132
междуфазное короткое замыкание (КЗ), требующее, в
отличие от ОЗЗ, максимально быстрого отключения
кабельной ЛЭП штатным действием устройств релейной
защиты от КЗ.
В кабельных сетях 6–10 кВ с резонансным заземлением
нейтрали через дугогасящий реактор (ДГР) в токе ОЗЗ
присутствуют следующие составляющие: остаточный
ёмкостный ток основной (50 Гц) частоты, активная
составляющая основной частоты, которая обусловлена
наличием активного сопротивления ДГР и потерями в
оболочках кабеля, а также высшие гармонические
составляющие, обусловленные наличием потребителей с
нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ).
Величина остаточного ёмкостного тока основной частоты
обусловлена расстройкой компенсации, которая согласно [1]
не должна превышать 5% (в некоторых случаях – 10%). Доля
активной составляющей тока ОЗЗ
I
а
, обусловленной
активными потерями в изоляции фаз сети на землю и ДГР, в
компенсированных кабельных сетях среднего напряжения не
превышает 5–7% от величины
I
c
[2, 3].
По данным [4], полученным на основе 325 опытов по
измерению емкостных токов ОЗЗ
I
c
в распределительных
кабельных сетях 6–10 кВ Мосэнерго, процентное
содержание ВГ в токах замыкания на землю может
достигать значений
I
ВГ%
= 35–40% и более от
I
c
. При этом
для большей части обследованных кабельных сетей 6–10
кВ (
75%) общий уровень ВГ в токе ОЗЗ находится в
пределах 15–30% [4]; среднее значение
I
ВГ%
22%.
По данным [5, 6] при уровне гармонических искажений
напряжений сети, не превышающем допустимых по ГОСТ
32144-2013 «Нормы качества электроэнергии в системах
электроснабжения общего назначения» для сетей 6–10 кВ
значений
К
U
макс
≤ 8%, максимальный уровень ВГ в токе
ОЗЗ кабельных сетей 6-10 кВ не превышает 55% от
значения
I
с
.
Нескомпенсированный ёмкостный ток ОЗЗ 50 Гц, а также
его активная составляющая в разы меньше высших
гармонических составляющих тока ОЗЗ, поэтому при расчете
температуры нагрева кабельной ЛЭП 6–10 кВ ими можно
пренебречь.
Таким образом, в сетях с резонансным заземлением
нейтрали преобладает составляющая, обусловленная
наличием высших гармоник. При этом средний уровень
I
ВГ%
в токе ОЗЗ целесообразно принять равным 20% от
I
c
,
а максимальный уровень
−
50% от
I
c
.
В сетях с резонансным заземлением нейтрали без
значительных
расстроек
компенсации
практически
невозможно возникновение дуговых ОЗЗ. Возникновение
«металлических» ОЗЗ (при которых сопротивление места
пробоя равно нулю) также маловероятно; в связи с этим
рассмотрению в данной работе подлежат ОЗЗ через
устойчивое переходное сопротивление (
R
пер
0).
II.
К
РИТЕРИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНО
ДОПУСТИМОГО ВРЕМЕНИ РАБОТЫ КАБЕЛЬНОЙ
ЛЭП
В
РЕЖИМЕ
ОЗЗ
Максимально допустимое время работы кабельной
ЛЭП в режиме ОЗЗ будет определяться интервалом
времени, за который ОЗЗ перейдет в междуфазное КЗ.
Примем, что переход ОЗЗ в междуфазное КЗ станет
возможным тогда, когда изоляция между двумя фазными
жилами необратимо деградирует и сделает возможным
пробой не только контура «фаза-земля», но и контура
«фаза-фаза».
Таким образом, достижение неповрежденной фазой
температуры в 200°С (максимальная температура нагрева
жил при токе КЗ [7]) может служить достаточным
основанием полагать, что междуфазная изоляция
необратимо деградировала и не представляет более
препятствия для перехода однофазного замыкания на
землю в междуфазное короткое замыкание.
III.
И
МИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВА
КАБЕЛЬНОЙ
ЛЭП 6-10
К
В
A.
Источники тепловой энергии в кабельной ЛЭП и
внешний вид имитационной модели
В рамках данной работы рассматривается модель
кабельной ЛЭП, уложенной в траншею. Результаты
расчётов по такой модели, позволят найти максимальное
время работы кабельной ЛЭП в условиях нагрева её токами
различных режимов, так как кабели, проложенные в
траншеях, имеют более благоприятные условия для
охлаждения по сравнению с линиями, проложенными в
каналах, туннелях, блоках, эстакадах [9].
При имитационном моделировании кабельной ЛЭП
необходимо принять во внимание, что основным
источником тепловой энергии, при наличии переходного
сопротивления в месте ОЗЗ, является место повреждения
как область, в которой плотность тока наибольшая;
соответственно, максимально здесь и тепловыделение.
Учёт потока тепловой энергии вдоль оси, параллельной
направлению
прокладки
проводника,
становится
невозможным в двухмерной (2D) модели (которая
применяется в работах по аналогичной тематике,
например, в [9]); следовательно, для дальнейшего анализа
наиболее целесообразно будет использовать трёхмерную
(3D) модель проводника кабельной ЛЭП.
В ходе исследования было установлено, что термическая
стойкость междуфазной изоляции кабельной ЛЭП зависит
только от мощности источника тепловой энергии, но не от
конфигурации канала пробоя. В связи с этим принято, что,
канал пробоя в которой перпендикулярен оси проводника, как
и в работах по близкой тематике [9].
B.
Диаметр канала пробоя при ОЗЗ и его влияние на
температуру в месте пробоя и температуру
неповрежденной фазы
Выбор диаметра канала пробоя представляет особый
интерес и важен для сравнения теплового эффекта от ОЗЗ
различных типов (металлическое и через переходное
сопротивление). При анализе зависимости температуры в
канале пробоя от диаметра канала параметры тепловой
схемы замещения (теплопроводность, теплоёмкость и
плотность вещества) приняты не зависящими от величины
температуры и, следовательно, выделяющейся в канале
пробоя мощности; поэтому тепловая схема замещения
линейна. На рис. 1 в качестве примера приведена
зависимость температуры в канале пробоя от диаметра
данного канала, изменяемого в пределах от 0,5 до 4 мм при
мощности, выделяющейся в канале пробоя, равной 770 Вт
(см. также раздел IV).
