I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o f   A p p l i e d   P o w e r   En gi n e e r i n g   (I J A P E)   V o l .   10 ,   N o .   1 M a r c 2021 ,   pp.   41 ~ 47   IS S N :   2252 - 8792 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j a pe . v 10. i 1. pp41 - 47             41       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j ap e . i ae s c or e . c om   In v e st i g a t i o n   o f   2 2   k V   si l a n e   c u r e   T R - E PR   c a b l e       F e r n an d o   A gu s ti n 1 ,   A k h t ar   K a l am 2 ,   A l ad i n   Z aye gh 3   1, 3 C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng   a nd   S c i e nc e ,   V i c t o r i a   U ni v e r s i t y ,   A us t r a l i a   2 L e a de r - S m a r t   E n e r g y   R e s e a r c h   U ni t ,   V i c t o r i a   U n i v e r s i t y ,   A us t r a l i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e S e 22 ,   2 01 9   R e v i s e F e b   19,   202 0   A c c e pt e S e 19,   202 0       E P R - i ns u l a t e c a b l e s   f o r   di s t r i bu t i o po w e r   n e t w o r a r e   no t   c o m m o nl y   us e i A us t r a l i a .   T hi s   i s   due   t o   t h e   h i g he r   D D F   o f   c o m m o E P R   c a bl e s   w he c om pa r e w i t X L P E   t ha t   c o nt r i bu t e s   t o   t h e   po w e r   l o s s   a n e c o no m i c s   i t r a ns m i t t i ng   e l e c t r i c i t y .   T hi s   l e d   t o   t he   de v e l o pm e nt   o f   E P R   c a l l e T R - E P R   w i t h   s i g ni f i c a n t l y   l o w e r   D D F   a nd   us e s   s i l a ne   c ur i ng   pr o c e s s   t o   a ddr e s s   c o n c e r ns   a bo ut   c o s t - e f f e c t i v e ne s s .   T he   t he r m a l   be h a v i o r   o f   l o w   D D F   s i l a n e   c ur e   T R - E P R   i s   i nv e s t i g a t e f o r   30  m o nt hs   of   e xpo s ur e   t o   t he   m a xi m um   o pe r a t i n g   t e m p e r a t u r e   o f   m a t e r i a l .   T h e   phy s i c a l   c ha ng e s   i t h e   s a m p l e s   t hr o ug ho ut   t he   l o ng - t e r m   a g i ng   a r e   e xa m i ne t o   c r e a t e   a o ppo r t u ni t y   t m o de l   t h e   e xpe c t e l i f e   c y c l e   o f   T R - E P R   c a bl e   und e r   t h e r m a l   s t r e s s .   T h e   c r o s s - l i nk i ng   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   T R - E P R   c a bl e   a r e   a l s o   e x a m i ne b y   a m bi e n t   c ur i ng   t ha t   s i m u l a t e s   t he   s t o r a g e   c o ndi t i o f o r   unus e c a b l e   a nd   b y   c a bl e   he a t i ng   pr o c e s s   t h a t   s i m u l a t e s   t he   c o ndi t i o w he t he   c a bl e   i s   e ne r g i z e d.   T he   r e s ul t s   a r e   t a bu l a t e f o r   a   b e t t e r   u nde r s t a n di ng   o f   t he   t i m e   f o r   t he   m a t e r i a l   t o   c r o s s - l i nk  a t   v a r i o us   c o ndi t i o ns .   T he   i m p r o v e pa r t i a l   di s c ha r g e   v a l u e s   a f t e r   c r o s s - l i nk i ng   a r e   a l s o   p r e s e n t e d .   Ke y w or d s :   Cr o s s - l i n k i n g   P a rt i a l   di s c h a rge   S i l a n e   c u r e   TR - E P R   X L P E   T hi s   i s   an   ope n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e ns e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   F e rn a n do   A gus t i n   Co l l e ge   of   E n gi n e e r i n g   a nd  S c i e n c e   V i c t o r i a   U ni v e r s i t y   B a l l a ra t   R o a d,   F o o t s c r a y   3011,   V i c t o r i a ,   A us t ra l i a   E m a i l :   f e r na n do . a gus t i n @ l i v e . v u. e du. a u         1.   I N TR O D U C TI O N   P O L Y M E R IC  i n s ul a t e u n de r g r o und  c a b l e s   fo r   m e di u m   v o l t a ge   (M V di s t ri b ut i o n   n e t w o r a r e   f i r s t   i n t r o duc e i n   e a rl y   1940s   ut i l i z i n g   P o l y e t h y l e n e   (P E i n s u l a t i o n   [1 ,   2] .   