Farnell element14   Przedstawicielstwo Handlowe Paweł Rutkowski   Rittal Sp. z o.o.   Fluke Europe B.V.  

Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika

Dodaj firmę Ogłoszenia Poleć znajomemu Dodaj artykuł Newsletter RSS
strona główna ARTYKUŁY Energetyka Aktualne problemy projektowania i eksploatacji linii kablowych 110 kV, głównie miejskich
drukuj stronę
poleć znajomemu

Aktualne problemy projektowania i eksploatacji linii kablowych 110 kV, głównie miejskich

fot. Linia elektroenergetyczna napowietrzna wysokiego napięcia (110 kV) nad Wisłą w Warszawie w pobliżu elektrociepłowni Siekierki, źródło: Wikimedia Commons

Wymagana duża obciążalność kabli 110 kV oznacza stosowanie dużych przekrojów żył roboczych, zaś duże moce zwarciowe w sieciach miejskich 110 kV decydują o dużym przekroju żył powrotnych. Z tego powodu istotnego znaczenia nabiera wybór układu przestrzennego kabli jednożyłowych 110 kV oraz wybór sposobu połączenia i uziemienia ich żył powrotnych (układy Both-ends, SPB lub CB). Wspomniane wybory determinują m.in.: poziomy napięć indukowanych w żyłach powrotnych oraz poziomy strat dodatkowych w tych żyłach (które mają wpływ na obciążalność prądową linii), sposób wykonania i parametry ochrony przeciwprzepięciowej żył powrotnych oraz sposób wykonania ochrony przeciwporażeniowej przy tzw. słupach kablowych (w przypadku wstawek kablowych w ciąg linii napowietrznych) i wzdłuż linii.

 

 

Układy kabli jednożyłowych

Kable jednożyłowe z izolacją XLPE są standardowo wyposażone w ekrany metaliczne, wykonane z drutów lub taśm miedzianych (jako tzw. żyła powrotna), ze stopu ołowiu (jako płaszcz ołowiany) lub w postaci ekranu z taśm aluminiowych.

Ten element konstrukcyjny kabla jest zawsze uziemiany w celu uzyskania na nim potencjału ziemi, czyli w celu wytworzenia w izolacji kabla promieniowego pola elektrycznego.

Innym celem stosowania ekranów metalicznych jest stworzenie bezpiecznej drogi powrotnej dla prądów zwarciowych płynących po przebiciu izolacji kabla oraz przy zwarciach występujących poza daną linią kablową (zwłaszcza 1-fazowych).

W praktyce stosuje się dwa warianty rozmieszczenia kabli 110 kV w ziemi lub w powietrzu (rys. 1):

  • rozmieszczenie trójkątne (trefoil formation),
  • rozmieszczenie płaskie (flat formation) z prześwitem między kablami równym średnicy zewnętrznej kabla lub wynoszącym 70 mm.

W układzie SPB (rys. 3) występuje kabel ECC (insulated earth continuity conductor), umieszczony jak najbliżej kabli 110 kV. Kabel ten zapewnia:

  • bezpieczny przepływ powrotny prądu zwarcia 1-fazowego przy zwarciu poza kablem, np. na słupie kablowym, innym słupie lub w rozdzielni 110 kV,
  • zmniejszenie (kilkakrotne) napięć indukowanych na żyłach powrotnych, które gdy osiągają zbyt dużą wartość wymagają ograniczenia długości linii.

Przy wyjątkowo dużej mocy zwarciowej sieci może być wymagane ułożenie dwóch kabli ECC. Obciążalność zwarciowa kabla ECC i wszystkich połączeń musi być równoważna obciążalności żyły powrotnej kabla.

Rys. 1. Warianty rozmieszczenia kabli 110 kV oraz kabli ECC (wymaganych tylko w liniach kablowych o układzie SPB) a) trójkątne z jednym kablem ECC, b) płaskie z jednym kablem ECC, c) trójkątne z dwoma kablami ECC, d) płaskie z dwoma kablami ECC

Rys. 1. Warianty rozmieszczenia kabli 110 kV oraz kabli ECC (wymaganych tylko w liniach kablowych o układzie SPB) a) trójkątne z jednym kablem ECC, b) płaskie z jednym kablem ECC, c) trójkątne z dwoma kablami ECC, d) płaskie z dwoma kablami ECC

W zależności od potrzeb, długości linii, warunków ułożenia itp. stosowane są różne układy połączeń i uziemienia ekranów metalicznych kabli.

