Термическая стойкость экранов одножильных силовых кабелей в электрической сети 20 кВ с низкоомным заземлением нейтрали

Аннотация

Особенностью кабельных сетей напряжением 20 кВ, получивших распространение в энергосистеме Москвы, является обязательное использование силового низкоомного резистора, включённого в нейтраль обмотки 20 кВ питающего трансформатора 110–220 кВ и предназначенного для обеспечения работы релейной защиты от замыканий на землю. Это позволяет обеспечить селективное отключение на участках сети и сохранить ресурс её кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена, выполненных преимущественно кабелями одножильной конструкции. Выбор сечения медного экрана таких кабелей определяется допустимым нагревом при протекании аварийного тока, который выбирается для двухфазного короткого замыкания или однофазного замыкания на землю. В прикладных исследованиях данной темы, инструкциях заводов – изготовителей кабельной техники, а также действующих стандартах предлагаются разные подходы. Поэтому вопрос обоснования в проектной практике того или другого вида повреждения для подбора оптимального сечения экрана силовых кабелей 20 кВ до настоящего времени остаётся открытым. В статье приведены результаты расчёта токов КЗ в металлических экранах одножильных кабелей 20 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена в зависимости от времени отключения повреждения и варьируемого сопротивления резистора в нейтрали. Расчёты выполнены для экранов сечением 16, 25 и 35 мм², которые являются минимально допустимыми по термической стойкости кабелей согласно ГОСТ 34834–2022. Показано, что для выбора незаниженного сечения экрана кабелей 20 кВ и сохранения их ресурса, ввиду ненулевой вероятности повреждения разноимённых фаз линии (в том числе из-за механических порывов), следует использовать значения тока двухфазного КЗ на землю. Для определения значений аварийного тока и его растекания по экранам КЛ выполнена серия расчётов для участка кабельной сети 20 кВ на компьютерной модели в программе MATLAB Simulink. Приведены результаты определения тока двухфазного КЗ на землю и соответствующих токов в экранах линии при различных условиях повреждения и способах заземления экранов КЛ.