P E   u nde r g r o u n d   c a b l e s   a r e   s us c e pt i b l e   t o   t r e e i ng  ph e n o m e n a   w h i c h   i s   t h e n   r e pl a c e by   c r o s s - l i n ke P o l y e t h y l e n e   (X L P E i n   1960 .   It   w a s   o n l y   i n   1980  t ha t   E t h y l e n e   p r o p y l e n e   r ub b e r   (E P R c a b l e s   a r e   c o m m e r c i a l i z e a nd  i nt r o duc e t o   t h e   po w e r   s y s t e m   due   t o   i t s   l o w   pe r m i t t i v i t y ,   hi g h   d i e l e c t r i c   s t r e n g t h ,   go od  t h e rm a l   r e s i s t i v i t y ,   a n r e s i s t a n c e   t o   w a t e r     t r e e i n g   [3] .   E P R   a n X L P E   a r e   t h e   m o s t   c o m m o n l y   us e d   s o l i di e l e c t r i c   po l y m e r i c   i n s ul a t e m a t e ri a l   f o r   M V   di s t r i b ut i o n   n e t w o r n o w a da y s .   T h e r e   a r e   s e ve r a l   s t ud i e s   o n   E P R   c a b l e s   c o n duc t e s i n c e   t h e   i n t r o duc t i o n   o f   E P R   t o   t h e   po w e r   i n dus t r y .   B r o w n   [4]   s t udi e X L P E   a n d   E P R   f r o m   1 981  t o   1991  a n f o un d   t ha t   E P R   h a s   a   b e t t e e l e c t ri c a l   c h a ra c t e ri s t i c   o v e r   X L P E   c a b l e   a t   t e m pe r a t u r e   a b ov e   90 o a s   X L P E   pr o duc e s   dr o i n   e l e c t r i c   b r e a kdo w n   a b ov e   i t s   c r y s t a l l i n e   m e l t i n po i n t .   M o n t a n a ri   [5]  pe r f o r m e v a r i o us   s t udi e s   o n   s pa c e   c h a r ge   o f   di e l e c t r i c   m a t e ri a l s   a nd  f o un t h a t   E P R   c a b l e   h a s   l a rge   v a l ue s   o f   e n dura n c e   c oe ff i c i e n t s   a s s o c i a t e w i t h i g h   d i e l e c t ri c   s t r e n g t h   t ha t   gi v e   r i s e   t o   l i f e l i n e s   e v e n   a t   r e l a t i v e l y   h i gh   e l e c t r i c a l   a nd  t h e r m a l   s t r e s s e s .   A rha r t   [6]   e xp r e s s e d   t h a t   E P R   ha s   e xc e l l e n t   e l e c t ri c a l   p r o pe rt i e s   w h i c h   i s   c o m pa r a b l e   t o   X L P E .   H ow e ve r ,   t h e s e   s t udi e s   a r e   n o t   s uff i c i e n t   f o r   pow e r   n e t w o r o pe r a t o r s   i n   A us t ra l i a   t o   c o n s i de r   E P R   c a b l e   ov e r   X L P E   c a b l e   fo r   t h e i unde r g r o u n c a b l i n di s t r i b ut i o n   l i n e s .   O n e   po s s i b l e   r e a s o n   c o ul b e   due   t o   t h e   h i g h   di e l e c t r i c   di s s i pa t i o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                  IS S N :   2252 - 8792   Int   J   A ppl   P o w e r   E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 M a r c 2021 :    41     47   42   f a c t o r   (D D F a n pe rm i t t i v i t y   of   m o s t   c o m m o n   E P R   c a b l e s   t h a t   c o n t ri b ut e   t o   n e t w o r po w e r   l o s s .   A n o t h e po s s i b l e   r e a s o n   i s   t h e   h i g h e r   c o s t   of   E P R   i n s ul a t i o n   c o m pa re t o   X L P E   [7].   T h i s   l e t o   t h e   de v e l o pm e n t   o t h e   s t a t e - of - t h e - a rt   E P R   i n s ul a t i o n   c a l l e t r ee - r e t a r d a nt   E P R   (T R - E P R w h i c h   o f fe r s   s i g n i f i c a n t l y   i m pr o v e d   di e l e c t ri c   p r o pe r t i e s   e s pe c i a l l y   t h e   D D F   a t   r e a s o na b l e   e c o n om i c s   t hr o ug s i l a n e   m e t h o o f   c ur i n g .   