Najczęściej spotykane to:

  • układ Both-ends (both-ends bonding) – obustronne połączenie i uziemienie ekranów,
  • układ CB (cross-bonding screens) – rysunek 2,
  • układ SPB (single point bonding) – rysunek 3.

Zalety i wady wymienionych układów:

Układ Both-ends

  • najprostszy, wręcz „toporny”, powszechnie stosowany w sieciach SN, co jest możliwe dzięki temu, że kable SN mają żyły powrotne o małym przekroju (do 50 mm2),
  • w żyłach powrotnych płyną stale prądy, ale nie występuje na nich napięcie,
  • obciążalność prądowa kabli ulega niekiedy znacznemu obniżeniu, zwłaszcza przy płaskim rozmieszczeniu kabli, co wynika ze strat dodatkowych w żyłach powrotnych, które mogą być nawet 2-krotnie większe od strat w żyłach roboczych kabli.

Układ Both-ends zdecydowanie nie jest zalecany przy płaskim ułożeniu kabli w sieciach WN. Może być ewentualnie zastosowany przy rozmieszczeniu trójkątnym i przekroju żył powrotnych do ok. 95 mm2.

Układ CB

  • wymaga podzielenia linii kablowej na 3 odcinki o jednakowej długości,
  • w miejscach podziału wymaga wykonania komór kablowych i zastosowania specjalnych mufy separacyjnych dla żył powrotnych,
  • na żyłach powrotnych w komorach kablowych występuje stale napięcie, które może być szczególnie duże (niebezpieczne) podczas zwarć,
  • w komorach kablowych muszą być wykonane uziemienia oraz zainstalowane ograniczniki przepięć,
  • zapewnia dużą obciążalność prądową, zarówno przy trójkątnym jak i płaskim rozmieszczeniu kabli.

Układ CB jest zalecany w długich liniach kablowych (powyżej ok. 1000 m) oraz przy bardzo dużych prądach zwarcia.

Rys. 2. Układ CB wraz z rozmieszczeniem ograniczników przepięć a) układ z krzyżowaniem żył powrotnych, b) układ z krzyżowaniem żył powrotnych i przeplotem kabli, m – mufy przystosowane do połączeń krzyżujących żyły powrotne

Rys. 2. Układ CB wraz z rozmieszczeniem ograniczników przepięć a) układ z krzyżowaniem żył powrotnych, b) układ z krzyżowaniem żył powrotnych i przeplotem kabli, m – mufy przystosowane do połączeń krzyżujących żyły powrotne
 

Układ SPB

  • zapewnia dużą obciążalność prądową (taką samą jak układ CB),
  • wymaga ułożenia dodatkowego kabla ECC, uziemionego na obu końcach,
  • wymaga stale uwagi na otwartym końcu żyły powrotnej, gdzie muszą być zainstalowane ograniczniki przepięć,

Układ SPB jest zalecany w niezbyt długich liniach kablowych (do ok. 1000 m), przy umiarkowanie dużych prądach zwarcia.

Rys. 3. Układ SPB wraz z ogranicznikami przepięć i kablem ECC

Rys. 3. Układ SPB wraz z ogranicznikami przepięć i kablem ECC

 

Prądy indukowane oraz straty dodatkowe w układzie Both-ends

Rezygnacja ze zastosowania najprostszego układu Both-ends wynika najczęściej z dużych strat dodatkowych, czyli z obniżenia obciążalności prądowej danego kabla i konieczności zwiększenia przekroju żył o 1 lub 2 stopnie. Poniżej przedstawiono ilościowo wielkość strat dodatkowych w układzie Both-ends przy trójkątnym i płaskim ułożeniu kabli.

Prąd indukowany Ip płynący w obustronnie połączonych żyłach powrotnych przy symetrycznym obciążeniu kabla prądem I (lub przy zwarciu 3-fazowym) może być obliczony ze wzoru:

w którym Rp oraz Xp są odpowiednio rezystancją i reaktancją żył powrotnych kabli. Stąd otrzymuje się wzór na współczynnik strat dodatkowych w żyłach powrotnych kabli (ogólnie w ekranach metalicznych kabli), wywołanych przez indukowane prądy:

w którym:

R'i R'ż – odpowiednio rezystancja jednostkowa żyły powrotnej i żyły roboczej kabla,

X'p – reaktancja jednostkowa żył powrotnych.

