154 kV XLPE yeraltı güç kablo ekinin sonlu elemanlar yönetimiyle ısıl analizi

Bu çalışmada, yüksek gerilim yeraltı enerji iletim sisteminin en zayıf noktası olarak bilinen kablo ekinin (mufun) ısıl davranışı sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmektedir. Bu amaçla, IEC 60287 nolu standarda göre tesis edilen ve ülkemizde kullanılan 154 kV luk çapraz bağlı polietilen (XLPE) kablo ve ekinin ısıl analizi, ANSYS 5.6 sonlu elemanlar programı kullanılarak yapılmaktadır. Bu çalışmanın ilk amacı kablo ekinin katmanlarının sıcaklık dağılımlarını belirlemek, diğer bir amacı ise, Neher-McGrath’ın enerji denge modeline dayanan IEC 60287 nolu standardı temel alan yeraltı kablosunun ısıl analizinin temel bilgilerini ve sınır koşullarını literatürdeki çalışmaların aksine açık bir şekilde vermektir. Elde edilen sonuçlar göstermektedir ki yapılan ablo ekinde hacim oldukça fazladır ve iletken tarafından üretilen sıcaklık, muftan dışarı atılamamaktadır. Bu nedenle kablo eki daha fazla bir ısıl strese maruz kalmakta ve daha hızlı yaşlanmaktadır.

Thermal analysis of 154 kV underground cable joint using finite element method

In this paper, thermal analysis of high voltage (HV) power cable joint, which is well-known as the hottest point of underground cable route, is investigated using finite element method (FEM). For this purpose, a 154 kV cable and joint, which are installed in underground transmission system in Turkey by TEIAS according to IEC-60287 standard, are used in analyses by using ANSYS 5.6 finite element analysis software. The first aim of this paper is to determine temperature distribution of cable joint and to compare with the cable parts. The second aim of this study is to give fundamentals and boundary conditions to analyse the ampacity of an installed cable considering IEC-287 standard as a basis. This standard uses Neher-McGrath model, which uses a technique based on a simple model of energy balance in the conductor of the cable, and on an analogy between the flow of electric current and the flow of heat. Obtained results indicate that joint layers have a less heat dissipation characteristic than cable parts due to excessive volume. Therefore the joint insulation is exposed to more thermal stresses and its aging process is accelerated.

PDF

___

1. IEC Publication 60287, “Calculation of the continuous current ratings of cables”, 1982 3. Edt. 1995.
2. Dang, C., Chaaban, M., “Thermal performance modeling of power cable joints”, Third International Conference on Power Cables and Accessories 10kV - 500kV, 130 – 134, 1993.
3. Amyot, N. ve Fournier, D., “Influence of thermal cycling on the cable-joint interfacial pressure”, IEEE 7th International Conference on Solid Dielectrics, 35 – 38, 2001.
4. Fournier, D. and Amyot, N., “Diagnostic of overheating underground distribution cable joints”, Electricity Distribution, Contributions. CIRED, vol.1, pp, 10, 2001.
5.Nakamura, S., Morooka, S., Kawasaki, K., “Conductor temperature monitoring system in underground power transmission XLPE cable joints”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.7, No.4, pp:1688 – 1697, 1992.
6.Nakanishi, Y., Fujimori, A., Fukunaga, S., Tanabe, T., Kobayashi, M., Shiseki, N., Ando, K., “Development of prefabricated joint for 275-kV XLPE cable”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.10, No.3, pp:1139 – 1147, 1995.
7.Ishihara, J., Suzuki, H., Sakuma, S., Ban, S., Shiseki, N., Yamaguchi, M., “Improvement in reliability of extrusion type molded joint for 275 kV XLPE cable”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.7, No.4, pp:1735 – 1744, 1992.
8. IEC Technical report TR-62095 “Electric cables-current rating-finite element method”, 2003.
9. Aras, F., Oysu, C. ve Yılmaz, G., “An Assessment of the Methods for Calculating Ampacity of Underground Power Cables” Electric Power Components and Systems, 33, 1385-1402, 2005.
10. Parise, G.; Rubino, G.; Ricci, M., “Life loss of insulated power cables: an integrative criterium to improve the ANSI/IEEE and the CENELEC/IEC method for overload protection, IEEE, Thirty- First IAS Annual Meeting Industry Applications, Vol.4, pp:2449 – 2454, 1996.
11. Aras, F., “Elektrik ve ısıl gerilimler altında 154kV XLPE yer altı güç kablosunun yaşlanma davranışının deneysel incelenmesi ve ampasite ile ilişkilendirilmesi”, Doktora Tezi, KOU, 2000.