Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 2

Simulation of Electrical Trees Grow in Three-Core Submarine Cable

Symulacja drzew elektrycznych rosnących w trójżyłowym kablu podmorskim

10.15199/48.2024.02.04

nr katalogowy: 147322
10.15199/48.2024.02.04

Streszczenie

The efficient insulation of electric power cables is assured by cross-linked polyethylene due the good performance and mechanical properties. Nevertheless, the presences of electrical trees in insulator can lead to the partial discharge; aging and breakdown of cable insulation. In order to assess the effect of electrical trees phenomena in cross-linked polyethylene cable. This paper aimed to study the partial discharge process by using finite element method, a several electrical trees with electrical discharge was designed to show the partial discharge process. So an electrostatics parameters measurement system was used to obtain the partial discharge characteristic patterns during treeing. Furthermore, four structures of electrical tree development of stages are considered in this study. These discharge types in the electric cable are in vacuum, insulation, and conductor. The electric field distribution and magnitude is affected by the discharge nature, shape, length, and electric tree origin. Finally, the study shows the parameters influence on the electric treeing phenomenon to improve the modelling approaches and their performance

Abstract

Skuteczną izolację przewodów elektroenergetycznych zapewnia polietylen usieciowany ze względu na dobre właściwości użytkowe i mechaniczne. Niemniej jednak obecność drzew elektrycznych w izolatorze może prowadzić do wyładowań niezupełnych; starzenie się i uszkodzenie izolacji kabla. W celu oceny wpływu zjawisk drzew elektrycznych na kabel z usieciowanego polietylenu. Niniejsza praca miała na celu zbadanie procesu wyładowań niezupełnych za pomocą metody elementów skończonych, zaprojektowano kilka drzew elektrycznych z wyładowaniami elektrycznymi, aby pokazać proces wyładowań niezupełnych. W celu uzyskania charakterystyki wyładowań niezupełnych podczas drzewkowania wykorzystano więc system pomiaru parametrów elektrostatycznych. Ponadto w niniejszym opracowaniu rozważono cztery struktury etapów rozwoju drzewa elektrycznego. Te typy wyładowań w kablu elektrycznym występują w próżni, izolacji i przewodzie. Na rozkład i wielkość pola elektrycznego ma wpływ charakter wyładowania, kształt, długość i pochodzenie drzewa elektrycznego. Na koniec badanie pokazuje wpływ parametrów na zjawisko drzewiastości elektrycznej w celu poprawy metod modelowania i ich wydajności

