Modeling of electromagnetic processes in sheaths of high voltage cable lines
DOI:
https://doi.org/10.24136/jaeee.2025.012Keywords:
high voltage lines, telegrapher’s equations, sheath of high-voltage cables, currents inducted, mathematical modelingAbstract
The paper presents a mathematical model of a three-phase high voltage cable line that accounts for wave phenomena and the influence of sheaths on current distribution and power losses. The model describes the time- and space-dependent behavior of current and voltage. The developed model uses the finite difference method to discretize the wave equations, enabling the analysis of changes in electrical parameters as functions of time and distance. Additionally, electromagnetic phenomena occurring in the return conductors of the cables are taken into account. A method for determining the induced currents in the return conductors, along with the calculated load current in the line, is used to present the waveforms of currents and voltages induced in the return conductors.
References
Piątek Z., Jabłoński P. (2017) „Podstawy teorii pola elektromagnetycznego”. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN SA
Konane D., Ouedraogo W., Guingane T., Zongo A., Koalaga Z., Zougmoré F. (2022) “An Exact Solution of Telegraph Equations for Voltage Monitoring of Electrical Transmission Line”. Energy and Power Engineering. Vol. 14, No. 11, pp 669-679, doi: 10.4236/epe.2022.1411036
Lopez-Fernandez X. M., Alvarez-Marino C., Malo-Machado Vitor. (2010) “Computation Method for Transients in Underground Cables With Lossy Earth Return Path”. Magnetics, IEEE Transactions Vol. 46, No 8, pp 2911 – 2914, doi: 10.1109/TMAG.2010.2043074
Żmuda K. (2016) „Elektroenergetyczne układy przesyłowe i rozdzielcze. Wybrane zagadnienia z przykładami”. Gliwice, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
Lis M., Chaban A., Szafraniec A., Levoniuk V., Figura R. (2019) “Mathematical modeling of transient electromagnetic processes in a power grid”. Przegląd Elektrotechniczny. Vol 12/2019 R. 95, pp 160-163, doi: 10.15199/48.2019.12.35
Jakubowski J., Cichy A., Rakowska A. (2023) „Wytyczne projektowania linii kablowych 110kV”. Poznań, Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej
Haddad D., Kallel A. Y., Essoukri ben Amara N., Kanoun O. (2021) “Modeling Reflections in a Complex Cable Structure with Impedance Mismatches”. Conference International Workshop on Impedance Spectroscopy (IWIS), doi: 10.1109/IWIS54661.2021.9711910
Jin W., Wang D., Gao H., Peng F., Guo Y., Gao M., Wang J. (2024) “Two-terminal traveling wave fault location approach based on frequency dependent electrical parameters of HVAC cable transmission lines”. Electric Power Systems Research, Vol. 235, No 110842, doi: 10.1016/j.epsr.2024.110842
Chaban A, Popenda A, Perzyński T, Szafraniec A, Levoniuk V. (2024) “Mathematical Model of a Nonlinear Electromagnetic Circuit Based on the Modified Hamilton–Ostrogradsky Principle”. Energies. Vol 17(21):5365. https://doi.org/10.3390/en17215365
Chaban A., Popenda A., Szafraniec A., Levoniuk V. (2023) “Including shield wires in the analysis of transient processes occurring in HVAC transmission lines”. Energies. Vol 16(23), Issue 7870, doi: 10.3390/en16237870
Chaban A., Lis M., Szafraniec A., Levoniuk V. (2022) “Mathematical modelling of transient processes in a three phase electric power system for a single phase short-circuit”. Energies. Vol 15(3), Issue 1126, doi: 10.3390/en15031126
Chaban A., Lis M., Szafraniec A., Levoniuk V., Chaban A. (2022) “Analiza procesów nieustalonych w trójfazowej długiej linii zasilania z asymetrycznym obciążeniem”. Przegląd Elektrotechniczny. Vol 12/2022 R. 98, pp 209-212, doi: 10.15199/48.2022.12.47
Duda D., Szadkowski M. (2014) „Ochrona przeciwprzepięciowa osłon kabli WN w różnych układach połączeń żył powrotnych”. Przegląd Elektrotechniczny. Vol. 10/2014, R. 90, pp 37-40, doi: 10.12915/pe.2014.10.09
Duda D., Szadkowski M. „Kable ECC w układzie SPB kabli wysokiego napięcia”. Przegląd Elektrotechniczny. Vol 10/2016, R. 92, pp 104-107, doi: 10.15199/48.2016.10.25
Łowczowski K. (2016) „Badanie wpływu ułożenia kabli na straty energii w żyle powrotnej – symulacja w programie PowerFactory”. Przegląd Elektrotechniczny. Vol. 10/2016, R. 92, pp 54-57, doi: 10.15199/48.2016.10.13
Czapp S., Dobrzyński K., Klucznik J., Lubośny Z. (2017) „Analiza napięć indukowanych w żyłach powrotnych kabli wysokiego napięcia dla ich wybranych konfiguracji”. Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. Vol 53/2017, pp 83-86
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Journal of Automation, Electronics and Electrical Engineering
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