W układzie trójkątnym jest ona obliczana ze wzoru X'= 0,145·lg(2S/d), w Ω/km, w którym: S – odległość między osiami kabli w mm, d – średnica żyły powrotnej kabla w mm.

Dla kabli w układzie płaskim można również korzystać z podanego wzoru traktując S jako średnią geometryczną odległość między osiami trzech kabli (wynosi ona 1,26 × odległość między sąsiednimi kablami).

Przykładowo dla kabli 3×XRUHKXS 1×800/210 mm2 64/110 kV (123 kV) o d = 74,4 mm, przy ułożeniu trójkątnym z odległością S = 88,1 mm („na styk”), wartość reaktancji jednostkowej żył powrotnych wynosi:

Rezystancje żył dla pełnego nagrzania kabla (żyły robocze 90°C, żyły powrotne 80°C) wynoszą:

Współczynnik strat dodatkowych wynosi zatem:

Straty dodatkowe stanowią więc 67,7% strat w żyłach roboczych (rys. 4). Przy prądzie obciążenia 815 A płynącym przez żyły robocze, przez żyły powrotne płynie prąd indukowany o wartości 363 A.

Rys. 4. Straty dodatkowe w żyłach powrotnych kabli 110 kV typu 3×XRUHKXS 1×800RMC 64/110 (123) kV z żyłami powrotnymi o różnym przekroju (układ Both-ends, kable rozmieszczone płasko i trójkątnie), w stanie pełnego nagrzania kabli.Rys. 4. Straty dodatkowe w żyłach powrotnych kabli 110 kV typu 3×XRUHKXS 1×800RMC 64/110 (123) kV z żyłami powrotnymi o różnym przekroju (układ Both-ends, kable rozmieszczone płasko i trójkątnie), w stanie pełnego nagrzania kabli.

 

Dodatkowe ciepło, jakie wydziela się w żyłach powrotnych nagrzewa dodatkowo część zewnętrzną kabla (powłokę/osłonę) oraz przede wszystkim bryłę ziemi otaczającej kabel. W efekcie dopuszczalna obciążalność prądowa kabli 3×XRUHKXS 1×800/210 mm2 w układzie Both-ends maleje z 1012 A do wartości 815 A. Te same kable ułożone w ziemi, w układach CB i SPB (bez strat dodatkowych) posiadają pełną dopuszczalną obciążalność prądową 1012 A. W zaprezentowanym przykładzie obliczeniowym przyjęto typowe warunki pracy kabla: temperatura gleby 20°C, głębokość ułożenia 1,0 m, rezystywność termiczna ziemi 1,0 K·m/W, temperatura pracy 90°C.

Obciążalność prądową obliczono na podstawie normy IEC Publ. 60287 (szczegółowy tok obliczeń podany jest w [5]).

Przy płaskim ułożeniu kabli z prześwitem między kablami równym ich średnicy, średnia geometryczna odległość między kablami rośnie do wartości:

W efekcie reaktancja żył powrotnych rośnie (w porównaniu z układem trójkątnym) do wartości:

Rezystancje żył dla pełnego nagrzania kabla nie ulegają zmianie, ale współczynnik strat dodatkowych rośnie do poziomu:

Straty dodatkowe w żyłach powrotnych są w tym układzie większe od strat w żyłach roboczych (rys. 4). W efekcie dopuszczalna obciążalność prądowa kabli 3×XRUHKXS 1×800/210 mm2 w układzie płaskim maleje do wartości 695 A (w układzie Both-ends). Te same kable ułożone w ziemi w układach bez strat dodatkowych (CB i SPB) posiadają obciążalność prądową 1069 A (rys. 5).

Rys. 5. Obciążalność prądowa kabli 110 kV typu 3×XRUHKXS 1×800RMC/95 mm2 64/110 (123) kV w układzie płaskim z różnymi odległościami między kablami

Rys. 5. Obciążalność prądowa kabli 110 kV typu 3×XRUHKXS 1×800RMC/95 mm2 64/110 (123) kV w układzie płaskim z różnymi odległościami między kablami


Jak wynika z powyższego przykładu układ Both-ends zdecydowanie nie powinien być stosowany przy płaskim ułożeniu kabli, ponieważ obciążalność prądowa kabli maleje wtedy o ok. 30-35%. Przy trójkątnym ułożeniu kabli i przekroju żył powrotnych ok. 95 mm2 redukcja obciążalności wynosi tylko ok. 12% i może być ewentualnie zaakceptowana.

