Stationary thermal field in the direct current gas-insulated line

• Autorzy: Gołębiowski Jerzy , Zaręba Marek

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.05.36

Warianty tytułu

PL

Stacjonarne pole termiczne w izolowanej gazem linii prądu stałego (DC GIL)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper has analyzed a stationary thermal field in a direct current gas-insulated line (DC GIL ). After assuming some simplifications, a mathematical model for the system is the boundary problem of the Poisson equation. The conditions of continuity of temperature and heat flux increments were assumed at the boundaries of material layers. The cooling of the system was modelled using Hankel’s condition (of the 3rd kind) with the total heat transfer coefficient (i.e. with the sum of the convective and the radiation coefficients ). The problem was solved analytically. After tabulating the formulas, the respective distributions were shown graphically. Additionally, the steady-state current rating was determined. The obtained results have a very good physical interpretation.

PL

W artykule analizowano stacjonarne pole termiczne w izolowanej gazem linii prądu stałego (DC GIL). Po przyjęciu odpowiednich uproszczeń, matematycznym modelem układu jest brzegowe zagadnienie równania Poissona. Na granicach stref materiałowych założono warunki ciągłości przyrostów temperatury i strumieni cieplnych. Chłodzenie układu modelowano za pomocą warunku Hankela (III rodzaju) z całkowitym współczynnikiem przejmowania ciepła (tzn. z sumą współczynników konwekcyjnego i radiacyjnego). Zagadnienie rozwiązano na drodze analitycznej. Po stablicowaniu wzorów, odpowiednie rozkłady przedstawiono w postaci graficznej. Dodatkowo wyznaczono dopuszczalny prąd długotrwały. Otrzymane wyniki posiadają bardzo dobrą interpretację fizyczną.

Słowa kluczowe

EN

direct current gas-insulated line; DC GIL; stationary thermal field; poisson’s equation boundary problem; steady state current rating

PL

izolowana gazem linia prądu stałego; DC GIL; stacjonarne pole termiczne; brzegowe zagadnienie równania Poissona; dopuszczalny prąd długotrwały

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 5
• Strony: 194--197
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Gołębiowski Jerzy

• Białystok University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, 15-351 Białystok, 45 D Wiejska Street, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2406-2308

autor

Zaręba Marek

• Białystok University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, 15-351 Białystok, 45 D Wiejska Street, Poland

Bibliografia

• [1] Magier T., Tenzer M., Koch H., Direct current gas-insulated transmission lines, IEEE Trans. Power. Deliv., 33 (2018), No. 1, 440-446.
• [2] Ma J., Zhang Q., Wu Z., Guo C., Wen T., Liu L., Influence of operating voltage on breakdown characteristics of HVDC GIL under impulse voltage, 12th International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM), Xi'an, China, 1006-1009, (2018).
• [3] Szczegielniak T., Kusiak D., Jabłoński P., Determination of the operating temperature of the gas-insulated transmission line, Appl. Sci., 10 (2022), No. 24, 8877.
• [4] Kim J.K., Hahn S.C., Park K.Y., Kim H.K., Oh Y.H, Temperature rise prediction of EHV GIS bus bar by coupled magnothermal finite element method, IEEE Trans. Magn., 41 (2005), No. 5, 1636-1639.
• [5] Kim S.W., Kim H.H., Hahn S.C., Lee B.Y., Park K.Y., Shin Y.J., Song W.P., Kim J.B., Shin I.H., Coupled finite-element-analytic technique for prediction on temperature rise in power apparatus, IEEE Trans. Magn., 38 (2002), No. 2, 921-924.
• [6] Kim H.K., Oh Y.H., Lee S.H., Calculation of temperature rise in gas insulated busbar by coupled magneto-thermal-fluid analysis, J. Electr. Eng. Technol., 4 (2009), No. 4, 510-514.
• [7] Nawrowski R., Tory wielkoprądowe izolowane powietrzem lub SF6 (Air-insulated or SF6 high current busbars), Oficyna Wydawnicza Politechniki Poznańskiej, Poznań (1998).
• [8] Incropera F., Witt D. De., Bergman T., Lavine A., Introduction to heat transfer, John Wiley and Sons, USA (2007).
• [9] Pieńkowski C.A., Przepływ ciepła i wymienniki (Heat flow and exchangers), Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok (2007).
• [10] Wiśniewski S., Wymiana ciepła (Heat exchange), Wydawnictwo Naukowo Techniczne,Warszawa (2017).
• [11] Li B., Gu T., Li B., Zhang Y., Study on the gas-insulated line equivalent model and simplified model, Energies, 10(2017), No. 7, 901.
• [12] Latif M.J., Heat conduction, Springer-Verlag, Berlin, Haidelberg (2009).
• [13] Baehr M. D., Stephan K., Heat and mass transfer, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2006).
• [14] Hering M., Termokinetyka dla elektryków (Thermokinetics for electricians), Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa (1980).
• [15] Wolfram Research Inc., Mathematica, Champaign, Ilinois (2022).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).