CC BY
7
THE PURPOSE AND PRINCIPLE OF OPERATION OF THE DC TRANSMISSION SYSTEM
I.M. Bazyl, A.Yu. Klyuchnikova
Basic information about high-voltage DC lines, their advantages and disadvantages are considered. This power transmission system allows you to efficiently transmit bulk power over long distances, but its cost is high.
Key words: high-voltage direct current, power line, alternating current, inversion.
Bazyl Ilya Mikhailovich, candidate of technical science, docent, 141451@,tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Klyuchnikova Alina Yurievna, student, alinka.klvuchnikova@,vandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.315
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-57-61
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ОДНОФАЗНЫХ КАБЕЛЕЙ С ТРАНСПОЗИЦИЕЙ ЭКРАНОВ
В.С. Ершов, М.Х. Лахлах
Использование системы мониторинга, которая способна контролировать состояние кабельной линии в режиме "On-Line" позволяет вовремя выявлять быстро развивающиеся дефекты на самых ранних стадиях, что позволяет оперативно предотвратить аварийную ситуацию с кабельными линиями высокого напряжения. В данной работе предлагается метод контроля угла диэлектрических потерь в кабелях, основанный на разделении тока экрана, проходящих в коаксиальных кабелях, соединяющих муфту с каробкой.
Ключевые слова: он-лайн мониторинг кабелей, транспозиция экранов, Угол диэлектрических потерь, металлический экран.
В настоящее время подавляющее большинство кабельных линий 6...35 кВ и все кабельные линии 110.500 кВ выполняются однофазными кабелями, имеющими медные экраны. Желательно, что напряжение экрана иметь низкое значение и одновременно поддерживать ток металлического экрана на минимальном уровне, поэтому было предложено транспозиция экранов [1]. Транспозиция экранов - это определенный способ соединения экранов однофазных кабелей, как показано на рис. 1 [2].
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) 57
Панг и др. в работе [3] предложил он-лайн метод контроля тангенса угла диэлектрических потерь для определения повреждений в каждом участке кабеля, но их метод требовал получения сигналов напряжения. Как известно, их трудно получить, когда кабель находится в рабочем режиме.
Традиционные измерения используют мостовые методы чтобы рассчитать значения угла диэлектрических потерь [4]. Эти методы имеют несколько недостатков и не могут быть применены в оперативном мониторинге.
Поэтому в настоящей работе предложен новый метод решения этих проблем путем измерения токов в коаксиальных кабелях для определения угла диэлектрических потерь. На коаксиальных соединительных кабелях, в одиным полным цикле транспозиции экранов однофазных кабелей, установлены 12 Индуктивных клещей для измерения тока. Предлагаемый способ направлен на то, чтобы отличить токи утечки от токов экрана на основе 12 обнаруженных токов без получения сигналов рабочего напряжения.
Разделение токов экрана. ток экрана представляют собой комбинацию токов утечки из различных участков кабеля и несбалансированного тока, наводимыев в экранах [5]. Несбалансированный циркуляционный ток возникается из-за разницы длин участков, несбалансированной прокладки и несбалансированных токов нагрузки [6]. Ток утечки каждого участка необходим для расчета угла диэлектрических потерь.
В результате транспозиции между экранами трехфазными участками будут Л1-Б2-С3 (контур 1), Б1-С2-Л3 (контур 2) и С1-Л2-Б3 (контур 3). ток экранов в каждом контуре состоит из тока утечки через изоляцию и циркулирующего тока из-за несбалансированного индуцированного напряжения в контуре, как представлено рис. 2 [7].
Рис. 2. Токи экранов: Imn - циркулирующий ток в каждом контуре; п - номер участок экрана, n=1, 2 или 3. Ilxh и Irxh - это компоненты тока утечки в левом и правом направлениях; X - означает A, B или C
Ток утечки в экране. мы знаем, что ток утечки в каждом участке - это сумма его компоненты. Например, в участке А2:
¡А2 =Ila2 +IRA2 , (1)
где 1а2 - ток утечки в участке А2; ILA2 и IRA2 - компоненты тока утечки в левом и правом направлениях.
Для того чтобы получить ток утечки от каждого участка , схема токов в участке А2 представлена на рис. 3 [8].
Va о—
А2
X'
"1
42 '3J
Рис. 3. Схема токов в участке А2 58
Ток утечки, 1л2, в участке Л2 может быть выражен токами экрана, ставлено в уравнении (2) [8].
и
¡А2 ¡32
'33^
где
[8].
¡17 — ¡ЯП "b ¡J.A7 "b Ij.R?
I.
'32 '32
1RC1 'RC1
LA2 'RA2
ЧВ 3 ¡ьвз
%3>
тЗ>
I32 и 1зз, как пред-(2)
(3)
(4)
Этот вывод подходит для других 8 участков, представленных в уравнениях.(4) - (11)
¡AI = ¡11 -¡12, (4)
¡A3 = ¡23 -/24, (5)
¡В1 = ¡21 _ ¡22, (6)
¡В2 = ¡12 -113, (7)
¡ВЗ = ¡33 _ ¡34, (8)
¡С1 = ¡31 ~ ¡32, (9)
¡С2 = ¡22 ¡23, (10)
¡СЗ = ¡13 (11)
Хотя невозможно получить индивидуальный ток утечки каждого второстепенного участка, разность векторов тока (например, 11бл) может быть получена из обнаруженных токов (например, Ьь и 11а), как в уравнении. (12) [8].
I
IBA
= 1.