 

Napięcia indukowane w żyłach powrotnych kabli 110 kV przy różnych układach połączeń

Najbardziej bezpieczne pod względem ochrony przeciwporażeniowej są układy Both-ends oraz CB, ponieważ żyły powrotne są w tych układach bezpośrednio uziemione na obu końcach, w stacjach lub na słupach kablowych.

Napięcie na uziemieniach pojawia się tylko podczas zwarć doziemnych, lecz są to przypadki rozpatrywane standardowo przez projektantów przy doborze uziemień ochronnych: uziomów kratowych w stacjach oraz uziomów ze sterowanym rozkładem potencjału na słupach kablowych.

W układzie CB należy zwrócić uwagę na komory kablowe na trasie linii, w których na żyłach powrotnych występuje stale napięcie, osiągające szczególnie duże wartości podczas zwarć. Wymaga to zainstalowania w tych miejscach ograniczników przepięć oraz zabezpieczenia komór przed osobami postronnymi.

W układzie SPB żyła powrotna kabla nie jest uziemiona z jednej strony. Jeżeli głowica kablowa i skrzynka z ogranicznikami znajdują się odpowiednio wysoko na słupie, to nie są one dostępne i w zasadzie nie ma problemu zagrożenia porażeniowego. Inaczej jest w przypadku linii kablowej łączącej dwie różne stacje elektroenergetyczne. Zakładając, że koniec uziemiony znajduje się na stacji B, potencjał tej stacji przy zwarciu doziemnym jest przenoszony żyłami powrotnymi na podstawy głowic do stacji A. Może więc wystąpić duża różnica potencjałów pomiędzy podstawami głowic a konstrukcjami wsporczymi w stacji A.

Każdy tor prądowy (przewód) wiodący prąd I (roboczy lub zwarciowy) indukuje w sąsiednich torach równoległych siłę elektromotoryczną (SEM). W układzie SPB przy trójkątnym ułożeniu kabli i przy symetrycznym prądzie 3-fazowym I, w żyle powrotnej każdego kabla indukuje się SEM: 

Przykładowo przy prądzie obciążenia I = 1012 A kabli 3×XRUHKXS 1×800/210 mm2 wartość SEM wynosi:

Przy prądzie zwarcia 3-fazowego I = 20 000 A wartość indukowanej na ekranach (żyłach powrotnych) SEM rośnie do 1085 V/km.

Największe napięcie indukowane w żyłach powrotnych kabli w układzie SPB jest zwykle spodziewane przy zwarciu 1-fazowym poza linią kablową. Przy braku przewodu ECC spodziewaną wartość indukowanej SEM określa wzór:

w którym:

DE = 93,1√ρE – odległość kabla od fikcyjnego przewodu powrotnego znajdującego się w ziemi, w m,

ρE – rezystywność ziemi, w Ω∙m.

Przykładowo dla kabli 3×XRUHKXS 1×800/210 mmprzy ρE = 100 Ω∙m i prądzie zwarcia 1-fazowego I = 10 920 A (przykładowa sieć z rys. 6) SEM indukowana w żyłach powrotnych kabli wynosi:

Jest to bardzo wysokie napięcie, które wymaga ograniczenia poprzez ułożenie kabla ECC jak najbliżej kabli 110 kV (rys. 1).

Ułożenie równoległego przewodu ECC przybliża drogę powrotną prądu zwarcia 1-fazowego do kabli 110 kV. Prąd zwarcia 1-fazowego w dużym stopniu powraca wtedy do stacji zasilającej przez przewód powrotny ECC. Część prądu płynie także przez uziemienia w układzie i przez ziemię.

Na rysunku 6 przedstawiono przykładowy rozpływ prądu zwarcia 1-fazowego w układzie SPB z kablem ECC oraz napięcia indukowane na żyłach powrotnych kabli. Metoda obliczeń tych napięć jest oparta na zespolonych impedancjach obwodów ziemnopowrotnych [3, 5].

