Pełny artykuł dostępny dla abonentów!

Przykład obliczeń zależności związanych z obciążalnością długotrwałą kabli elektroenergetycznych wn

23.10.2008, , Źródło: Wydawnictwo Verlag Dashofer Sp. z o.o.

Konstrukcja kabli elektroenergetycznych wysokiego napięcia

Na rysunku 9.5.1.5/1 przedstawiono konstrukcję najczęściej stosowanego w Polsce kabla elektroenergetycznego typu XRUH(A)KXS 64/110 kV. Krótką charakterystykę poszczególnych elementów konstrukcyjnych kabla przedstawiono poniżej.

Żyły robocze kabli wykonywane są z drutów miedzianych lub aluminiowych. Ze względu na konstrukcję żyły roboczej są to przeważnie żyły wielodrutowe i dzieli się je na żyły wielodrutowe okrągłe oraz wielodrutowe segmentowe. Ekrany na żyłach roboczych oraz na izolacji kabla wykonywane są z polietylenów przewodzących o dużej gładkości i czystości.

Podstawowym zadaniem ekranu na żyle roboczej jest wyrównanie jej powierzchni oraz występującego na niej potencjału. Izolacja kabla wykonywana jest z polietylenów izolacyjnych o bardzo dużej czystości (PE, XLPE). Stosowane technologie produkcji oraz stosowanie polietylenów o odpowiednich własnościach zapewniają gładkość na styku ekranów z izolacją żyły kabla oraz jednorodność izolacji. Tak wykonany układ izolacyjny charakteryzuje się brakiem miejscowo zwiększonych naprężeń elektrycznych. Izolacja z polietylenu usieciowanego umożliwia długotrwałą temperaturę pracy kabla na poziomie 90°C.

Uszczelnienia wzdłużne wykonywane są w postaci obwoju z ułożonych spiralnie półprzewodzących, pęczniejących pod wpływem wilgoci, taśm na ekranie izolacji oraz żyle powrotnej. Uszczelnienia te zapobiegają wnikaniu wody wzdłuż długości kabla. Uszczelnienie na ekranie izolacji spełnia dodatkowo funkcję tzw. poduszki dystansowej, chroniąc ekran przed wciskaniem się drutów żyły powrotnej przy stanach awaryjnych.

Żyła powrotna kabla wykonana jest przeważnie z miękkich drutów miedzianych, nakładanych spiralnie, oraz miedzianej taśmy w postaci spirali przeciwskrętnej. Zadaniem żyły powrotnej jest przewodzenie prądów zakłóceniowych i odprowadzanie prądów pojemnościowych do miejsca uziemienia. Przekrój żyły powrotnej kabla wynika głównie z wielkości prądu ziemnozwarciowego systemu elektroenergetycznego, w którym kabel jest zainstalowany.

Rys. 9.5.1.5/1. Konstrukcja kabla typu XRUHAKXS 64/110 kV

1 – Żyła robocza, 2 – Ekran półprzewodzący na żyle roboczej, 3 – Izolacja z polietylenu usieciowanego, 4 – Ekran półprzewodzący na izolacji, 5 – Półprzewodzący, blokujący wodę, obwój na ekranie na izolacji, 6 – Ekran metaliczny – druty i taśmy miedziane, 7 – Półprzewodzący, blokujący wodę, obwój na ekranie metalicznym, 8 – Uszczelnienie promieniowe – folia aluminiowa, 9 – Powłoka kabla

Uszczelnienie promieniowe wykonane jest z wzdłużnie ułożonej taśmy aluminiowej pokrytej warstwą kopolimeru z jednej strony (taśma ta po nałożeniu nie tworzy zwoju zwartego). Zadaniem tego uszczelnienia jest zapobieganie wnikaniu wody w poprzek kabla.

Powłoka kabla wykonana jest z polietylenu termoplastycznego (PE, MDPE, HDPE). Powłoka kabla od strony wewnętrznej jest spojona z taśmą aluminiową, stanowiącą uszczelnienie promieniowe. Powłoka kabla może być również wykonana z polichlorku winylu (oznaczenie kabla YUH(A)KXS) lub z polietylenu nierozprzestrzeniającego płomienia (oznaczenie kabla XnUH(A)KXS), który powinno się stosować np. w kanałach kablowych.

