Wpływ temperatury na powstawanie wyładowań niezupełnych w inkluzjach gazowych w izolacji kabli napięcia przemiennego

• Autorzy: Mikrut Paweł , Zydroń Paweł

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.11.44

Warianty tytułu

EN

The influence of temperature on the formation of partial discharges in gas inclusions in the insulation of AC voltage cables

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kable napięcia przemiennego stanowią obecnie główny rodzaj kabli elektroenergetycznych stosowanych w systemach przesyłu i roz działu energii elektrycznej. Ich niezawodna praca jest warunkowana m.in. obecnością defektów izolacji, które mogą być źródłami wyładowań niezupełnych (wnz). W artykule przedstawiono wyniki symulacji numerycznych rozkładów pola elektrycznego oraz analiz dla określenia warunków, w których inkluzje gazowe w izolacji mogą stać się źródłami wnz. W szczególności oszacowano numerycznie rozmiar krytyczny inkluzji sferycznych zlokalizowanych w izolacji XLPE na promieniu obciążonego kabla. Uwzględniono przy tym wpływ temperatury żyły kablowej oraz rozkładu pola temperatury w izolacji na możliwość incepcji wnz w inkluzjach gazowych. Wykazano, że zmiany temperatury izolacji XLPE obciążonego kabla HVAC modyfikują warunki dla inicjowania i rozwoju wyładowań niezupełnych. W badaniach zastosowano złożony model numeryczny izolacji kabla AC ze sprzężonymi polami elektrycznym i cieplnym, implementując go w programie COMSOL oraz Matlab. Dzięki temu uzyskano możliwość akwizycji modelowanych sekwencji impulsów wnz w formie obrazów fazowo-rozdzielczych PRPDP.

EN

AC voltage cables are currently the main type of power cables used in electricity transmission and distribution systems. Their reliable operation is conditioned, among others, by: the presence of insulation defects, which may be sources of partial discharges (PD). The article presents the results of numerical simulations of electric field distributions and analyzes to determine the conditions under which gas inclusions in insulation may become sources of PD. In particular, the critical size of spherical inclusions located in the XLPE insulation at the radius of the loaded cable was numerically estimated. The influence of the cable core temperature and the distribution of the temperature field in the insulation on the possibility of PD inception in gas inclusions was taken into account. It has been shown that changes in the temperature of the XLPE insulation of a loaded HVAC cable modify the conditions for the initiation and development of partial discharges. The research uses a complex numerical model of AC cable insulation with coupled electric and thermal fields, implementing it in COMSOL and Matlab. Thanks to this, it was possible to acquire modeled PD pulse sequences in the form of phase-resolved PD patterns.

Słowa kluczowe

PL

kabel AC; inkluzja gazowa; wyładowanie niezupełne; symulacja numeryczna; model polowy izolacji; COMSOL

EN

AC cable; gaseous inclusion; partial discharge; numerical simulation; COMSOL

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 11
• Strony: 221--224
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mikrut Paweł

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-0512-8607

autor

Zydroń Paweł

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0003-1785-2878

Bibliografia

• [1] Hammons T.J. et al., State of the art in ultra-high-voltage transmission. Proc. IEEE, 100 (2012), pp. 360–390
• [2] Zhou H. et al. (eds.), Ultra-high voltage AC/DC power transmission; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2019.
• [3] Worzyk T., Submarine power cables design, installation, repair, environmental aspects; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2009.
• [4] Mazzanti, G.; Marzinotto, M. Extruded cables for high-voltage direct-current transmission: Advances in research and development; Wiley-IEEE Press: Milwaukee, WI, USA, 2013.
• [5] Densley J., Ageing mechanisms and diagnostics for power cables - an overview, IEEE Electr. Insul. Mag., 17 (2001), no. 1, pp. 14-22.
• [6] Choudhary M. et al., A review of aging models for electrical insulation in power cables, Energies, 15 (2022), 3408
• [7] Florkowska B., Florkowski M., Rozwój badań wyładowań niezupełnych w kablach elektroenergetycznych wysokiego napięcia w ramach prób poprodukcyjnych, Przegląd Elektrotechniczny, 98 (2022), no. 4, pp. 154-162
• [8] Kaminaga K et al., Development of 500-kV XLPE cables and accessories for long-distance underground transmission lines. V. Long-term performance for 500-kV XLPE cables and joints, IEEE Trans. Power Deliv., 11 (1996), pp. 1185–1194
• [9] Mazzanti G., Issues and challenges for HVDC extruded cable systems, Energies, 14 (2021), 4504
• [10] Mazzanti G., Montanari G.C, Civenni F., Model of inception and growth of damage from microvoids in polyethylene-based materials for HVDC cables. 1. Theoretical approach, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 14 (2007), pp. 1242–1254
• [11] Mazzanti G., Montanari G.C, Civenni F., Model of inception and growth of damage from microvoids in polyethylene-based materials for HVDC cables. 2. Parametric Investigation and data fitting, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 14 (2007), pp. 1255–1263
• [12] Li G., Liu M., Hao C. et al., Conductivity and interface charge accumulation between XLPE and SIR for HVDC cable accessory. J Mater Sci: Mater Electron, 30 (2019), pp. 1450– 1457
• [13] Gouda O.E., Matter Z., Effect of the temperature rise on the XLPE dielectric properties, Proceedings of the 35th Midwest Symposium on Circuits and Systems, Washington, DC, USA, 1992, pp. 95-98 vol.1
• [14] Wouters P., Deursen A., Li Y., Analysis and verification of signal propagation as method for temperature monitoring of underground power cables, Electric Power Systems Research, 213 (2022), 108739

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).