Rys. 6. Napięcia na żyłach powrotnych kabli w układzie SPB względem ziemi lokalnej 2, przy zwarciu 1-fazowym; wyjście kablowe ze stacji, dalej linia napowietrzna
Rys. 6. Napięcia na żyłach powrotnych kabli w układzie SPB względem ziemi lokalnej 2, przy zwarciu 1-fazowym; wyjście kablowe ze stacji, dalej linia napowietrzna


Ograniczniki przepięć SN na żyłach powrotnych kabli są przyłączone do żył powrotnych i do uziemienia słupa kablowego (rys. 3). Na ograniczniki te działa odpowiednie napięcie Ui, które jest różnicą SEM indukowanej w żyłach powrotnych Ei oraz straty napięcia ΔUc na żyle kabla ECC (rys. 6). Napięcie to jest napięciem żył powrotnych względem ziemi lokalnej, tj. względem uziemionej konstrukcji słupa. Napięcie to dla każdej żyły powrotnej ma inną wartość, ale największą wartość osiąga na żyle powrotnej kabla, przez który płynie prąd zwarcia.

Na rysunku 6 jest to faza L2, dla której:

gdzie:

I – prąd zwarcia płynący przez kabel 110 kV, w A,

Ic – prąd powrotny płynący przez kabel ECC, w A,

R'c – rezystancja jednostkowa kabla ECC, w Ω/km,

gc – promień zastępczy żyły kabla ECC, w mm,

Scf – średnia geometryczna odległość między żyłą kabla 110 kV a żyłą kabla ECC, w mm.

Przykładowo do kabli 3×XRUHKXS 1×800/210 mm2 w układzie SPB zastosowano kabel ECC typu YAKY 1×185/16 mm2 3,6/6 kV o danych: R'= 0,164 Ω/km, gc = 6 mm. Dla ułożenia kabla ECC wg rysunku 1a odległość Scf = 117,3 mm.

Przyjmując wartości prądów wg ryunku. 6, na podstawie wzoru (5) można obliczyć wartość napięcia indukowanego U2 = 2883 V/km. Jest ona ponad 2 razy mniejsza od SEM indukowanej przy braku kabla ECC. Dalsze zmniejszenie napięcia indukowanego jest możliwe poprzez zastosowanie dwóch przewodów ECC lub zwiększenie ich przekroju.

Rys. 7. Napięcie indukowane na żyłach powrotnych kabli 110 kV w układzie SPB płaskim z pojedynczym przewodem ECC ułożonym między kablem środkowym i skrajnym (z przekładką w środku linii), dla prądu 1000 A.Rys. 7. Napięcie indukowane na żyłach powrotnych kabli 110 kV w układzie SPB płaskim z pojedynczym przewodem ECC ułożonym między kablem środkowym i skrajnym (z przekładką w środku linii), dla prądu 1000 A.

 

Wzór (5) można uprościć przy założeniu, że praktycznie cały prąd powrotny przy zwarciu płynie przez kabel ECC, tj. że IcI. Uzyskuje się wyrażenie praktyczne, które pozwala oszacować nieco zawyżoną wartość napięcia indukowanego przy przepływie prądu zwarcia 1-fazowego przez kabel:

W rozpatrywanym przykładzie napięcie indukowane oszacowane ze wzoru (6) wynosi 3357 V/km (dokładna wartość 2883 V/km). Jeszcze dalej idące uproszczenie polegające na pominięciu R' we wzorze (6) pozwala uzyskać wykres napięcia indukowanego na żyłach powrotnych kabli w układzie płaskim, z pojedynczym przewodem ECC (rys. 7).

 

Ochrona przeciwprzepięciowa osłon kabli w układach SPB

W warunkach propagacji przepięć zarówno zewnętrznych (piorunowych) jak i wewnętrznych (sieciowych), w wyniku sprzężeń indukcyjnych i pojemnościowych, między żyłami powrotnymi i ziemią mogą pojawiać się napięcia zagrażające wytrzymałości osłony zewnętrznej kabla. Zagrożenie to jest znacznie zmniejszone w układach Both-ends, natomiast nasila się w układach SPB, szczególnie na nieuziemionym końcu żył powrotnych oraz w układach CB w miejscach krzyżowania żył powrotnych.

Konsekwencją zagrożenia przebiciem osłony zewnętrznej kabli w układach SPB jest konieczność ochrony osłony poprzez instalowanie na otwartych (nieuziemionych) końcach żył powrotnych ograniczników przepięć, możliwie blisko głowic. Wymaganie to zawarte jest również w normie [4]. W normie tej zapisano, że w sytuacji gdy płaszcze (ekrany, żyły powrotne) kabli są uziemiane tylko z jednej strony, to końce z nieuziemionym płaszczem kabla powinny być chronione przez ograniczniki przepięć. Wymaga się przy tym, aby napięcie znamionowe takich ograniczników było wyższe niż napięcie indukowane w układzie płaszcz-ziemia przy maksymalnym prądzie zwarcia.

