Меню

Экран кабеля это земля

Заземление экранов контрольных кабелей

Подписка на рассылку

Заземление экранов контрольных кабелей — одно из обязательных мероприятий, проводимых при конструировании электростанций и подстанций, промышленно-производственных и иных типов объектов, где предполагается эксплуатация высоковольтного оборудования (или множества электроприборов, совокупная мощность которых может достигать десятки или сотни кВт). Если предположить существование иерархии проводников (допустим, по мощности, виду передаваемых сигналов и области применения), то контрольный кабель будет расположен где-то между силовыми и информационными типами. Данные кабельные изделия служат для управления подконтрольными объектами и передачи информации (на пульт оператора) об их состоянии. Кабели применяются, к примеру, для подключения к ним различной электроаппаратуры, электромеханического оборудования, устройств релейной защиты, сигнализации и т. д.

Имеющиеся в системе электрические цепи, помимо высоковольтных цепей, именуются вторичными. Сюда же относятся цепи, построенные из контрольных кабелей.

Цели устройства заземления

Как и в случае с любыми другими типами проводников, заземление контрольного кабеля производится с целью защиты оборудования от всевозможных помех, возникающих по ряду причин — удары молний, короткие замыкания, разряды статического электричества, работа радиопередающих устройств и т. д. Из вышесказанного также можно сделать вывод, что контрольный кабель используется, в том числе, для работы электронного оборудования. Любая подобная техника (и более всего — микропроцессорная), как известно, очень чувствительна к электромагнитным помехам (ЭП). Таким образом, заземление экранов контрольных кабелей также необходимо для защиты электронного оборудования от ЭП.

Но для чего заземлять экран, ведь данный компонент проводника, как известно, и так служит для препятствования проникновения электромагнитных помех в токопроводящие жилы? Но, как показывает практика, одно лишь экранирование не является эффективным способом защиты от ЭП.

Нормы заземления экранов контрольных кабелей и принцип работы

Установленные нормы заземления экранов контрольных кабелей допускают заземлять проводник с одного или с двух концов. Причем одностороннее заземление может быть произведено со стороны источника напряжения или со стороны приемника (прибора-потребителя электроэнергии). И тот и другой способ монтажа заземления экранов контрольных кабелей имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим положительные и отрицательные моменты обоих способов в ситуации с возникновением токов короткого замыкания.

В случае с односторонним заземлением:

• Заземление контрольных экранированных кабелей с одной из сторон исключает возможность появления тока (в нормальном режиме работы) при возникновении разности потенциалов на концах экрана, т. к. он (ток) будет уходить в землю. Это, в свою очередь, предотвращает нагрев кабеля и его повреждение.
• Однако при таком способе монтажа заземления экранов контрольных кабелей в случае возникновения токов короткого замыкания разность потенциалов на концах экрана может достигать значений в несколько десятков/сотен/тысяч вольт (зависит от напряжения), что очень опасно не только для самого кабеля, но и всего оборудования, к которому он подключен. Т. е. подобное заземление контрольного кабеля ГОСТами и стандартами МЭК не предусматривается.

В случае с двухсторонним заземлением контрольного кабеля проблем с разностью потенциалов не наблюдаются. Но и здесь существует свой недостаток — такая система, по сути, является замкнутой. Это значит, что при возникновении короткого замыкания или, например, вследствие ударов молнии очень высока вероятность термического повреждения всего кабеля. Однако при грамотном построении системы с двухсторонним заземлением контрольных экранированных кабелей всего этого можно избежать.

Для защиты экрана могут применяться, т. н. замкнутые системы заземления с большим числом связей. Еще один эффективный способ — использование параллельных заземляющих проводников. В обоих случаях сверхвысокие токи буду равномерно распределены по всем заземляющим кабелям, что устранит возможность его нагрева и повреждения.

Большой выбор контрольных кабелей представлен на сайте компании «Кабель.РФ ® «. Ознакомившись с описанием продукции, вы можете сделать выбор самостоятельно или обратиться к специалисту компании, который грамотно проконсультирует вас по вопросам цены и качества.