D D F   r e f e r s   t o   t h e   ra t i o   of   e n e r gy   di s s i pa t e t o   t h e   i n s u l a t i o n   a n e n e r gy   s t o r e i n   e a c h   c y c l e   w h e A v o l t a ge   i s   a ppl i e [8] .   W h i l e   X L P E   ha s   a   l o w   D D F   t h a s t a nda r d   E P R ,   T R - E P R   h a s   l o w e r   D D F   c o m pa r e t o   X L P E   a s   l i s t e i n   T a b l e   [9] .   L ow   D D F   m a t e r i a l   ha s   a   l o w   di e l e c t r i c   l o s s .   H ow e ve r ,   t h e   di e l e c t ri c   l o s s   of   m a t e r i a l   i s   us ua l l y   l e s s   s i gni f i c a nt   i n   M V   l e v e l   w h e r e   a l l   po w e r   di s t r i b ut i o n   n e t w o r ks   o pe r a t e .   T h e s e   a r e   t h e   a r e a s   w h e r e   E P R   c a b l e   c a n   b e   ut i l i z e a n s i n c e   t h e   di e l e c t r i c   l o s s   a ngl e   o f   E P R   c a n   b e   l ow e r e due   t o   m o de r n   c o m po un di ng  t e c hn o l o g y ,   t h e   l o s s   due   t o   i n s ul a t i n m a t e ri a l   i s   a l m o s t   n e gl i gi b l e   w h e n   l i f e   c y c l e   a n a l y s i s   i s   c o n s i de r e a s   p r e s e n t e i n   (1):     W   U o 2   t an     (1)     w h e r e   W d   i s   t h e   di e l e c t r i c   l o s s   (W / m ) ,   ɷ   i s   t h e   a n g ul a r   f r e qu e n c y ,   i s   t h e   c a p a c i t a n c e   pe u n i t   l e ngt (F / m ),   U 0   i s   t h e   vo l t a ge   t o   e a r t h   (V ) ,   a n t a n   δ   i s   t h e   di e l e c t r i c   l o s s   a n g l e   of   m a t e r i a l   o r   D D F   [9].   F o r   i n s t a n c e s   w h e r e   D D F   i s   r e a l l y   t a ke i nt o   a c c o un t ,   T R - E P R   s e r v e s   a s   gr e a t   c o n s i de r a t i o n   f o r   t h e   i n s ul a t i o n   m a t e ri a l   a s   a l t e rna t i v e   f o r   E P R   ove r   X L P E .   I n   t hi s   pa pe r ,   t h e   l o n g - t e rm   a g i n a n p a r t i a l   di s c h a rge   b e h a v i o r   o f   22   kV   s i l a n e   a m b i e n t   c u r e T R - E P R   a r e   i n v e s t i ga t e d.   T hi s   s t udy   a i m s   t o   i nt r o duc e   t h i s   t y pe   of  i n s ul a t i n m a t e r i a l   fo r   us e   i u nde rg r o un d   d i s t r i b ut i o n   M V   n e t w o r ks   i A us t ra l i a .       T a b l e   1:   D D F   o f   X L P E ,   E P R   a n d   T R - E P R   (m e a s u r e d)   D i e l e c t r i c   m a t e ri a l   DDF   X L   P E   0 . 0 0 4   E P R   0 . 0 2   TR - E P R   0 . 0 0 0 2       2.   S I LA N C U R TR - EP R   E P R   l i ke   X L P E   c a n   b e   c r o s s - l i n ke by   pe r o xi de ,   s i l a n e ,   o r   i rra d i a t i o n   m e t h o d.   P e r o xi de   c r o s s - l i n k i n m e t h o i s   c o m m o n l y   us e i n   M V   a n d   H V   c a b l e   m a n uf a c t u r i ng  w h e r e a s   s i l a n e   a n d   i rra di a t i o m e t h o ds   a r e   us e f o r   L V   c a b l e   pr o duc t i o n .   T h e   c o m po und  us e i n   pe r o xi de   m e t h o i s   c l e a a nd  c r o s s - l i n k i n t a ke s   pl a c e   i n   m o l t e s t a t e   l e a di ng  t o   m o r e   h o m o ge n e o us   c r o s s - l i nke r e a c t i o a n d   t h e r e f o r e   s ui t a b l e   fo r   c a b l e   a b ove   30   kV .   H ow e v e r ,   t h i s   m e t h o h a s   a   hi g h   c a pi t a l   i n v e s t m e n t   c o m pa r e t o   s i l a n e   m e t h o [10] .   S i l a n e   m e t h o ha s   a   l ow   s t a r t - up  i n v e s t m e n t   a nd  c a n   b e   pro c e s s e by   us i n t h e   c o n v e n t i o n a l   P E   e xt r us i o n   m a c h i n e .   T h e   c a t a l y s t   m a s t e r b a t c h   i s   a dde a nd  m i xe w i t h   pe l l e t   i nt o   t h e   h o ppe r   m i x i n s t a t i o n   p ri o r   t e n t e r i ng  t h e   e x t r us i o s c r e w   f e e di n g   z o n e .   U n l i ke   pe r o xi de   w h e r e   c r o s s - l i n k i n g   t a ke s   pl a c e   w i t h i t h e   c h a m b e r   a f t e r   e xt rus i o n,   s i l a n e   a m b i e n t   c u r e   c a n   t a ke   da y s   b e fo r e   t h e   m o l e c ul e s   s t a rt   t o   b o n d.   C r o s s - l i n k i n g   c a n   b e   a c hi e v e by   s i m pl y   s t o r i n t h e   e xt rude c a b l e   a t   a m b i e nt   t e m pe r a t u r e .   T h e   c o s t   of   s i l a n e   a m b i e n t   c u r e   m a t e ri a l   i s   s l i g h t l y   h i g h e r   c o m pa r e w i t h   pe r o xi de   c ur i ng ,   b ut   t h i s   c o s t   i s   o ut w e i gh e by   t h e   m i n i m u m   m a t e ri a l   s c r a c o s t .   D e s pi t e   pr o l o n ge t i m e   i n   t h e   c r o s s - l i n k i n v i a   s i l a n e   m e t h o d,   t h e   p r o pe r t i e s   of   t h e   m a t e ri a l   (T R - E P R   i t hi s   c a s e e xhi b i t   s a t i s f a c t o r y   v a l ue s   a s   s h o w n   i n   t h e   r e s ul t s   o f   t h e   e xpe ri m e n t .   T hi s   a s pe c t   o f   s i l a n e   m e t h o o f fe r s   a dv a nt a ge   i t h e   e c o n o m i c s   o t h e   i n s ul a t i o w h e c o s t   i s   g r e a t l y   c o n s i de r e d.       3.   EX P ER I M EN TA S TU D Y   3. 1 .   TR - EP R   c ab l e   s am p l e   S a m p l e   i s   22   kV   c a b l e   w i t h   c r o s s - s e c t i o n a l   a r e a   o f   120   mm 2 .   T h e   c a b l e   c o n s t r uc t i o n   i s   p r e s e nt e i F i gu r e   1.   Co n d uc t o r   i s   c l a s s   f l e xi b l e   pl a i n   a nn e a l e c oppe r   t ha t   c o n s i s t s   of   1672  w i r e s   of   0. 3   m m   i di a m e t e r.   Co n duc t o r   i s   w r a ppe w i t h   0 . 2   m m   t h i c n y l o n   s e m i - c o n duc t i v e   t a pe   w i t h   15 o v e r l a p .   T h e   po l y m e r i c   s e m i - c o n duc t i v e   c o n duc t o r   s c r e e n ,   T R - E P R   i n s u l a t i o n   a nd  po l y m e r i c   i n s u l a t i o n   s c r e e n   a r e   e xt r u de s i m u l t a n e o us l y   us i n t h e   3 - l a y e r e s i ngl e   e xt r us i o h e a d .   T h i s   m e t h o o f   e xt r ud i n M V   c a b l e   i s   t h e   m o s t   w i de l y   us e i n   c a b l e   m a nuf a c t uri n t o   a v o i vo i ds   a n c o n t a m i na nt s   b e t w e e n   i n s u l a t i o n   a n s e m i - c o n duc t i v e   s c r e e n   t h a t   c o ul l e a t o   pa r t i a l   d i s c ha r ge   f a i l ur e   du ri n r o ut i n e   a nd  qu a l i f i c a t i o n   t e s t s .   T h e   po l y m e r i c   m a t e r i a l s   i n c l ud i n t h e   T R - E P R   i n s u l a t i o n   a r e   p ro c e s s e t hr o ugh   s i l a n e   d r y   c ur e   m e t h o w i t h   t h e   a ddi t i o o f   5%  c a t a l y s t   m a s t e b a t c h .   P r i o r   m e a s u r e m e nt s   c o n duc t e s e pa r a t e l y   s h ow   t h a t   t h e   T R - E P i n s ul a t i o n   ha s   a   b r e a kdo w n   v o l t a ge   ra t i ng  o f   50   kV / m m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   A ppl   P o w e r   E n g   IS S N :   2252 - 8792       Inv e s t i ga t i on   o f   2 2   k V   s i l ane   c ur e   T R - E P R   c abl e   ( F e r nando  A gus t i n )   43       F i gu r e   1 .   Co n s t r uc t i o o f   22   kV   1C 120   mm 2   TR - E P R   c a b l e       3. 2 .   A m b i e n c u r e   c r o s s - l i n k i n g   p r o c e s s   T h i s   pa pe r   a i m s   t o   de t e r m i n e   t h e   t i m e   f o r   t h e   T R - E P R   m a t e ri a l   t o   r e a c h   i t s   c r o s s - l i n ki ng  s t a t e   t hr o ugh   H o t   s e t   t e s t .   