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

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

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

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

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH

Kable elektroenergetyczne miedziane o izolacji i powłoce polwinitowej

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)

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

Wybrane kryteria oceny i doboru izolacji elektroenergetycznych kabli górniczych

MODELE ELEMENTÓW SEE DO OBLICZEŃ ZWARCIOWYCH

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

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

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

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

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

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

Wymagane ogólne. Wymagane parametry techniczne

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

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

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

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

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

STUDIA I STOPNIA STACJONARNE ELEKTROTECHNIKA

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

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

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

Dobór przewodu odgromowego skojarzonego ze światłowodem

ZAKRES BADAŃ I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ ORAZ

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

Lekcja Zabezpieczenia przewodów i kabli

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od MΩ

Zabezpieczanie bezpiecznikami przewodów połączonych równolegle

SKUTECZNOŚĆ CZUJNIKÓW PRZEPŁYWU PRĄDU ZWARCIOWEGO PODCZAS ZWARĆ DOZIEMNYCH OPOROWYCH

Badanie kabli wysokiego napięcia

Problemy wymiarowania i koordynacji zabezpieczeń w instalacjach elektrycznych

12. DOBÓR ZABEZPIECZEŃ NADPRĄDOWYCH SILNIKÓW NISKIEGO NAPIĘCIA

Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych

Układy przekładników napięciowych

2. Zwarcia w układach elektroenergetycznych... 35

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

Badanie kabli wysokiego napięcia

T12 Tabele techniczne Obciążalność tabela podstawowa

Stan ten trwa bardzo krótko ze względu na małą wartość elektromagnetycznej stałej czasowej T, wynoszącej dla generatorów nn, średnio 0,01 s.

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

Laboratorium Urządzeń Elektrycznych

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015

Specyfikacja techniczna kabli elektroenergetycznych niskiego napięcia o izolacji z polwinitu i powłoce z polwinitu

WYZNACZANIE SPADKÓW NAPIĘĆ W WIEJSKICH SIECIACH NISKIEGO NAPIĘCIA

Układy przekładników prądowych

Wisła, 16 października 2019 r.

MODELOWANIE I ANALIZA NARAŻEŃ PRZEPIĘCIOWYCH W SIECIACH ŚREDNICH NAPIĘĆ

FERROREZONANS JAKO ŹRÓDŁO ZAKŁÓCEŃ I AWARII W SIECIACH DYSTRYBUCYJNYCH ŚREDNICH NAPIĘĆ

ĆWICZENIE NR 5 BADANIE ZABEZPIECZEŃ ZIEMNOZWARCIOWYCH ZEROWO-PRĄDOWYCH

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

Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej

Wyznaczanie wielkości zwarciowych według norm

Oddziaływanie indukcyjne linii napowietrznych kv na gazociągi przesyłowe. Adam Rynkowski

Przedmowa do wydania czwartego Wyjaśnienia ogólne Charakterystyka normy PN-HD (IEC 60364)... 15

DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA W-25

PL B1. Układ zabezpieczenia od zwarć doziemnych wysokooporowych w sieciach średniego napięcia. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL

Przewody do systemów alarmowych

Lekcja 50. Ochrona przez zastosowanie urządzeń II klasy ochronności

CZĘŚĆ II ROZPŁYWY PRĄDÓW SPADKI NAPIĘĆ STRATA NAPIĘCIA STRATY MOCY WSPÓŁCZYNNIK MOCY

Opis techniczny. 1. Przepisy i normy. 2. Zakres opracowania. 3. Zasilanie.

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

KABLE I PRZEWODY ELEKTROENERGETYCZNE DO 1kV. Kable elektroenergetyczne

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

Podstawy Elektroenergetyki 2

Top Cable. k a b l e n i e p a l n e TOXFREE PLUS

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

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od

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

Sieci i zabezpieczenia. Elektrotechnika I stopień ogólnoakademicki. niestacjonarne. przedmiot kierunkowy

METRYKA PROJEKTU. TEMAT : Projekt techniczny instalacji elektrycznej. OBIEKT: Sala gimnastyczna w Publicznej Szkole Podstawowej w Murowie

Remont rozdzielnicy oddziałowej 0,4kV R-55 w Lotos Oil Sp. z o.o. Zakład Czechowice. Specyfikacja techniczna

W.Hoppel, J.Lorenc: Ogólna ocena sposobów str.1.

