Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna



Podobne dokumenty
PODSTAWY RACJONALNEGO DOBORU ŻYŁ POWROTNYCH (EKRANÓW) KABLI 6 20 kv RÓŻNEGO TYPU W SIECIACH MIEJSKICH

Straty mocy w liniach kablowych zasilających odbiorniki nieliniowe

Układy przekładników prądowych

Przewody elektroenergetyczne samonośne o żyłach aluminiowych i izolacji. polietylen usieciowany, odporny na rozprzestrzenianie płomienia

Pracownia elektryczna i elektroniczna

1 przewodu. Mgr inż. Andrzej Makuch Podstawy Elektroenergetyki 2011/12

Instrukcja do laboratorium z fizyki budowli. Ćwiczenie: Pomiar i ocena hałasu w pomieszczeniu

Pierwsze prawo Kirchhoffa

Pracownia elektryczna i elektroniczna

[ ] 1. Zabezpieczenia instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego Przeponowe naczynie wzbiorcze. ν dm [1.4] Zawory bezpieczeństwa

Zabezpieczenia upływowe w sieciach z przemiennikami częstotliwości w podziemiach kopalń

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH

Informacja dotycząca nastaw sygnalizatorów zwarć doziemnych i międzyfazowych serii SMZ stosowanych w sieciach kablowych SN.

SPIS TREŚCI WIADOMOŚCI OGÓLNE 2. ĆWICZENIA

Kable YKXS, XKXS, YKwXS, XKwXS 0,6/1kV

Kable elektroenergetyczne miedziane o izolacji i powłoce polwinitowej

6.2. ZWARCIA W OBWODACH ENERGOELEKTRYCZNYCH

Wpływ impedancji transformatora uziemiającego na wielkości ziemnozwarciowe w sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor

Temat: Dobór przekroju przewodów ze względu na wytrzymałość mechaniczną, obciążalność prądową i dopuszczalny spadek napięcia.

Kable elektroenergetyczne aluminiowe o izolacji i powłoce polwinitowej. okrągłe zagęszczane (RMC), sektorowe (SM)

WYKŁAD 5 TRANZYSTORY BIPOLARNE

Algorytm obliczania charakterystycznych wielkości prądu przy zwarciu trójfazowym (wg PN-EN :2002)

Ochrona instalacji elektrycznych niskiego napięcia przed skutkami doziemień w sieciach wysokiego napięcia

XUHAKXS 3,6/6kV, 6/10kV, 8,7/15kV, 12/20kV, 18/30kV

Specyfikacja techniczna kabli elektroenergetycznych średniego napięcia o izolacji wykonanej z polietylenu usieciowanego

Parametry elektryczne kabli średniego napięcia w izolacji XLPE, 6-30 kv

Środki ochrony przeciwporażeniowej część 2. Instrukcja do ćwiczenia. Katedra Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa. Ćwiczenia laboratoryjne

Wybrane kryteria oceny i doboru izolacji elektroenergetycznych kabli górniczych

MODELE ELEMENTÓW SEE DO OBLICZEŃ ZWARCIOWYCH

Metody doświadczalne w hydraulice Ćwiczenia laboratoryjne. 1. Badanie przelewu o ostrej krawędzi

ODCIENK OD PĘTLI KAZIMIERZ GÓRNICZY DO REJONU SKRZYŻOWANIA UL. HUBALA-DOBRZYŃSKIEGO Z UL. ZAPOLSKĄ. 2. ZASILANIE PODSTACJI TRAKCYJNEJ

ZASILANIE ODBIORCÓW UKŁADY SIECIOWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Rozrusznik gwiazda-trójkąt

OBCIĄŻALNOŚĆ PRĄDOWA GÓRNEJ SIECI TRAKCYJNEJ CURRENT-CARRYING CAPACITY OF OVERHEAD CONTACT LINE

NOWA GENERACJA oryginalnych fińskich przewodów systemu. PAS typu SAX-W. Do nabycia w dostawach fabrycznych lub z magazynu w Gliwicach GWARANTUJEMY:

Kalorymetria paliw gazowych

Wymagane ogólne. Wymagane parametry techniczne

P O L I T E C H N I K A W A R S Z A W S K A

Rysunek 1 Przykładowy graf stanów procesu z dyskretnymi położeniami.