Ca b l e   s a m pl e s   a r e   e xpo s e t o   a m b i e nt   t e m pe ra t u r e   i t h e   r a nge   o f   0 º t o   15 º fo r   s e v e r a l   d a y s   un t i l   t h e   m a t e r i a l   r e a c h   i t s   c r o s s - l i n ke s t a t e .   T hi s   i s   du ri n g   w i n t e r   t i m e   i V i c t o ri a   a n t h e r e fo r e   t h e   l o n ge s t   pe ri o fo r   t h e   m a t e r i a l   t o   c r o s s - l i n a s   t h e   r a t e   of   c r o s s - l i n ki ng  i s   a   f u n c t i o n   o f   t i m e   a n h e a t .   S t ri ps   o f   10   m m   o f   i n s ul a t i o n   a r e   t a ke n   f r o m   t h e   s a m p l e .   T he   s t ri ps   a r e   t h e po l i s h e by   gr i ndi ng  t h e   s u r f a c e   of   i n s ul a t i o n   t o   e l i m i n a t e   t h e   e ff e c t   of   s ur f a c e   i rr e gul a r i t i e s   t h a t   c o ul r e s ul t   t o   b r e a ki n o f   m a t e ri a l   du ri n H o t   s e t   t e s t .   H o t   s e t   t e s t   de t e r m i n e s   t h e   ul t i m a t e   c r o s s - l i n ki ng  s t a ge   o f   t h e rm o s e t   m a t e r i a l   [1 1].   T h e   g r o un de d   s pe c i m e n s   a r e   c o n di t i o n e a t   r o o m   t e m pe ra t u r e   f o r   16  h o ur s   pri o r   t o   c a rr y i n g - o ut   t h e   H o t   s e t   t e s t .   T h e   s i z e   of  dum b b e l l s   c ut   f r o m   t h e   s a m pl e   i s   p r e s e n t e i F i gu r e   2.   A f t e r   c o n di t i o n i n g ,   s pe c i m e n s   a r e   p l a c e i n s i de   t h e   ov e n   w i t h   m e c ha n i c a l   l o a d   e qui v a l e nt   t o   20   N / c m 2   s us pe n d e a t   t h e   b o t t o m   o f   t h e   dum b b e l l   s pe c i m e n .   T e s t   de e m e t o   be   s uc c e s s f ul   w h e n   t h e   s pe c i m e n   c o ul w i t h s t a nd  t h e   m e c ha n i c a l   l o a f o r   900  m i n u t e s   w i t h o ut   b r e a ki n a n t h e   v a l ue   o e l o n ga t i o n   a n t h e   r e s i du a l   l e n g t h   f r o m   t h e   i ni t i a l   l e ngt h   i s   l e s s   t h a n   175%  a n 15%  r e s pe c t i v e l y .           F i gu r e   2 .   D u m b b e l l   s i z e   f o r   t e s t i n t h e   p h y s i c a l   p r o pe rt y   of   m a t e ri a l       3. 3 .   C ab l e   h e ati n g   T hr e e   10 - m e t e r s   l e n g t h   o f   c a b l e   a r e   pl a c e o n t o   t h e   c a b l e   t r a y   a n d   l o o pe o n t o   t h e   c u rr e n t   ge n e ra t o r.   T h e   t w o   e n ds   o f   c a b l e   a r e   t e r m i na t e us i n c r i m pe c o ppe r   l ug.   T w o   l ugs   a r e   c o n n e c t e us i n a   b o l t   c r e a t i ng  a   s h o r t   c i r c ui t   l o o fo r   t h e   c u rr e nt   t o   r i s e .   T h e rm o c o upl e s   a re   a t t a c h e t o   t h e   c o n duc t o r   a s   s e e n   i F i gu r e s   3   a n t o   m o n i t o r   t h e   t e m pe ra t u r e   of   c o n duc t o r .   L o a c ur r e n t   i s   t u n e u nt i l   t h e   c o n duc t o r s   r e a c h e t h e   t e m pe ra t u r e   o f   60 º a n u nt i l   t h e   i n s ul a t i o n   i s   c r o s s - l i n ke d.   S t ri ps   o f   i n s ul a t i o n   a r e   t a ke n   i n   e v e r y   24 th   h o ur  of   h e a t i ng  i nt e r v a l .   P r e pa ra t i o n   o f   s pe c i m e n s   fo r   t e s t i ng  i s   d o n e   b a s e o n   t h e   p r o c e dur e   s t a t e i n   s e c t i o n   3 . 2.   P a rt i a l   di s c h a rge   (P D t e s t s   be f o r e   a n a f t e r   t h e   h e a t i n a r e   c a rr i e d - o ut   t o   c o m pa r e   t h e   P D   v a l ue s   be t w e e n   i n i t i a l   a n d   a f t e r   h e a t i n g .