ZAKRES POMIARÓW I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH ORAZ TERMINY ICH WYKONANIA.

Obciążenia nieliniowe w sieciach rozdzielczych i ich skutki

ZABDOWA WYŁĄCZNIKA PRZECIWPOŻAROWEGO. Katowice, marzec 2019 r.

PROJEKTOWANIE SIECI WEWNĘTRZNEJ FARM WIATROWYCH

KABLE I PRZEWODY BEZHALOGENOWE

1. ZASTOSOWANIE 2. BUDOWA

JACEK KLUCZNIK OBLICZANIE WARTOŚCI PRĄDÓW W PRZEWODACH ODGROMOWYCH LINII ELEKTROENERGETYCZNYCH

Specyfikacja techniczna przewodów linii napowietrznych niskiego napięcia (linie nieizolowane, pełnoizolowane)

Obliczenia wielkości zwarciowych z wykorzystaniem nowych norm

RD PRZEZNACZENIE RD-50. ZPrAE Sp. z o.o. 1

Ograniczniki ETITEC A ETI Polam do napowietrznych sieci nn

POLITECHNIKA ŚLĄSKA. Analiza przyłączenia do sieci elektrowni fotowoltaicznej

5. PRĄDY ZWARCIOWE W INSTALACJACH NISKIEGO NAPIĘCIA I ICH WYŁĄCZANIE

Inwestor: - Urząd Gminy Mokobody

Lekcja Układy sieci niskiego napięcia

WERSJA SKRÓCONA ZABEZPIECZENIA W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH

BUDOWA: Żyły miedziane lub miedziane ocynowane wielodrutowe kl. 5, wg normy PN-EN 60228

Wybrane zagadnienia pracy rozproszonych źródeł energii w SEE (J. Paska)

KARTA PRZEDMIOTU. Rok akademicki 2010/2011

NORMY I PRZEPISY PRAWNE Ochrona przeciwprzepięciowa

KONCEPCJA BUDOWY SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ DLA PARKU PRZEMYSŁOWEGO W PATERKU

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 XTREM H07RN-F

INSTALACJA ELEKTRYCZNA

KARTA KATALOGOWA. Przekaźnik ziemnozwarciowy nadprądowo - czasowy ZEG-E EE

Transkrypt:

