Ключові слова
cable line
emergency mode
temperature conditions
cable operation time under safe conditions кабелі зі зшито-полімерною ізоляцією,
кабельна лінія
аварійний режим
температурні режими
час роботи кабелю в безпечному режимі
Як цитувати
Анотація
Роботу присвячено отриманню нових даних у галузі кабельної техніки шляхом вивчення роботи сучасної високовольтної кабельної лінії в аварійних режимах задля забезпечення надійності і ресурсу функціонування. З використанням скінченно-елементного аналізу досліджено температурні режими підземної трифазної кабельної лінії з кабелями зі зшито-полімерною ізоляцією напругою 110 кВ в номінальному режимі та в аварійних режимах короткого замикання і короткочасного перевантаження кабелів. Розв’язано ряд практично важливих задач, що виникають під час проектування таких кабельних лінії, зокрема проведено розрахунок режиму трифазного КЗ в лінії з урахуванням її повторного включення після КЗ з певним часом витримки (5, 10 та 15 с) та за різного навантаження – 50% і 100% від номінального струму. Результати дають змогу визначити допустимий час роботи лінії з температурою жил кабелів не вище допустимого граничного значення. Досліджено характер зростання у часі температури кабелів за різного струмового перевантаження, що змінюється в діапазоні від 120% до 200%. Результати дають можливість визначити допустимий час роботи лінії, коли температура жили кабелів не перевищує 1300С. У випадку дволанцюгової кабельної лінії наведено результати розрахунку нестаціонарного теплового процесу в аварійному режимі пошкодження одного ланцюга та передавання подвійної потужності іншим ланцюгом. Показано, що гранична температура жили 1300С досягається після 1,3 години роботи такої лінії. Розв’язані в роботі задачі дають змогу отримати відповіді на питання щодо термічної стійкості високовольтної кабельної лінії в аварійних режимах і представляють інтерес для проектувальників таких ліній, організацій, відповідальних за їхню безпечну експлуатацію, електроенергетичних компаній для більш ефективного використання кабельних ліній. Бібл. 36, рис. 5, табл. 2.
Посилання
1. Shidlovskii A.K., Shcherba A.A., Zolotaryov V.M., Podoltsev A.D., Kucheriava I.M. Extra-high voltage cables with polymer insulation. Kyiv: Institute of Electrodynamics, Ukrainian Academy of Sciences, 2013. 550 p. (Rus)
2. Makarov E.F. Handbook on the 4–35 kV and 110–1150 kV power networks. Ed. by I.T. Goryunov. A.A. Lyubimov. Vol. 3. Moskva: Papirus-Pro, 2004. 688 p. (Rus)
3. Dissado L.A., Fothergill J.C. Electrical degradation and breakdown in polymers. Published by Peter Peregrinus for the IEE, 1992. 601 p.
4. Zolotarev V.M. Solution to the problem of creating the domestic electrotechnological complexes for the production of power cables with voltage up to 330 kV. Visnyk Nationalnogo Technichnogo Universitetu Kharkiv Polytechnic Institute. 2009. No 39. Pp. 50–63. (Rus)
5. Guiding technical material on the construction, testing and operation of cable lines using cables with cross-linked polyethylene insulation for voltages from 64/110 kV. Scientific and methodological publication RTM K28–004:2006. Kharkov: Maidan, 2007. 62 p. (Rus)
6. XLPE-insulated power cables for voltage from 220 to 330 kV. PJSC Yuzhcable Works production guide. URL: https://www.yuzhcable.info/cat/12/lang/en (Ukr) (accessed at 23.08.2025)
7. Lyach V.V., Molchanov V.M., Sudakov I.V., Pavlichenko V.P. 330 kV cable line is a new step in development of Ukrainian power networks. Elektricheskie seti i sistemy. 2009. No 3. Pp. 16–21. (Rus)
8. IEC 60287-1-1:2023. Electric cables. Calculation of the current rating. Part 1-1: Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses. General. URL: https://www.vde-verlag.de/iec-standards/251857/iec-60287-1-3-2023.html (accessed at 23.08.2025)
9. DSTU IEC 60287-1-1:2009. Electric cables. Calculation of the current rating..Part 1-1: Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses. General regulations (IEC 60287-1-1:2001, IDT). URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=81689 (Ukr) (accessed at 23.08.2025)
10. Podoltsev О.D., Kucheriava I.М. Multiphysical modeling in electrical engineering. Kyiv: Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015. 305 p. (Rus)
11. Kucheryava I.M. Thermal calculation of 110 kV power cable taking into account nonlinear characteristics of polymer insulation. Tekhnichna Elektrodynamika. 2006. No 4. Pp. 7–11. (Rus)
12. Comsol multiphysics modeling and simulation software. URL: http://www.comsol.com/ (accessed at 23.08.2025)
13. IEC 60287-2-1:2023. Electric cables. Сalculation of the current rating. Part 2-1: Thermal resistance Calculation of thermal resistance. Edition 3.0. Publication date: 2023-05-22, 47 p. URL: https://webstore.iec.ch/en/publication/68134 (accessed at 23.08.2025)
14. IEC 60853-1:1985. Calculation of the cyclic and emergency current rating of cables. Part 1: Cyclic rating factor for cables up to and including 18/30(36) kV. IEC: Geneva, Switzerland, 1985. Pp. 1–39.
