Исследования перенапряжений по длине неоднородной распределительной кабельной сети

Abstract

Перенапряжения в кабельных линиях 6 (10) кВ являются одним из наиболее существенных факторов, влияющих на показатели надёжности городских сетей. В работе представлены результаты исследований распределения величин максимальных перенапряжений по длине типового участка городской распределительной кабельной сети 10 кВ при однофазном замыкании на землю и методика минимизации этих перенапряжений. Исследования проведены с применением виртуального моделирования в программном комплексе ATPDraw. Основу ATP-модели кабельной сети составили элементы с распределёнными реактивными и активными параметрами. Установлено, что величины перенапряжений вдоль кабельных линий значимо изменяются в зависимости от конфигурации и принятых проектных решений по применяемым типам и сечениям кабелей. В случае тупиковых линий максимальные перенапряжения наблюдаются в самом конце кабельной линии, при этом имеет место как монотонное увеличение перенапряжений вдоль кабельной линии от её начала к концу, так и появление локальных максимумов. В случаях, когда рассматриваемая линия не являлась тупиковой, максимальные перенапряжения наблюдались ближе к её концу, но не в самом конце. Также определено, что величина максимального перенапряжения в кабельной сети меняется при изменении сечения её линий. Практическим результатом исследований явились изложенная в работе методика и результаты поиска оптимального варианта развития кабельной сети по критерию минимума кратности вероятных перенапряжений. Результаты для наглядности предложено представлять в виде диаграмм, отображающих изменения максимальных величин перенапряжения вдоль кабельных линий. Построение данных диаграмм на этапе проектирования, эксплуатации и модернизации сети позволяет прогнозировать наиболее уязвимые точки в кабельных линиях с риском пробоя изоляции при перенапряжениях. Показано, что разница в перенапряжениях между наилучшим и наихудшим вариантами сети может составлять более 12 %. Overvoltage in 6 (10) kV cable lines is one of the factors that have the strongest impact on the grid reliability. The paper discusses the resultsof testing the lengthwise distribution of overvoltage values in a typical section of a 10 kV distribution cable grid as induced by a single phase-to-ground fault; it also presents a method for minimizing such overvoltage. Tests were run by simulation in ATPDraw. The cable-grid ATP model was based on elements with distributed reactive and active parameters. Cable-line overvoltage was found to change significantly depending on the configuration and design choices of cable types and cross-section values. Dead-end feeders had maximum overvoltage at the very end, where the research team observed both monotonic increase in overvoltage towards the end, and local maxima. In case where the line was not a dead end, maximum overvoltage was observed towards, but not at the end. Maximum overvoltage in a grid was found to correlate with the cable cross-sections. The practical output of this research is guidelines on how to optimize the design for further cable grid development by minimizing the factor of projected overvoltage. The paper proposes visualizing the results as diagrams showing changes in maximum overvoltage along cable lines. Plotting such diagrams when designing, operating, or upgrading a grid will help pre-identify the most vulnerable points of cable lines where overvoltage could cause insulation failure. The paper shows that the best grid design and the worst grid design may differ by > 12 % in peak overvoltage.