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                  IS S N :   2252 - 8792   Int   J   A ppl   P o w e r   E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 M a r c 2021 :    41     47   44           F i gu r e   3 .   D i a g ra m   o f   c a b l e   h e a t i n g   p r o c e s s   F i gu r e   4 .   C a b l e s   a r e   s ub j e c t e t o   60 o h e a t i n g       3. 4 .   Lo n g - te r m   th e r m al   ag i n g   F i f t y - f i ve   dum bb e l l   i n s ul a t i o n   s pe c i m e n s   a r e   c ut   f r o m   t h e   c a b l e   s a m pl e .   T h e   s pe c i m e n s   a r e   m a r ke d   f r o m   S 1,   S 2 ,   S 3 …  t o   S 55  a n d   pl a c e i n s i de   t h e   t h e r m a l   o ve a n d   c o n t i nuo us l y   a ge f o r   30  m o n t h s   a t   90 º C.   T h i s   t e s t   a i m s   t o   s i m ul a t e   t h e   e f fe c t   of   e l e v a t e t e m pe ra t u re   t o   t h e   p h y s i c a l   pr o pe rt y   of   m a t e r i a l   w h e n   t h e   c a b l e   o pe r a t e s   c o n t i nuo us l y   a t   a   m a xi m u m   t e m pe r a t u r e   pe r m i s s i b l e   by   t h e   pr o pe r t y   of   m a t e r i a l .   F i v e   s pe c i m e n s   a r e   r e m o v e f r o m   t h e   t h e rm a l   o ve n   e ve r y   12  w e e ks   a n c o n di t i o n e a t   r o o m   t e m pe r a t u r e   t s t a b i l i z e   t h e   m a t e r i a l   a n e l i m i na t e   t h e   e ff e c t   of   h e a t   p ri o r   t o   c a rr y i n g - o ut   t h e   t e n s i l e   s t r e n g t h   a nd  e l o n g a t i o n   a f t e r   t h e   m a t e ri a l   b r e a ks .   A f t e r   c o n di t i o n i n f o r   24  h o u r s ,   e a c h   s pe c i m e n   i s   pl a c e o n t o   t h e   j a w   of  t e n s i o m e t e r   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   5 .   P ul l i n t e n s i o n   i s   a pp l i e t o   t h e   s pe c i m e n   u n t i l   i t   b r e a ks .   A n   e l e c t r o n i c   c o n t r o l l e d   t e n s i o m e t e t ha t   ha s   t h e   c a pa b i l i t y   of   r e c o r di n g   t h e   a ppl i e pe a k   f o r c e   i s   us e d.           F i gu r e   5 .   D i a g ra m   o f   t e n s i l e   s t r e n gt a n d   e l o n ga t i o n   a f t e b r e a t e s t       4.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N S   4. 1   C r o s s - l i n k i n g   T h e   v a l ue s   pr e s e n t e i n   T a b l e   t a ke n   e v e r y   96  h o ur s   i nt e r v a l   s h o w   t h e   e vo l ut i o n   o f   t h e   n e w   m a t e ri a l   s t r uc t u r e   f r o m   t h e rm o pl a s t i c   t o   t h e rm o s e t   s t a ge .   I t   w a s   o bs e r v e t h a t   t h e   m o l e c ul e s   s t a r t e t o   c h a n ge   i t s   p h y s i c a l   a n c h e m i c a l   p r o pe r t i e s   t o   fo r m   a   n e w   c r o s s - l i nk  s t r uc t u r e   24  h o u r s   a f t e r   t h e   e xt r us i o n   p r o c e s s .   T h e   ul t i m a t e   c r o s s - l i nki n i s   a c h i e v e a f t e r   576  h o u r s .   T hi s   i s   t h e   v a l ue   a b ov e   t h e   r e qui r e m e nt s   p r e s e n t e i t h e   IE 6 0502: 2018   s t a nda rd  [1 2] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   A ppl   P o w e r   E n g   IS S N :   2252 - 8792       Inv e s t i ga t i on   o f   2 2   k V   s i l ane   c ur e   T R - E P R   c abl e   ( F e r nando  A gus t i n )   45   T a b l e   2 .   