МЕТОД ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЭКРАНОВ В ОДНОФАЗНЫХ КАБЕЛЕЙ С ТРАНСПОЗИЦИЕЙ ЭКРАНОВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Ершов Сергей Викторович, канд. техн. наук, доцент, erschov.serrg@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лахлах Мухаммад Хейр, магистрант, mohamadgassan4@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DETERMINATION OF THE RELATIVE INSULATION CONDITION OF SINGLE-CORE CABLES

WITH CROSS-BONDED SHEATH

V.S. Erschov, M. Kh. Lahlah

Using a monitoring system that is able to determine the state of the cable in the "On-Line" mode allows detecting rapidly developing defects at the earliest time, which allows quickly preventing an emergency with high-voltage cable lines. This paper proposes a method for monitoring of the dielectric loss angle in high voltage cables, based on separation of currents collected from the co-axial cables, which connecting the cable sheathes and the cable link boxes.

Key words: on-line cables monitoring, sheath cross bonding, dielectric loss Angle, metal

sheath.

Erschov Strgey Viktorovich, candidate of technical science, docent, erschov.serrg@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lahlah Muhammad Kheir, master, mohamadgassan4@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.315

DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-61-65

МЕТОД ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЭКРАНОВ В ОДНОФАЗНЫХ КАБЕЛЕЙ С ТРАНСПОЗИЦИЕЙ ЭКРАНОВ

В.С. Ершов, М.Х. Лахлах

Транспозиция экранов однофазных кабелей повышает их пропускную способность и снижает стоимость потерь в экранах. В этой статье представлен метод основанный на токах экрана для определения места повреждения экранов силовых однофазных кабелей с транспозицией экранов.

Ключевые слова: он-лайн мониторинг кабелей, транспозиция экранов, экран Высоковольтных кабелей, места повреждения экранов.

В последнее время силовые кабели высокого напряжения 110...500 кВ современных конструкций все более широко используются для передачи электроэнергии. Наибольшее распространение получают силовые однофазные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена [1]. Основными схемами соединения и заземления экранов являются [1]:

- заземление экранов с двух сторон;

- заземление экранов с одной стороны;

- транспозиция экранов (один или несколько полных циклов).

Транспозиция экранов - это определенный способ соединения экранов однофазных кабелей, как показано на рис. 1 [2].

В результате транспозиции между экранами трехфазными участками будут A1-B2-C3 (контур 1), B1-C2-A3 (контур 2) и C1-A2-B3 (контур 3).

Марцинотто и Маццанти, в работе [3], представили возможность обнаружения неисправностей кабельного экрана токами металлического экрана-земли на концах транспозиционных секций.

МКА1

Коаксиальный кабель

Индуктивный клещ

Рис. 1. Один полный цикл транспозиции экранов однофазных кабелей: МК - концевые муфты кабеля; МТ - транспозиционные муфты кабеля;

КК - концевые коробки; КТ-ПОН - коробки транспозиции с ограничителями перенапряжений; 1пх - обнаруживаются токи от индуктивных клещей, установленных на коаксиальных кабелях; п - номер участок экрана, п=1, 2 или 3; х - представляет собой

а, Ь или с

Поэтому можно использовать токи экранной системы в качестве индикаторов для обнаружения неисправностей кабельного экрана. На коаксиальных соединительных кабелях, в одиным полным цикле транспозиции экранов однофазных кабелей, установлены 6 индуктивных клещей для измерения тока.

Анализ аварийных ситуаций экранов. Мы обсудим 12 различных аварийных ситуации, которые обычно происходят в экранах высоковольтных кабелей. Эти аварийные ситуации относятся к 3 типам:

Обрыв цепи контуров металлического экрана;

Затопленная коробка транспозиции;

Пробой изоляции между проводниками металлического экрана.

В первом типе мы можем найти 3 случая:

Случае 1, неисправность обрыва цепи в контуре металлического экрана 1 (А1-С2-В3)

(рис. 2).

Случае 2, неисправность обрыва цепи в контуре металлического экрана 2 (В1-А2-С3).

Случае 3, неисправность обрыва цепи в контуре металлического экрана 3 (С1-В2-А3).

На рис. 2 [4] предполагается, что контур 1 отключен как точка разомкнутой цепи в концевой муфте МКА1.

Рис. 2. Схема замещения обрыва цепи в контуре металлического экрана 1 (А1-С2-В3): 1тп - циркулирующий ток в каждом контуре; п - номер участок экрана, п=1, 2 или 3.1ЬХп и 1вХп - это компоненты тока утечки в левом и правом направлениях; X - означает А, В

или С

Второй тип включает в себя следующие ситуации:

Ситуация 1, короткое замыкание из-за затопления в коробке транспозиции КТ-ПОН 1

(Рис. 3).

Ситуация 2, короткое замыкание из-за затопления в коробке транспозиции КТ-ПОН 2. Ситуация 3, короткое замыкание из-за затопления в коробках транспозиций КТ-ПОН 1 и КТ-ПОН 2.

Высоковольтные кабели, установленные в кабельных туннелях, могут быть погружены в воду на несколько месяцев в каждом году. Рис. 3. [4] представляет собой короткое замыкание из-за наводнения в коробке транспозиции КТ-ПОН 1.