Roman KORAB Edward SIWY Kurt ŻMUDA Politechnika Śląska Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów PODSTAWY RACJONALNEGO DOBORU ŻYŁ POWROTNYCH (EKRANÓW) KABLI 6 0 kv RÓŻNEGO TYPU W SIECIACH MIEJSKICH Znaczny wpływ na koszt i ciężar kabli średniego napięcia (SN) o izolacji z polietylenu usieciowanego i z polwinitu ma sposób wykonania żył powrotnych, ekranów bądź innych elementów służących do przewodzenia prądów zakłóceniowych. Nowa norma kablowa PN-HD 60 S1:00 (U) dopuszcza stosowanie kabli różnego typu. Podstawą racjonalnego doboru rodzaju kabli oraz przekroju żył powrotnych (lub elementów równoważnych), oprócz ceny kabli, muszą być także kryteria techniczne. Są one oparte głównie na analizie podwójnych zwarć doziemnych w danej sieci. Referat zawiera opis zasad wykonywania takich analiz wraz z przykładowymi wynikami symulacji komputerowych w sieciach o różnych napięciach znamionowych i mocach zwarciowych w stacjach zasilających 110 kv/sn. Podane zostały także przykładowe zalecenia dotyczące doboru przekroju żył powrotnych w wybranych sieciach miejskich SN. 1. Wprowadzenie Żyła powrotna lub inaczej ekran metaliczny (metallic screen, Schirm) jest elementem stosowanym w kablach elektroenergetycznych o izolacji z polietylenu usieciowanego i z polwinitu, przeznaczonym do przewodzenia prądu zakłóceniowego. Żyła powrotna (ekran metaliczny) jest zwykle nałożona współosiowo na izolację każdej żyły (w kablach jednożyłowych) lub na ośrodek kabla, tj. na powłokę wypełniającą lub izolację rdzeniową (w kablach trójżyłowych). Żyły powrotne poszczególnych kabli jednożyłowych są ze sobą połączone na obu końcach linii kablowej i przynajmniej na jednym końcu uziemione. W kablach nowego typu o symbolu AHXAMK-W stosuje się, oprócz cienkich ekranów aluminiowych (na izolacji) o grubości 0, lub 0,3 mm, również centralny goły przewód miedziany uziemiająco-powrotny o przekroju 35 lub 70 mm []. Przepływ prądu zakłóceniowego przez żyły powrotne lub elementy równoważne występuje zasadniczo w dwóch sytuacjach: -wystąpienie pojedynczego zwarcia doziemnego na danym odpływie, w sieci o dowolnym sposobie pracy (połączenia z ziemią) punktu neutralnego, -wystąpienie podwójnego zwarcia doziemnego w danej sieci galwanicznie połączonej, przy czym oba doziemienia mogą być położone na danym odpływie lub na dwóch różnych odpływach z rozdzielni SN (rys. 1). Inne bardziej złożone sytuacje są bądź to mało prawdopodobne, bądź nie powodują większego obciążenia prądowego żył powrotnych. Przykładowo w kablach trójżyłowych o izolacji polwinitowej 3,6/6 kv istnieje realne prawdopodobieństwo, że doziemienie jednej żyły w kablu spowoduje uszkodzenie izolacji żył sąsiednich, Nr 148-149 19

a więc przekształcenie się zwarcia jednofazowego w wielofazowe, przy którym żyła powrotna nie będzie praktycznie obciążona prądem zwarciowym. Podobna sytuacja występuje także w przypadku kabli tradycyjnych o izolacji papierowej, w których m.in. rolę żyły powrotnej spełnia powłoka ołowiana (kable trójżyłowe AKnFtA 3,6/6 kv, HAKnFtA 1/0 kv itp.). Q 110 kv TR 5 3 1 4 6 SN L3 A L L1 L1 B C L3 L Rys. 1. Schemat ideowy kablowej sieci rozdzielczej SN z zaznaczonymi trzema przypadkami podwójnych zwarć doziemnych (A, B i C) Zwarcia podwójne w sieciach SN pojawiają się na ogół wskutek niekorzystnych przebiegów ziemnozwarciowych prądowych i napięciowych towarzyszących utrzymującym się zwarciom pojedynczym. Częstość i prawdopodobieństwo ich występowania zależą m.in. od czasu trwania zwarcia pojedynczego i rozległości sieci. Ma na to istotny wpływ stosowany sposób pracy punktu neutralnego sieci SN. Najczęściej zwarcia podwójne pojawiają się w sieciach z izolowanym punktem neutralnym oraz kompensowanych, rzadziej w sieciach z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor. W literaturze spotyka się różne oceny ilościowe tego zjawiska. Niektórzy autorzy szacują, że od kilkunastu do ok. 5% pojedynczych zwarć z ziemią przekształca się w zwarcia podwójne. Z analizy dotyczącej awaryjności linii kablowych w kilku 0