W środowiskach agresywnych stosuje się wytłoczoną powłokę ołowianą, będącą jednocześnie żyłą powrotną kabla (oznaczenie kabla XUH(A)KXS(Pb)). Zadaniem takiej powłoki jest ochrona układu izolacyjnego przed agresywnym oddziaływaniem chemicznym środowiska.

Model termiczny stosowany w obliczeniach obciążalności prądowej

Przepływający prąd w żyle roboczej kabla elektroenergetycznego wydziela ciepło, które jest rozpraszane m.in. przez izolację, żyłę powrotną oraz powłokę do otoczenia kabla.

Obciążalność prądowa kabla zależy głównie od skuteczności procesu odprowadzania ciepła oraz od dopuszczalnej temperatury pracy izolacji. Wyznaczenie prądowej obciążalności długotrwałej kabli elektroenergetycznych wymaga rozwiązania różniczkowego równania przepływu ciepła, które definiuje zależność między prądem w przewodniku a temperaturą kabla oraz jego otoczenia. Równanie to może być rozwiązane w sposób analityczny, z kilkoma upraszczającymi założeniami, lub numerycznie. W pracy tej przedstawiono analityczny sposób wyznaczenia równań przepływu ciepła w oparciu o normę IEC 60287.

Przy rozwiązywaniu problemu rozpraszania ciepła w kablu elektroenergetycznym używa się analogii między przepływem ciepła wywołanego różnicą temperatur żyły roboczej i otoczenia a przepływem prądu elektrycznego spowodowanego różnicą potencjałów. W stanie ustalonym, zgodnie z tą analogią, wszystkie nieprzewodzące prąd elektryczny warstwy kabla stanowią opór cieplny, będący odpowiednikiem oporu elektrycznego w obwodzie elektrycznym. Odpowiednikiem potencjału elektrycznego jest temperatura, natomiast prądu elektrycznego – strumień cieplny. W obliczeniach pomija się opór cieplny warstw metalicznych kabla ze względu na znikomą jego wartość.

W związku z powyższym można napisać wyrażenie, które jest termicznym odpowiednikiem prawa Ohma:

gdzie:

W

 
  • - strumień cieplny, W;
 

T

 
  • - opór cieplny, K/W;
 

∆θ

 
  • - różnica temperatur, K.
 

Model termiczny kabla elektroenergetycznego można przedstawić za pomocą analogicznego schematu elektrycznego (rys. 9.5.1.5/2). Na schemacie tym strumienie cieplne odpowiadają źródłom prądu.

Rys. 9.5.1.5/2. Model termiczny kabla elektroenergetycznego

Poszczególne elementy schematu oznaczają:

Wc

 
  • - strumień cieplny strat w żyle roboczej;
 

Wd

 
  • - strumień cieplny strat dielektrycznych;
 

Ws

 
  • - strumień cieplny strat w żyle powrotnej;
 

T1

 
  • - opór cieplny warstwy między żyłą roboczą a żyłą powrotną;
 

T2

 
  • - opór cieplny zewnętrznych warstw na żyle powrotnej;
 

TO

 
  • - opór cieplny otoczenia.
 

W oparciu o powyższy model oraz analogię z obwodem elektrycznym można napisać:

θ = (Wc + Wd) · T1 + (Wc + Wd + Ws) · (T2 + T0)

Po wprowadzeniu współczynnika strat w żyle powrotnej λ1, zdefiniowanego jako stosunek strat w żyle powrotnej do strat w żyle roboczej, czyli:

można poprzednie równanie przekształcić następująco:

(Wc + Wd) · T1 + (Wc + Wd + Wcλ1)) · (T2 + T0) = ∆θ

WcT1 + WdT1 + Wc(1 + λ1)T2 + Wc(1 + λ1)T0 + WdT2 + WdT0 = ∆θ

Wc(T1 + T2 + T0 + λ1T2 + λ1T0) = ∆θ – Wd (T1 + T2 + T0)

Maksymalny strumień cieplny strat w żyle roboczej definiuje się jako:

Wc =Idd2 R

gdzie:

Idd

 
  • - prąd dopuszczalny długotrwale, A;
 

R

 
  • - rezystancja żyły roboczej, Ω.
 

