Екрани (оболонки) кабелів напругою 6–35 кВ: як підвищити ефективність захисту від пошкоджень

• Захист кабельних ліній
• Заземлення з одного і з двох боків
• Схеми захисту від коротких замикань

Нині захист кабельних ліній напругою 6–35 кВ здійснюють за допомогою максимального струмового захисту (МСЗ) і струмової відсічки, якщо остання забезпечує чутливість під час коротких замикань (КЗ) на початку лінії.

Захист кабельних ліній

У разі приєднання кабельних ліній безпосередньо до шин, без струмообмежувальних реакторів, КЗ на них супроводжуються значним зниженням напруги, що призводить до порушення динамічної стійкості генераторів, електричної мережі та електроприймачів.

Синхронні електродвигуни випадають із синхронізму, погіршуються умови самозапуску двигунів, порушується живлення споживачів непошкоджених ліній, працює технологічний захист, що зі свого боку призводить до значних матеріальних збитків унаслідок зупинення виробництва.

Вимкнення пошкодженої лінії з витримкою часу призводить до збільшення перерізу кабелю за умовою забезпечення термічної стійкості.

Відсічки нереактованих кабельних ліній, приєднаних до шин електростанцій
або підстанцій із синхронними електродвигунами великої потужності, потрібно виконувати без витримки часу (п. 3.2.108 ПУЕ). Зону дії має бути визначено
за відключення КЗ за умовою залишкової напруги на шинах електростанції
не нижче ніж 0,5–0,6 від номінальної.

Для виконання зазначеної умови дозволено неселективний захист у поєднанні
з пристроями автоматичного повторного включення або автоматичного включення резерву.

Щоб підвищити чутливість МСЗ під час КЗ та забезпечити селективність дії захисту від однофазних замикань на землю (ОЗЗ) без витримки часу, доцільно використовувати екрани (оболонки) кабелів, заземлені тільки з боку підстанції живлення.

Заземлення екранів з одного і з двох боків

Струмопровідні екрани та броню одножильних кабелів або кабелів окремих ділянок КЛ заземлюють з обох кінців (п. 2.3.124 ПУЕ). Дозволено заземлювати струмопровідні екрани одножильних кабелів принаймні в одній точці
(з одного кінця).

Заземлення екранів з двох боків має такі недоліки:

• наявність втрат електроенергії через проходження наведеного в екранах струму;
• потреба в перевірці номінального перерізу екрана за значенням наведеного струму від проходження жилою кабелю струму нормального робочого режиму;
• можливість винесення небезпечного потенціалу з підстанції напругою
  від 110 кВ у разі однофазного КЗ на цій підстанції.

Заземлення з одного боку дає змогу прийняти мінімально можливий струм спрацьовування МСЗ, а дію захисту від ОЗЗ виконати без витримки часу, оскільки
в разі зовнішнього ОЗЗ захист від ОЗЗ лінії не діє.

Дія захисту від ОЗЗ без витримки часу фактично унеможливлює перехід ОЗЗ
у подвійне замикання. У точці заземлення екранів потрібно під’єднати низьковольтні трансформатори струму, до яких приєднуються струмові реле захисту.

У міських мережах, на вітрових та сонячних електростанціях трансформаторні підстанції (ТП) підключають за петльовою схемою, установлюють у ланцюзі роз’єднувачі або вимикачі навантаження (ВН) із ручним приводом. Під час ОЗЗ вимикають усю лінію.

Щоб захист вимикав тільки пошкоджену ділянку лінії, замість ВН із ручним приводом або роз’єднувачів потрібно встановити ВН із котушкою вимкнення
і трансформатори струму в ланцюзі екранів кабелів на початку та в кінці кожної ділянки (рисунок 1). Екрани кабелів заземлюються лише з боку живлення.

Якщо зміниться місце розриву петльової схеми, потрібно виконати перемикання на ТП із заземлення/розземлення екранів кабелів.

Схеми захисту від коротких замикань

Схему захисту лінії від КЗ та ОЗЗ головної ділянки з трансформаторами струму
в екранах фазних жил кабелю та реле КА3–КА6 наведено на рисунку 2. Струм спрацьовування захисту відстроюється від зарядного струму лінії та від струму небалансу. Діє захист без витримки часу, що підвищує стійкість навантаження
та дає змогу зменшити переріз фазної жили та екрана кабелю.

Схему захисту від ОЗЗ кабельної перемички між ТП із використанням трансформаторів струму в екранах фазних жил кабелю, заземлених тільки з боку живлення, наведено на рисунку 3. Захист діє селективно без витримки часу
на вимкнення ВН у ТП.

Оскільки перехід ОЗЗ у подвійне замикання за короткий час майже неможливий,
а ВН не призначені для вимкнення струмів КЗ, то захист від КЗ у схемі
не передбачений. Як дальнє резервування використовується звичайна МСЗ головної ділянки з витримкою часу на живильній підстанції (реле КА1, КА2, КТ1
на рисунку 2).