Mathematical model of XLPE insulated cable power line with underground installation

• Autorzy: Kropotin Oleg , Tkachenko Vsevolod A. , Shepelev Aleksandr O , Petrova Elena V. , Goryunov Vladimir N. , Bigun Aleksandr AY.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2019.06.14

Warianty tytułu

PL

Model matematyczny kabla w izolacji XLPE przy podziemnej energetycznej linii kablowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents mathematical modeling of a stationary thermal field in the cross section of a single-conductor cable with XLPE insulation. The equivalent circuit of thermal processes is made using the method of homogeneous bodies, and it includes dielectric losses, takes into account the ambient temperature, as well as the temperature dependence of the active resistance of the cable core. The assessment of the mathematical model adequacy is performed by comparing the obtained results with the calculation of thermal and electrical processes using the finite element method implemented in the software «ANSYS Workbench». The resulting mathematical model can be used to control the capacity of cable lines with XLPE insulation and limit their service life due to temperature aging of the insulation.

PL

Przedstawiono matematyczne modelowanie stacjonarnego pola temperatur w przekroju kabla z izolacją xlpe. Schemat procesów termicznych wykonano metodą jednorodnych ciał i obejmuje on straty dielektryczne biorąc pod uwagę temperaturę otoczenia, a także zależność od temperatury rezystancji żyły kablowej. Ocena adekwatności modelu matematycznego odbywa się poprzez porównanie uzyskanych wyników z obliczeń cieplnych i elektrycznych procesów z wykorzystaniem metody elementów skończonych, realizowanego w programie „ANSYS Workbench". Otrzymany model matematyczny może być używany do kontroli przepustowości linii kablowych z izolacją xlpe i ograniczenia ich żywotności poprzez temperatury starzenia się izolacji.

Słowa kluczowe

EN

XLPE insulation cable; equivalent circuit; thermal resistance

PL

kabel izolacji XLPE; ekwiwalent schemat; opór cieplny

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 95, nr 6
• Strony: 77--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kropotin Oleg

• Omsk State Technical University, Russian Federation

autor

Tkachenko Vsevolod A.

• Omsk State Technical University, Russian Federation

autor

Shepelev Aleksandr O

• Omsk State Technical University, Russian Federation

autor

Petrova Elena V.

• Omsk State Technical University, Russian Federation

autor

Goryunov Vladimir N.

• Omsk State Technical University, Russian Federation

autor

Bigun Aleksandr AY.

