ВВЕДЕНИЕ 3
1. РЕЖИМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СПЭ 5
1.1. Рассмотрение однофазной сети с применением комплексного метода 7
1.2. Рассмотрение трехфазной группы однофазных кабелей 10
2. РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КАБЕЛЕЙ С ПОЛИМЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ 6 — 35 кВ 13
2.1. Симметричные и несимметричные режимы работы кабелей 6 — 35 кВ 13
2.2. Основные расчетные режимы кабелей с полимерной изоляцией в сетях с изолированной нейтралью 19
2.3. Однофазное короткое замыкание на землю в сетях 6 — 35 кВ 21
2.4. Расчет напряжений экранов кабелей 6 — 35 кВ 22
2.5. Расчет экрана кабелей 6-35 кВ с изоляцией из СПЭ 24
2.6. Обобщающие расчеты для кабелей 6-35 кВ 27
2.6.1. Расчет напряжений экранов кабелей 30
2.6.2. Расчет доли токов в экранах кабелей 35
3. РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КПИ 110 — 220 КВ 39
3.1. Симметричные и несимметричные режимы работы кабелей 110 — 220 кВ
3.2. Основные расчетные случаи кабелей в сетях 110 — 220 кВ 40
3.3. Расчет напряжений экранов и определение конструкций экранов кабелей 110 — 220 кВ с изоляцией из СПЭ 43
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ: Обеспечение безопасности при прокладке и эксплуатации кабельных линий 45
4.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов при эксплуатации и ремонте кабельных линий 45
4.2. Мероприятия, обеспечивающие защиту от опасностей 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 53
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Кабельные сети составляют важную часть современных распределительных сетей и систем электроснабжения. Наибольшее применение кабельные линии (КЛ) нашли именно при передаче и распределении электроэнергии (ЭЭ) на промышленных предприятиях и в крупных городах, где наблюдается повышенная плотность нагрузки электропотребления, а также при передаче ЭЭ через большие водные пространства. В круг потребителей кабельно-проводниковой продукции входят предприятия различных отраслей промышленности, таких как энергетика, металлургическая отрасль, угольно-добывающая отрасль, нефтегазовая отрасль, машиностроение, строительная индустрия и другие отрасли промышленности.
В настоящее время в сетях 6 ± 220 кВ активно используются однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Ввиду роста требований эксплуатирующих организаций к техническим характеристикам кабелей становится очевидна устойчивость процесса замены традиционной твердой изоляции на более перспективные виды полимерной изоляции (КПИ). Основными преимуществами таких кабелей является: большая пропускная способность при передаче потока мощности с меньшим сечением, а соответственно, меньшие габариты и геометрические характеристики; повышенная прочность; повышенные значения длительно допустимых температур нагрева жил; длительный срок службы; экологическая безопасность.
Данный вид кабеля имеет особенность конструкции, заключающуюся в наличии медного экрана, который выполняется в виде ленты или проволок, становясь тем самым дополнительным слоем кабеля. Экран служит для устранения/выравнивания электрического поля вокруг кабеля, воздействующего на изоляцию кабеля «жила-экран», поэтому важным вопросом является выбор верного способа заземления экрана.
Однако существует нежелательное явление индуктивного характера, которое заключается в протекании токов в экранах кабелей близких к рабочим, когда экран заземляется с двух сторон КЛ. Ток, текущий по токопроводящей жиле, создает переменное магнитное поле, которое впоследствии взаимной индукции между жилой и экраном индуцирует ЭДС в экране. Также появление токов в экранах и напряжение на экранах может появиться при повреждении изоляции кабеля. Протекание тока в экране кабеля близкого по значению к току жилы приводит к возникновению активных потерь, что может привести к нагреву и последующему нарушению изоляции кабеля. Основными способами устранения индуктированных токов по экрану является применение одностороннего заземления экранов и электромагнитная компенсация с применением транспозиции экранов .
Можно сделать вывод о том, что эксплуатационными характеристиками кабелей с изоляцией из СПЭ являются токи, проходящие по жилам и экранам, а также напряжения, наводимые на экранах кабелей при разных режимах работы. Стоит отметить, что такими режимами являются нормальный режим работы и аварийный режим, представляющий наибольшую опасность для системы.
Актуальность исследования - целью предприятий-производителей кабельной продукции является внедрение новейших технологий в области производства, что приводит к модернизации продукции, а впоследствии к изменению их технических, геометрических и электрических параметров.
Теоретико-методологическая часть - комплексный метод расчета цепей переменного тока, метод симметричных составляющих, методика расчета токов и напряжений в экранах одножильных кабелей.
Практическая значимость исследования - проведение расчетов и составление приложения может способствовать упрощению проектирования кабельных сетей.