Wobec powyższego można napisać:

Wpływ budowy żył roboczych kabla na obciążaność długotrwałą

Podstawowy wzór na obciążalność prądową długotrwałą, wyznaczony w poprzednim punkcie, zależy od siedmiu wielkości fizycznych, to znaczy:

∆θ

 
  • - dopuszczalny długotrwale przyrost temperatury, K;
 

Wd

 
  • - straty w izolacji na jednostkę długości, W/m;
 

T1

 
  • - opór cieplny między żyłą roboczą a żyłą powrotną, m(K/W;
 

T2

 
  • - opór cieplny zewnętrznych warstw na żyle powrotnej, m(K/W;
 

TO

 
  • - opór cieplny otoczenia, m(K/W;
 

R

 
  • - rezystancja żyły roboczej przyprądzie prze miennym na jednostkę długości, W/m;
 

λ1

 
  • - współczynnik strat w żyle powrotnej.
 

Część wielkości, wynikających z budowy, używanych materiałów, dopuszczalnej temperatury pracy kabla elektroenergetycznego, głębokości ułożenia oraz rezystywności cieplnej gruntu, są dla przyjętego rozwiązania wartościami stałymi. Z uwagi na to najistotniejszy wpływ na obciążalność prądową kabli elektroenergetycznych mają rezystancja żyły roboczejR oraz wartość współczynnika strat żyły powrotnej λ1.

Rezystancja żyły roboczej przy napięciu przemiennym jest ściśle związana z budową oraz konfiguracją kabli sąsiadujących i wyraża się następującą zależnością:

R =R’ (1 +ys +yp)

gdzie:

R

 
  • - rezystancja żyły roboczej przy prądzie stałym w temperaturze pracy;
 

ys

 
  • - współczynnik naskórkowości;
 

yp

 
  • - współczynnik zbliżenia.
 

Powyższa zależność uwzględnia wzrost rezystancji ze względu na wpływ zmiennego pola magnetycznego. Skutkiem oddziaływania tego pola jest nierównomierny rozpływ prądu w przekroju żyły roboczej, spowodowany efektem naskórkowości (współczynnikys) oraz efektem zbliżenia żył kabli sąsiadujących (współczynnikyp).

Oba zjawiska mają znaczny wpływ na wartość rezystancji żyły roboczej przy napięciu przemiennym, która może ulec zwiększeniu do kilkudziesięciu procent w stosunku do wartości rezystancji przy napięciu stałym. Im większy przekrój żyły roboczej tym większy wpływ zjawiska naskórkowości. Istotne ograniczenie tego zjawiska można uzyskać poprzez zastosowanie odpowiedniej technologii budowy żyły roboczej.

Budowa żyły roboczej w postaci segmentów, gdzie segmenty i druty w segmentach są izolowane za pomocą papieru lub lakieru (tzw. żyła typu Milliken) stanowi obecnie najdoskonalszy sposób ograniczenia zjawiska naskórkowości. Z tego punktu widzenia najmniej korzystną technologią budowy żyły roboczej jest tzw. żyła pełna. Różnica rezystancji żyły roboczej, w zależności od rodzaju budowy żyły roboczej, może sięgać ok. 40 %. Do często stosowanych rozwiązań należy budowa żyły roboczej wielodrutowej z izolowanymi wzajemnie segmentami (rys. 9.5.1.5/3).

Rys. 9.5.1.5/3. Konstrukcja żyły roboczej z izolowanymi segmentami

Przykład obliczeniowy (w oparciu o normę IEC 60287-1-1):

Obliczenia wykonano dla przykładowego kabla 3 x XRUHAKXS 64/110 kV 1 × 1200/95 mm2 przy następujących danych:

 

Kabel z żyłą okrągłą wielodrutową (RM)

 

Kabel z żyłą okrągłą segmentową (RMS)

 

Średnica żyły roboczej d [mm]

 

41,6

 

44,0

 

Zewnętrzna średnica kablaD [mm]

 

95,2

 

98,7

 

Rezystancja żyły roboczej w temp. 20°CRo [Ω/km]

 

0,0247

 

 

Rezystancja żyły roboczej w dopuszczalnej temperaturze pracy (dla polietylenu usieciowanego 90°C):

R’ =R0 (1 + α20(θ – 20))

gdzie:

α20

 
  • - współczynnik temperaturowy oporności w temp. 20°C [1/K] (dla aluminium α20 wynosi 0,00403);
 

θ

 
  • - dopuszczalna temperatura pracy [°C].
 

