Analysis of induced voltages and power losses in high voltage power cables for selected methods of cables sheaths bonding

Power is increasingly supplied to city centres with 110 kV cable lines. This is a convenient way to supply power, and practically the only one possible in areas of dense urban development. A high-voltage cable contains a coaxial metallic sheath, in which in normal operation and in fault conditions (during short-circuits) significant line-to-earth voltages can be induced, which threatens electric shock and/or damage to the cable’s outer non-conductive sheath. These voltages depend on the earthing/bonding of the cable’s sheaths, and on the cable configuration. These voltages induce currents, which, in turn, cause additional power losses in the cable. The article presents multivariate analysis of the voltages induced in a selected cable line in steadystate condition. Single-point bonding of sheaths has been discussed, as well as their both-ends bonding, transposition, and transposition of cores (conductors). For each case, the losses of active power in this line have been calculated.

Streszczenie Dostarczanie mocy do centrów miast coraz częściej odbywa się z wykorzystaniem linii kablowych o napięciu 110 kV. To dogodny sposób zasilania, a praktycznie jedyny możliwy w przypadku gęstej zabudowy miejskiej. Kable wysokiego napięcia zawierają współosiową żyłę powrotną, w której podczas normalnej pracy oraz w stanach zakłóceniowych (podczas zwarć) mogą indukować się znaczne napięcia względem ziemi, co zagraża porażeniem i/lub uszkodzeniem zewnętrznej powłoki kabla. Wartości tych napięć zależą od sposobu uziemienia żył powrotnych kabli oraz konfiguracji kabli. Konsekwencją napięć indukowanych są prądy indukowane, a te z kolei są przyczyną dodatkowych strat mocy w kablach. W artykule przedstawiono wielowariantową analizę napięć indukowanych w wybranej linii kablowej. Rozpatrzono uziemienie jednostronne żył powrotnych, uziemienie dwustronne żył powrotnych, transpozycję żył powrotnych oraz transpozycję żył roboczych. Dla każdego z przypadków obliczono straty mocy czynnej w tej linii.