Analysis of induced voltages and power losses in high voltage power cables for selected methods of cables sheaths bonding

• Autorzy: Czapp S. , Dobrzyński K. , Klucznik J. , Lubośny Z.

Identyfikatory

DOI

10.12736/issn.2300-3022.2017203

Warianty tytułu

PL

Analiza napięć indukowanych i strat mocy w kablach elektroenergetycznych wysokiego napięcia dla wybranych sposobów uziemienia żył powrotnych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Power is increasingly supplied to city centres with 110 kV cable lines. This is a convenient way to supply power, and practically the only one possible in areas of dense urban development. A high-voltage cable contains a coaxial metallic sheath, in which in normal operation and in fault conditions (during short-circuits) significant line-to-earth voltages can be induced, which threatens electric shock and/or damage to the cable’s outer non-conductive sheath. These voltages depend on the earthing/bonding of the cable’s sheaths, and on the cable configuration. These voltages induce currents, which, in turn, cause additional power losses in the cable. The article presents multivariate analysis of the voltages induced in a selected cable line in steadystate condition. Single-point bonding of sheaths has been discussed, as well as their both-ends bonding, transposition, and transposition of cores (conductors). For each case, the losses of active power in this line have been calculated.

PL

Streszczenie Dostarczanie mocy do centrów miast coraz częściej odbywa się z wykorzystaniem linii kablowych o napięciu 110 kV. To dogodny sposób zasilania, a praktycznie jedyny możliwy w przypadku gęstej zabudowy miejskiej. Kable wysokiego napięcia zawierają współosiową żyłę powrotną, w której podczas normalnej pracy oraz w stanach zakłóceniowych (podczas zwarć) mogą indukować się znaczne napięcia względem ziemi, co zagraża porażeniem i/lub uszkodzeniem zewnętrznej powłoki kabla. Wartości tych napięć zależą od sposobu uziemienia żył powrotnych kabli oraz konfiguracji kabli. Konsekwencją napięć indukowanych są prądy indukowane, a te z kolei są przyczyną dodatkowych strat mocy w kablach. W artykule przedstawiono wielowariantową analizę napięć indukowanych w wybranej linii kablowej. Rozpatrzono uziemienie jednostronne żył powrotnych, uziemienie dwustronne żył powrotnych, transpozycję żył powrotnych oraz transpozycję żył roboczych. Dla każdego z przypadków obliczono straty mocy czynnej w tej linii.

Słowa kluczowe

EN

power cable; induced voltage; power loss

PL

kabel elektroenergetyczny; napięcie indukowane; strata mocy

• Wydawca: ENERGA SA
• Czasopismo: Acta Energetica
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 2
• Strony: 29--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Czapp S.

• Gdańsk University of Technology

autor

Dobrzyński K.

• Gdańsk University of Technology

autor

Klucznik J.

• Gdańsk University of Technology

autor

Lubośny Z.

• Gdańsk University of Technology

Bibliografia

• 1. B. Akbal, “Determination of the sheath current of high voltage underground cable line by using statistical methods”, International Journal of Engineering Science and Computing, Vol. 6, No. 3, 2016, pp. 2188–2192.
• 2. M. Coates, J. Ware, “Voltages induced in the non-magnetic, metallic sheaths and/or armour of single-core cables”, IEE Wiring Matters 2006, pp. 8–9.
• 3. S. Czapp et al., “Calculation of induced sheath voltages in power cables – single circuit system versus double circuit system”, Journal of Information, Control and Management Systems, Vol. 12, No. 2, 2014, pp. 113–124.
• 4. S. Czapp et al., “Computer-aided analysis of induced sheath voltages in high voltage power cable system”, The 10th International Conference on Digital Technologies, 9–11 July 2014.
• 5. S. Czapp et al., “Induced sheath voltages in 110 kV power cables – case study”, Archives of Electrical Engineering, Vol. 64, No. 3, 2015, pp. 361–370.
• 6. S. Czapp et al., “Impact of configuration of earth continuity conductor on induced sheath voltages in power cables”, 2016 International Conference on Information and Digital Technologies (IDT), 5–7 July 2016.
• 7. D. Duda, M. Szadkowski, “Ochrona przeciwprzepięciowa osłon kabli WN w różnych układach połączeń żył powrotnych” [Surge protection of HV cables sheaths in various shield connection systems], Przegląd Elektrotechniczny, Year 90, No. 10, 2014, pp. 37–40.
• 8. C.K. Jung et al., “Characteristics and reduction of sheath circulating currents in underground power cable systems”, International Journal of Emerging Electric Power Systems, Vol. 1, No. 1, 2004, pp. 1–17.
• 9. C.K. Jung, “Sheath circulating current analysis of a cross bonded power cable systems”, Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 2, No. 3, 2007, pp. 320–328.
• 10. L. Zhonglei et al., “The calculation of circulating current for the singlecore cables in smart grid”, Innov. Smart Grid Technologies, ISGT, Asia, 21–24 May 2012.
• 11. M. Shaban et al., “Assessing induced sheath voltage in multi-circuit cables: Revising the methodology”, 2015 IEEE Conf. on Energy Conversion (CENCON), 19–20 October 2015.
• 12. A. Sobral, A. Moura, M. Carvalho, “Technical implementation of cross bonding on underground high voltage lines projects”, 21st International Conference on Electricity Distribution, Frankfurt, 6–9 June 2011, Paper no. 0499.
• 13. R. Tarko et al., “Statystyczna analiza zakłóceń zwarciowych dla określenia przekroju żył powrotnych kabli średnich napięć” [Statistical analysis of faults for determining cross section of medium voltage cables return conductors], Przegląd Elektrotechniczny, Year 92, No. 7, 2016, pp. 186–189.
• 14. Z. Yi et. al., “Analysis of the sheath voltage in high-speed railway feeder cable grounding in single-ended mode”, International Conference on Lightning Protection (ICLP), 11–18 October 2014.
• 15. CIGRE, Working group B1.18, “Special bonding of high voltage power cables”, October 2005.
• 16. “IEEE Guide for Bonding Shields and Sheaths of Single-Conductor Power Cables Rated 5 kV through 500 kV”, IEEE Std 575™-2014.
• 17. “EN 50522:2010 Earthing of power installations exceeding 1 kV a.c.”.

Uwagi

1. Wersja polska na stronach 36--41.

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