R’=0,0247 · (1 + 0,00403 · (90–20)) = 0,0317 Ω/km

Obliczenie wpływu naskórkowości:

Współczynnik naskórkowościys wyraża się wzorem:

gdzie:

f

 
  • - częstotliwość [Hz];
 

ks

 
  • - współczynnik zależny od budowy żyły roboczej;
 

R

 
  • - rezystancja żyły roboczej przy dopuszczalnej temp. pracy [Ω/m].
 

Wyniki obliczeń przedstawiono poniżej:

 

Kabel z żyłą okrągłą wielodrutową (RM)

 

Kabel z żyłą okrągłą segmentową (RMS)

 

Współczynnikks [–]

 

1

 

0,28

 

Współczynnik pomocniczyxs2

 

3,968

 

1,111

 

Współczynnik naskórkowościys

 

0,0770

 

0,00640

 

Obliczenie wpływu zbliżenia kabli:

Współczynnik zbliżeniayp wyraża się wzorem:

gdzie:

d

 
  • - średnica żyły roboczej [mm];
 

s =D +a

 
  • - odległość między osiami żył roboczych [mm];
 

D

 
  • - średnica zewnętrzna kabla [mm];
 

a

 
  • - prześwit między kablami [mm]
 

 
 

f

 
  • - częstotliwość [Hz];
 

kp

 
  • - współczynnik zależny od budowy żyły roboczej;
 

R

 
  • - rezystancja żyły roboczej przy dopuszczalnej temp. pracy [Ω/m].
 

Wyniki obliczeń przedstawiono poniżej:

 

Kabel z żyłą okrągłą wielodrutową (RM)

 

Kabel z żyłą okrągłą segmentową (RMS)

 

Współczynnikkp [–]

 

1

 

0,37

 

Współczynnik pomocniczyxp2

 

3,968

 

1,468

 

Układ trójkątny kabli – ułożenie na styk

 

Współczynnik zbliżeniayp

 

0,508

 

0,00942

 

Układ płaski kabli z prześwitema = 300 mm

 

Współczynnik zbliżeniayp

 

0,00290

 

0,000569

 

Rys. 9.5.1.5/5. Ułożenie kabli: a) układ płaski z odstępem s; b) układ trójkątny na styk

Obliczenie rezystancji z uwzględnieniem zjawiska naskórkowości oraz zbliżenia:

 

Kabel z żyłą okrągłą wielodrutową (RM)

 

Kabel z żyłą okrągłą wielodrutową segmentową (RMS)

 

Układ trójkątny kabli – ułożenie na styk

 

RezystancjaR [Ω/km]

 

0,0357

 

0,0322

 

Procentowy wzrost rezystancji

 

12,8 %

 

1,6 %

 

Układ płaski kabli z prześwitema = 300 mm

 

RezystancjaR [Ω/km]

 

0,0342

 

0,0319

 

Procentowy wzrost rezystancji

 

8,0 %

 

0,7 %

 

W oparciu o powyższe wyniki można obliczyć wzrost strat czynnych w żyłach roboczych kabli, wynikającego z przepływu prąd przemiennego, według następującej zależności:

Pż = 3I2 (RR’)

Wyniki przedstawiono poniżej (dla przykładowego prądu obciążeniaI = 1000A):

 

Kabel z żyłą okrągłą wielodrutową (RM)

 

Kabel z żyłą okrągłą segmentową (RMS)

 

Układ trójkątny kabli – ułożenie na styk

 

Pż [kW/km]

 

12,1

 

1,5

 

Układ płaski kabli z prześwitema = 300 mm

 

Pż [kW/km]

 

7,6

 

0,7

 

Na podstawie powyższych obliczeń należy stwierdzić, że zastosowanie żył roboczych w konstrukcji segmentowej powoduje dużo niższy wzrost strat związanych ze zjawiskami wynikającymi z przepływu prądu przemiennego.