Spis treści. Oznaczenia Wiadomości ogólne Przebiegi zwarciowe i charakteryzujące je wielkości

Efektywność energetyczna systemu ciepłowniczego z perspektywy optymalizacji procesu pompowania

Sieci średnich napięć : automatyka zabezpieczeniowa i ochrona od porażeń / Witold Hoppel. Warszawa, Spis treści

Dobór zestawu hydroforowego Instalacje wodociągowe i kanalizacyjne 2. Wrocław 2014

BADANIE OBWODÓW TRÓJFAZOWYCH

OD I DO CZYTELNIKÓW: PROBLEMY INTERPRETACYJNE ROZPORZĄDZENIA MG W SPRAWIE BHP PRZY URZĄDZENIACH I INSTALACJACH ENERGETYCZNYCH

Metody doświadczalne w hydraulice Ćwiczenia laboratoryjne. 1. Badanie przelewu o ostrej krawędzi

Rozkład potencjału wzdłuż uziemionej obustronnie żyły powrotnej kabla elektroenergetycznego. Franciszek Spyra 1, Marian Urbańczyk 1, 2

Porównanie nacisków obudowy Glinik 14/35-POz na spąg obliczonych metodą analityczną i metodą Jacksona

WYMAGANIA TECHNICZNE DLA PŁYTOWYCH WYMIENNIKÓW CIEPŁA DLA CIEPŁOWNICTWA

CZĘŚĆ DRUGA Obliczanie rozpływu prądów, spadków napięć, strat napięcia, współczynnika mocy

This article is available in PDF-format, in coloured version, at:

Sposób tworzenia modułów z wykorzystaniem procedury Read PCH file dostępnej w edytorze graficznym ATPDraw.

6.2. Obliczenia zwarciowe: impedancja zwarciowa systemu elektroenergetycznego: " 3 1,1 15,75 3 8,5

Opis techniczny. Strona 1

Rys.1 Do obliczeń przyjąć następujące dane:

Badanie kabli wysokiego napięcia

Top Cable. k a b l e e l e k t r o e n e r g e t y c z n e POWERFLEX RV-K

Nastawy zabezpieczenia impedancyjnego. 1. WSTĘP DANE WYJŚCIOWE DLA OBLICZEŃ NASTAW INFORMACJE PODSTAWOWE O LINII...

ĆWICZENIE NR 6 BADANIE PRZEKŁADNIKA PRĄDOWEGO. (opracował Eligiusz Pawłowski)

SKUTECZNOŚĆ CZUJNIKÓW PRZEPŁYWU PRĄDU ZWARCIOWEGO PODCZAS ZWARĆ DOZIEMNYCH OPOROWYCH

NAPIĘCIA I PRĄDY WAŁOWE W SILNIKACH INDUKCYJNYCH DUŻEJ MOCY

J. Szantyr Wykład nr 16 Przepływy w przewodach zamkniętych

MODELOWANIE I ANALIZA NARAŻEŃ PRZEPIĘCIOWYCH W SIECIACH ŚREDNICH NAPIĘĆ

DOBÓR ZESTAWU HYDROFOROWEGO

Układy przekładników napięciowych

BeStCAD - Moduł INŻYNIER 1

KOMPUTEROWA SYMULACJA ROZKŁADU NAPIĘĆ RAŻENIOWYCH W TYPOWEJ STACJI ELEKTROENERGETYCZNEJ 110/15KV

WYZNACZANIE SPADKÓW NAPIĘĆ W WIEJSKICH SIECIACH NISKIEGO NAPIĘCIA

Wydział Elektryczny Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu METROLOGIA

Uziemienia ochronne betonowych słupów linii średniego napięcia (artykuł opublikowany w czasopiśmie Energetyka, nr 9/2011 )

Prace wst pne Wytyczenie sieci gazowej na mapie geodezyjnej

STUDIA I STOPNIA STACJONARNE ELEKTROTECHNIKA

Stan wilgotnościowy przegród budowlanych. dr inż. Barbara Ksit

BADANIE SILNIKA BEZSZCZOTKOWEGO PRĄDU STAŁEGO (BLDC)

ZAKRES BADAŃ I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ ORAZ

KABLE I PRZEWODY ELEKTROENERGETYCZNE DO 1kV. Kable elektroenergetyczne

Wybrane zagadnienia ochrony ziemnozwarciowej w sieciach dołowych

Badanie maszyn elektrycznych prądu przemiennego

Analiza nośności pionowej pojedynczego pala

Politechnika Białostocka

Narażenia eksploatacyjne urządzeń elektroenergetycznych. poziomu niezawodności zasilania energią elektryczną,

Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej

OCENA STANU TECHNICZNEGO SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH I JAKOŚCI ZASILANIA W ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ MAŁOPOLSKIEJ WSI

Półprzewodniki Teoria złącza PN. Budowa i właściwości elektryczne ciał stałych - wprowadzenie

Zabezpieczanie bezpiecznikami przewodów połączonych równolegle

Roboty Przemysłowe. 1. Pozycjonowane zderzakowo manipulatory pneumatyczne wykorzystanie cyklogramu pracy do planowania cyklu pracy manipulatora

Obliczanie pali obciążonych siłami poziomymi

FERROREZONANS JAKO ŹRÓDŁO ZAKŁÓCEŃ I AWARII W SIECIACH DYSTRYBUCYJNYCH ŚREDNICH NAPIĘĆ

Wpływ nagrzania żył roboczych górniczych kabli i przewodów oponowych na czułość nadprądowych zabezpieczeń zwarciowych w sieciach kopalnianych

Badanie kabli wysokiego napięcia

Podstawy fizyczne elektrolecznictwa- diagnostyka i elektroterapia.