aglomeracjach w latach osiemdziesiątych wynika, że udział zwarć podwójnych w stosunku do wszystkich zakłóceń spowodowanych uszkodzeniami kabli sięgał 15% (wartość średnia 5%), a największa możliwa częstość występowania tych zwarć w liniach kablowych z izolacją z tworzyw termoplastycznych wynosiła nie więcej niż 10 na 100 km linii i rok. Dwupunktowe zwarcia doziemne mogą występować w różnych konfiguracjach w galwanicznie połączonej sieci. Wszystkie trzy możliwe przypadki przedstawiono schematycznie na rys. 1. W przypadku A oba doziemienia (faz L i L3) wystąpiły na tym samym odcinku linii kablowej. Ponieważ jest to pierwszy odcinek ciągu kablowego, prąd zakłóceniowy pojawi się w żyłach powrotnych tylko tego odcinka (część prądu wraca do źródła również przez ziemię). W przypadku B prądy zakłóceniowe pojawiają się w żyłach powrotnych (lub powłokach ołowianych) trzech odcinków kablowych, przy czym w pierwszym odcinku są to prądy wyindukowane przez prąd zwarcia płynący w żyłach roboczych (fazy L1 i L). W przypadku A i B pobudzają się zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych (nadprądowe zwłoczne i ewentualnie nadprądowe bezzwłoczne). Zabezpieczenia ziemnozwarciowe niezależnie od ich rodzaju nie otrzymują prawidłowych sygnałów napięciowych i prądowych, nawet w przypadku najprostszych zabezpieczeń nadprądowych. W przypadku C na drodze przepływu prądu zwarcia występuje prawdopodobnie największa impedancja dodatkowa, pochodząca od czterech odcinków kablowych. Przerwanie zwarcia następuje przez jeden z układów wyłączających, przy czym nie w każdym przypadku następuje pobudzenie zabezpieczeń od zwarć międzyfazowych w obu polach (z reguły są to bowiem zabezpieczenia dwufazowe). Możliwe jest także prawidłowe pobudzenie się niektórych zabezpieczeń ziemnozwarciowych.. Podstawowe dane elektryczne i masa wybranych kabli SN W tablicy 1 zestawiono podstawowe dane elektryczne oraz masę trzech rodzajów kabli 1/0 kv o izolacji z polietylenu usieciowanego, o często stosowanym przekroju żył roboczych 10 mm. Dane te zaczerpnięto z kart katalogowych producentów kabli: polskich, niemieckich i fińskich. Kable produkcji polskiej i niemieckiej różnią się jedynie przekrojem żyły powrotnej Cu, natomiast kabel typu 5F produkcji Pirelli Finlandia posiada ekrany aluminiowe na izolacji żył oraz dodatkowo centralny goły przewód powrotno-uziemiający wykonany z Cu. Obciążalność prądowa długotrwała wszystkich trzech rodzajów kabli z uwagi na niewielkie różnice konstrukcyjne (oprócz żył powrotnych, co nie ma jednak istotnego wpływu na obciążalność) jest praktycznie taka sama. W kablach produkcji polskiej o przekroju żył roboczych 10 mm ciężar użytej miedzi jest większy od ciężaru użytego aluminium (!). W kablach typu 5C i 5F ciężar użytej miedzi jest 3 4 razy mniejszy. W kablach o przekroju żył roboczych 40 mm dane te nie są aż tak szokujące, niemniej jednak ciężar użytej miedzi w kablach produkcji polskiej jest ponad razy większy niż w kablach typu 5C i 5F. Należy podkreślić, że na rynkach światowych cena 1 tony miedzi kształtuje się znacznie powyżej ceny 1 tony aluminium. Kable typu 5C i 5F wykonane są zgodnie z normą europejską opracowaną przez CENELEC w 1996 r. W Polsce norma ta została wprowadzona drogą uznania (bez Nr 148-149 1