15. IEC 60986:2000. Short-circuit temperature limits of electric cables with rated voltages from 6 kV (Um = 7.2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV). IEC: Geneva, Switzerland, 2000. Pp. 1–19.
16. IEC TR 62095:2003. Electric cables-calculations for current ratings-finite element method. IEC: Geneva, Switzerland, 2003. Pp. 1–69.
17. Callender G., Goddard K.F., Dix J., Lewin P.L. A flexible model to calculate buried cable ampacity in complex environments. IEEE Transactions on Power Delivery. 2021. Vol. 37. Issue 3. Pр. 2007–2015. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2021.3102414
18. Liu G., Xu Z., Ma H., Hao Y., Wang P., Wu W., Xie Y., Guo D. An improved analytical thermal rating method for cables installed in short-conduits. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020. Vol. 123. Article no 106223. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2020.106223
19. Bustamante S., Mínguez R., Arroyo A., Manana M., Laso A., Castro P., Martinez R. Thermal behaviour of medium-voltage underground cables under high-load operating conditions. Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 156. Pр. 444–452. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.04.083
20. 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. Vol. 123. Pр. 353–364. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.05.070
21. Abomailek C., Capelli F., Riba J.-R., Casals-Torrens P. Transient thermal modelling of substation connectors by means of dimensionality reduction. Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 111. Pp. 562–572. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.09.110
22. Millar R.J. A comprehensive approach to real time power cable temperature prediction and rating in thermally unstable environments. Doctoral dissertation. Helsinki University of Technology, 2006. 157 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/27516483_A_Comprehensive_Approach_to_Real_Time_Power_Cable_Temperature_Prediction_and_Rating_in_Thermally_Unstable_Environments (accessed at 23.08.2025)
23. Dmitriev M.V. High-voltage cable lines. St. Petersburg: Polytech-press, 2021. 696 p. (Rus)
24. Aras F., Bicen Y. Thermal modelling and analysis of high-voltage insulated power cables under transient loads. Computer Applications in Engineering Education. 2013. Vol. 21. No 3. Pp. 516–529. DOI: https://doi.org/10.1002/cae.20497
25. Enescu D., Colella P., Russo A., Porumb R.F., Seritan G.C. Concepts and methods to assess the dynamic thermal rating of underground power cables. Energies. 2021. No 14. P. 2591. DOI: https://doi.org/10.3390/en14092591
26. Enescu D., Colella P., Russo A. Thermal assessment of power cables and impacts on cable current rating: An overview. Energies. 2020. No 13. P. 5319. DOI: https://doi.org/10.3390/en13205319
27. Wild F., Rossum J., Anders G.J., Brijs B., Bascom R., Coelho M., Corsaro P., Falconer A., Gonzalez A., Huelsken G., Kuljaca N., Martinsson B., Nam S-H, Pilgrim J., Rakowska A., RemY C., Takahashi T., Waite F. A guide for rating calculations of insulated power cables. 9th International Conference on Insulated Power Cables (Jicable'15), France, Paris, Versailles, 21–25 June, 2015. Paper E2.1. 6 p.
28. Diaz-Aguiló M., León F. Introducing mutual heating effects in the ladder-type soil model for the dynamic thermal rating of underground cables. IEEE Transactions on Power Delivery. 2015. Vol. 30. No 4. Pp.1958–1964. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2015.2390072
29. Liu K., Zagorščak R., Sandford R.J., Cwikowski O.N., Yanushkevich A., Thomas H.R. Insights into the Thermal performance of underground high voltage electricity transmission lines through thermo-hydraulic modelling. Energies. 2022. Vol. 15(23). Article no 8897. 25 p. DOI: https://doi.org/10.3390/en15238897
30. Kuchling Н. Handbook on physics. Moskva: Mir, 1985. 520 p. (Rus)
31. Nadolny Z. Electric field distribution and dielectric losses in XLPE insulation and semiconductor screens of high-voltage cables. Energies. 2022. Vol. 15. Article no 4692. 14 p. DOI: https://doi.org/10.3390/en15134692
32. Ovsienko V.L. Study of nonlinear thermal fields in high-voltage cables with polymer insulation. Kabeli i provoda. 2000. No 4. Pp. 26–29. (Rus)
33. Stolovich N.N., Minitskaya N.S. Temperature dependences of thermophysical properties of some metals. Minsk: Nauka i tekhnika, 1975. 160 p. (Rus)
34. Olsen R., Anders G.J., Holboell J., Gudmundsdottir U.S. Modelling of dynamic transmission cable temperature considering soil-specific heat, thermal resistivity, and precipitation. IEEE Transactions on Power Delivery. 2013. Vol. 28. No 3. Pp. 1909–1917. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2013.2263300
35. Han Y.J., Lee H.M., Shin Y.J. Thermal aging estimation with load cycle and thermal transients for XLPE-insulated underground cable. Proceedings of the IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomenon (CEIDP), TX, USA, 22–25 October 2017. Pp. 205–208. DOI: https://doi.org/10.1109/CEIDP.2017.8257566
36. Mazzanti G. Analysis of the combined effects of load cycling, thermal transients, and electrothermal stress on life expectancy of high-voltage AC cables. IEEE Trans. On Power Delivery. 2007. Vol. 22. No 4. Pp. 2000–2009. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2007.905547
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА