü üzerinde bir topraklama döngüsü akımı akar. Aşırı topraklama döngüsü akımı (döngü akımı 50 A'yı aşan, yük akımının %20'sinden fazla olan veya maksimum-minimum faz akımı oranı 3'ten büyük olan) sadece kablo taşıma kapasitesini ve hizmet ömrünü etkiler, aynı zamanda akımın ciddi derecede ısıtması topraklama tellerini veya topraklama kutularını yakabilir. Bu tür sorunların zamanında düzeltilmemesi, ciddi elektrik şebekesi kazalarına yol açabilir.
II. Kablo Topraklama Döngüsü Akımını Etkileyen Faktörler
Kablo topraklama döngüsü akımını etkileyen ana faktörler şunlardır:
Kablo Bağlantı DirenciKötü kaynak veya bağlantı nedeniyle bir fazda bağlantı direnci artarsa, bu fazdaki topraklama döngüsü akımı önemli ölçüde azalır. Ancak, diğer iki fazdaki döngü akımları gerekli olarak azalmaz. Direnç arttıkça, toplam topraklama akımı da gerekli olarak azalmaz.
Topraklama DirenciTopraklama direnci ve toprak dönüş yolu direncinin toplamı arttıkça, her fazdaki topraklama döngüsü akımı azalır. Ancak, çok yüksek topraklama direnci, topraklama noktasında kötü temas nedeniyle ısıtma ve güç kaybına yol açabilir.
Kablo Topraklama YöntemiYüksek gerilimli kablolarda, kablo metal örtüsünde induksiyonlu gerilimi sınırlamak için genellikle tek nokta topraklama, her iki ucu topraklama veya çapraz bağlama gibi topraklama yöntemleri kullanılır. Uzun yüksek gerilimli kablo hatları için, çapraz bağlama yöntemi topraklama döngüsü akımını sınırlamada etkilidir.
Bu örneklerde, Ia, Ib ve Ic, sırasıyla A, B ve C faz yüksek gerilimli kabloların metal örtüleri üzerinden akan akım değerleridir; Ie, toprak dönüş yolu üzerinden akan akımdır; Rd, toprak dönüş yolunun eşdeğer direncidir ve Rd1 ve Rd2, kablo örtüsünün her iki ucundaki topraklama dirençleridir. Normal koşullarda, üç fazlı kabloların işletme akımları eşit kabul edilebilir. Üç fazlı akımlar arasındaki faz farklarını kullanarak, tam çapraz bağlanmış bir bölgedeki metal örtüler üzerindeki indüklenmiş gerilimler birbirini götürerek topraklama döngüsü akımını azaltmayı sağlar.
(1) Kablo Bölüm Uzunlukları, Kablo Düzenlemeleri ve Faz Aralıkları
Kablolar genellikle topraklama döngüsü akımını azaltmak için çapraz bağlama topraklama yöntemini kullanırlar. Mühendislik uygulamalarında kablo kanallarının kurulumunda, çapraz bağlama örtülerin bireysel bölümleri farklı uzunluklara ve farklı düzenlemelere sahip olabilir. Aynı iletken akımı altında, yatay veya dikey olarak düzenlenmiş kabloların birim uzunluk başına metal örtü üzerindeki indüklenmiş gerilim, sağ üçgen şeklinde düzenlenmiş kablolardan daha yüksektir. Bu nedenle, eşit olmayan uzunlukta bölünmüş kablolarda, daha uzun kablo bölümleri için üçgen düzenlemeyi (daha düşük indüklenmiş gerilim üreten) ve daha kısa bölümler için yatay veya dikey düzenlemeyi (daha yüksek indüklenmiş gerilim üreten) kullanmak, toplam indüklenmiş gerilimi azaltmaya yardımcı olur. Her alt bölüm için uygun düzenlemeyi seçerek, kablo uzunluğu farklarına neden olan gerilim dengesizliği dengeleyerek, örtü döngüsü akımını azaltabilirsiniz.
III. Anormal Kablo Topraklama Döngüsü Akımının Analizi
Bir transpozisyon hatası, bir yönde bir akım vektörünün kaybolmasına neden olur, bu da örtü topraklama akımının önemli ölçüde artmasına ve sonunda operasyonel hatalara yol açabilir. Farklı transpozisyon hata senaryolarında, üç fazlı akımların büyüklükleri ve fazları oldukça farklıdır. Bir transpozisyon hatası genellikle, iki fazın topraklama akımlarının birbirine benzer olması, diğer fazın topraklama akımının ise bu iki fazın en küçük topraklama akımının yaklaşık yarısı kadar olması ile karakterize edilir.
(1) Kutudaki Su Girişi
Su, çapraz bağlama birleştirme kutusuna girdiğinde, su içeriği düşük bir topraklama direnci oluşturur ve iç ve dış su arasındaki bağlantı, akım için doğrudan bir topraklama yolu sağlar. Şekilde gösterildiği gibi, doğrudan topraklama a, b veya c noktalarında gerçekleşir.