C r o s s - l i n k i n g   de v e l o pm e n t   o f   T R - E P R   a t   a m b i e nt   t e m pe r a t u r e   N u m b e r   o h o u r s   e x p o s e d   a t   a m b i e n t   c o n d i t i o n   H o t   s e t   t e s t _ t i m e   a f t e r   b r e a n   ( s e c o n d s )   24   28   96   35   192   88   288   335   384   590   480   744   576   9 0 0   (n o   b r e a k )       H e a t   i s   ge n e r a t e w h e n   c a b l e   i s   e n e r g i z e d,   a n t hi s   p h e n o m e n o n   i s   c a l l e c o n duc t o r   l o s s   [13]  a n d   c a b e   pr e s e nt e i (2 ):                     (2)     w h e r e   P c   i s   t h e   c o n duc t o r   l o s s e s   (i W ),   I   i s   t h e   c urr e nt   f l ow i n t o   t h e   c o n duc t o r   ( i n   A ) ,   a n R   i s   t h e   D C   r e s i s t a n c e   o f   c o n duc t o r   ( i o h m / k m ).   T h e   a m o u n t   o f   h e a t   a s   a   r e s ul t   o f   t h e   l o a c urr e n t   b e i n t ra n s m i t t e t o   t h e   c a b l e   i s   s i m ul a t e t hr o ug c a b l e   h e a t i n p r o c e s s   a s   de s c r i b e i n   S e c t i o n   3. 3 .   T h e   u l t i m a t e   c r o s s - l i n ki n o f   i n s u l a t i o n   i s   a c h i e v e a f t e r   120  h o u r s   o f   t h e   c a b l e   b e i n e xpo s e a t   60 º C   a s   p r e s e n t e i T a b l e   3.   T h e   pu rpo s e   of   t h i s   e xpe r i m e n t a l   a pp r o a c i s   t o   de t e r m i n e   t h e   t i m e   f o r   t h e   c a b l e   t o   r e a c h   i t s   c r o s s - l i n k i n s t a ge   w h e n   t h e r e   i s   n o t   e n o ug h   t i m e   fo r   i n s ul a t i o n   t o   c r o s s - l i n w h e n   s t o r e a t   a m b i e n t   t e m pe ra t u r e .   P a r t i a l   di s c h a r ge   t e s t s   a r e   a l s o   c o n duc t e d   b e fo r e   a n a f t e r   t h e   h e a t i n o f   c a b l e   s a m pl e .   T h e   r e s ul t s   a re   pr e s e n t e i n   F i gu r e   6.   I t   w a s   ob s e r v e d   t ha t   t h e   P D   v a l ue   of   c a b l e   i m pr o v e s   w h e n   t h e   i n s ul a t i o n   a c h i e v e s   i t s   c r o s s - l i nki n g   s t a t e   w h i c h   i s   a n   i m po r t a n t   c o n s i de r a t i o n   o t h e   s i de   o f   t h e   m a n uf a c t u r e r .       T a b l e   3 . C r o s s - l i n ki ng  de v e l o pm e n t   o f   T R - E P R   a t   60 o C   h e a t i n g   N u m b e r   o h o u s e   e x p o s e d   a t   6 0 º C   H o t   s e t   t e s t _ t i m e   a f t e r   b r e a k   ( s e c o n d s )   24   650   48   722   72   780   96   845   120   9 0 0   (n o   b r e a k )           F i gu r e   6 .   P a rt i a l   d i s c ha r ge   g ra p o f   22   kV   T R - E P R   c a b l e   b e fo r e   a n d   a f t e r   h e a t i n g       4. 2 .   Lo n g - te r m   agi n g   L o n g - t e rm   e xpe r i m e nt a l   a pp r o a c h   o f   t h e   t h e r m a l   e n du ra n c e   of   i n s ul a t i o n   a t   m a xi m um   o pe r a t i n g   t e m pe ra t u r e   i s   c a rr i e d - o ut   o n   22   kV   c a b l e .   S a m p l e s   of   T R - E P R   i n s ul a t i o n   a r e   s ub j e c t e t o   21912  h o ur s   o r   30   m o n t h s   o f   c o n t i n uo us   e xpo s ur e   i n s i de   t h e   t h e r m a l   o v e n   a t   90 º C.   T h e   t e n s i l e   s t r e n g t h   a nd  e l o n g a t i o n   a f t e r   b r e a of   m a t e r i a l   a r e   m e a s u r e e v e r y   m o n t h s   i nt e r v a l   a s   pre s e n t e i n   T a b l e s   a n 5.   T h e r e   i s   a   r e duc t i o n   t o   t h e   ph y s i c a l   pr o pe r t y   of   m a t e r i a l   a f t e r   2208  h o ur s   o e xp o s u r e   a t   90 º a nd  b e c o m e   s t a b l e   o n   t h e   n e xt   21912   h o u r s   a s   pr e s e nt e i n   F i g u r e s   a n 8.   T h e   c h a n ge s   t o   t h e   phy s i c a l   pr o pe r t y   of   i n s ul a t i o n   f r o m   t h e   i n i t i a l   s t a ge   up  t o   t h e   3 rd   m o nt h   o f   e xp o s ur e   t o   t h e   o ve n   a r e   due   t o   t h e   i n i t i a l   e f fe c t   of   t h e r m o - s t r e s s   t o   t h e   m a t e r i a l .   