Wpływ indukowania ciepła w żyłach powrotnych kabli

Niezależnie od strat w żyle roboczej, stosunkowo wysokie straty powstają w wyniku przepływu prądu w żyle powrotnej. Przepływ prądu w żyłach roboczych kabli jest wynikiem zjawiska indukcji elektromagnetycznej, wywołanej oddziaływaniem prądów płynących w żyłach roboczych pozostałych kabli.

Wartość strat w żyle powrotnej można zdefiniować następująco:

Pp = 3RI2λ1

Jak można zauważyć, wartość tych strat jest zależna od współczynnika strat żył powrotnych λ1 określanego jako stosunek strat w żyle powrotnej do strat w żyle roboczej. Współczynnik strat w żyle powrotnej zależy od metody ułożenia kabli i definiuje się go następująco:

λ1 =λ'1 +λ"1

gdzie:

λ1

 
  • - współczynnik strat w żyle powrotnej spowodowany prądami wyrównawczymi;
 

λ1’’

 
  • - współczynnik strat w żyle powrotnej spowodowany prądami wirowymi.
 

W przypadku obustronnego uziemienia żył powrotnych współczynnik λ1’’ wynosi zero, natomiast przy jednostronnym uziemieniu żył powrotnych współczynnik λ1’ równa się zeru. Współczynnik wypadkowy λ1 jest zależny między innymi od rezystancji żyły powrotnej, rezystancji żyły roboczej oraz reaktancji jednostkowej żyły powrotnej.

Na przykład dla układu trójkątnego ułożenia kabli oraz układu płaskiego z prześwitem współczynnik strat w żyle powrotnej wyraża się zależnością:

gdzie:

Rp

 
  • - rezystancja żyły powrotnej;
 

R

 
  • - rezystancja żyły roboczej;
 

X

 
  • - reaktancja jednostkowa żyły powrotnej.
 

Wartość reaktancji w powyższym wzorze jest zależna od sposobu ułożenia kabli (np. trójkąt, układ płaski z przepleceniem).

Wartość współczynnika strat wzrasta wraz z odległością między kablami, a straty w żyle powrotnej mogą niejednokrotnie przekroczyć straty w żyle roboczej. W określonych przypadkach współczynnik ten może przyjmować różne wartości dla poszczególnych faz, a największa jego wartość dla danej fazy ogranicza obciążalność prądową całej linii.

Przykładowo wartość współczynnika strat λ1 dla poszczególnych faz kabli typu XRUHKXS 630/95 mm2, przy płaskim ułożeniu (prześwit 70 mm) może wynosić:

λ1 = 0,689 (dla kabla środkowego),

λ1 = 1,072 (dla kabla o fazie wyprzedzającej fazękabla środkowego),

λ1 = 1,363 (dla kabla o fazie podążającej za fazą kabla środkowego),

Wpływ konfiguracji ułożenia na obciążalność prądową

Poza doborem odpowiedniej konstrukcji żyły roboczej, istnieje możliwość poprawy obciążalności prądowej linii kablowej za pomocą ograniczenia strat w żyle powrotnej.

Ograniczenie tych strat można uzyskać za pomocą następujących środków technologicznych:

  1. 1. Uziemienie żył powrotnych oraz pancerzy w jednym końcu linii kablowej.
  2. 2. Stosowanie krzyżowania żył powrotnych kabli (tzw. cross-bonding) w przypadku obustronnego uziemienia na końcach linii.
  3. 3. Pozostałe konfiguracje kabli oraz żył powrotnych.

Dzięki uziemieniu żył powrotnych po jednej stronie linii kablowej można uzyskać wzrost obciążalności nawet o kilkadziesiąt procent w stosunku do uziemiania żył powrotnych w obu końcach. Na przykład dla linii o przekroju 1200 mm2 przy ułożeniu trójkątnym na styk wzrost obciążalności wynosi ok. 21 %, natomiast przy ułożeniu płaskim 56 %. W rozwiązaniu tym, aby chronić powłokę kabli przed uszkodzeniem w wyniku ewentualnych przepięć, do żyły powrotnej muszą być podłączone ograniczniki przepięć na drugim końcu linii. Ten sposób podwyższenia obciążalności jest jednak możliwy tylko dla stosunkowo krótkich linii. Ograniczenie to wynika z indukowanej wartości napięcia w żyłach powrotnych, które jest wynikiem przepływu prądu obciążenia lub prądów zwarciowych. Wartość napięcia indukowanego może sięgać nawet kilku tysięcy woltów. Parametrami ograniczającymi są tutaj dopuszczalna wartość napięć dotykowych oraz wytrzymałość elektryczna osłony kabla. Długość linii i rodzaj uziemienia żył powrotnych musi być tak dobrana, aby indukowane napięcie dotykowe w żyłach powrotnych, przy obciążeniu nominalnym, nie przekroczyło wartości dopuszczalnej (zależnej od czasu zwarcia), natomiast wartość napięcia indukowanego podczas przepływu prądu zwarciowego – nie większą niż 10 kV.