В1
¡AI — (¡21 ¡22) Qu ¡l2),
— ¡21 (¡22 ¡12) ¡1Ъ 1IBA =hb ~hb a,
(12)
Это также применимо к другим 8 векторным разностям, представленным в уравнениях. (13) - (20) [8].
¡1св = ¡а~ ¡В1 = ¡1с ~ ¡2с ~ ¡1Ь, (13)
¡1 АС
AI
¡C1 —I1а
и
и
¡2ВА =1в2 ~Ia2 =ha ~hb, ¡2СВ = ¡С2 ~ ¡В2 = ¡2b ¡Зс, ¡2АС =^А2 ~IC2 =hc ~ha, ¡ЗВА = ¡ВЗ ~ ¡A3 = ¡За~ ¡4b + ¡4с, ¡ЗСВ = ¡С3~ ¡ВЗ = ¡ЗЬ~ ¡4с + , ¡ЗАС — ¡A3 -¡СЗ =¡3c ¡4а + ^4с
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
Угол диэлектрических потерь. Предложен метод, основанный на сравнении разности векторов тока утечки для определения относительного изменения угла диэлектрических потерь, а не абсолютного значения. Это решает проблему ситуаций, когда измерение вектора опорного напряжения невозможно. на рис. 4 [8], вектор рабочего напряжения предполагается неизменным [9]. Вектор тока утечки изменится из-за изменения угла диэлектрических потерь от 5 до 5'. Рис. 5 [8] указывает, что изменение углов диэлектрических потерь приводит к изменению векторов тока утечки (Ia, Ib и Ic), а также к изменению разностей векторов тока утечки (Iba, Icb и Iac).
->
и
Рис. 4. Векторная диаграмма угла диэлектрических потерь при старении электрической изоляции
Рис. 5. Относительные изменения углов диэлектрических потерь приводят к изменению разности векторов тока утечки
В таблице представлен набор правил для оценки состояния изоляции, основанный на допущениях, приведенных ниже:
материал изоляции является однотипным;
изменение угла диэлектрических потерь происходит только из-за изменения сопротивления изоляции.
Таблица [8] переносит отношение длины вектора в отношение угла диэлектрических потерь. Эти критерии могли бы обеспечить быстрое качественное описание относительного состояния изоляции.
Критерии относительного состояния изоляции между тремя фазами.
Длина вектора Угол диэлектрических потерь Относительное состояние изоляции
'лс>'св >SA SB < SC <SA Sc < SB <SA Фаза (А) является наихудшей
1BA>1AC >'cs Sa< Sc <Sb Sc < SA <SB Фаза (В) является наихудшей
ICB>IBA >1AC Sb < SA <SC Sa< Sb <Sc Фаза (С) является наихудшей
1ВА>1СВ >1АС Sa> Sc> Sb Sa> Sb> Sc Фаза (А) - самая лучшая
1CB>1AC >1BA Sb> Sa> Sc Sb> Sc> Sa Фаза (В) - самая лучшая
1AC>1BA>1CB Sc> Sa> Sb Sc> Sb> Sa Фаза (С) - самая лучшая
Заключение. в данной работе предложен новый метод контроля под нагрузкой чтобы определить относительное состояние изоляции однофазных кабелей с транспозицией экранов путем установки 12 индуктивных клещей для измерения тока на коаксиальных кабелях, соединяющих муфты с коробками. Разделение токов экрана позволяет добиться разделения токов утечки в системе однофазных кабелей с транспозицией экранов с применением индуктивных клещей тока.
Изменение вектора тока утечки может быть применено для оценки состояния изоляции. Больший угол диэлектрических потерь и большая величина тока утечки указывают на более плохое состояние изоляции.
Список литературы
1. Huang X., Hu X. Comprehensive relative measurement method in dielectric loss-line Detection, High voltage electrical appliances, June, 2001.
2. Jung C., Lee J., Kang J., Wang X., Song Y. Characteristics and Reduction of Sheath Circulating Currents in Underground Power Cable Systems // International Journal of Emerging Electric Power Systems, 2004. Vol. 1. No. 1, 2004.
3. Fa-dong P., Li Y., Li X., Yong-hong C., Xu-sheng C., Xiao-lin C., Yong-peng M. The design of distributed on-line monitoring system for metal sheath's circulating current of cross-linked power cables, 2008 International Conference on High Voltage Engineering and Application, 2008. P. 562-565.
4. Chengke Zhou, Wenjun Zhou, Hepburn D.M., Bojie Sheng, Xiang Dong, Alkali B. PD detection and localisation in cross-bonded HV cable systems, 22ndInternational Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED2013), 2013.
5. Pang B., Zhu B., Wei X., Wang S., Li R. On-line monitoring method for long distance power cable insulation // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 23(February (1)), 2016. P. 70-76.
6. Zhang H. 110-220 kV XLPE Cable Insulation On-Line Monitoring Technique, Ph D Dissertation, Wuhan University, SEE, Wuhan, China, 2009.
7. Bojie Sheng, Chengke Zhou, Hepburn D., Xiang Dong, Peers G., Wenjun Zhou, Zeyang Tang. Partial discharge pulse propagation in power cable and partial discharge monitoring system, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 21 (3), 2014. P. 948-956.
8. 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. 2017. 149. P. 89-101. DOI: 10.1016/j.epsr.2017.03.036.
9. D'Amore M., Sarto M., Scarlatti A. Modeling of magnetic-field coupling with cable bundle harnesses // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2003. Vol. 45. No. 3. P. 520530.
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.