Wymaganie, aby napięcie znamionowe ograniczników przepięć było wyższe od maksymalnej wartości obliczonego napięcia ekran – ziemia, dla najbardziej niekorzystnego przypadku zwarcia, wynika z tego, że ograniczniki przepięć w sytuacji zadziałania nie mają możliwości pochłonięcia energii stosunkowo długo trwających przepięć związanych z napięciami indukowanymi, a tym samym ograniczenia przepięć na żyłach powrotnych (ekranach) występujących podczas zwarć.

Parametry ograniczników przepięć stosowanych do ochrony osłon kabli powinny być również dostosowane do poziomu wytrzymałości tej osłony. Zwiększanie napięcia znamionowego ograniczników przepięć (wynikające np. z dużych napięć indukowanych w układzie żyła powrotna – ziemia) może doprowadzić do sytuacji, w której ochrona przeciwprzepięciowa osłony będzie nieprawidłowa. Osłona (powłoka) kabla nie pełni funkcji izolacji elektrycznej, a jedynie jest zabezpieczeniem przed wpływem czynników zewnętrznych na układ izolacyjny kabla, stąd nie podaje się dla niej parametrów związanych z wytrzymałością elektryczną, w szczególności z wytrzymałością udarową.

O minimalnej wytrzymałości elektrycznej (statycznej), jaką powinna mieć osłona/powłoka kabla informują jedynie poziomy napięć probierczych przyjmowane do prób szczelności takich osłon. W eksploatacji próbę szczelności powłoki wykonuje się zazwyczaj napięciem o wartości 5 kV przykładanym na 1 minutę [2]. Zakładając zatem, że wytrzymałość statyczna osłon eksploatowanych kabli wynosi nieco ponad 5 kV można przyjąć, że napięcie pracy ciągłej ogranicznika nie powinno przekraczać 5 kV.

Jeżeli wyniki obliczeń projektowych wykażą, że przy proponowanym układzie uziemiania żył powrotnych i ułożeniu kabla ECC wartości napięć indukowanych uniemożliwiają zastosowanie ograniczników o takim lub mniejszym napięciu trwałej pracy, należy podjąć działania mające na celu obniżenie wartości napięć indukowanych lub uzyskać wyraźną zgodę producenta kabla na stosowanie ograniczników o wyższym napięciu trwałej pracy. Stosowanie ograniczników o zbyt wysokim napięciu trwałej pracy może nie zapewnić ochrony osłon przy przepięciach piorunowych i łączeniowych prowadząc do jej przebicia. Do przebicia osłony zewnętrznej mogą doprowadzić również zbyt duże napięcia indukowane w układzie żyła powrotna – ziemia.

Oprócz napięcia znamionowego i napięcia trwałej pracy ograniczniki przepięć stosowane do ochrony osłon zewnętrznych kabli powinny charakteryzować się takim samym znamionowym prądem wyładowczym, jak ograniczniki stosowane do ochrony izolacji głównej kabli [4]. Ponadto zaleca się, aby klasa rozładowania linii takich ograniczników była również taka sama jak dla ograniczników instalowanych między fazą i ziemią, a za dobrą praktykę uznaje się, aby nie była mniejsza niż 2. Zewnętrza osłona izolacyjna ograniczników przepięć powinna wytrzymywać spodziewanie narażenia zabrudzeniowe bez przeskoku (jej droga upływu powinna być dostosowana do warunków zabrudzeniowych).

Poziom ochrony zapewniany przez ogranicznik powinien być tak niski jak to jest możliwe, ponieważ wytrzymałość napięciowa osłony w czasie eksploatacji nie jest dobrze znana i nie jest sprawdzana w żadnych znormalizowanych badaniach [4]. Należy zatem zwracać uwagę na wartości napięć obniżonych ograniczników przy znamionowym prądzie wyładowczym i dobierać ograniczniki, które spełniając pozostałe kryteria, oferują jak najniższe wartości napięć obniżonych.