tłumaczenia) jako norma PN-HD 60 S1:00 (U) [4] i obejmuje m.in. ponad 0 różnych rodzajów kabli o izolacji XLPE (polietylen usieciowany). Jednocześnie wycofane zostały wszystkie poprzednie normy kablowe, w tym normy PN-E-90410:1994 i PN- E-90411:1994, według których wykonywane są m.in. kable XRUHAKXS 1/0 kv. Przekrój i obciążalność zwarciowa żył powrotnych, przewodu centralnego lub ekranów aluminiowych w kablach typu 5C i 5F są znacznie mniejsze niż w kablach produkcji polskiej (tablica 1). Powszechnie stosowany w Polsce przekrój żył powrotnych 50 mm Cu wynika z przyjęcia ekstremalnych warunków zwarciowych dla sieci 15 i 0 kv: standardowy poziom zwarciowy podstawowy 10 ka oraz obliczeniowy czas trwania zwarcia T k = 1, s. Warunki takie zawierają bardzo duży margines bezpieczeństwa, ponieważ m.in.: -nie uwzględnia się wpływu impedancji kabli na prąd podwójnego zwarcia doziemnego, -nie uwzględnia się podziału prądu w miejscu doziemienia na dwie części (rys. ), -zwykle czas trwania zwarcia jest znacznie krótszy. Tablica 1. Podstawowe dane elektryczne oraz masa trzech rodzajów kabli w izolacji z polietylenu usieciowanego na napięcie znamionowe 1/0 kv, o przekroju żył roboczych 10 mm Oznaczenie kabla Obciążalność prądowa długotrwała (1) Dopuszczalny prąd jednosekundowy Prąd ziemnozwarciowy Współczynnik redukcyjny Masa kabla (3 fazy) A ka A/km kg/km XRUHAKXS 1/0 kv 1x10/50 mm 85 9,8 (),5 0,1 4005 (w tym Cu 1335 oraz Al 970) NAXSY 1x10/16 mm 1/0 kv (typ 5C-) 87 3,3 (),5 0,54 3450 (w tym Cu 45 oraz Al 970) AHXAMK-W 3x10 Al + 35 Cu 1/0 kv (typ 5F-3) 300 5,0 (3),6 (4),4 0,59 (5) 3450 (w tym Cu 305 oraz Al 1100) (1) Obciążalność kabli w układzie trójkątnym (kable stykające się ze sobą) ułożonych w ziemi dla następujących warunków: -temperatura żył roboczych 90 C, -temperatura ziemi 0 C, -rezystywność cieplna ziemi 1,0 K m/w i,5 K m/w (w obszarze wysuszenia). () Żyła powrotna dla temperatury końcowej 350 C (temperatura początkowa ok. 60 C). (3) Przewód centralny goły dla temperatury początkowej 55 C i temperatury końcowej 00 C. (4) Ekran aluminiowy dla temperatury początkowej 85 C i temperatury końcowej 50 C. (5) Pominięto wpływ ekranów aluminiowych na izolacji żył.

3. Algorytm obliczeń prądów podwójnych zwarć doziemnych Do obliczeń oczekiwanych obciążeń prądowych żył powrotnych kabli podczas podwójnych zwarć doziemnych w sieciach SN przyjęto model uproszczony (rys. 1), stanowiący jednostronnie zasilany układ promieniowo-rozgałęziony. Źródło zasilania (transformator 110 kv/sn) zostało scharakteryzowane przez moc zwarciową i przez stosunek rezystancji zastępczej do reaktancji zastępczej. W sieci można modelować w dowolnej konfiguracji kable jedno- i trójżyłowe, z dowolną izolacją (polietylen usieciowany, papier kablowy, polwinit), na różne napięcia znamionowe oraz o dowolnym przekroju żył powrotnych, ekranów metalicznych i centralnego przewodu powrotno-uziemiającego (w kablach typu 5F-3). Założono, że żyły powrotne, ekrany i powłoki metaliczne wszystkich kabli są obustronnie uziemione. Wzajemne położenie obu zwarć doziemnych w sieci otwartej SN (rys. 1) wpływa na impedancję toru przepływu prądu zwarciowego I z oraz na rozpływ prądu zakłó- ceniowego w żyłach powrotnych (lub w powłokach ołowianych) poszczególnych kabli. Wypadkowa impedancja toru przepływu prądu zwarciowego I z jest sumą impedancji zgodnej i przeciwnej źródła oraz impedancji kabli znajdujących się na drodze przepływu prądu zwarciowego. Prąd podwójnego zwarcia doziemnego można obliczyć, stosując metodę składowych symetrycznych, ze wzoru: I z 1,1 Un =, Z Σ+ Z 1s w którym: U n napięcie znamionowe sieci [kv], Z 1s impedancja zgodna (równa impedancji przeciwnej) źródła zasilania [Ω], ΣΔ Z impedancja dodatkowa, równa sumie impedancji wszystkich kabli znajdujących się na drodze przepływu prądu I z [Ω]. Po podstawieniu do wzoru (1) impedancji dodatkowej ΣΔZ = 0 otrzymuje się maksymalną możliwą wartość prądu podwójnego zwarcia doziemnego, która jest równa wartości prądu początkowego zwarcia dwufazowego na szynach rozdzielni SN: 11, U 3 I = = I, () " n " 3, 866 k = I 0 k Z 1s gdzie I k3jest prądem zwarcia trójfazowego na szynach rozdzielni SN [ka]. Na rysunku zestawiono wzory pozwalające na obliczenie wartości impedancji ΔZ kabli trójżyłowych i jednożyłowych nowego typu (analogiczne wzory dla tradycyjnych kabli jednożyłowych podano w opracowaniu []) przy podwójnych zwarciach doziemnych, oraz wzory określające rozpływ prądu zakłóceniowego w żyłach powrotnych kabli. Przedstawione na rysunku wzory zostały wyprowadzone przy zastosowaniu metody obwodów ziemnopowrotnych. Poszczególne symbole użyte we wzorach oznaczają: Z 1 impedancja zgodna linii kablowej [Ω], Z r impedancja własna żyły roboczej [Ω], Z p impedancja własna żyły powrotnej [Ω], R p rezystancja żyły powrotnej [Ω], " k 3 (1) Nr 148-149 3

