Rozkład potencjału wzdłuż uziemionej obustronnie żyły powrotnej kabla elektroenergetycznego

Autorzy:

Franciszek Spyra,
ZPBE Energopomiar-Elektryka Gliwice

Marian Urbańczyk
Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Gliwice

W referacie przedstawiono wyniki symulacji numerycznych rozkładu potencjału wzdłuż dwustronnie uziemionej żyły powrotnej kabla. W analizie przyjęto model uziomu kulistego, w którym rezystancja uziomu jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości od uziomu. Rozkład potencjału żyły powrotnej charakteryzuje się zerową wartością w środku długości linii kablowej.

Wstęp

Sposób uziemienia żyły powrotnej kabla ma zasadnicze znaczenie dla jego prawidłowej pracy. Miejsce uziemienia ma wpływ na straty energii w żyle powrotnej, powstałe w wyniku przepływu prądu indukowanego w tej żyle. Straty i wydzielone ciepło w przypadku dwustronnego uziemienia żyły powrotnej kabla mogą być znaczne, powodując nadmierne nagrzewanie kabla prowadzące do obniżenia jego obciążalności i degradacji izolacji głównej.
Autorzy wielu zagranicznych opracowań projektowych uważają, że w przypadku, gdy długość linii kablowej przekracza 1000 m, wtedy żyłę powrotną kabla należy uziemić w środku jej długości, mimo, że jest ona uziemiona na obu końcach. Uziemienie żyły powrotnej w środku linii kablowej jest stosowane w przypadku nieuziemienia jej na końcach.

Sposób ten umożliwia dwukrotne wydłużenie linii kablowej z równoczesną eliminacją strat energii w żyle powrotnej wynikających z przepływu prądu indukowanego w żyle powrotnej.
Linię kablową o napięciu 110 kV z uziemioną żyłą powrotną w środku jej długości i na końcach wybudowała w Polsce firma francuska. Sytuacja taka została stwierdzona podczas badań pomontażowych linii kablowej. Firma uzasadniała przyjęcie takiego rozwiązania technicznego istnieniem wymagania w przepisach francuskich. Potwierdzenie rozwiązania przewidującego dodatkowe uziemienie w środku linii kablowej można znaleźć w przepisach RTE (rys.1) [1]. Podobne praktyki są preferowane przez inne zagraniczne firmy kablowe. W literaturze można spotkać różne rozkłady potencjału żyły powrotnej wzdłuż linii kablowej względem ziemi. Powszechnie panuje pogląd, że w środku kabla występuje najwyższy potencjał żyły powrotnej względem ziemi - rys. 2 [2]. Niektóre firmy kablowe i projektanci linii kablowych tłumaczą wystąpienie maksymalnej wartość potencjału w środku długości żyły powrotnej, uziemionej na dwóch końcach, superpozycją napięć indukowanych w tej żyle przy uziemieniu najpierw z jednego końca, a potem z drugiego końca (rys. 3). Ich zdaniem, w przypadku linii o większej długości, napięcie to może być niebezpieczne dla powłoki kabla.

Wtedy proponują dodatkowe uziemienie żyły powrotnej w środku jej długości w celu obniżenia napięcia. Powstały rozkład potencjału wzdłuż żyły po uziemieniu w środku długości pokazano na rys. 4. Takie rozumowanie jest błędne, nie poparte analizą teoretyczną zagadnienia.

Pełną treść referatu można pobrać poniżej.