Dla rozważanego w artykule kabla 3×XRUHKXS 1×800/210 mm2 o długości 1 km, w układzie SPB wg rysunku 1a, z kablem ECC typu YAKY 1×185/16 mm2 i wartości prądów przedstawionych na rysunku 6, maksymalne napięcie indukowane wynosi 2883 V. Do ochrony osłon tego kabla można np. zastosować ograniczniki o napięciu znamionowym Un = 3,75 kV, napięciu trwałej pracy Uc = 3 kV i napięciu obniżonym, przy znamionowym prądzie wyładowczym 10 kA, równym 10,3 kV. Zastosowanie ogranicznika o większym napięciu znamionowym (kolejnego w ofercie tego samego producenta), powoduje (przy tym samym prądzie wyładowczym) zwiększenie napięcia obniżonego o ponad 2 kV.

W przypadku jednostronnego uziemiania żył powrotnych kabli, ograniczniki przepięć na nieuziemionym końcu żył powrotnych powinny być zawsze połączone w gwiazdę, a punkt gwiazdowy połączony z uziemionym kablem ECC.

Ograniczniki te powinny być połączone z żyłami powrotnymi kabli przewodami koncentrycznymi o małej impedancji falowej, odpowiedniej obciążalności i o długości nie większej niż 2-3 m. Ekrany przewodów koncentrycznych powinny być połączone ze sobą oraz z uziemieniem ograniczników, jak pokazano na rysunku 8.

Rys. 8. Sposób połączenia i uziemienia ograniczników przepięć oraz koncentrycznych przewodów łączących w układzie SPB.
Rys. 8. Sposób połączenia i uziemienia ograniczników przepięć oraz koncentrycznych przewodów łączących w układzie SPB.

 

Narażenia środowiskowe ogranicza się zamykając ograniczniki w specjalnych skrzynkach połączeniowych, tzw. link boxach. Link box powinien być tak zaprojektowany, wykonany i zainstalowany, aby wyeliminować lub znacznie zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia wyładowania zupełnego w jego elementach. Newralgicznymi elementami układu izolacyjnego link box są niewątpliwie odstępy powietrzne i powierzchniowe między zaciskami przyłączowymi.

Izolacja między zaciskami musi wytrzymać: napięcie stałe wykorzystywane do badania osłon, napięcia indukowane o częstotliwości 50 Hz oraz podwojone napięcie obniżone ograniczników (przy połączeniu w gwiazdę między każdą parą żył powrotnych kabli połączone są szeregowo dwa ograniczniki).

Wytrzymałość odstępów izolacyjnych link boxa powinna uwzględniać dodatkowy margines bezpieczeństwa (na poziomie 25%) uwzględniający m.in. starzenie się izolacji podczas eksploatacji.

 

Artykuł powstał na podstawie referatu wygłoszonego podczas XVI Sympozjum Oddziału Poznańskiego SEP „Współczesne urzadzenia oraz usługi elektroenergetyczne, telekomunikacyjne i informatyczne” – Bezpieczeństwo pracy i eksploatacji sieci oraz instalacji. Poznań, 20-21 listopada 2013 r.


Literatura:

[1] Guide to the protection of specially bonded systems against sheath overvoltages. Paper presented by Working Group 07 Study Committee no.21. Electra 1990, nr 128.

[2] Maintenance for HV cables and accessories. Technical Brochure No. 279, Working Group B1.04 CIGRE, August 2005.

[3] Special bonding of high voltage power cables. Technical Brochure No. 283, Working Group B1.18 CIGRE, October 2005.PN-EN 60099-5 Ograniczniki przepięć – Zalecenia wyboru i stosowania.

[4] Żmuda K.: Elektroenergetyczne układy przesyłowe i rozdzielcze. Wybrane zagadnienia z przykładami. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2012.

follow us in feedly
Średnia ocena:
 
REKLAMA

Otrzymuj wiadomości z rynku elektrotechniki i informacje o nowościach produktowych bezpośrednio na swój adres e-mail.

Zapisz się
Komentarze (0)
Dodaj komentarz:  
Twój pseudonim: Zaloguj
Twój komentarz:
dodaj komentarz
Stowarzyszenie Elektryków Polskich
Stowarzyszenie Elektryków Polskich
ul. Świętokrzyska 14, Warszawa
tel.  +48 22 5564-302
fax.  +48 22 5564-301
$nbsp;
REKLAMA
Nasze serwisy:
elektrykapradnietyka.com
przegladelektryczny.pl
rynekelektroniki.pl
automatykairobotyka.pl
budowainfo.pl