Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line
Introduction. This study focuses on sheath currents in high-voltage single-core XLPE-insulated power cables with solid bonding. The analysis covers flat and trefoil three-phase cable lines. Sheath current calculation is essential for evaluating thermal conditions, losses, and overall cable performan...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/349521 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1859471847842643968 |
|---|---|
| author | Tkachenko, O. Pyrohova, U. Grinchenko, V. |
| author_facet | Tkachenko, O. Pyrohova, U. Grinchenko, V. |
| author_sort | Tkachenko, O. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-01T22:04:33Z |
| description | Introduction. This study focuses on sheath currents in high-voltage single-core XLPE-insulated power cables with solid bonding. The analysis covers flat and trefoil three-phase cable lines. Sheath current calculation is essential for evaluating thermal conditions, losses, and overall cable performance. Problem. The regulatory documents of the Ministry of Energy of Ukraine provide formulas for sheath currents. We examine them by comparing with verified analytical solutions and find significant discrepancies in a wide range of typical parameters of high-voltage three-phase cable line. So the formulas in the current regulatory document have a narrow range of applicability, and the engineering calculations based on them may lead to significant inaccuracies and incorrect decisions. Goal. The paper aims to develop novel formulas for the RMS values of sheath currents in high-voltage three-phase cable lines with flat and trefoil arrangements of power cables, ensuring the accuracy required for engineering calculations across a wide range of cable line parameters. Methodology. This study is grounded on the previously developed and experimentally verified analytical model and corresponding formulas for calculating sheath currents and cable line magnetic field. These verified formulas for sheath currents are too cumbersome, so an approximation technique is used to find compact ones. Results. A novel approximation for sheath current in the flat cable line is developed. The discrepancy between the approximation and the verified formulas is within 5 %. Additionally, a new form of the formula for sheath current in the trefoil cable line is proposed. Scientific novelty. To perform the approximation, an original quality index is proposed. It is derived from the heat output of metal sheaths of cables. Practical value. The developed approximation for sheath current can be directly applied to the design of high-voltage cable lines, the analysis of the operating modes, and the control of the compliance of existing cable lines with actual operating conditions. References 20, table 1, figures 4. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:03Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-349521 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:03Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3495212026-03-01T22:04:33Z Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line Tkachenko, O. Pyrohova, U. Grinchenko, V. екран кабельна лінія одножильний кабель заземлення з обох кінців нормативний документ metal sheath cable line single-core cable solid bonding regulatory document Introduction. This study focuses on sheath currents in high-voltage single-core XLPE-insulated power cables with solid bonding. The analysis covers flat and trefoil three-phase cable lines. Sheath current calculation is essential for evaluating thermal conditions, losses, and overall cable performance. Problem. The regulatory documents of the Ministry of Energy of Ukraine provide formulas for sheath currents. We examine them by comparing with verified analytical solutions and find significant discrepancies in a wide range of typical parameters of high-voltage three-phase cable line. So the formulas in the current regulatory document have a narrow range of applicability, and the engineering calculations based on them may lead to significant inaccuracies and incorrect decisions. Goal. The paper aims to develop novel formulas for the RMS values of sheath currents in high-voltage three-phase cable lines with flat and trefoil arrangements of power cables, ensuring the accuracy required for engineering calculations across a wide range of cable line parameters. Methodology. This study is grounded on the previously developed and experimentally verified analytical model and corresponding formulas for calculating sheath currents and cable line magnetic field. These verified formulas for sheath currents are too cumbersome, so an approximation technique is used to find compact ones. Results. A novel approximation for sheath current in the flat cable line is developed. The discrepancy between