EFFECT OF OPERATING PARAMETERS ON CORE CURRENTS IN HIGH VOLTAGE UNDERGROUND CABLES CONNECTED IN PARALLEL OVER COUPLING BUS

Yıl 2023, Cilt: 31 Sayı: 3, 862 - 872, 16.12.2023

Mehmet Aytaç Çınar Yunus Berat Demirol Bora Alboyacı

https://doi.org/10.31796/ogummf.1161302

Öz

In power distribution, medium voltage cables are preferred for both reducing the probability of failure and for safety reasons. However, it becomes necessary to install many cable systems in parallel in the same gallery, especially in regions which the energy demand increase. In this study, a case study in which the power cables installed from the main step-down output of a transformer substation to the distribution center are connected via the coupling bus is examined. In this context, first of all, the cable system was modeled and analyzed, and the model was verified with the field measurement data. Then, depending on the various parameters, the currents passing through the coupling busbar and the variation of the current distributions on the cables were examined. The results show that all these parameters have significant effects on the currents in the cables and the coupling. This proves the necessity of considering the changes in the operating conditions that may be encountered during the installation of the cable systems in order to ensure the continuity of the energy supply and the system reliability in the cable systems with parallel circuits.

Anahtar Kelimeler

Power cable, Parallel circuit, Unbalanced loading, Cable current, Coupling current

KUPLAJ BARASI ÜZERİNDEN PARALEL BAĞLANAN YÜKSEK GERİLİM YERALTI KABLOLARINDA İŞLETME PARAMETRELERİNİN AKIM DAĞILIMINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Öz

Güç taşınmasında gerek arıza olasılıklarının azaltılması gerekse güvenlik gerekçeleri ile orta gerilim kabloları tercih edilmektedir. Bununla birlikte, enerji talebinin arttığı bölgelerde çok sayıda kablo sisteminin aynı kanal veya galeri içerisinde paralel şekilde tesis edilmesi zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada bir transformatör merkezinin ana indirici çıkışından dağıtım merkezine kadar tesis edilmiş olan güç kablolarının kuplaj barası üzerinden bağlandığı bir uygulama incelenmiştir. Öncelikle kablo sistemi modellenerek analizi gerçekleştirilmiş ve saha ölçüm verileri ile model doğrulanmıştır. Ardından, çeşitli parametrelere bağlı olarak kuplaj barasından geçen akımlar ile kablolar üzerinde oluşan akım dağılımlarının değişimleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, tüm bu parametrelerin kablolarda taşınan akımlar ile kuplaj akımları üzerinde önemli oranda etkisi olduğunu göstermektedir. Bu durum, paralel devrelere sahip kablo sistemlerinde gerek enerji temininin sürekliliği gerekse sistem güvenilirliğini sağlayabilmek için kablo sistemlerinin tesis edilmesi esnasında işletme süresince karşı karşıya kalınabilecek işletme koşullarındaki değişimlerin göz önünde tutulması gerekliliğini ispatlamaktadır.

Anahtar Kelimeler

Güç kablosu, Paralel devre, Dengesiz yüklenme, Kablo akımı, Kuplaj akımı

Kaynakça

• Akbal B. (2017). Yüksek gerilim kablolarında oluşan kılıf akımının yapay sinir ağı tabanlı melez yöntemlerle tahmin uygulamaları. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(2), 119-125. doi: 10.5505/pajes.2016.84669
• Alboyacı B., Çınar M.A., Demirol Y.B. ve İnce A. (2022). Evaluation of the Effect of Structural Defects in the Heat-Shrink Cable Terminal on Electric Field Distribution. Engineering Failure Analysis, 29(7), 3119-3132. doi: 10.1016/j.engfailanal.2021.105920
• Demirol Y.B., Çınar M.A. ve Alboyacı B. (2021). Evaluation of cable and busbar system in multiconductor distribution systems in terms of current and magnetic field distributions. Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 29(1), 3119-3132. doi: 10.3906/elk-2103-108
• Dong X., Yang Y., Zhou C. Ve Hepburn D.M. (2017). Online Monitoring and Diagnosis of HV Cable Faults by Sheath System Currents, IEEE Transactions on Power Delivery, 32(1), 2281–2290. doi: 10.1109/TPWRD.2017.2665818
• Fassarela J.E.V., Fortes M.Z. ve Sotelo G.G. (2018). Measurement, evaluation and proposed solution for power distribution arrangements with electrical cables in parallel. Measurement, 119(1), 196-204. doi: 10.1016/j.measurement.2018.01.056
• Gouda O.E. ve Farag A.A. (2011). Factors Affecting the Sheath Losses in Single-Core Underground Power Cables with Two-Points Bonding Method. International Journal of Electrical and Computer Engineering, 2(1), 7–16. doi: 10.1.1.1029.8180
• Gouramanis K., Demoulias C., Labridis D.P. ve Dokopoulos, P. (2009). Distribution of non-sinusoidal currents in parallel conductors used in three-phase four-wire networks. Electric Power Systems Research, 79(1), 766–780. doi: 10.1016/j.epsr.2008.10.012
• IEC 60287-1-1 Electric cables — Calculation of the current rating- Part 1-1: Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses — General, 2006.
• IEC. 60502-4 Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV (Um = 1.2 kV) up to 30 kV (Um = 36 kV) – Part 4: Test requirements on accessories for cables with rated voltages from 6 kV (Um = 7.2 kV) up to 30 kV, 2010.
• Kong X., Wang Y., Zhang Z., Yin X. ve Deng X. (2010). Calculation of Induced Voltage in Metal Shield of Single-core Cable Operated in Parallel, In: International Conference on Power System Technology, 1-8, Zhejiang, China.
• Köroğlu S., Umurkan N. ve Kesler S. (2015). Yeraltı kablolarında silindirik ekranlamanın performans analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(2), 41-46. doi: 10.5505/pajes.2015.64872
• Li Z., Zhong X., Xia J. ve Bian R.(2016). Simulation of current distribution in parallel single-core cables based on finite element method. 5th International Conference on Instrumentation and Measurement, Computer, Communication, and Control, 411-414, Qinhuanhdao, China.
• Mahdipour M., Akbari A., Khalilzadeh M. ve Werle P (2017). Impact of different bonding methods on high voltage cable shield induced voltage and current in normal and fault conditions. 25th Iranian Conference on Electrical Engineering, 1308-1312, Iran.
• Öztürk O., Karacasu Ö. ve Hocaoǧlu M.H. (2010). Effects of parallel power cables on current distribution. Elektrik, Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 133-136, Bursa.
• Szulborski M., Łapczyński S. ve Kolimas Ł. (2021). Thermal Analysis of Heat Distribution in Busbars during Rated Current Flow in Low-Voltage Industrial Switchgear. Energies, 14(1), 1-23. doi: 10.3390/en14092427
• Wu A.Y. (1984). Single-Conductor Cables in Parallel. IEEE Transactions on Industry Applications, 20(1), 377–395. doi: 10.1109/TIA.1984.4504423
• Zhang P., Zhang A., Li W., Li B. ve Li L. (2022). Study on optimization of laying mode of two parallel high voltage cables in the same phase of two circuits. Energy Reports, 8(1), 1839-1846. doi: 10.1016/j.egyr.2021.12.076