Компьютерное моделирование расчета кондуктивных помех в контрольном кабеле

Разряды молнии и короткие замыкания являются источниками кондуктивных помех. Если помехи превышают допустимые значения, то они могут стать причиной повреждения, ложного срабатывания или даже отказа микропроцессорной аппаратуры на электрических подстанциях [1].

Для того, чтобы снизить кондуктивные помехи используют двухстороннее заземление экрана кабеля.

Величина кондуктивной помехи вычисляется по формуле:                                       

где

U – напряжение между точками заземления экрана;

k – коэффициент экранирования (ослабления), равный 6-10.

Смоделировать расчет кондуктивных помех можно в специально разработанной программе «ЗУМ». Её функциональные возможности позволяют осуществить комплексный расчет молниезащиты и заземления электрической подстанции.

Расчет кондуктивных помех можно осуществить несколькими способами.

В качестве примера найдем помеху жила-экран на выходе контрольного кабеля с диаметром экрана 10 мм, длиной 100 м, погонным сопротивлением R0=0.018 Ом/м, расположенного на высоте 0.5 м над поверхностью земли, при вводе импульса тока молнии 100 кА с линейным фронтом длительностью 20 мкс в начало кабеля. Сетка ЗУ состоит из стальных стержней диаметром 20 мм и расположена на глубине 0.5 м в грунте с удельным сопротивлением 100 Ом∙м.

Первый способ определения помех основан на методике ФСК ЕЭС. По стандартам ФСК кондуктивная помеха определяется как разность потенциалов между точками заземления экрана кабеля, поделенная на коэффициент ослабления [2]. В таком случае, кондуктивная помеха основывается на напряжении экрана кабеля, а сам кабель можно не рисовать.

График 1. Кондуктивная помеха по методике ФСК

Поделив полученное значение разности потенциалов на коэффициент экранирования, мы получим значение кондуктивной помехи равное 9313 В.

Второй способ основывается на методике расчета Вэнса. В его работах кондуктивная помеха равна току экрана, умноженному на передаточное сопротивление экран-жила, которое можно принять равным омическому сопротивлению экрана [3].

Величина кондуктивной помехи в таком случае вычисляется по формуле:

где

Z_t – передаточное сопротивление (сопротивление связи) экран-жила, численно равное напряжению экрана на 1 м длины при протекании тока экрана 1 А;

l – длина кабеля;

I – ток экрана.

График 2. Кондуктивная помеха по методике Вэнса

Кондуктивная помеха по методике Вэнса получилась 5416 В, что гораздо меньше значения помехи по методике ФСК.

Третий способ расчета кондуктивных помех осуществляется с помощью 3D модели кабеля [4].

Рисунок 1. 3D модель кабеля с двусторонним заземлением экрана

Расчет с использованием 3D модели кабеля считаем точным.

График 3. Кондуктивная помеха с помощью 3D модели кабеля 

Кондуктивная помеха равна 5390 В, что подтверждает достоверность методики расчета Вэнса. Следовательно, методику ФСК ЕЭС необходимо заменить.