Источник

Заземление экранированного кабеля

Подписка на рассылку

Заземление кабелей — обязательная процедура, входящая в комплекс мероприятий по строительству кабельных линий электропередач и связи. Выполняется заземление с целью защиты самого кабеля и электрооборудования, подключенного к кабельной линии, от токов короткого замыкания и различных внешних воздействий (электромагнитные поля, молнии, блуждающие тока и т. д.). Вторая важная цель устройства систем заземления — защита человека от поражения электрическим током.

Существует множество терминов, определений, связанных с системами заземлений, а также методов и способов их построения по отношению к различным кабелям, электроустановкам и т. д. — подробная информация приведена в главе 1.7 ПУЭ 7 (Правила устройства электроустановок) от 2002 года. Здесь будут рассмотрены основные моменты заземления контрольных экранированных кабелей, кабелей связи (включая оптические) и силовых кабелей.

Заземление силовых высоковольтных кабелей

Заземление экранированного кабеля напряжением от 6 кВ и выше может производиться по схеме двухстороннего или одностороннего заземления экрана. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки.

Преимуществом двухстороннего заземления является простота монтажа. Заключается он в присоединении экрана к контуру заземления — нет необходимости в использовании каких-либо дополнительных средств или оборудования. Данная схема заземления предполагает, что экран кабеля имеет потенциал земли, а значит, в замкнутом контуре возникает ток. Это ведет к существенным потерям мощности и ухудшению температурного режима кабеля, что, в свою очередь, может стать следствием снижения его срока эксплуатации.

При одностороннем заземлении к заземляющему устройству подключается только один конец экрана. В этом случае отсутствует путь для протекания токов, что не вызывает существенных потерь мощности. Незначительные потери могут наблюдаться из-за возникновения вихревых токов, но они не определяют температурный режим и, как следствие, не снижают срок службы кабеля.

Читайте также:  Переселение земли глобальная проблема

Однако схема одностороннего заземления экранированного кабеля требует учитывать следующие факторы:

• Возникновение импульсных перенапряжений может стать причиной снижения эффективности оболочки кабеля. Если значение перенапряжения превысит электрическую прочность оболочки, в конструкцию кабеля может просочиться влага (при подземной прокладке, а также для кабелей без герметизации).
• Данная схема заземления, как правило, требует использования дополнительного оборудования, включая концевые муфты с изолированным экраном, защитные аппараты, устанавливаемые на незаземленном конце кабельного экрана. Все это потребует дополнительные финансовых и трудозатрат при построении системы заземления.
• Существует риск возникновения на незаземленном конце экрана наведенного потенциала (пропорционален току в жиле кабеля), что может стать причиной поражения током обслуживающего персонала.

Таким образом, одностороннее заземление требует использования спецоборудования и принятия дополнительных мер по обеспечению безопасности работы кабельной линии, что увеличивает стоимость монтажных работ и последующего обслуживания.

Если экранированный кабель имеет броню, тогда оба этих компонента должны быть объединены в единую цепь, а затем подключены к корпусам соединительных муфт. На кабелях напряжением от 6 кВ и более с оболочкой из алюминия подключение оболочки и брони к земле производится при использовании отдельных проводников (сечения проводников подбирается по требованиям, приведенным в разделах 1.7.76–1.7.78 ПУЭ).

При использовании на опоре конструкции комплекта разрядников броня, экран и соединительная муфта подключаются к заземляющему устройству разрядника. В данном случае не допускается заземление лишь металлической оболочки.

Как заземлить экранированный кабель управления

Заземление контрольных экранированных кабелей и кабелей связи производится не только в целях обеспечения безопасности, но и для устранения электромагнитных помех. В отличие от силовых, контрольные кабели и кабели связи также служат и для передачи информации или аналоговых сигналов. Величина электромагнитных помех может достигать несколько киловольт, подача которых на входы управляемого электрооборудования может привести к самым различным последствиям, вплоть до выхода установок из строя.