.41

¡ЯЛ]

Il.ni ¡ВВ1

С1 -М-

'1.С1

'на

--М

АЗ

1ьЛ2

1ЯА

1цлз

\ ¡1Е2 ¡КВ2

^ '2 ^ гг. ^

л

V

Шз

, 1„,1

' '1.С2

¡нег

11.СЗ

¡на

Рис. 3. Схема замещения затопления в коробке транспозиции КТ-ПОН1.

В третьем типе есть следующие 6 ситуаций:

Случае 1, пробой изоляции в транспозиционной муфте (МТА1) (Рис. 4). Случае 2, пробой изоляции в транспозиционной муфте (МТВ1). Случае 3, пробой изоляции в транспозиционной муфте (МТС1). Случае 4, пробой изоляции в транспозиционной муфте (МТА2). Случае 5, пробой изоляции в транспозиционной муфте (МТВ2). Случае 6, пробой изоляции в транспозиционной муфте (МТС2).

Когда изоляция между металлическим экраном с обеих сторон кабельной муфты выходит из строя, происходит короткое замыкание, как показано ниже на рис. 4 [4].

.41

1щ ¡¡ш В1 % .

'Ш

С1

ж.

Ьл2 1/142

/„о"

\

АЗ Ъ.

'из

/д

КЛ5

\вз

Л <

Ьт ¡ив 2 \ ¡1.83 1явз 1яс.2 Ьсз

С2 <:-

ПС2

'ясз

Рис. 4. Схема замещения пробоя изоляции в транспозиционной муфте (МТА1).

Основываясь на результатах моделирования в [2,4], мы можем суммировать следующие результаты:

В табл. 1 [4] видно что, некоторые измеренные токи не отличаются от таковых в нормальном состоянии из-за отсутствия неисправностей в обнаруженных контурах экранов.

Последствия обрыва цепи контуров в различных муфтах и коробках.

Таблица 1

Первый тип

12а

Ьь

Измеряемые токи

12с

13а

1зь

13с

Случае 1

Случае 2

Случае 3

Примечание: 1 - означает, что Макс(!)//в < 3; 0 - означает, что Макс(!)//и = 1; Макс(1) - максимальный ток повреждения; 1п - номинальный ток.

В результатах второго типа (табл. 2 [4]) заметно, что разница между измеряемыми токами велика по сравнению с таковой в нормальном состоянии, эти критерии очень эффективны для выявления типов неисправностей и мест их расположения.

Последствия затопления в различных коробках транспозиций

Таблица 2

Второй Измеряемые токи

тип 12а 12Ь 12с 13а 1зь 1зс

Случае 1 1 0 0 0 1 0

Случае 2 0 1 0 0 0 1

Случае 3 1 0 0 1 0 0

В табл. 2. 1 - означает, что Макс(1)/1п > 5; 0 - означает, что Макс(1/)/1п < 5. Очевидно, что токи замыкания в третьем типе значительно выше, чем в нормальных условиях (табл. 3 [4]), так как два различных контура экрана коротко соединены.

Таблица 3

Последствия пробойя изоляции в транспозиционных муфтах_

Третий Измеряемые токи

тип I2a I2b I2c I3a I3b I3c

Случае 1 1 2 3 2 3 2

Случае 2 2 3 2 1 2 2

Случае 3 2 2 3 2 1 1

Случае 4 2 2 3 3 2 2

Случае 5 3 2 2 2 3 2

Случае 6 2 3 2 2 2 3

Примечание: 3 - означает, что Макс(//)//и > 10; 2 - означает, что 10 > Макс(Т/)//и > 6; 1 - означает, что Макс(Т/)//и < 6.

Заключение. На основе результатов моделирования аварийных ситуаций в работе [2,4] показано, что анализ последствий 6 измеряемых токов позволяет выделить различные типы неисправностей и положения неисправностей с использованием предложенного метода.

Список литературы

1. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 152 с.

2. Yang, Yang & Hepburn, Donald & Zhou, Chengke & Zhou, Wenjun & Jiang, Wei & Tian, Zhi. (2017). On-line monitoring and analysis of the dielectric loss in cross-bonded HV cable system. Electric Power Systems Research. 149. P. 89-101. DOI: 10.1016/j.epsr.2017.03.036.

3. Marzinotto M., Mazzanti G. The Feasibility of Cable Metal sheath Fault Detection by Monitoring Metal sheath-to-Ground Currents at the Ends of Cross-Bonding Sections // IEEE Transactions on Industry Applications, 2015. Vol. 51. No. 6. P. 5376-5384.

4. Dong, Xiang & Yang, Yang & Zhou, Chengke & Hepburn, Donald. (2017). On-line Monitoring and Diagnosis of HV Cable Faults by Sheath System Currents. IEEE Transactions on Power Delivery. P. 1-1. DOI: 10.1109/TPWRD.2017.2665818.

Ершов Сергей Викторович, канд. техн. наук, доцент, erschov.serrg@mail. ru Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лахлах Мухаммад Хейр, магистрант, mohamadgassan4@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

METHOD FOR DETECTING SCREEN FAULTS IN SINGLE-CORE CABLES WITH

CROSS-BONDED SCREEN

V.S. Erschov, M. Kh. Lahlah

Cross bonding of screen cables increases their capacity and reduces the cost of screen losses. This article presents a method based on screen currents to determine the location of damage to the screens of cross-bonded single-core power cables.

Key words: On-line cable monitoring, screen cross bonding, high-Voltage cable screen, screen damage locations.

Erschov Sergey Viktorovich, candidate of technical science, docent, erschov.serrg@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lahlah Muhammad Kheir, master, mohamadgassan4@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University