Ошибки заземления экранов
В линиях переменного тока частотой 50 Гц, построенных с использованием одножильных кабелей, при заземлении экранов с двух сторон в экранах возникают наведенные (продольные) токи и связанные с ними потери мощности. Эти токи и потери становятся особенно опасными, когда кабели:
➡️ имеют повышенное сечение экрана (скажем, более 50-70 мм2);
➡️ расположены не сомкнутым треугольником, а в ряд, на расстоянии друг от друга.
Эти условия наиболее характерны для сетей напряжением 110-500 кВ и в меньшей степени для сетей напряжением 6-35 кВ. Поэтому именно в сетях 110-500 кВ, если мы видим линию с двусторонним заземлением экранов, то, скорее всего, это ошибка проектирования, и это дорого обойдется. Для решения проблемы наведенных токов известны два различных технических решения:
✅ одностороннее заземление экранов;
✅ транспозиция экранов.
На практике необходимы периодические переключения в схемах соединения и заземления экранов. Например, это требуется при испытаниях наружной оболочки кабелей, путем приложения между экраном и землей постоянного напряжения 10 кВ. Для таких испытаний кабельная линия отключается от сети, а экраны кабелей на концах должны быть разезмлены и отсоединены друг от друга.
К сожалению, бывают случаи, когда после испытаний, персонал забывают привести соединение/заземление экранов в надлежащее состояние, предусмотренное проектом. Давайте рассмотрим последствия эксплуатации такой линии.
1️⃣ Рассмотрим линию без транспозиции экранов, если она включена в работу, но экран полностью разземлен. Переменное напряжение частоты 50 Гц на экране определяется через емкости:
✔️ между жилой и экраном (изоляция, insulation, Cins);
✔️ между экраном и землей (наружная оболочка, outer sheath, Cosh).
В зависимости от условий прокладки (в земле или в воздухе) емкость Cosh может быть разной, а напряжение на экране (Us) может составлять от 10 до 50% от напряжения жилы (Uc). Этого напряжения на экране (Us) достаточно, чтобы повредить оболочку кабеля, как показано на фотографии.
2️⃣ Рассмотрим линию с транспозицией экранов, если она включена в работу, но экран полностью разземлен. Переменное напряжение частоты 50 Гц на экране определяется через емкости. Однако из-за транспозиции экранов каждый экран (1,2,3) подключается сразу к трем разным жилам (A, B, C), и это компенсирует емкостные токи, проходящие на экран, а значит напряжение на экране отсутствует (Us=0).
Итак, получилась интересная ситуация: была допущена серьезная ошибка, связанная с включением линии в работу вообще без заземления экранов (по ошибке), но мы получили хороший результат:
✅ Is=0: отсутствие наведенных токов (это всегда характерно при транспозиции экранов, тут ничего нового);
✅ Us=0: отсутствие напряжения на экране (хотя обычно при транспозиции экранов имеется напряжение Us>0, наведенное на экраны за счет магнитного поля токов, проходящих в жилах кабеля).
Получается ли, что транспозиция экранов без заземления экранов по концам (Is=0, Us=0) оказалось даже лучше, чем транспозиция экранов с заземлением экранов по концам (Is=0, Us>0). Или тут есть какой-то подвох?
Действительно, здесь кроектся подвох. Если на одной из трех жил А,B,C пропадет напряжение (например, произойдет короткое замыкание в сети), то компенсация трех емкостных токов будет нарушена, и на экране сразу же появится напряжение (Us), достигающее 0,1-0,5 от напряжения на жиле (Uc), что наверняка приведет к пробою оболочки кабеля, аналогично тому, как это уже было в случае 1️⃣.
Перед включением линии под напряжения всегда убедитесь в том, что схема соединения/заземления экранов полностью соответствует проектной. Не допускается включать линию, если ее экраны вообще не заземлены.