Thermal Effect of Single Loop Shield on High-Voltage Cable Line Capacity

Oleksandr Tkachenko,Vladimir Grinchenko,Pavel Dobrodeyev

doi:10.52254/1857-0070.2021.1-49.01

Abstract

The paper deals with a single-loop shield with an asymmetric magnetic coupling used for a magnetic field mitigation of a high-voltage three-phase cable line. The goal is to evaluate a thermal effect of this shield on a cable line capacity. To calculate the flat cable line capacity in the nonshielded case, we use a standard IEC 60287. To achieve the goal we carry out a numerical simulation of the thermal field when the shield is installed. Wherein, we deal with two specific sections. One is a long section with the shield being distant from the cable line. The other is a relatively short section where the shield is located near the power cables. The thermal field is applied for a long section in a two-dimensional formulation, and a three-dimensional formulation is used for the short section. Hence, we have obtained the dependences of the maximum temperature of the power cables on parameters of the shield and its location height above the cable line. The most significant allowable cross-sections of the shield cable and their location height have been determined, when the thermal effect of the shield does not decrease the cable line capacity. These results have ensured the maximum cable line capacity while shielding. The shield temperature is shown to exceed the allowable level in the short section. To reduce it the thermal backfill has been used. We recommend the values of its thermal resistivity to be used for different parameters of the single-loop shield.

Highlights

Efectul termic al unui ecran cu o singură buclă asupra capacitate de transmisie a liniei de cablu de înaltă tensiune
The paper deals with a single-loop shield with an asymmetric magnetic coupling used for a magnetic field mitigation
The goal is to evaluate a thermal effect of this shield on a cable line capacity

Summary

Глубина прокладки кабелей составляет

Но ввиду незначительности их размера, при дальнейшем анализе, удельное тепловое сопротивление сердечников принимается равным сопротивлению грунта, что соответствует случаю худшего теплового режима КЛ и экрана. Задача исследования заключается в определении высоты расположения H экранного кабеля и сечения S2 его жилы, при которых температура силовых кабелей не превышает 90°С на участке расположения экрана. В [18] показано, что максимальная эффективность экранирования МП КЛ достигается при токе в экране где Δθ – превышение температуры жил силовых кабелей над температурой окружающей среды, К; R – активное сопротивление жилы на единицу длины при θ1=90°С, Ом/м; Wd – диэлектрические потери в изоляции жилы на единицу длины, Вт/м; Т1 – тепловое сопротивление между жилой и собственным экраном кабеля на единицу длины, К·м/Вт; Т2 – тепловое сопротивление подушки между собственным экраном и броней на единицу длины, К·м/Вт; Т3 – тепловое сопротивление наружного защитного покрытия кабеля на единицу длины, К·м/Вт; Т4 – тепловое сопротивление между поверхностью кабеля и окружающей средой, рассчитанное согласно [21], на единицу длины, К·м/Вт; m=1 – число жил в.

ДВУМЕРНАЯ ЗАДАЧА

ТРЕХМЕРНАЯ ЗАДАЧА

International Conference on Insulated Power