Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ

В последнее время силовые кабели высокого напряжения 6-500 кВ современных конструкций все более широко используются для передачи и распределения электроэнергии, особенно в крупных городах и на промышленных предприятиях, где уровень электропотребления и плотность нагрузки достаточно значительны. Наибольшее распространение получают силовые однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Высокий уровень напряжения жилы однофазного кабеля в сетях классов 6 кВ и более приводит к необходимости использования металлического экрана, выполняемого в виде проволок и/или лепты. Основным его назначением является обеспечение равномерности электрического поля, воздействующего на главную изоляцию кабеля (изоляцию 'жила-экран'), что достигается только в случае заземления экрана. Заземление экрана удобно выполнять по концам кабеля, так как там, как правило, имеются заземляющие устройства.

Экраны современных однофазных кабелей 6-500 кВ выполнены из хорошо проводящего материала (из меди); их заземление одновременно в обоих концах кабеля, если не приняты специальные меры, ведет к появлению в экранах и в нормальном симметричном режиме, и при коротких замыканиях значительных токов, сопоставимых с током жилы кабеля.

Токи и напряжения в экранах однофазных кабелей обусловлены только однофазной конструкцией этих кабелей и не имеют никакого отношения к материалу их изоляции (сшитый полиэтилен и проч.).

Измерения, выполненные на многих кабельных линиях различных классов напряжения 6-500 кВ, свидетельствуют о том, что при использовании однофазных кабелей надо предъявлять повышенное внимание к выбору способа соединения и заземления экранов и проводить соответствующие обосновывающие расчеты.

В качестве примера для типового кабеля 10 кВ одной из энергосистем Центра приведем результаты прямых измерений токов в экранах, заземленных в обоих концах кабеля. Параметры кабеля: сечение жилы 500 мм2,сечение экрана 95 мм2, длина 2500 м. В нормальном установившемся режиме работы при токах 186 А в жилах трех фаз измеренный ток в экране каждой фазы составлял 115 А! В случае выхода указанного кабеля на номинальную нагрузку (ток в жиле около 700 А), ток в экране пропорционально возрастет и составит 430 А, что недопустимо много для сечения экрана 95 мм2. В настоящее время от повреждений, вызванных нерасчетным тепловым режимом, рассмотренный кабель спасает лишь его сравнительно малая нагрузка, это же спасает и многие другие неверно спроектированные и уже находящиеся в эксплуатации кабельные линии с однофазными кабелями.

Другим примером может служить группа однофазных кабелей 630/35 мм2 класса 35 кВ (длиной 1500 метров), питающих один из металлургических комбинатов Урала. Измерения в нормальном установившемся режиме работы показали, что при токе в жилах около 900 А ток в экранах составлял приблизительно 300 А. Столь большой ток, длительно протекавший в экране сечением 35 мм2, привел к вплавлению экрана в изоляцию кабеля, т.е. фактически к повреждению кабеля!