Z Z impedancja wzajemna żył roboczych, równa w przypadku kabli jednożyło- wych impedancji wzajemnej żył powrotnych oraz impedancji wzajemnej żyły roboczej i żyły powrotnej różnych kabli fazowych [Ω], impedancja wzajemna żyły roboczej i żyły powrotnej danego kabla fazowe- go lub trójfazowego (w przypadku kabli trójżyłowych i jednożyłowych impedancja ta jest równa impedancji Z p) [Ω], m rp a, a, impedancja jednostkowa [Ω/km] określająca wartość impedancji ΔZ toru 0 1 b 1 I, I 1 przepływu prądu I z w danym kablu, współczynnik rozpływu prądu zakłóceniowego w żyłach powrotnych i po- włokach ołowianych kabli, prądy płynące w poszczególnych odcinkach żył powrotnych i powłok ołowianych kabli (jeden z tych prądów jest największy; na rys. 3 oznaczono go jako I, tj. maksymalny prąd w żyle powrotnej lub powłoce ołowianej) [ka]. max a. kable 3-żyłowe I z I z x x 1 I 1 I I 1 x 1 L b. kable 1-żyłowe typu 5F-3 z centralnym przewodem powrotnym Cu i ekranami aluminiowymi I z I z I 1 I I 1 x x 1 x 1 L Rys.. Zestawienie wzorów do obliczania impedancji kabli 3-żyłowych lub 1-żyłowych typu 5F-3 oraz rozpływu prądu w żyle powrotnej lub powłoce ołowianej przy podwójnych zwarciach doziemnych 4 Z =+ a L ( x1 x) ( ) 0x1 a1 + Z 1 a 0 x Z = Z r Z m a = Z Z + R a 1 ; 0 r rp p ; x1 x I1 = I zb1 ; I = I z I 1; L 1 Rp = Z p p Rp b 1 = Z