Obliczanie i badanie obwodów prądu trójfazowego 311[08].O1.05

I we. F (filtr) U we. Rys. 1. Schemat blokowy układu zasilania odbiornika prądu stałego z sieci energetycznej z zastosowaniem stabilizatora napięcia

5. ZWARCIA DOZIEMNE W SIECI Z NIESKUTECZNIE UZIEMIONYM PUNKTEM NEUTRALNYM Własności sieci z nieskutecznie uziemionym punktem neutralnym

PROJEKT ELEKTRYCZNY. mgr int Michał Kozłowski INSTALACJEA ELEKTRYCZNA KLIMATYZACJI. Teatr Narodowy Warszawa ul.

Projekt 9 Obciążenia płata nośnego i usterzenia poziomego

Instalacje elektryczne zewnętrzne etap I. przy ul. Wrocławskiej 30-38, Kalisz.

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od MΩ

Transkrypt:

Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna Politechnika Wrocławska Instytut Energoelektryki Roman KORAB Edward SIWY Kurt ŻMUDA Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów, Politechnika Śląska, 44-100 Gliwice, ul. B. Krzywoustego 2 e-mail: rkorab@olsl.gliwice.l, esiwy@olsl.gliwice.l PODSTAWY RACJONALNEGO DOBORU ŻYŁ POWROTNYCH (EKRANÓW) KABLI 6 20kV RÓŻNEGO TYPU W SIECIACH MIEJSKICH Znaczny wływ na koszt i ciężar kabli średniego naięcia (SN) o izolacji z olietylenu usieciowanego i z olwinitu ma sosób wykonania żył owrotnych, ekranów bądź innych elementów służących do rzewodzenia rądów zakłóceniowych. Nowa norma kablowa PN-HD 620 S1: 2002 (U) douszcza stosowanie kabli różnego tyu. Podstawą racjonalnego doboru rodzaju kabli oraz rzekroju żył owrotnych (lub elementów równoważnych), orócz ceny kabli, muszą być także kryteria techniczne. Są one oarte głównie na analizie odwójnych zwarć doziemnych w danej sieci. Referat zawiera ois zasad wykonywania takich analiz wraz z rzykładowymi wynikami symulacji komuterowych w sieciach o różnych naięciach znamionowych i mocach zwarciowych w stacjach zasilających 110 kv/sn. Podane zostały także rzykładowe zalecenia dotyczące doboru rzekroju żył owrotnych w wybranych sieciach miejskich SN. 1. WPROWADZENIE Żyła owrotna lub inaczej ekran metaliczny (metallic screen, Schirm) jest elementem stosowanym w kablach elektroenergetycznych o izolacji z olietylenu usieciowanego i z olwinitu, rzeznaczonym do rzewodzenia rądu zakłóceniowego. Żyła owrotna (ekran metaliczny) jest zwykle nałożona wsółosiowo na izolację każdej żyły (w kablach jednożyłowych) lub na ośrodek kabla, tj. na owłokę wyełniającą lub izolację rdzeniową (w kablach trójżyłowych). Żyły owrotne oszczególnych kabli jednożyłowych są ze sobą ołączone na obu końcach linii kablowej i rzynajmniej na jednym końcu uziemione. W kablach nowego tyu o symbolu AHXAMK-W stosuje się, orócz cienkich ekranów aluminiowych (na izolacji) o grubości 0,2 lub 0,3 mm, również centralny goły rzewód miedziany uziemiająco-owrotny o rzekroju 35 lub 70 mm 2 [2]. Przeływ rądu zakłóceniowego rzez żyły owrotne lub elementy równoważne wystęuje zasadniczo w dwóch sytuacjach: wystąienie ojedynczego zwarcia doziemnego na danym odływie, w sieci o dowolnym sosobie racy (ołączenia z ziemią) unktu neutralnego, wystąienie odwójnego zwarcia doziemnego w danej sieci galwanicznie ołączonej, rzy czym oba doziemienia mogą być ołożone na danym odływie lub na dwóch różnych odływach z rozdzielni SN (rys. 1). Inne bardziej złożone sytuacje są bądź to mało rawdoodobne, bądź nie owodują większego obciążenia rądowego żył owrotnych. Przykładowo w kablach trójżyłowych o izolacji olwinitowej 3,6/6 kv istnieje realne rawdoodobieństwo, że doziemienie jednej żyły w kablu

334 sowoduje uszkodzenie izolacji żył sąsiednich, a więc rzekształcenie się zwarcia jednofazowego 110 kv Q TR 5 3 1 22 24 26 SN L3 A L2 L1 L1 B C L3 L2 Rys. 1. Schemat ideowy kablowej sieci rozdzielczej SN z zaznaczonymi trzema rzyadkami odwójnych zwarć doziemnych (A, B i C) w wielofazowe, rzy którym żyła owrotna nie będzie raktycznie obciążona rądem zwarciowym. Podobna sytuacja wystęuje także w rzyadku kabli tradycyjnych o izolacji aierowej, w których m.in. rolę żyły owrotnej sełnia owłoka ołowiana (kable trójżyłowe AKnFtA 3,6/6 kv, HAKnFtA 12/20 kv it.). Zwarcia odwójne w sieciach SN ojawiają się na ogół wskutek niekorzystnych rzebiegów ziemnozwarciowych rądowych i naięciowych towarzyszących utrzymującym się zwarciom ojedynczym. Częstość i rawdoodobieństwo ich wystęowania zależą m.in. od czasu trwania zwarcia ojedynczego i rozległości sieci. Ma na to istotny wływ stosowany sosób racy unktu neutralnego sieci SN. Najczęściej zwarcia odwójne ojawiają się w sieciach z izolowanym unktem neutralnym oraz komensowanych, rzadziej w sieciach z unktem neutralnym uziemionym rzez rezystor. W literaturze sotyka się różne oceny ilościowe tego zjawiska. Niektórzy autorzy szacują, że od kilkunastu do ok. 25% ojedynczych zwarć z ziemią rzekształca się w zwarcia odwójne. Z analizy dotyczącej awaryjności linii kablowych w kilku aglomeracjach w latach osiemdziesiątych wynika, że udział zwarć odwójnych w stosunku do wszystkich zakłóceń sowodowanych uszkodzeniami kabli sięgał 15% (wartość średnia 5%), a największa możliwa częstość wystęowania tych zwarć w liniach kablowych z izolacją z tworzyw termolastycznych wynosiła nie więcej niż 10 na 100 km linii i rok.