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Krika W, Ayad A.N.E, Benyekhlef L, Benhamida F. Electromagnetic simulation of subsea power cable pollution. in Proc. Int. Black Sea Coastline Countries Scientific Rsearch Symp. VI, Giresun, Turkey, Apr. 2021. Apr. (2021); 227-23,2 doi: 10.1109/BSCC52197.2021.9414043.
[2] Arentsen M. T, A. Expethit, Pedersen M. V, Srensen S. B, Faria da Silva F. Srensen D. A. MVAC submarine cable, magnetic fields measurements and analysis. in Proc. 52nd Int. Universities Power Eng. Conf. (UPEC), (2017); 1-6, doi: 10.1109/UPEC.2017.8231861.
[3] Li C, Mei W, Chen R, Di J, Ji S, Jiang Z. Design and optimization of large size conductor for submarine cable. in Proc. 4th IEEE Int. Conf. Eng. Technol. Appl. Sci. (ICETAS), (2017);1-4, doi: 10.1109/ICETAS.2017.8277908.
[4] Zhang L, Chen G, Li Y, Sun L, Hu K, Le Y. Study on Submarine Cable Overvoltage Impact Test Suppression Measures. in Proc. IEEE Int. Power Electron. Appl. Conf. Expo.(PEAC),(2018);1-4,doi: 10.1109/PEAC.2018.8590575.
[5] Shahsavarian T, Pan Y, Zhang Z, Pan C, Naderiallaf H, Guo J, Li C, Cao Y. A Review of Knowledge-Based Defect Identification via PRPD Patterns in High Voltage Apparatus. IEEE Access, (2021); , No. 9: 77705-77728, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3082858.
[6] Abaz F, Bamalouk H. Study and simulation of the electric power cables degradation. Academic Master Thesis, Kasdi Merbah University, Algeria, (2022).
[7] Zheng X, Chen G. Propagation mechanism of electrical tree in XLPE cable insulation by investigating a double electrical tree structure. in IEEE Trans. Dielectrics Electr. Insul.,(2008);15, No. (3):800-807, doi: 10.1109/TDEI.2008.4543118.
[8] Kitchin D. W, Pratt O. S. Treeing in Polyethylene as a Prelude to Breakdown. Power Apparatus & Systems Part III. in Trans. Am. Inst. Electr. Eng., (1958);77, No. (3):180-185.
[9] Zeng J, Song J, Lei Z, Lin L, Tian M, Li Y. Partial discharge properties of electrical trees in XLPE. in Proc. Int. Conf. Condition Monitoring Diagnosis (CMD), (2016); , No. 5 854-857, doi: 10.1109/CMD.2016.7758009.
[10] Du B, Tian M, Su J, Han T. "Electrical Tree Growth Characteristics in Epoxy Resin with Harmonic Superimposed DC Voltage," in IEEE Access, (2019); 7: 47273-47281, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2909669.
[11] Zheng X, Chen G. Propagation Mechanism of Electrical Tree in XLPE Cable Insulation by Investigating a Double Electrical Tree Structure. in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2008);15, No. (3): 800-807, June doi: 10.1109/TDEI.2008.4543118.
[12] Su J, et al., Electrical Tree Degradation in High-Voltage Cable Insulation: Progress and Challenges. in IET High Voltage, (2020);5, No. (4):353-364, doi: 10.1049/hve.2020.0009.
[13] Krika W, Ayad A. N. E. I, Abdelghani A. Magnetic Field Simulation of Subsea Electric Cable. Acta Technica Napocensis Series: Applied Mathematics, Mechanics, and Engineering, (2022);65, , No. (2):237-242, June doi: 10.5281/zenodo.5659291.
[14] Durk D. V. Using 3D Models to Investigate Inductive Effects in a Submarine Cable. in COMSOL Help Guide Theory for the Finite Element Method Multiphysics Software,(2020);1-16, www.comsol.com/support/releasenotes/4.0/ACDC.
[15] Boudjella H, et al. Magnetic Field Evaluation Around 400 KV Underground Power Cable Under Harmonics Effects. Diagnostyka,(2022);23, No. (2):59-64,
[16] Ayad A. N. E. I, Krika W, Boudjella H, Horch A. Simulation of the Electromagnetic Field in the Vicinity of the Overhead Power Transmission Line. in European Journal of Electrical Engineering, (2019); 21, No. (1): 49-53, doi: 10.18280/ejee.210108.
[17] Krika W, et al. Thermal Effect of Harmonic and Short Circuit in Underground Electric Cable. in Proceedings of the 6th International Black Sea Coastline Countries Scientific Research Symposium, Giresun, Turkey, (2021); 233-239, doi: 10.1109/BSCC52197.2021.9414044.
[18] Krika W, et al. "Electromagnetic Simulation of Underground Power Cable Perforation by Nail. Proceedings of the 6th International Black Sea Coastline Countries Scientific Research Symposium, Giresun, Turkey, (2021); 240-247, doi: 10.1109/BSCC52197.2021.9414045.
[19] Rezzag Bara I, Ayad A. N. E. I, Benyekhlef L, Houari B. Simulation of magnetic field pollution around in the human body in proximity of power line. Proceedings of the 1st International Symposium on Industrial Engineering Maintenance and Safety (IEMS'22), Oran, Algeria, (2022); 5-6.
[20] Rezzag Bara I, Ayad A. N. E. I, Benyekhlef L, Houari B, Abdelghani A. Assessment of magnetic field pollution created by submarine power cable on fish. Proceedings of the International Conference on Materials for Environment, Energy and Bioresource Application (ICM2EBA) (2022), Trois-Riviers, Canada, 2022; , No. 2 20-22.
[21] Lonngren K. E, Savov S. V, Jost R. J. Fundamentals of Electromagnetics with MATLAB (Electromagnetic Waves). 2nd ed. Scitech Publishing, (2007); 31, ISBN: 978-1613530009.
[22] Mahdavi Tabatabaei N, Bizon N. Numerical Methods for Energy Applications. Springer, (2019); e-ISBN: 978-3-030- 62191-9, print ISBN: 978-3-030-62190-2. https://doi.org/10.1007/978-3-030-62191-9.
[23] DiBiasio C. Electromagnetic field emissions from underwater power cables. Master's thesis, College of Engineering and Computer Science, Florida Atlantic University, Boca Raton, FL, USA, Dec. (2014).
[24] Musa U, Mati A. A , Mas'ud A. A, Shehu G. S. Finite Element Modeling of Fields Distributions in a Three-core XLPE Cable with Multiple Cavities. 2021 IEEE PES/IAS Power Africa, Nairobi, Kenya, (2021); 1-4, doi: 10.1109/PowerAfrica52236.2021.9543183.
[25] Musa U, Mati A. A, Mas'ud A. A, Shehu G. S, AlbarracinSanchez R, Rodriguez-Serna J. M. Modeling and Analysis of Electric Field Variation across Insulation System of a MV power Cable. 2021 International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering (ICECCE), Kuala Lumpur, Malaysia, (2021); 1-5,.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-2 , nr katalogowy 147322 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-2 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-2

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma