Effect of soil moisture on current-carrying capacity of low-voltage power cables

• Autorzy: Czapp Stanisław , Ratkowski Filip

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2019.06.29

Warianty tytułu

PL

Wpływ wilgotności gruntu na obciążalność prądową długotrwałą kabli elektroenergetycznych niskiego napięcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the factors affecting current-carrying capacity of underground power cables is the thermal resistivity of soil. Its value in the close proximity of the cable is the most important, and for this reason, in some cases, the local soil is replaced with an another soil type or with a cementsand mixture. The thermal resistivity of the soil is strongly affected by moisture, and in the case of a cement-sand mixture – as tested by the authors – also by this mixture initial water content. The paper presents results of investigation of soil moisture influence on the soil thermal resistivity, and an analysis of the current-carrying capacity of a low-voltage power cable for various soil parameters, in particular its part directly surrounding the cable.

PL

Jednym z czynników wpływających na obciążalność prądową długotrwałą kabli ułożonych w ziemi jest rezystywność cieplna gruntu. Największe znaczenie mają parametry gruntu znajdującego się w bezpośrednim sąsiedztwie kabla i z tego powodu grunt rodzimy zastępuje się innym lub mieszaniną cementowo-piaskową. Na rezystywność cieplną gruntu duży wpływ ma wilgotność, a w przypadku mieszaniny cementowopiaskowej – jak wynika z badań autorów – także zawartość początkowa wody w tej mieszaninie. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu wilgotności gruntu na jego rezystywność cieplną oraz analizę obciążalności prądowej długotrwałej kabla niskiego napięcia dla różnych parametrów gruntu, w szczególności gruntu w bezpośrednim sąsiedztwie kabla.

Słowa kluczowe

EN

current-carrying capacity; power cable; soil thermal parameter

PL

obciążalność prądowa długotrwała; kabel elektroenergetyczny; parametr cieplny gruntu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 95, nr 6
• Strony: 154--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czapp Stanisław

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electrical and Control Engineering, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland

autor

Ratkowski Filip

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Electrical and Control Engineering, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland
• Research & Development Center, Eltel Networks Energetyka SA, Gutkowo 81D, 11-041 Olsztyn, Poland

Bibliografia

• [1] de Leon F., Major factors affecting cable ampacity, IEEE Power Engineering Society General Meeting (PES), 2006
• [2] Fan Y., Li J., Zhu Y., Wu Ch., Research on currentcarrying capacity for XLPE cables installed in pipes, Proceedings of the 9th International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials, July 19-23, (2009), Harbin, China
• [3] Holyk C., Anders G. J., Power cable rating calculations-A historical perspective [history], IEEE Industry Applications Magazine, 21 (2015), No. 4, 6-64
• [4] Liang Y., Zhao J., Du Y., Zhang J., An optimal heat line simulation method to calculate the steady-stage temperature and ampacity of buried cables, Przegląd Elektrotechniczny, (2012), No. 3b, 156-160
• [5] Mahmoudi A., Kahourzade S., Lalwani R. K., Computation of cable ampacity by finite element method under voluntary conditions, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5 (2011), No. 5, 135-146
• [6] Teja A. D., Rajagopala K., Thermal analysis by conduction convection and radiation in a power cable, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE), 9 (2014), Iss. 3, 51-56
• [7] Zhang W., Li H.-J., Liu Ch., Tan K. Ch., A technique for assessment of thermal condition and current rating of underground power cables installed in duct banks, Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, (2012), Shanghai
• [8] De Mey G., Xynis P., Papagiannopoulos I., Chatziathanasiou V., Exizidis L., Wiecek B., Optimal position of buried power cables, Elektronika ir Elektrotechnika, 20 (2014), No. 5, 37-40
• [9] Czapp S., Szultka S., Tomaszewski A., CFD-based evaluation of current-carrying capacity of power cables installed in free air, 18th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE), (2017), Kouty nad Desnou, 692-697
• [10] Czapp S., Czapp M., Szultka S., Tomaszewski A., Ampacity of power cables exposed to solar radiation – recommendations of standards vs. CFD simulations, 17th International Conference Heat Transfer and Renewable Sources of Energy (HTRSE-2018), Międzyzdroje, 0205.09.2018, E3S Web of Conferences, 70 (2018), 1-5
• [11] Chojnacki A.Ł., Analysis of reliability of low-voltage cable lines, Przegląd Elektrotechniczny, (2017), No. 4, 14-18
• [12] IEC 60287-1-1:2006 Electric cables – Calculation of the current rating – Part 1-1: Current rating equations (100% load factor) and calculation of losses – General
• [13] IEC 60287-2-1:2015 Electric cables – Calculation of the current rating – Part 2-1: Thermal resistance – Calculation of the thermal resistance
• [14] https://www.tim.pl/kabel-energetyczny-yky-1x240-0-61kvbebnowy-3, Available: 15.11.2018
• [15] PN-IEC 60364-5-523:2001 Electrical installations of buildings – Part 5: Selection and erection of electrical equipment – Section 523: Current-carrying capacities in wiring systems
• [16] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2017, poz. 2285)
• [17] PN-HD 60364-5-52:2011 Low-voltage electrical installations – Part 5-52: Selection and erection of electrical equipment – Wiring systems
• [18] IEC 60287-3-1:1999 Electric cables – Calculation of the current rating – Part 3-1: Sections on operating conditions – Reference operating conditions and selection of cable type
• [19] IEEE 442-2017 – IEEE Guide for Thermal Resistivity Measurements of Soils and Backfill Materials
• [20] Wołkowiński K., Uziemienia urządzeń elektroenergetycznych, WNT, Warszawa 1967
• [21] Skibko Z., Obciążalność prądowa długotrwała kabli ułożonych w ziemi, w świetle norm i przepisów, Wiadomości Elektrotechniczne, 75 (2007), No. 9, 77-86
• [22] Yamamoto T., Soil moisture constants and physical properties of selected soils in Hawaii, U S. FOREST SERVICE RESEARCH PAPER PSW-P2 (1963)
• [23] Bates C., Cain D., Malmedal K., Including soil drying time in cable ampacity calculations, IEEE Transactions on Industry Applications, 52 (2016), No. 6, 4646-4651
• [24] CYMCAP – software for power cable ampacity rating
• [25] Liang-hua Z., Zhi-wei L., Weiping M., Jian-li Y., Research on increasing cable current-rating by pumping thermal material into pipes, International Conference on Power System Technology, 24-28 Oct., (2010), Hangzhou, China, 1-5
• [26] Hiraiwa Y., Kasubuchi T., Temperature dependence of thermal conductivity of soil over a wide range of temperature (5±75°C), European Journal of Soil Science, 51 (2000), 211-218
• [27] Gori F., Corasaniti S., Theoretical prediction of the soil thermal conductivity at moderately high temperatures, Journal of Heat Transfer, 124 (2002), Iss. 6, 1001-1008
• [28] Boukelia A., Rosin-Paumier S., Eslami H., Masrouri F., Effect of temperature and initial state on variation of thermal parameters of fine compacted soils, European Journal of Environmental and Civil Engineering, Ed. Lavoisier, (2017)

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).