Uzun süreli yağmur, kablo kanalı çapraz bağlama kutularında uzun vadeli su birikmesine neden olabilir. Özellikle her iki kutu da suya batmış olduğunda, topraklama akımı kolayca yüzlerce amper ulaşabilir, bu da örtü akımında ani bir artışa ve kablo içindeki sıcaklığın hızlı bir şekilde yükselmesine neden olur. Sadece bir kutu suya batmış olduğunda, etkilenen döngüdeki üç fazlı akımlar normal, hata olmayan duruma göre yaklaşık 2.5 kat artar.
(2) Koaksiyel Kablo Kırılması
Çapraz bağlama topraklama kullanan hatlar genellikle 1 km'den uzundur. Koaksiyel kablo kırıldığında, kırılma noktasında yüzlerce volt gerilim oluşabilir, bu da hattı ciddi bir tehdit altına sokar. Ayrıca, ilişkili metal örtülerin kapalı bir döngü oluşturmasını engeller, böylece örtü üzerinde döngü akımının akmasını önler.
IV. Anormal Kablo Topraklama Döngüsü Akımı Örnek Vaka Çalışmaları
Belirli bir 110 kV hattı, hava-kablo karışımından oluşan bir hat tipindedir. Kablo modeli YJLW03-64/110-1×800 mm²'dir. Hat Eylül 2014'te hizmete girdi ve yaklaşık 1220 metre uzunluğundadır. 27 Aralık 2016'da, kablo topraklama sistemi çapraz bağlama topraklama yöntemi kullanacak şekilde değiştirildi. Tam çapraz bağlanmış bölüm, trafiğe verme istasyonu, Kutu #1, Kutu #2 ve dış aktarma kulesinden oluşur. Kutu #1 ve #2 çapraz bağlama kutularıdır, diğer tüm noktalar doğrudan topraklanmıştır. Ölçülen topraklama döngüsü akımı sonuçları aşağıdaki tabloda gösterilmiştir:
Q/GDW 11316 "Elektrik Kablosu Hattı Test Yönetmeliği"nin 5.2.3 maddesine göre: topraklama döngüsü akımının yük akımına oranı %20'den küçük olmalıdır; maksimum ve minimum tek faz topraklama döngüsü akımının oranı 3'ten küçük olmalıdır. Yük akımı 57.8 A olduğunda, istasyonun doğrudan topraklama kutusu, Kutu #1 ve Kutu #2'deki A, B ve C faz örtü akımları, yönetmelikte belirtilen gereklilikleri aşmaktadır. Ayrıca, maksimum ve minimum tek faz topraklama döngüsü akımının oranı (37.6/9.7 = 3.88) de 3'ten büyüktür.
Üstteki tablodaki ölçülen topraklama döngüsü akımı verilerinin analizine dayanarak: Manhole #1'deki A faz topraklama döngüsü akımı 38.2 A, Manhole #2'deki C faz topraklama döngüsü akımı 37.6 A'ya karşılık gelmektedir; Manhole #1'deki B faz topraklama döngüsü akımı 28.5 A, Manhole #2'deki A faz topraklama döngüsü akımı 32.7 A'ya karşılık gelmektedir; Manhole #1'deki C faz topraklama döngüsü akımı 10.2 A, Manhole #2'deki B faz topraklama döngüsü akımı 9.7 A'ya karşılık gelmektedir. Üç fazlı topraklama döngüsü akımları, aşağıdaki şekilde ve tabloda gösterildiği gibi, şu yollarla akar: A faz topraklama döngüsü akımı B faz zırhı üzerinden akmaz, B faz topraklama döngüsü akımı C faz zırhı üzerinden akmaz ve C faz topraklama döngüsü akımı A faz zırhı üzerinden akmaz.
Saha incelemesi, Kablo Bakım Manhole #1'in topraklama kutusundaki iç çapraz bağlama konfigürasyonunun "ABC to BCA", A, B, C faz sırası olduğunu ortaya koymuştur. Manhole #2'nin topraklama kutusundaki iç çapraz bağlama konfigürasyonu da "ABC to CAB" ve A, B, C faz sırasıdır. Kablo örtüsü koruyucularında veya yalıtım bileşenlerinde nem veya yanma izi bulunamadı. Bunlar, aşağıdaki resimlerde gösterilmiştir:
Bu nedenle, bu 110 kV XX hat kablo bölümündeki anormal topraklama döngüsü akımının nedeni, çapraz bağlama kutularındaki bakır şasılarda yanlış kablolama olmuştur, bu da kablo dış örtülerinin gerçek çapraz bağlamayı gerçekleştirememesine neden olmuştur. Bu, yerel çapraz bağlama bölümündeki aşırı topraklama döngüsü akımına yol açmıştır.
Kablolamanın düzeltildikten sonra, kablo topraklama döngüsü akımı Q/GDW 11316-2014 "Elektrik Kablosu Hattı Test Yönetmeliği" gerekliliklerine uygun hale gelmiştir.