• Omsk State Technical University, Russian Federation

Bibliografia

• [1] S.S. Girshin, A. A. Bubenchikov, T. V. Bubenchikova, V. N. Goryunov and D. S. Osipov, "Mathematical model of electric energy losses calculating in crosslinked four-wire polyethylene insulated (XLPE) aerial bundled cables," 2016 ELEKTRO, Strbske Pleso, 2016, pp. 294-298. DOI: 10.1109/ELEKTRO.2016.7512084.
• [2] Henryk Kocot, Paweł Kubek Analiza poprzecznego rozkładu temperatury w przewodach elektroenergetycznych // Przeglad Elektrotechniczny. 2017. No. 10. P. 132-135. DOI: 10.15199/48.2017.10.31.
• [3] Girshin, S.S., Bigun, A.A.Y., Ivanova, E.V., Petrova, E.V., Goryunov, V.N., Shepelev, A.O. The grid element temperature considering when selecting measures to reduce energy losses on the example of reactive power compensation // Przeglad Elektrotechniczny. 2018. No. 8. P. 101-104. DOI 10.15199/48.2018.08.24.
• [4] Goryunov V.N., Girshin S.S., Kuznetsov E.A. [and etc.] A mathematical model of steady-state thermal regime of insulated overhead line conductors // EEEIC 2016 - International Conference on Environment and Electrical Engineering 16. 2016. С. 7555481.
• [5] Kukharchuk I. B., Kazakov A. V., Trufanova N. M. Investigation of heating of 150 kV underground cable line for various conditions of laying // Materials Science and Engineering. 2018. No. 327. P. 1-6. DOI 10.1088/1757-899X/327/2/022041.
• [6] Lobão J. A., Devezas T., Catalão JPS. Reduction of greenhouse gas emissions resulting from decreased losses in the conductors of an electrical installation // Energy Convers Manage. 2014. Vol. 87. P. 787–95. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.07.067.
• [7] Tian Q, Lin X. Winding capacitance dividing scheme for a highvoltage cable-wound generator // Energy Convers Manage. 2010. Vol. 51. P. 428–33. DOI: 10.1016/j.enconman.2009.10.004.
• [8] Hwang C. C., Jiang Y. H. Extensions to the finite element method for thermal analysis of underground cable systems // Electric Power Systems Research. 2003. Vol. 64 (2). P. 159– 164. DOI: 10.1016/S0378-7796(02)00192-X.
• [9] Al-Saud M. S., El-Kady M. A., Findlay R. D. A new approach to underground cable performance assessment // Electric Power Systems Research. 2008. Vol. 78 (5). P. 907–18. DOI: 10.1016/j.epsr.2007.06.010.
• [10] De Lieto V. R., Fontana L., Vallati A. Thermal analysis of underground electrical power cables buried in nonhomogeneous soils // Applied Thermal Engineering. 2011. Vol. 31. P. 772–778.
• [11] De Lieto V. R., Fontana L., Vallati A. Experimental study of the thermal field deriving from an underground electrical power cable buried in nonhomogeneous soils // Applied Thermal Engineering. 2014. Vol. 62 (2). P. 390–397. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2013.09.002.
• [12] Papagiannopoulos I., Chatziathanasiou V., Exizidis L. [et al.]. Behaviour of the thermal impedance of buried power cables // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2013. Vol. 44 (1). P. 383–387. DOI: 10.1016/j.ijepes.2012.07.064.
• [13] Chatziathanasiou V., Chatzipanagiotou P., Papagiannopoulos I. [et al.]. Dynamic thermal analysis of underground medium power cables using thermal impedance, time constant distribution and structure function // Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 60. P. 256–260.
• [14] Wiecek B., De Mey G., Chatziathanasiou V. [et al.]. Theodosoglou I. Harmonic analysis of dynamic thermal problems in high voltage overhead transmission lines and buried cables // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2014. Vol. 58. P. 199–205.
• [15] G. Coletta, G. V. Persiano, A. Vaccaro and D. Villacci, "Enabling technologies for distributed temperature monitoring of smart power cables," 2018 IEEE Workshop on Environmental, Energy, and Structural Monitoring Systems (EESMS), Salerno, 2018, pp. 1-4. DOI: 10.1109/EESMS.2018.8405818.
• [16] Rasoulpoor M., Mirzaie M., Mirimani S. M. Thermal assessment of sheathed medium voltage power cables under non-sinusoidal current and daily load cycle // Applied Thermal Engineering. 2017. No. 123. P. 353–364. DOI 10.1016/j.applthermaleng.2017.05.070.
• [17] Łukasz Topolski, Jurij Warecki, Zbigniew Hanzelka Methods for determining power losses in cable lines with non-linear load // Przeglad Elektrotechniczny. 2018. No. 9. P. 85-90. DOI 10.15199/48.2018.09.21.
• [18] Yunus Bicen Trend adjusted lifetime monitoring of underground power cable // Electric Power Systems Research. 2017. No. 143. P. 189–196. DOI 10.1016/j.epsr.2016.10.045.
• [19] Shchebeniuk L. A., Antonets T. Yu. Investigation of losses in insulation of high-voltage cables with XLPE insulation // Electrical Engineering & Electromechanics. 2016. No. 4. P. 58– 62. DOI 10.20998/2074-272X.2016.4.08.
• [20] Yang Yang, Donald M. Hepburn, Chengke Zhou, Wenjun Zhou, Weijiang, Zhi Tian On-line monitoring and analysis of the dielectric loss in cross-bonded HV cable system // Electric Power Systems Research. 2017. No. 149. P. 89–101. DOI 10.1016/j.epsr.2017.03.036.

Uwagi

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