4. Przykładowe wyniki symulacji Podczas wykonanych symulacji komputerowych podwójnych zwarć doziemnych dla każdego przypadku sprawdzany był warunek: I th T = I (m + n)t I (3) k max k thr w którym: I th zastępczy cieplny prąd zwarciowy Tk-sekundowy w żyle powrotnej kabla, I max maksymalny prąd zwarcia na jednym z odcinków żył powrotnych danego kabla, m, n współczynniki wyrażające wpływ składowej nieokresowej i okresowej prądu zwarcia na wartość prądu I th, I thr dopuszczalny prąd jednosekundowy. Warunek (3) był sprawdzany dla wszystkich kabli w sieci podczas danego podwójnego zwarcia doziemnego. Brak spełnienia warunku był rejestrowany jako tzw. przekroczenie obciążalności zwarciowej, przy czym są to sytuacje niezwykle rzadkie, spowodowane wyjątkowo niekorzystnym (ekstremalnym) i jednocześnie mało prawdopodobnym położeniem obu zwarć doziemnych w sieci. Okres powtarzalności takich zdarzeń (wyrażony w latach) powinien być dostatecznie długi, dłuższy od przeciętnego okresu eksploatacji linii kablowej. Na rysunku 3 przedstawiono przykładowe histogramy prądów zwarcia w żyłach roboczych i w żyłach powrotnych kabli pracujących w sieci miejskiej o napięciu znamionowym 6 kv oraz przy założeniu zmiany napięcia znamionowego tej sieci na 0 kv. Analizy takie zostały wykonane dla rzeczywistej sieci zawierającej około 100 odcinków kablowych, przy czym w obu przypadkach rozpatrywano maksymalne poziomy mocy zwarciowej w stacjach zasilających te sieci, odpowiadające największym stosowanym w praktyce transformatorom 110 kv/sn. Założono, że sieć 6 kv jest zasilana za pomocą transformatora 115/6,3 kv o mocy 5 MVA i napięciu zwarcia równym 11%, czemu odpowiada moc zwarciowa po stronie 6 kv wynosząca około 30 MVA, natomiast sieć 0 kv jest zasilana za pomocą transformatora 115/ kv o mocy 40 MVA i napięciu zwarcia wynoszącym 11%, czemu odpowiada moc zwarciowa po stronie 0 kv wynosząca około 330 MVA. Obliczenia wykonano pod kątem możliwości zastosowania w tej sieci kabli typu 5C lub typu 5F []. Przeprowadzone symulacje pozwoliły na wyznaczenie wartości prądu cieplnego dla podwójnych zwarć doziemnych o dostatecznie długim okresie powrotu (powtarzalności). Przykładowo dla analizowanej sieci o napięciu znamionowym 6 kv okres powtarzalności przekroczeń dla całej sieci wynosi ponad 53 lata, natomiast po podwyższeniu napięcia w tej sieci do 0 kv okres ten jest równy około 48 lat. Wyniki szczegółowe dla poszczególnych odcinków kablowych sieci 6 kv wykonanych kablem typu 5F-3 przedstawiono w tablicy. Tak długie okresy powrotu gwarantują, że określone wartości prądu zwarcia praktycznie nie wystąpią w całym okresie eksploatacji danego odcinka kablowego. Nr 148-149 5

a. GPZ 110/6 kv - prąd w żyle roboczej b. GPZ 110/6 kv - prąd w żyle powrotnej 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0, 0, 0,1 0,1 0 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 '' I z Ik 0 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 Imax '' I k c, GPZ 110/0 kv - prąd w żyle roboczej d, GPZ 110/0 kv - prąd w żyle powrotnej 0,3 0,3 0, 0, 0,1 0,1 0 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 '' I z Ik 0 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 Imax '' I k Rys. 3. Histogramy prądu w żyle roboczej (prądu zwarcia przy podwójnym doziemieniu) oraz maksymalnego prądu w żyłach powrotnych kabli sieci SN dla mocy zwarciowej 30 MVA (6 kv) i 330 MVA (0 kv) 6 Przekrój żył powrotnych kabli SN powinien spełniać warunek: p ( I max (m n)t k ) T / S thr s + w którym S jest dopuszczalną gęstością jednosekundową dla danego typu kabla. thr Wyrażenie w nawiasie z indeksem T oznacza prąd obliczeniowy jednosekundowy o okresie powrotu (powtarzalności) T 50 100 lat w miejscu zainstalowania kabla. W wyniku przeprowadzonych symulacji zostały ustalone zasady obliczania wartości tego prądu dla typowych sieci miejskich 6 i 0 kv []. Należy podkreślić, że sprawdzenie przekroju żył powrotnych kabli SN wg wzoru (4) zawiera szereg dodatkowych współczynników bezpieczeństwa, wynikających m.in. z tego że: (4)