Экранированный кабель также может быть заземлен — как с одной, так и с двух сторон. Однако в данном случае предпочтение отдается именно двухстороннему заземлению экрана. Такая схема эффективней устраняет влияние электрических и магнитных полей как высокой, так и низкой частоты, предотвращая накопление напряжения помех свыше установленных норм.

Как и в предыдущем случае, двухстороннее заземление требует особого подхода к проектированию. Здесь важно учитывать, что при коротком замыкании или ударах молнии на заземляющем устройстве существует вероятность увеличения потенциала, что может привести к увеличению тока на экране и термическому повреждению кабеля. Для снижения потенциала используются различные методы: например, путем прокладки вдоль кабеля параллельных заземляющих проводников или применение замкнутых систем заземления.

Как заземлить экранированный кабель оптический

Согласно РД 45.155 заземление оптических кабелей (ОК) должно осуществляться на вводах в стационарные сооружения, необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) и любые технические помещения, в которых устанавливаются волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП). Заземлению подлежат металлические элементы кабеля — броня, металлическая оболочка и/или трос (зависит от конструкции кабеля).

Металлические компоненты ОК подключаются на заземляющие устройства отдельными проводами сечением не менее 4 мм2. В качестве устройств заземления используются специальные заземляющие щитки, устанавливаемые в технических помещениях. При отсутствии щитков допускается заземление металлических компонентов кабеля на специальные заземляющие клеммы оконечных оптических устройств (коммутаторы, серверы и т. п.).

Компания «Кабель.РФ ® » является одним из лидеров по продаже кабельной продукции и располагает складами, расположенными практически во всех регионах Российской Федерации. Проконсультировавшись со специалистами компании, вы можете приобрести нужную вам марку экранированного кабеля по выгодным ценам.

Источник

Заземление экранов однофазных силовых кабелей высокого напряжения

к.т.н. Дмитриев М.В. (ЗАО «Завод энергозащитных устройств»),

В последнее время силовые кабели высокого напряжения 110-500 кВ современных конструкций все более широко используются для передачи и распределения электроэнергии, особенно в крупных городах на промышленных предприятиях, где уровень электропотребления, плотность нагрузки весьма значительны.

Высокий уровень напряжения токопроводящей жилы кабеля приводит к необходимости использования металлического экрана. Основным назначением металлического экрана является устранение электрического поля на поверхности кабеля. Для снижения напряжения на экране выполняется его заземление одной или нескольких точках.

Способ заземления экрана кабеля влияет:

— на электрические потери кабеле (экране), а значит на его тепловой режим пропускную способность;

— на величину напряжения на экране нормальных аварийных режимах, т.е. на надежность работы кабеля безопасность его обслуживания;

— на основные электрические параметры кабеля (активное индуктивное сопротивления).

Экраны кабелей изоляцией из сшитого полиэтилена выполнены из хорошо проводящего материала (алюминия или меди); их заземление более чем одной точке ведет появлению значительных токов, сопоставимых током жилы кабеля. Если по условиям ограничения напряжения на экране обязательно его заземление нескольких точках, то для снижения токов экранах при трехфазной группе однофазных кабелей может быть применена транспозиция экранов.

В статье рассмотрены вопросы заземления экранов таких однофазных кабелей; получены аналитические выражения для токов напряжений на экранах кабеля, позволяющие обосновать необходимость транспозиции экранов выбрать число циклов транспозиции. Кроме того, здесь представлены формулы для определения продольных активных индуктивных сопротивлений кабелей (прямой нулевой последовательностей), которые необходимы расчетах нормальных режимов при анализе токов короткого замыкания сети.

Существуют достаточно точные формулы для расчета погонных параметров кабелей, конструкция которых приведена на рис.1, том числе учетом взаимного пофазного влияния при их трехфазном исполнении при прокладке земле, также учетом частотных зависимостей этих параметров. Точные формулы впервые встречаются зарубежной публикации «Transient 2 analysis of underground power transmission systems» авторов Wedepohl L.M., Welcox D.J. (Proc. Inst. El. Eng., 1973, vol.120, N2, pp.253-260). Однако они сложны и без специальных компьютерных программ по их расчету неудобны в использовании.

Читайте также:  Энергия взаимодействия ребенка с землей достигает наибольшего значения

Ниже статье приведены формулы для погонных параметров кабелей при их упрощенном точном определении, а также дана методика расчета токов напряжений установившихся квазиустановившихся режимах. Отмечается, что аналитические расчеты с использованием предлагаемых упрощений дают хорошее совпадение результатами, использующими точные параметры, кроме того, они подтверждаются расчетами, полученными при подробном компьютерном моделировании процессов известном канадско-американском программном комплексе EMTP-ATP (Electromagnetic Transients Program, www.emtp.org).

Важным является вопрос обеспечения защиты изоляции кабеля от грозовых иных перенапряжений. Для защиты изоляции «жила-экран» применяются типовые ОПН соответствующего класса напряжения сети, для защиты изоляции «экран-земля» применяются ОПН специального типа, устанавливаемые незаземленных концах экранов узлах транспозиции. Выбор характеристик перечисленных ОПН, частности, базируется на результатах расчетов напряжений промышленной частоты на изоляции экрана, которые можно выполнить по предлагаемой статье методике или использованием EMTP. Однако, полном объеме вопросы определения характеристик ОПН здесь не рассматриваются, их предполагается обсудить специальной статье.

1. Упрощенная расчетная методика

Получим расчетные выражения для параметров кабелей, основываясь на известных формулах для собственных взаимных погонных активно-индуктивных сопротивлений многопроводной системы провода-земля. Провода (жилы экраны) предполагаются находящимися воздухе над землей. В этом случае расстояние до земли не имеет значения, т.к. для расчетов режимов на промышленной частоте 50 Гц «обратные провода» находятся от реальных на расстоянии D3, составляющем сотни метров.

Расстояние D3, а также активное сопротивление земли , можно R3 определять упрощенно (например, по Рюденбергу, табл.2). При вычислении емкостных параметров кабелей они предполагаются, как это имеет место, находящимися под землей (глубина залегания здесь не имеет значения).

Рис.1. Однофазный кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена

Табл.1. Основные используемые обозначения

При определении параметров кабеля (табл.2-3) были сделаны следующие допущения:

1. геометрия расположения пространстве трехфазной системы кабелей такова, что s >> r3;

2. если фазы кабеля расположены вершинах равностороннего треугольника, т.е. виде «трилистника», то

; если фазы кабеля расположены на одном уровне («flat-расположение»),

, то при транспозиции жил кабеля

3. экран кабеля упрощенно считаем таким, что ; это позволяет 3 пренебречь конечной толщиной экрана и в расчетах использовать лишь его внутренний радиус;

4. пренебрегаем токами смещения земле;

5. пренебрегаем эффектом близости на промышленной частоте, считая активные сопротивления жил экранов как на постоянном токе.

Табл.2. Основные электрические параметры кабеля

Табл.3. Собственные и взаимные погонные сопротивления кабеля, выражаемые комплексными числами (j — мнимая единица)

Падения напряжений вдоль жил и экранов кабелей связаны с токами в них следующей системой уравнений:

В системе всего 6 уравнений, относительно 6-ти напряжений и 6-ти токов, следовательно, необходимо задать дополнительно еще 6 величин: падения напряжений (или токи) и (или) граничные условия. В правой части системы (1) сомножителями у токов выступают полные сопротивления кабеля, определяемые произведением соответствующих погонных сопротивлений (по табл.3) на длину кабеля l .

Для определения погонных продольных активно-индуктивных сопротивлений трехфазной системы однофазных кабелей токам прямой и нулевой последовательностей, которые используются в расчетах нормальных и аварийных режимов работы сети, необходимо указать состояние экрана кабеля (граничные условия), от которого эти параметры зависят (табл.4):

Табл.4. Состояние экрана и граничные условия

1. В п. 2 таблицы пренебрегаем емкостными токами в начале кабеля.

2. В п. 3, 4 пренебрегаем сопротивлениями заземления экрана.

3. В п. 4 необходимо учесть граничные условия для токов в узлах транспозиции, для чего система (1) записывается для каждого участка между узлами транспозиции (т.е. 3 раза при N =1), и токи в экранах (а также напряжения) в конце участка приравниваются токам (и напряжениям) в начале другого участка в соответствии с рисунком.

После задания граничных условий искомые параметры из (1) находятся путем указания некоторых дополнительных условий, характеризующих решаемую задачу. Так, например, если трехфазная система падений напряжений, приложенных к жилам, образует систему прямой последовательности, то при оговоренных условиях мы имеем полное основание считать, что токи в жилах и экранах также образуют системы прямой последовательности, а тогда дополнительные условия будут выглядеть так, как показано в первой строке табл. 5. Так как искомые сопротивления прямой последовательности находятся путем деления падения напряжения в фазе А на ток в этой фазе, то двух указанных условий достаточно. Аналогичные рассуждения приводят к формулировкам дополнительных условий во 2-3-ей строках табл. 5.

Окончательные формулы для расчетов продольных активно-индуктивных параметров трехфазного кабеля по прямой и нулевой последовательностям приведены в табл.6.

Табл.5. Дополнительные условия для нахождения параметров трехфазного кабеля и расчетов некоторых режимов с помощью системы (1)

Табл.6. Формулы для расчетов продольных параметров кабеля по прямой и нулевой последовательностям

Напряжения (табл.7) и токи (табл.8) в экранах кабеля определены в двух расчетных случаях: в нормальном симметричном установившемся режиме работы и в аварийном квазиустановившемся режиме однофазного короткого замыкания в сети вне кабеля.

С помощью табл.7 можно вычислить напряжение на экране кабеля относительно земли, для чего:

— коэффициент в строке 1 надо умножить на фазное значение напряжения сети, питающей кабель (UЖ);

— коэффициенты в строках 2-4 надо умножить на длину кабеля l и ток IЖ , протекающий в его жиле (в нормальном режиме – это ток нагрузки, ав аварийном режиме – ток однофазного короткого замыкания сети).

Табл.7а. Напряжение (В), наводимое на экран кабеля относительно земли в нормальном режиме работы

Читайте также:  Как посмотреть статус участка земли

Табл.7б. Напряжение (В), наводимое на экран кабеля относительно земли в аварийном режиме однофазного короткого замыкания вне кабеля

Табл.8. Токи в экранах фаз кабеля

В качестве примера рассмотрим определение требуемого числа циклов транспозиции экранов для системы из трех однофазных кабелей 110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена марки 2 ?S(FL)2Y1 ?1000 RMS/185+FO64/110/123kV длиной 8.1 км.

Если экран не заземлять, то по формулам табл.7 на нем относительно земли будет 20% фазного напряжения сети, что недопустимо. Если экран заземлить только на одном из концов кабеля, то:

— в нормальном режиме (по формулам табл.7а) на разомкнутом конце получим напряжение 0.88 В на один Ампер тока в жиле; при токе в жиле 1000 А получим напряжение на экране 880 В, что допустимо для изоляции экрана (но недопустимо для персонала в случае возможности прикосновения к экрану);

— в аварийном режиме (по формулам табл.7б) на разомкнутом конце получим напряжение 5.8 В на один Ампер тока в жиле; даже при токе короткого замыкания всего 10 кА имеем напряжение около 58 кВ, что недопустимо для изоляции экрана, т.е., очевидно, требуется заземление экрана на обоих концах кабеля.

Если экран кабеля заземлен на обоих его концах, то (по формулам табл.8) получим ток в экране кабеля , т.е. в экране кабеля протекает ток, сопоставимый с током жилы, что недопустимо, учитывая малое сечение экрана (185 мм 2 ) по сравнению с сечением жилы (1000 мм 2 ). Следовательно, для рассматриваемого кабеля необходима транспозиция экранов.

Согласно табл.8 в случае транспозиции экранов в нормальном режиме работы тока в экране нет (есть емкостный ток, составляющий единицы ампер). При внешнем однофазном коротком замыкании (согласно табл.8) в экранах трех фаз кабеля протекают равные токи, каждый из которых составляет приблизительно треть от тока короткого замыкания, протекающего в жиле кабеля аварийной фазы сети.

Из табл.7а,б следует, что напряжение на экране относительно земли в узле транспозиции:

— в нормальном режиме составляет 0.292 В на один Ампер тока жилы; при токе 1000 А получим напряжение 292 В, которое допустимо для изоляции экрана;

— в аварийном режиме составляет 0.195 В на один Ампер тока жилы; при токе короткого замыкания 20 кА получим напряжение 3.8 кВ, которое допустимо для изоляции экрана и допустимо для ОПН, установленных между экраном и землей в узлах транспозиции для защиты изоляции экран-земля от перенапряжений.

Полученные результаты хорошо согласуются с расчетами, выполненными при подробном моделировании процессов в программном комплексе EMTP. Учитывая результаты аналитических и компьютерных расчетов, требуемая схема соединения экранов рассмотренного кабеля длиной 8.1 км приведена на рис.2.

Рис.2. Схема соединения экранов группы из трех однофазных кабелей 110 кВ длиной 8.1 км с изоляцией из сшитого полиэтилена

В том случае, если бы ток короткого замыкания составлял, например, 40 кА, напряжение в узле транспозиции в аварийном режиме было бы 7.6 кВ, что недопустимо для ОПН, характеристики которого согласованы с прочностью изоляции экрана и не могут быть изменены. Поэтому потребовался бы не один, а два цикла транспозиции.

2. Погонные параметры кабелей с учетом их зависимости от частоты и реального геометрического расположения в земле

Вывод формул для погонных параметров, приведенных в отмечавшейся ранее зарубежной публикации, основан на следующих допущениях:

1. Кабельная линия состоит из металлических проводников, оси которых взаимно параллельны и параллельны поверхности земли.

2. Эти кабельные линии вдоль своих осей однородны.

3. Для рассматриваемых линий пренебрегаем распространением электрического поля в радиальном направлении в земле.

Погонные продольные параметры представлены сопротивлениями , формулы для вычисления которых в диапазоне относительно низких частот (единицы тысяч Гц) приведены в табл.9.

Табл.9. Основные электрические погонные параметры кабеля

Собственное внутреннее сопротивление жилы экрана равно . Индуктивное сопротивление коаксиальной линии жила-экран равно сумме внутренней индуктивности жилы, экрана, внешней индуктивности, т.е. . Аналогично имеем для системы (линии) экран-земля:.

Обе эти системы токов взаимно влияют друг на друга с коэффициентом взаимной индукции . Следовательно, индуктивное сопротивление первой системы учетом влияния второй будет , а для второй .

Таким образом, индуктивная схема замещения будет иметь вид рис.3.

Рис. 3. Индуктивная схема замещения кабеля

Здесь видно, что для коаксиальной системы жила-экран (без земли) индуктивное сопротивление определяется , а для коаксиальной системы экран-земля сопротивление определяется . Погонные емкостные параметры остаются теми же, что приведены табл.2.

Приведенные табл.9 формулы для дают хорошую точность для . Формула для дает высокую точность для .

Табл.10. Собственные и взаимные погонные сопротивления кабеля

Взаимное индуктивное сопротивление между фазами кабельной линии определяется на основании формулы Pollaczek’а:

где sKL – расстояние между центрами K-й и L-й фаз кабеля; hК и hL – глубины залегания K-й и L-й фаз кабеля, отсчитываемые от поверхности земли.

Формулы из табл.6-8 можно использовать для уточнения результатов, подставляя в них параметры из табл.10 (которые, свою очередь, получены по формулам табл.9).

Результаты расчетов сопротивлений прямой нулевой последовательностей трехфазной группы однофазных кабелей, а также токов напряжений их экранах на промышленной частоте, не отличаются друг от друга более чем на 10% при использовании упрощенных формул для погонных параметров по сравнению с более точными. Расчеты, выполненные программном комплексе EMTP при подробном моделировании условий прокладки конструкции кабеля, также подтвердили возможность проведения подобных вычислений использованием полученных авторами приведенных статье упрощенных формул для первичных параметров однофазных кабелей.

Источник