Na poniższych rysunkach przedstawiono zasadę wykonywania jednostronnego (rys. 9.5.1.5/6) i dwustronnego (rys. 9.5.1.5/7) uziemienia żył powrotnych.

Rys. 9.5.1.5/6. Uziemienie jednostronne żył powrotnych w układach połączeń typu T1 lub P1

Rys. 9.5.1.5/7. Uziemienie dwustronne żył powrotnych

Przykład obliczeniowy

W poniższym przykładzie wyznaczono maksymalną długość przykładowej linii kablowej typu XRUHKXS 630/95 mm2, w której żyły powrotne uziemiono w jednym końcu.

Przypadek 1. Układ kabli trójkątny na styk

Napięcie indukowane w żyle powrotnej kabla:

  • - fazy L1:
  • - fazy L2:
  • - fazy L3:

gdzie:

I

 
  • - prąd obciążenia dopuszczalny długotrwale (I = 890 A – wg danych producenta);
 

s

 
  • - odległość między osiami żył roboczych (s = 87 mm);
 

Dp

 
  • - średnia geometryczna średnica żyły powrotnej (Dp = 72,23 mm).
 

Po podstawieniu danych otrzymuje się:

|UpL1| = 0,0049V/m

|UpL2| = 0,0049V/m

|UpL3| = 0,0049V/m

Przypadek 2. Układ kabli płaski z prześwitem

Napięcie indukowane w żyle powrotnej kabla:

  • - fazy L1:
  • - fazy L2:
  • - fazy L3:

gdzie:

I

 
  • - prąd obciążenia dopuszczalny długotrwale (I = 940 A – wg danych producenta);
 

s

 
  • - odległość między osiami żył roboczych (s = 87 mm);
 

Dp

 
  • - średnia geometryczna średnica żyły powrotnej (Dp = 72,23 mm).
 

Po podstawieniu danych otrzymujemy:

|UpL1| = 0,113V/m

|UpL2| = 0,087V/m

|UpL3| = 0,113V/m

W oparciu o powyższe obliczenia można wyznaczyć maksymalną długość linii kablowej ze względu na indukowane dopuszczalne napięcie dotykowe żyły powrotnej (przyjęto wartość 50 V). Poniżej przedstawiono wyniki obliczeń:

 

Maksymalna długość linii

 

Układ trójkątny na styk

 

1017 m

 

Układ płaski

 

443 m

 

Adekwatne obliczenia można przeprowadzić dla przepływu prądu zwarciowego w żyłach roboczych. Dopuszczalny prąd zwarciowy jednosekundowy żył roboczych, dla rozpatrywanego przekroju, wynosi ok. 90 kA. Wobec tego maksymalna długość linii kablowej ze względu na wytrzymałość osłony kabla (10 kV) wynosi:

 

Maksymalna długość linii

 

Układ trójkątny na styk

 

2011 m

 

Układ płaski

 

924 m

 

Krzyżowanie żył powrotnych jest jedną z najskuteczniejszych metod podwyższenia obciążalności prądowej linii kablowej, w których niemożliwe jest zastosowanie jednostronnego uziemienia żyły powrotnej ze względu na jej długość. Krzyżowanie żył powrotnych polega na podziale linii kablowej na trzy równe długości (lub krotności trzech) i zastosowanie skrzynek krzyżujących (tzw. muf crossbondingowych), umożliwiających połączenie żyły powrotnej jednej fazy z żyłą powrotnej innej fazy według sekwencji przedstawionej poniżej:

1A ⇒ 2B ⇒ 3C,

1B ⇒ 2C ⇒ 3A,

1C ⇒ 2A ⇒ 3B,

gdzie liczby 1, 2 i 3 oznaczają żyły powrotne poszczególnych sekcji, a litery A, B i C fazy, w których się one znajdują. Symbol „⇒” oznacza „połączyć z”.