Dwuunktowe zwarcia doziemne mogą wystęować w różnych konfiguracjach w galwanicznie ołączonej sieci. Wszystkie trzy możliwe rzyadki rzedstawiono schematycznie na rys. 1. W rzyadku A oba doziemienia (faz L2 i L3) wystąiły na tym samym odcinku linii kablowej. Ponieważ jest to ierwszy odcinek ciągu kablowego, rąd zakłóceniowy ojawi się w żyłach owrotnych tylko tego odcinka (część rądu wraca do źródła również rzez ziemię). W rzyadku B rądy zakłóceniowe ojawiają się w żyłach owrotnych (lub owłokach ołowianych) trzech odcinków kablowych, rzy czym w ierwszym odcinku są to rądy wyindukowane rzez rąd zwarcia łynący w żyłach roboczych (fazy L1 i L2). W rzyadku A i B obudzają się zabezieczenia od zwarć międzyfazowych (nadrądowe zwłoczne i ewentualnie nadrądowe bezzwłoczne). Zabezieczenia ziemnozwarciowe niezależnie od ich rodzaju nie otrzymują rawidłowych sygnałów naięciowych i rądowych, nawet w rzyadku najrostszych zabezieczeń nadrądowych. W rzyadku C na drodze rzeływu rądu zwarcia wystęuje rawdoodobnie największa imedancja dodatkowa, ochodząca od czterech odcinków kablowych. Przerwanie zwarcia nastęuje rzez jeden z układów wyłączających, rzy czym nie w każdym rzyadku nastęuje obudzenie zabezieczeń od zwarć międzyfazowych w obu olach (z reguły są to bowiem zabezieczenia dwufazowe). Możliwe jest także rawidłowe obudzenie się niektórych zabezieczeń ziemnozwarciowych. 335 2. PODSTAWOWE DANE ELEKTRYCZNE I MASA WYBRANYCH KABLI SN W tablicy 1 zestawiono odstawowe dane elektryczne oraz masę trzech rodzajów kabli 12/20 kv o izolacji z olietylenu usieciowanego, o często stosowanym rzekroju żył roboczych 120 mm 2. Dane te zaczernięto z kart katalogowych roducentów kabli: olskich, niemieckich i fińskich. Kable rodukcji olskiej i niemieckiej różnią się jedynie rzekrojem żyły owrotnej Cu, natomiast kabel tyu 5F rodukcji Pirelli Finlandia osiada ekrany aluminiowe na izolacji żył oraz dodatkowo centralny goły rzewód owrotno uziemiający wykonany z Cu. Obciążalność rądowa długotrwała wszystkich trzech rodzajów kabli z uwagi na niewielkie różnice konstrukcyjne (orócz żył owrotnych, co nie ma jednak istotnego wływu na obciążalność) jest raktycznie taka sama. W kablach rodukcji olskiej o rzekroju żył roboczych 120 mm 2 ciężar użytej miedzi jest większy od ciężaru użytego aluminium (!). W kablach tyu 5C i 5F ciężar użytej miedzi jest 3 4 razy mniejszy. W kablach o rzekroju żył roboczych 240 mm 2 dane te nie są aż tak szokujące, niemniej jednak ciężar użytej miedzi w kablach rodukcji olskiej jest onad 2 razy większy niż w kablach tyu 5C i 5F. Należy odkreślić, że na rynkach światowych cena 1 tony miedzi kształtuje się znacznie owyżej ceny 1 tony aluminium. Kable tyu 5C i 5F wykonane są zgodnie z normą euroejską oracowaną rzez CENELEC w 1996 r. W Polsce norma ta została wrowadzona drogą uznania (bez tłumaczenia) jako norma PN-HD 620 S1:2002 (U) [4] i obejmuje m.in. onad 20 różnych rodzajów kabli o izolacji XLPE (olietylen usieciowany). Jednocześnie wycofane zostały wszystkie orzednie normy kablowe, w tym normy PN-E-90410:1994 i PN-E-90411:1994, według których wykonywane są m.in. kable XRUHAKXS 12/20 kv. Przekrój i obciążalność zwarciowa żył owrotnych, rzewodu centralnego lub ekranów aluminiowych w kablach tyu 5C i 5F są znacznie mniejsze niż w kablach rodukcji olskiej (tablica 1). Powszechnie stosowany w Polsce rzekrój żył owrotnych 50 mm 2 Cu wynika z rzyjęcia ekstremalnych warunków zwarciowych dla sieci 15 i 20 kv: standardowy oziom zwarciowy odstawowy 10 ka oraz obliczeniowy czas trwania zwarcia T k = 1,2 s. Warunki takie zawierają bardzo duży margines bezieczeństwa, onieważ m.in.: - nie uwzględnia się wływu imedancji kabli na rąd odwójnego zwarcia doziemnego, - nie uwzględnia się odziału rądu w miejscu doziemienia na dwie części (rys.2), - zwykle czas trwania zwarcia jest znacznie krótszy.

336 Tablica 1. Podstawowe dane elektryczne oraz masa trzech rodzajów kabli w izolacji z olietylenu usieciowanego na naięcie znamionowe 12/20 kv, o rzekroju żył roboczych 120 mm 2 Oznaczenie kabla Obciążalność rądowa długotrwała (1) Douszczalny rąd jednosekundowy Prąd ziemnozwarciowy Wsółczynnik redukcyjny Masa kabla (3 fazy) A ka A/km - kg/km XRUHAKXS 12/20 kv 1x120/50 mm 2 285 9,8 (2) 2,5 0,21 NA2XSY 1x120/16 mm 2 12/20 kv (ty 5C-2) AHXAMK-W 3x120 Al + 35 Cu 12/ 20 kv (ty 5F-3) 287 3,3 (2) 2,5 0,54 300 5,0 (3) 2,6 (4) 2,4 0,59 (5) 4005 (w tym Cu 1335 oraz Al 970) 3450 (w tym Cu 425 oraz Al 970) 3450 (w tym Cu 305 oraz Al 1100) (1) Obciążalność kabli w układzie trójkątnym (kable stykające się ze sobą) ułożonych w ziemi dla nastęujących warunków: - temeratura żył roboczych 90 o C, - temeratura ziemi 20 o C, - rezystywność cielna ziemi 1,0 K m/w i 2,5 K m/w (w obszarze wysuszenia). (2) Żyła owrotna dla temeratury końcowej 350 o C (temeratura oczątkowa ok. 60 o C). (3) Przewód centralny goły dla temeratury oczątkowej 55 o C i temeratury końcowej 200 o C. (4) Ekran aluminiowy dla temeratury oczątkowej 85 o C i temeratury końcowej 250 o C. (5) Pominięto wływ ekranów aluminiowych na izolacji żył. 3. ALGORYTM OBLICZEŃ PRĄDÓW PODWÓJNYCH ZWARĆ DOZIEMNYCH Do obliczeń oczekiwanych obciążeń rądowych żył owrotnych kabli odczas odwójnych zwarć doziemnych w sieciach SN rzyjęto model uroszczony (rys. 1), stanowiący jednostronnie zasilany układ romieniowo-rozgałęziony. Źródło zasilania (transformator 110 kv/sn) zostało scharakteryzowane rzez moc zwarciową i rzez stosunek rezystancji zastęczej do reaktancji zastęczej. W sieci można modelować w dowolnej konfiguracji kable jedno- i trójżyłowe, z dowolną izolacją (olietylen usieciowany, aier kablowy, olwinit), na różne naięcia znamionowe oraz o dowolnym rzekroju żył owrotnych, ekranów metalicznych i centralnego rzewodu owrotno-uziemiającego (w kablach tyu 5F-3). Założono, że żyły owrotne, ekrany i owłoki metaliczne wszystkich kabli są obustronnie uziemione. Wzajemne ołożenie obu zwarć doziemnych w sieci otwartej SN (rys. 1) wływa na imedancję toru rzeływu rądu zwarciowego I z2 oraz na rozływ rądu zakłóceniowego w żyłach owrotnych (lub w owłokach ołowianych) oszczególnych kabli. Wyadkowa imedancja toru rzeływu rądu zwarciowego I z2 jest sumą imedancji zgodnej i rzeciwnej źródła oraz imedancji kabli znajdujących się na drodze rzeływu rądu zwarciowego. Prąd odwójnego zwarcia doziemnego można obliczyć, stosując metodę składowych symetrycznych, ze wzoru: I z2 1,1U n =, (1) 2Z + Σ Z 1s w którym: U n - naięcie znamionowe sieci [kv], Z 1 s - imedancja zgodna (równa imedancji rzeciwnej) źródła zasilania [Ω], Σ Z - imedancja dodatkowa, równa sumie imedancji wszystkich kabli znajdujących się na drodze rzeływu rądu I z2 [Ω]. Po odstawieniu do wzoru (1) imedancji dodatkowej Σ Z = 0 otrzymuje się maksymalną możliwą wartość rądu odwójnego zwarcia doziemnego, która jest równa wartości rądu oczątkowego zwarcia dwufazowego na szynach rozdzielni SN:

