Выбор схемы заземления экранов силовых кабельных линий

Выбор схемы заземления экранов силовых кабельных линий представляет собой комплексную инженерно-экономическую задачу, влияющую на эффективность, безопасность и экономичность эксплуатации электрических сетей. Существующие подходы часто основываются на отдельных технических или экономических критериях без их комплексного учета. Цель данной работы заключается в разработке методики выбора оптимальной схемы заземления экранов по критерию минимума приведенных затрат с учетом технических ограничений по наведенному напряжению и пропускной способности линии. В работе рассмотрены три основные схемы заземления (одно и двустороннее, транспозиция), для которых рассчитывались капитальные затраты, ежегодные эксплуатационные издержки, наведенные токи и напряжение на экранах и длительно допустимые токи нагрузки кабелей. Определена предельная длина кабельной линии с односторонним заземлением по условию наведенного напряжения. Обозначены области применимости различных схем: одностороннее заземление применимо для линий малой длины (до 0,5–1,5 км в зависимости от площади поперечного сечения жил); двустороннее заземление оптимально для линий с небольшой токовой нагрузкой; транспозиция экранов рекомендуется для линий большой длины с относительно высокой токовой нагрузкой. Установлено, что переход от двустороннего заземления к одностороннему или транспозиции для кабелей напряжением 110 кВ увеличивает пропускную способность кабельной линии на 1–26 % в зависимости от площади поперечного сечения жилы и экрана. Актуальным представляется разработка программного обеспечения для автоматизации процесса выбора оптимальной схемы заземления экранов. Практическое применение разработанной методики позволяет оптимизировать технические решения при проектировании кабельных линий, сокращая капитальные и эксплуатационные затраты электрических сетей.

1. Czapp, S. Safety Issues Referred to Induced Sheath Voltages in High-Voltage Power Cables– Case Study / S. Czapp, K. Dobrzynski // Applied Sciences. 2020. Vol. 10, No 19. Art. 6706. https://doi.org/10.3390/app10196706.

2. Способы заземления экранов кабелей / А. А. Антонов, Ю. П. Гусев, Ю. Гусев [и др.] // Электроэнергия. Передача и распределение. 2016. № 5 (38). С. 86–91.

3. Zhao, T. Sheath Bonding Equipment for AC Transmission Cable Systems / T. Zhao // Accessories for HV and EHV Extruded Cables. Vol. 2: Land and Submarine AC/DC Applications. Cham: Springer International Publishing, 2023. Р. 487–571. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80406-0_8.

4. IEEE Guide for Bonding Shields and Sheaths of Single-Conductor Power Cables Rated 5 kV through 500 kV: IEEE Std 575-2014. IEEE, 2014. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2014.6905681.

5. Дмитриев, М. Выбор и реализация схем заземления экранов однофазных кабелей 6–500 кВ /М. Дмитриев // Электроэнергия. Передача и распределение. 2013. № 6 (21). С. 90–97.

6. Буре, И. Г. Влияние системы заземления экранов на выбор сечения кабельной линии с изоляцией из сшитого полиэтилена / И. Г. Буре, И. М. Хевсуриани, А. В. Быстров // Электротехника. 2016. № 11. С. 72–78.

7. Быстров, А. В. Выбор системы заземления экранов при расчете сечения кабелей 6–500 кВ / А. В. Быстров, И. М. Хевсуриани // Промышленная энергетика. 2014. № 7. С. 19–23.

8. Gouda, O. E. Factors Affecting the Sheath Losses in Single-Core Underground Power Cables with Two-Points Bonding Method / O. E. Gouda, A. A. Farag // International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2011. Vol. 2, No 1. https://doi.org/10.11591/ijece.v2i1.115.

9. Высоцкий, М. Э. Выбор конструктивного устройства кабельных линий напряжением 10 кВ по критерию минимума приведенных затрат / М. Э. Высоцкий // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024. Т. 67, № 6. С. 488–500. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-6-488-500.

10. IEC 60287-1-1:2023. Electric Cables – Calculation of the Current Rating. Part 1–1: Current Rating Equations (100 % Load Factor) and Calculation of Losses General. URL: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/164f72dc-b67a-496b-af43-97e28a944a7b/iec-60287-1-1-2023.

11. Бронгулеева, М. Н. Кабельные линии высокого напряжения / М. Н. Бронгулеева, С. С. Городецкий. Л.–М.: Госэнергоиздат, 1963. 512 с.

12. Подгайский, С. И. Силовые электрические кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена: диссертация ... канд. техн. наук: 05.14.02 / С. И. Подгайский; Белорусский национальный технический университет. Минск, 2022. 154 c.

13. Дмитриев, М. В. Кабельные линии высокого напряжения / М. В. Дмитриев. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. 688 с.

14. IEC 60287-2-1:2023. Calculation of the Current Rating. Part 2–1: Thermal Resistance – Calculation of Thermal Resistance. URL: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/9a2a6795afb1-4194-97ae-9eef8d36e808/iec-60287-2-1-2023.

15. Герасименко, А. А. Электрические системы и сети: учеб. пособие / А. А. Герасименко, В. Т. Федин. Ростов-на-Дону: Феникс, 2023. 473 с.

16. IEC 60287-3-2:2012. Electric Сables – Calculation of the current rating. Part 3–2: Section on Operating Conditions – Economic Optimization of Power Cable Size. URL: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/22c648b0-31da-4b8b-a73c-90355e4d7914/iec-60287-3-2-2012.