Żyły powrotne muszą być uziemione na obu końcach linii lub na końcach odcinka obejmującego 3 sekcje. Zasadę wykonywania krzyżowania żył powrotnych przedstawiono na rysunku 9.5.1.5/8.

Rys. 9.5.1.5/8. Krzyżowanie żył powrotnych poszczególnych faz linii kablowej, tzw. cross-bonding (CB)

W jednej fazie należy stosować (3n–1) skrzynek krzyżujących (gdzie n = 1, 2, 3,…), gdyż każda inna ilość skrzynek niweczy celowość tego rozwiązania. Niezależnie od muf cross-bondingowych można stosować dowolną liczbę muf przelotowych, gdyż nie mają żadnego wpływu na to rozwiązanie. W skrzynkach krzyżujących konieczne jest instalowanie ograniczników przepięć zapobiegających przepięciom przekraczającym wytrzymałość elektryczną powłoki oraz izolacji między żyłami powrotnymi. Nieciągłość żył powrotnych stanowi zmianę impedancji falowej, co powoduje spiętrzenie fal przepięciowych niebezpiecznych dla izolacji.

Jeśli długości odcinków kabli w sekcjach są równe, a połączenia żył powrotnych wykonano prawidłowo, to w przypadku idealnym wartość wypadkowa indukowanego napięcia w żyłach powrotnych, dla ułożenia kabli w trójkąt, powinna być równa zero. Przy płaskim ułożeniu kabli, ze względu na mniejszą wartość napięcia indukowanego w żyle powrotnej kabla ułożonego w środku, wypadkowe napięcie indukowane będzie różne od zera. Jest to spowodowane brakiem równości reaktancji wzajemnej między żyłami powrotnymi a roboczymi pozostałych kabli dla wszystkich faz wzdłuż całej trasy linii.

Oddzielnym warunkiem jest symetria prądów w żyle roboczej przesuniętym w fazie dokładnie o 120°.

Istnieje kilka układów konfiguracji kabli względem siebie oraz sposobów połączenia i uziemienia żył powrotnych. Konfiguracje te można sklasyfikować przyjmując, że kable mogą być ułożone w sposób płaski (P) lub trójkątny (T), żyły powrotne można uziemić jednostronnie (1) lub obustronnie (2), kable mogą być przeplatane (p), a żyły powrotne krzyżowane (k). Za pomocą powyższego zapisu możemy przedstawić osiem konfiguracji stosowanych w praktyce:

Nr konfiguracji

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

Układ

 

T1

 

T2

 

P1

 

P2

 

T2k

 

P2k

 

P2p

 

P2pk

 

Na przykład układ ósmy (P2pk) oznacza kable ułożone w układzie płaski z żyłami powrotnymi obustronnie uziemionymi, kable są przeplatane, a żyły powrotne krzyżowane.

Przeplatanie kabli ułożonych w sposób płaski, wraz z krzyżowaniem żył powrotnych, ma za zadanie zmniejszyć wartość indukowanego napięcia w końcach poszczególnych żył powrotnych do zera (w przypadku idealnym). Zasadę przeplatania kabli z krzyżowaniem żył powrotnych przedstawiono na rysunku 9.5.1.5/9. Należy jednak pamiętać, że mimo zerowej wartości napięcia w żyłach powrotnych na końcu kabli, w miejscach krzyżowania żył powrotnych napięcia indukowane mogą osiągać znaczne wartości. Wykres napięcia indukowanego w żyłach powrotnych kabli w funkcji ich długości przedstawiono na rysunku 9.5.1.5/10.

Rys. 9.5.1.5/9. Przeplatanie kabli i krzyżowanie żył powrotnych, tzw. pełny cross-bonding

Rys. 9.5.1.5/10. Napięcia indukowane w poszczególnych sekcjach żył powrotnych (układ płaski kabli)

W kolejnym punkcie przedstawiono analizę porównawczą obciążalności prądowej dla

 

Używamy plików cookie, żeby ciągle poprawiać jakość witryny.
Dowiedz się więcej.