Ampacity of low voltage power cables under non-sinusoidal currents

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

PhD thesis (EN)

2007 (EN)
Επιτρεπόμενη φόρτιση καλωδίων χαμηλής τάσης παρουσία μη γραμμικών φορτίων
Ampacity of low voltage power cables under non-sinusoidal currents

Γκουραμάνης, Κωνσταντίνος Β.

The subject of this thesis is the examination of the characteristics of low voltage power cables J1VV, when feeding loads absorbing non sinusoidal currents. The thesis is comprised of two basic parts : in the first part, the ampacity of the low voltage cables under non sinusoidal cables is examined. The low voltage power cables examined are multi-conductor and single conductor, placed in free air or over metallic conduits. This paper investigates the ac resistance in the presence of harmonics and proposes ampacity derating in the presence of harmonic and proposes ampacity derating factors cables made according to CENELEC Standard HD603. These cables are widely used in low-voltage industrial and building installations. Cables of small, medium, and large conductor cross sections are considered. The fourth conductor is used as the neutral conductor. The cables are modeled using finite-element analysis software. The ac/dc resistance ration is shown to increase with the frequency of the current and the cross section of the conductor, the increase being much larger when zer0-sequence harmonics are present. A derating factor is defined and calculated for five typical non-sinusoidal current loads, for example, computer equipment. The derating of the cable's ampacity is showno be very large when zero-sequence harmonics are present. The cross section of the neutral conductor is shown to be significant only when zero-sequence harmonics are present. In the second part of this thesis, a mathematical model that can be used to calculate the current distribution among parallel connected conductors for various harmonic frequencies is presented. This model can be applied in all cable types, both multi-conductor and parallel single conductor, regardless of the geometry. It is shown that the non-uniform distribution of the current increases with frequency and with the number of parallel conductors. The proposed model is used to estimate the cable arrangement that yields almost uniform current distribution, without having to transpose the conductors. The proposed calculation method is validated through comparison with the measured distribution of the current and the temperature in a real configuration in an industrial substation
Το αντικείμενο της διατριβής είναι η εξέταση των χαρακτηριστικών λειτουργίας των καλωδίων χαμηλής τάσης J1VV, όταν διαρρέονται από μη ημιτονοειδή ρεύματα και αποτελείται από δύο βασικές ενότητες : στην πρώτη ενότητα, εξετάζεται η ικανότητα μεταφοράς μη ημιτονοειδών ρευμάτων των καλωδίων. Εξετάζονται πολυπολικά και μονοπολικά καλώδια, που οδεύουν σε ελεύθερο χώρο ή πάνω σε μεταλλικές σχάρες. Υπολογίζεται η αύξηση της αντίστασης των καλωδίων λόγω της ύπαρξης των αρμονικών και προτείνεται ένας συντελεστής διόρθωσης των ονομαστικών ικανοτήτων μεταφοράς ημιτονοειδών ρευμάτων των καλωδίων που ισχύουν σήμερα. Υπολογίζεται η ικανότητα μεταφοράς ρεύματος καλωδίων μικρής, μεσαίας και μεγάλης διατομής, όταν τροφοδοτούν τυπικά μη γραμμικά φορτία. Διαπιστώνεται ότι η μείωση της ικανότητας μεταφοράς των καλωδίων μειώνεται σημαντικά όταν τροφοδοτούνται φορτία που απορροφούν σημαντικά ρεύματα σε τριπλές αρμονικές, λόγω του μεγάλου ρεύματος που αναπτύσσεται στον ουδέτερο. Στη δεύτερη ενότητα προτείνεται ένας επαναληπτικός μαθηματικός αλγόριθμος υπολογισμού της κατανομής των ρευμάτων σε παραλληλισμένους αγωγούς καλωδίων ανά φάση, σε όλες τις αρμονικές συχνότητες. Ο αλγόριθμος αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλες τις γεωμετρίες καλωδίων, χωρίς την εκ των προτέρων γνώση των πτώσεων τάσης στους αγωγούς. Τα αποτελέσματα του αλγορίθμου αξιολογούνται μέσω της σύγκρισης με τα αποτελέσματα ηλεκτρικών και θερμοκρασιακών μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν σε πραγματική διάταξη καλωδίων. Στη συνέχεια, ο αλγόριθμος τροποποιείται ώστε να εξετάζει όλες τις πιθανές συνδεσμολογίες των αγωγών για δεδομένη γεωμετρία καλωδίων και να προτείνει τη βελτίωση

PhD Thesis / Διδακτορική Διατριβή

Electric cables
Current distribution
Ηλεκτρική ενέργεια, Συστήματά της
Καλώδια χαμηλής τάσης
Κατανομή ρεύματος
Electric power systems
Low voltage power cables
Current harmonics
Ηλεκτρικά καλώδια
Αρμονικές ρεύματος

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)