the approximation and the verified formulas is within 5 %. Additionally, a new form of the formula for sheath current in the trefoil cable line is proposed. Scientific novelty. To perform the approximation, an original quality index is proposed. It is derived from the heat output of metal sheaths of cables. Practical value. The developed approximation for sheath current can be directly applied to the design of high-voltage cable lines, the analysis of the operating modes, and the control of the compliance of existing cable lines with actual operating conditions. References 20, table 1, figures 4. Вступ. В роботі розглянуто струми в екранах одножильних силових кабелів високої напруги, з ізоляцією зі зшитого поліетилену (XLPE), при заземленні з обох кінців. Аналіз охоплює кабельні лінії змінного струму з розташуванням кабелів за схемами «у площині» та «у трикутник». Розрахунок струму в екранах є важливим при оцінці теплового стану, втрат та режиму роботи кабельної лінії. Проблема. Нормативні документи Міністерства енергетики України містять співвідношення для розрахунку струмів в екранах. Аналіз цих співвідношень шляхом порівняння з верифікованими аналітичними формулами показав значну розбіжність у широкому діапазоні типових параметрів трифазної кабельної ліній високої напруги. Відповідно, співвідношення в чинних нормативних документах мають вузький діапазон застосовності, а їх використання для інженерних розрахунків може призвести до значних неточностей та хибних висновків. Метою роботи є розробка нових наближених співвідношень для розрахунку діючих значень струмів у екранах кабелів трифазних кабельних ліній високої напруги, прокладених за схемами «у площині» та «у трикутник», задля забезпечення необхідної точності у широкому діапазоні параметрів кабельної лінії. Методологія. Дослідження ґрунтується на раніше розробленій авторами та експериментально верифікованій аналітичній моделі та відповідних співвідношеннях для розрахунку струмів в екранах, та магнітного поля трифазної кабельної лінії. Оскільки зазначені співвідношення для струмів є занадто громіздкими, тому для знаходження компактного співвідношення використовується апроксимація. Результати. Розроблено нове наближене співвідношення для розрахунку струму в екранах кабельної лінії з розташуванням кабелів «у площині». Розбіжність між наближенням та верифікованими формулами становить до 5 %. Крім того, запропоновано нову форму співвідношення для розрахунку струму в екранах кабельної лінії з розташуванням кабелів «у трикутник». Наукова новизна. Для виконання апроксимації запропоновано оригінальний показник якості, який визначається величинами теплової дії струмів в екранах кабелів. Практична значимість. Розроблене наближене співвідношення для розрахунку струму в екранах може бути безпосередньо застосоване при проєктуванні трифазних кабельних ліній високої напруги, аналізі режимів їхньої роботи та контролі відповідності існуючих кабельних ліній фактичним умовам експлуатації. Бібл. 20, табл. 1, рис. 4. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-03-02 Article Article application/pdf https://eie.khpi.edu.ua/article/view/349521 10.20998/2074-272X.2026.2.12 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 2 (2026); 89-92 Электротехника и Электромеханика; № 2 (2026); 89-92 Електротехніка і Електромеханіка; № 2 (2026); 89-92 2309-3404 2074-272X en https://eie.khpi.edu.ua/article/view/349521/339387 Copyright (c) 2026 O. Tkachenko, U. Pyrohova, V. Grinchenko http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | metal sheath cable line single-core cable solid bonding regulatory document Tkachenko, O. Pyrohova, U. Grinchenko, V. Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| title | Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| title_alt | Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| title_full | Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| title_fullStr | Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| title_full_unstemmed | Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| title_short | Highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| title_sort | highly accurate approximation for sheath currents in high-voltage three-phase cable line |
| topic | metal sheath cable line single-core cable solid bonding regulatory document |
| topic_facet | екран кабельна лінія одножильний кабель заземлення з обох кінців нормативний документ metal sheath cable line single-core cable solid bonding regulatory document |
| url | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/349521 |
| work_keys_str_mv | AT tkachenkoo highlyaccurateapproximationforsheathcurrentsinhighvoltagethreephasecableline AT pyrohovau highlyaccurateapproximationforsheathcurrentsinhighvoltagethreephasecableline AT grinchenkov highlyaccurateapproximationforsheathcurrentsinhighvoltagethreephasecableline |