temperatura dopuszczalna przy zwarciu ustalona jest z pewnym marginesem bezpieczeństwa, w obliczeniach prądu zwarcia przyjmuje się nieskończenie dużą moc zwarciową po stronie 110 kv (stwarza to rezerwę rzędu 10%), zakłada się metaliczne zwarcie doziemne w obu miejscach doziemienia, pomija się rezystancję połączeń, uziemień itp. (rezerwa rzędu 5...10%), pomija się na ogół możliwość szybszego wyłączenia zwarcia przez zabezpieczenia zwarciowe (tzw. odsieczkę ) lub zabezpieczenia ziemnozwarciowe. Podane powyżej okoliczności sprawiają, że można praktycznie wykluczyć wystąpienie prądów cieplnych zwarciowych przekraczających wartości obliczeniowe. Tablica. Ocena zagrożenia zwarciowego przewodów centralnych kabli typu 5F-3 w sieci 6 kv Kod odcinka kablowego Przekrój przewodu centralnego Prąd zwarcia dwufazowego Czas trwania zwarcia Stopień przekroczenia obciążalności zwarciowej Prawdopodobieństwo przekroczenia obciążalności zwarciowej Okres powtarzalności przekroczeń mm ka s % a - 3 35 1,80 0,5 89,9 0,0018 604 1-33 70 19,14 1,3 130,4 0,001 950 33-44 35 11,9 0,5 76,8 0,0005 powyżej 1000 33-50 35 11,9 0,5 76,8 0,0019 597 1-63 70 19,14 0,5 46,4 0,0011 powyżej 1000 73-74 35 17,55 0,5 160,3 0,0030 370 1-85 70 19,14 0,5 46,6 0,0008 powyżej 1000 5. Podsumowanie Wykonane analizy pozwoliły na sformułowanie racjonalnych kryteriów doboru przekroju żył powrotnych kabli SN w sieciach miejskich w zależności od napięcia znamionowego sieci, sposobu pracy punktu neutralnego sieci oraz czasu działania zabezpieczeń zwarciowych. Przykładowo w sieciach 6 kv pracujących z izolowanym punktem neutralnym (lub ewentualnie z kompensacją ziemnozwarciową) żyły powrotne kabli powinno się sprawdzać na prąd podwójnego zwarcia doziemnego wynoszący 5% największego prądu zwarcia -fazowego w sieci, dla odpowiedniego czasu trwania podwójnych zwarć doziemnych na danym odpływie. Na podstawie wykonanych symulacji komputerowych określony został również zakres zastosowania kabli różnego typu, ujętych w normie [4], w sieciach miejskich 6 i 0 kv, zasilanych z transformatorów o mocach znamionowych do 40/5/5 MVA []. Ustalono także zasady doboru żył powrotnych kabli o izolacji 1/0 kv, które początkowo będą pracować w sieciach o napięciu znamionowym 6 kv (z reguły prądy zwarcia trójfazowego w tych sieciach są większe niż w sieciach 0 kv). Nr 148-149 7

Dzięki zastosowaniu powyższych zasad możliwe jest uzyskanie znacznych oszczędności na modernizację miejskich sieci kablowych, w tym zwłaszcza przy wymianie awaryjnych kabli z izolacją PE (polietylen nieusieciowany). 6. Literatura [1] Bartodziej G., Popczyk J., Żmuda K.: Verification of the short-circuit withstand of wires of 6 0 kv cables in industrial networks. IV International Symposium on Short-Circuit Currents in Power Systems, Universite de Liege, Technical University of Lodz, Liege, 6 8.10.1990. [] Żmuda K., Korab R., Siwy E.: Analiza możliwości redukcji przekrojów żył powrotnych w kablach SN w sieci Zakładu Energetycznego X. Ekspertyza wykonana na zlecenie Zakładu Energetycznego X, Gliwice 004 (praca niepublikowana). [3] Żmuda K., Korab R., Siwy E.: Analiza możliwości redukcji przekroju żył powrotnych w kablach średniego napięcia w sieciach miejskich. Artykuł zaakceptowany do druku w ZN Elektryka, Gliwice 004. [4] PN HD 60 S1:00(U). Kable energetyczne o izolacji wytłaczanej na napięcie znamionowe od 3,6/6 (7,) kv do 0,8/36 (4) kv. CZYTAJ NA STRONIE: 8