gdzie " I k 3 " n " 3, 866 k = I 0 2 k 2Z 1s 2 " k 3 337 11, U 3 I = = I, (2) jest rądem zwarcia trójfazowego na szynach rozdzielni SN [ka]. Na rysunku 2 zestawiono wzory ozwalające na obliczenie wartości imedancji Z kabli trójżyłowych i jednożyłowych nowego tyu (analogiczne wzory dla tradycyjnych kabli jednożyłowych odano w oracowaniu [2]) rzy odwójnych zwarciach doziemnych, oraz wzory określające rozływ rądu zakłóceniowego w żyłach owrotnych kabli. a. kable 3-żyłowe x2 x 1 I 1 I 2 I 1 x 1 L b. kable 1-żyłowe tyu 5F-3 z centralnym rzewodem owrotnym Cu i ekranami aluminiowymi x2 x 1 I 1 I 2 I 1 x 1 Z = a Z I ( x x ) 2 1 2 0x1 + a1 + 2 x = Z r Z m L L ( Z 1 a0 ) 2 a = Z Z + R 1 ; 0 r r ; 1 x1 x2 = I z2b1 ; I 2 = I z2 I 1; L a 1 b = 1 R = Z R Z 2 Rys. 2. Zestawienie wzorów do obliczania imedancji kabli 3-żyłowych lub 1-żyłowych tyu 5F-3 oraz rozływu rądu w żyle owrotnej lub owłoce ołowianej rzy odwójnych zwarciach doziemnych Przedstawione na rysunku 2 wzory zostały wyrowadzone rzy zastosowaniu metody obwodów ziemnoowrotnych. Poszczególne symbole użyte we wzorach oznaczają: Z 1 - imedancja zgodna linii kablowej [Ω], Z - imedancja własna żyły roboczej [Ω], r

338 Z R - imedancja własna żyły owrotnej [Ω], - rezystancja żyły owrotnej [Ω], Z m - imedancja wzajemna żył roboczych, równa w rzyadku kabli jednożyłowych imedancji wzajemnej żył owrotnych oraz imedancji wzajemnej żyły roboczej i żyły owrotnej różnych kabli fazowych [Ω], Z r - imedancja wzajemna żyły roboczej i żyły owrotnej danego kabla fazowego lub trójfazowego (w rzyadku kabli trójżyłowych i jednożyłowych imedancja ta jest równa imedancji Z ) [Ω], a o, a 1 - imedancja jednostkowa [Ω/km] określająca wartość imedancji Z toru rzeływu rądu I z2 w danym kablu, b 1 - wsółczynnik rozływu rądu zakłóceniowego w żyłach owrotnych i owłokach ołowianych kabli, I 1, I 2 - rądy łynące w oszczególnych odcinkach żył owrotnych i owłok ołowianych kabli (jeden z tych rądów jest największy; na rys. 3 oznaczono go jako I max, tj. maksymalny rąd w żyle owrotnej lub owłoce ołowianej) [ka]. 4. PRZYKŁADOWE WYNIKI SYMULACJI Podczas wykonanych symulacji komuterowych odwójnych zwarć doziemnych dla każdego rzyadku srawdzany był warunek: I th T k = I ( m + n )T I (3) max w którym: I th - zastęczy cielny rąd zwarciowy T k -sekundowy w żyle owrotnej kabla, I max - maksymalny rąd zwarcia na jednym z odcinków żył owrotnych danego kabla, m, n - wsółczynniki wyrażające wływ składowej nieokresowej i okresowej rądu zwarcia na wartość rądu I th, - douszczalny rąd jednosekundowy. I thr Warunek (3) był srawdzany dla wszystkich kabli w sieci odczas danego odwójnego zwarcia doziemnego. Brak sełnienia warunku był rejestrowany jako tzw. rzekroczenie obciążalności zwarciowej, rzy czym są to sytuacje niezwykle rzadkie, sowodowane wyjątkowo niekorzystnym (ekstremalnym) i jednocześnie mało rawdoodobnym ołożeniem obu zwarć doziemnych w sieci. Okres owtarzalności takich zdarzeń (wyrażony w latach) owinien być dostatecznie długi, dłuższy od rzeciętnego okresu eksloatacji linii kablowej. Na rysunku 3 rzedstawiono rzykładowe histogramy rądów zwarcia w żyłach roboczych i w żyłach owrotnych kabli racujących w sieci miejskiej o naięciu znamionowym 6 kv oraz rzy założeniu zmiany naięcia znamionowego tej sieci na 20 kv. Analizy takie zostały wykonane dla rzeczywistej sieci zawierającej około 100 odcinków kablowych, rzy czym w obu rzyadkach rozatrywano maksymalne oziomy mocy zwarciowej w stacjach zasilających te sieci, odowiadające największym stosowanym w raktyce transformatorom 110 kv/sn. Założono, że sieć 6 kv jest zasilana za omocą transformatora 115/6,3 kv o mocy 25 MVA i naięciu zwarcia równym 11 %, czemu odowiada moc zwarciowa o stronie 6 kv wynosząca około 230 MVA, natomiast sieć 20 kv jest zasilana za omocą transformatora 115/22 kv o mocy 40 MVA i naięciu zwarcia wynoszącym 11 %, czemu odowiada moc zwarciowa o stronie 20 kv wynosząca około 330 MVA Obliczenia wykonano od kątem możliwości zastosowania w tej sieci kabli tyu 5C lub tyu 5F [2]. k thr

a. GPZ 110/6 kv - rąd w żyle roboczej b. GPZ 110/6 kv - rąd w żyle owrotnej 0.5 0.5 339 0.4 0.3 0.2 0.1 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 '' '' Ik 2 Imax Ik 2 c. GPZ 110/20 kv - rąd w żyle roboczej d. GPZ 110/20 kv - rąd w żyle owrotnej 0.3 0.3 0 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 '' '' Ik 2 Imax Ik 2 Rys. 3. Histogramy rądu w żyle roboczej (rądu zwarcia rzy odwójnym doziemieniu) oraz maksymalnego rądu w żyłach owrotnych kabli sieci SN dla mocy zwarciowej 230 MVA (6 kv) i 330 MVA (20 kv) Przerowadzone symulacje ozwoliły na wyznaczenie wartości rądu cielnego dla odwójnych zwarć doziemnych o dostatecznie długim okresie owrotu (owtarzalności). Przykładowo dla analizowanej sieci o naięciu znamionowym 6 kv okres owtarzalności rzekroczeń dla całej sieci wynosi onad 53 lata, natomiast o odwyższeniu naięcia w tej sieci do 20 kv okres ten jest równy około 48 lat. Wyniki szczegółowe dla oszczególnych odcinków kablowych sieci 6 kv wykonanych kablem tyu 5F-3 rzedstawiono w tablicy 2. Tak długie okresy owrotu gwarantują, że określone wartości rądu zwarcia raktycznie nie wystąią w całym okresie eksloatacji danego odcinka kablowego. Przekrój żył owrotnych kabli SN owinien sełniać warunek: ( I max ( m n )T k ) T / Sthr 0 s + (4) w którym S thr jest douszczalną gęstością jednosekundową dla danego tyu kabla. Wyrażenie w nawiasie z indeksem T oznacza rąd obliczeniowy jednosekundowy o okresie owrotu (owtarzalności) T 50 100 lat w miejscu zainstalowania kabla. W wyniku rzerowadzonych symulacji zostały ustalone zasady obliczania wartości tego rądu dla tyowych sieci miejskich 6 i 20 kv [2]. Należy odkreślić, że srawdzenie rzekroju żył owrotnych kabli SN wg wzoru (4) zawiera szereg dodatkowych wsółczynników bezieczeństwa, wynikających m.in. z tego że: temeratura douszczalna rzy zwarciu ustalona jest z ewnym marginesem bezieczeństwa, w obliczeniach rądu zwarcia rzyjmuje się nieskończenie dużą moc zwarciową o stronie 110 kv (stwarza to rezerwę rzędu 10 %),

340 zakłada się metaliczne zwarcie doziemne w obu miejscach doziemienia, omija się rezystancję ołączeń, uziemień it. (rezerwa rzędu 5...10 %), omija się na ogół możliwość szybszego wyłączenia zwarcia rzez zabezieczenia zwarciowe (tzw. odsieczkę ) lub zabezieczenia ziemnozwarciowe. Podane owyżej okoliczności srawiają, że można raktycznie wykluczyć wystąienie rądów cielnych zwarciowych rzekraczających wartości obliczeniowe. Tablica 2. Ocena zagrożenia zwarciowego rzewodów centralnych kabli tyu 5F-3 w sieci 6 kv Stoień Prawdoodob. Przekrój Kod Prąd zwarcia Czas trwania rzekroczenia rzekroczenia rzewodu odcinka dwufazowego zwarcia obciążalności obciążalności centralnego kablowego zwarciowej zwarciowej Okres owtarzalności rzekroczeń mm 2 ka s % - a 2-3 35 12,80 0,5 89,9 0,0018 604 1-33 70 19,14 1,3 130,4 0,0012 950 33-44 35 11,92 0,5 76,8 0,0005 owyżej 1000 33-50 35 11,92 0,5 76,8 0,0019 597 1-63 70 19,14 0,5 46,4 0,0011 owyżej 1000 73-74 35 17,55 0,5 160,3 0,0030 370 1-85 70 19,14 0,5 46,6 0,0008 owyżej 1000 5. PODSUMOWANIE Wykonane analizy ozwoliły na sformułowanie racjonalnych kryteriów doboru rzekroju żył owrotnych kabli SN w sieciach miejskich w zależności od naięcia znamionowego sieci, sosobu racy unktu neutralnego sieci oraz czasu działania zabezieczeń zwarciowych. Przykładowo w sieciach 6 kv racujących z izolowanym unktem neutralnym (lub ewentualnie z komensacją ziemnozwarciową) żyły owrotne kabli owinno się srawdzać na rąd odwójnego zwarcia doziemnego wynoszący 25 % największego rądu zwarcia 2-fazowego w sieci, dla odowiedniego czasu trwania odwójnych zwarć doziemnych na danym odływie. Na odstawie wykonanych symulacji komuterowych określony został również zakres zastosowania kabli różnego tyu, ujętych w normie [4], w sieciach miejskich 6 i 20 kv, zasilanych z transformatorów o mocach znamionowych do 40/25/25 MVA [2]. Ustalono także zasady doboru żył owrotnych kabli o izolacji 12/20 kv, które oczątkowo będą racować w sieciach o naięciu znamionowym 6 kv (z reguły rądy zwarcia trójfazowego w tych sieciach są większe niż w sieciach 20 kv). Dzięki zastosowaniu owyższych zasad możliwe jest uzyskanie znacznych oszczędności na modernizację miejskich sieci kablowych, w tym zwłaszcza rzy wymianie awaryjnych kabli z izolacją PE (olietylen nieusieciowany). LITERATURA [1] Bartodziej G., Poczyk J., Żmuda K.: Verification of the short circuit withstand of wires of 6 20 kv cables in industrial networks. IV International Symosium on Short Circuit Currents in Power Systems, Universite de Liege, Technical University of Lodz, Liege, 6 8.10.1990. [2] Żmuda K., Korab R., Siwy E.: Analiza możliwości redukcji rzekrojów żył owrotnych w kablach SN w sieci Zakładu Energetycznego X. Eksertyza wykonana na zlecenie Zakładu Energetycznego X, Gliwice 2004 (raca nieublikowana). [3] Żmuda K., Korab R., Siwy E.: Analiza możliwości redukcji rzekroju żył owrotnych w kablach średniego naięcia w sieciach miejskich. Artykuł zaakcetowany do druku w ZN Elektryka, Gliwice 2004. [4] PN HD 620 S1: 2002(U). Kable energetyczne o izolacji wytłaczanej na naięcie znamionowe od 3,6/6(7,2) kv do 20,8/36 (42) kv.