В ходе составления ВКР был проведен анализ электрических параметров кабелей с изоляцией из СПЭ 6-220 кВ для симметричных и несимметричных режимов работы. По результатам исследования, которые были проведены в данной ВКР, можно сделать следующие выводы:
1. Сеть, состоящую из однофазного кабеля с СПЭ-изоляцией, можно представлять как двухпроводную линию с двумя контурами, которые образованы между жилой кабеля и обратным проводом в земле, а также между экраном и тем же обратным проводом.
2. При одностороннем заземлении экранов кабелей с СПЭ изоляцией ток в экране отсутствует, а падение напряжения на экране является напряжением незаземленного конца экрана относительно земли, которое зависит от длины кабеля и тока в жиле.
3. Основными расчетными режимами работы кабелей с СПЭ изоляцией следует принимать нормальный и аварийный режим работы, поскольку именно при КЗ по жиле протекают максимальные токи.
4. Величины токов протекающих по экранам, а также напряжения на экранах трехфазной группы однофазных кабелей зависят от расстояния между кабелями, чем меньше расстояние, тем меньше значения токов и напряжений. Однако сближение кабелей вплотную друг к другу может привести ухудшению эффективности охлаждения кабелей.
5. Для определения токов и напряжений при НКЗ следует пользоваться методом симметричных составляющих.
6. В сетях низкого напряжения 6-35 кВ однофазное КЗ не является расчетным случаем, так как токи в этом режиме малы. А в сетях 110-220 кВ токи однофазного замыкания близки по величине токам трехфазного КЗ, поэтому в этих сетях режим однофазного КЗ является расчетным.
7. Основные расчетные случаи приводятся для определения напряжения наводимого на экране кабеля при одностороннем заземлении экрана и последующим сравнением его с допустимыми значениями, исходя из чего, следует делать вывод о необходимости разделения экрана на секции.
8. Сечение экрана кабеля следует подбирать исходя из расчета тока короткого замыкания с учетом выбранного режима нейтрали сети.
9. Разделение экрана на секции или применение транспозиции способно уменьшить значения напряжений на экранах для соответствия допустимым значениям напряжения на экране.
10. Выбор большего сечения экрана приводит к увеличению доли тока, протекающего в экране, относительно тока в жиле. Увеличение сечения жилы способно незначительно уменьшить долю тока экрана. Чем больше расстояние между кабелями соседних фаз, тем больше значения тока экрана.
11. При выборе схемы разделения экранов на К секций и при применения транспозиции N циклов необходимо отдавать предпочтение варианту с меньшим числом обустройства экранов.
12. Применение двухстороннего заземления экрана недопустимо, в связи с протеканием токов в экране кабеля сопоставимых по значению с токами в жилах. Поэтому необходимо применение разделения экрана на секции с помощью разделения на К секции или с помощью применения транспозиции.
13. Применение транспозиции с разделением экранов на 3N секций является оптимальным способом борьбы с индуктированными токами в экранах.
1. Халилов Ф.Х. Теоретические и практические проблемы применения кабельных линий электропередачи с полимерной изоляцией/ Халилов Ф. Х., Гольдштейн В. Г., Кузнецов Д. В..- М. : Энергоатомиздат, 2015.- 167 с.
2. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6¬500 кВ.-СПб.: Ид-во Политехн. ун-та, 2010.-154 с.
3. Дмитриев М.В. Однофазные и трехфазные кабели 6-35 кВ: Различия при выборе сечения экранов и схемы их заземления // Энергоэксперт. 2017. №1. С.49-53.
4. Дмитриев М.В. Однофазные кабели КЛ 6-500 кВ. Выбор взаимного расположения. // Новости ЭлектроТехники. 2018. №5(113)-6(114). С.52-55.
5. Дмитриев М.В. Напряжения, наведенные на кабельные линии 6-500 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. 2017. №6(45). С.88-93.
6. Дмитриев М.В. Транспозиция экранов кабелей 6-500 кВ. Практические аспекты использования // Новости ЭлектроТехники. 2012. №2(74). С.2-6.
7. Сенько В.В. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах. Курс лекций.
8. Силовые кабели и кабельные системы 10-220 кВ. Современные решения в области силовых кабелей «АББ-Москабель».
9. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: ЭНАС, 2012 - 376 с.
10. ПОТ Р О-45-009-2003 Правила по охране труда при работах на линейных сооружениях кабельных линий передачи.
11. Сибикин Ю.Д. «Безопасность труда при монтаже, обслуживании и ремонте электрооборудования предприятий». - М.: Машиностроение, 2002г.
12. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. «Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок». - М.: «Высшая школа» 2003г.