It   a l s o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                  IS S N :   2252 - 8792   Int   J   A ppl   P o w e r   E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 M a r c 2021 :    41     47   46   s h o w s   t h a t   t h e r e   i s   n e gl i g i b l e   de gr a da t i o n   t o   t h e   p h y s i c a l   p ro pe r t y   of   i n s ul a t i o n   f r o m   e xpo s ur e   t o   h e a t   up  t t h e   30 th   m o n t h   o f   e n du r a n c e   t e s t .   D e s pi t e   t h e   de l a y e s t a b i l i z a t i o n ,   t h e   ph y s i c a l   pr o pe rt i e s   o f   t h e   T R - E P R   a r e   s t i l l   a b ov e   t h e   s t a n da rd  v a l ue s   p r i o r   a n d   e v e n   a f t e t h e   a ge i n g .       T a b l e   4 .   M e a s u r e t e n s i l e   s t r e n g t o f   22kV   T R - E P R   c a b l e   f ro m   l o n g   t e rm   e n du ra n c e   t e s t   T i m e   D a t e   T e n s i l e   s t r e n g t h   ( M P a )   M e d i a n   S a m p l e   1   2   3   4   5   In i t i a l   5   O c t o b e r   2 0 1 6   1 3 . 1   1 3 . 2   1 3 . 1   1 3 . 3   1 3 . 0   1 3 . 1   2208   5   J a n u a ry   2 0 1 7   1 1 . 4   1 1 . 4   1 1 . 2   1 2 . 0   1 1 . 7   1 1 . 4   4368   5   A p ri l   2 0 1 7   1 1 . 5   1 1 . 4   1 1 . 5   1 1 . 3   1 1 . 4   1 1 . 4   6552   5   J u l y   2 0 1 7   1 1 . 2   1 1 . 4   1 1 . 3   1 1 . 8   1 1 . 8   1 1 . 3   8760   5   O c t o b e r   2 0 1 7   1 1 . 1   1 1 . 4   1 1 . 4   1 1 . 2   1 1 . 4   1 1 . 4   1 0 9 6 8   5   J a n u a ry   2 0 1 8   1 1 . 3   1 1 . 4   1 1 . 1   1 1 . 5   1 1 . 6   1 1 . 4   1 3 1 2 8   5   A p ri l   2 0 1 8   1 1 . 2   1 1 . 4   1 1 . 5   1 1 . 6   1 1 . 8   1 1 . 6   1 5 3 1 2   5   J u l y   2 0 1 8   1 1 . 5   1 1 . 4   1 1 . 2   1 1 . 6   1 1 . 5   1 1 . 5   1 7 5 2 0   5   O c t o b e r   2 0 1 8   1 1 . 4   1 1 . 4   1 1 . 3   1 1 . 3   1 1 . 5   1 1 . 4   1 9 7 2 8   5   J a n u a ry   2 0 1 9   1 1 . 2   1 1 . 4   1 1 . 3   1 1 . 4   1 1 . 3   1 1 . 3   2 1 9 1 2   5   A p ri l   2 0 1 9   1 1 . 5   1 1 . 4   1 1 . 1   1 1 . 4   1 1 . 2   1 1 . 2       T a b l e   5 .   M e a s u r e e l o n ga t i o n   a f t e r   b r e a o f   22kV   T R - E P R   c a b l e   f r o m   l o n t e rm   e n d u r a n c e   t e s t   T i m e   D a t e   E l o n g a t i o n   (1 0 % )   M e d i a n   S a m p l e   1   2   3   4   5   In i t i a l   5   O c t o b e r   2 0 1 6   425   420   450   450   430   430   2208   5   J a n u a ry   2 0 1 7   397   386   388   381   372   386   4368   5   A p ri l   2 0 1 7   391   385   395   386   374   385   6552   5   J u l y   2 0 1 7   378   384   379   390   387   384   8760   5   O c t o b e r   2 0 1 7   379   390   384   392   385   385   1 0 9 6 8   5   J a n u a ry   2 0 1 8   386   380   390   386   379   386   1 3 1 2 8   5   A p ri l   2 0 1 8   384   388   381   384   388   384   1 5 3 1 2   5   J u l y   2 0 1 8   381   387   381   384   378   381   1 7 5 2 0   5   O c t o b e r   2 0 1 8   381   382   381   384   373   381   1 9 7 2 8   5   J a n u a ry   2 0 1 9   384   380   376   377   373   377   2 1 9 1 2   5   A p ri l   2 0 1 9   371   384   389   378   378   378       R e s ul t s   s h o w   t h a t   T R - E P R   i s   i c o n f o r m i t y   w i t h   t h e   s t a nda rds   o f   H o t   s e t   t e s t   e xc e pt   fo r   t h e   de l a y e d   de ve l o pm e n t   o c r o s s - l i n ki ng:   a b o ut   da y s   a t   60 º a n 24  da y s   a t   a m b i e n t   t e m pe ra t u r e .   It   s h o ul b e   n o t e d   t h a t   H o t   s e t   t e s t   i s   us ua l l y   pe r fo r m e t o   v e r i fy   c o m pl e t i o of   c r o s s - l i n k i n [14 a n d   t ha t   c r o s s - l i n ki ng  i s   a s s o c i a t e w i t h   r e duc t i o n   o f   t r e e i n p h e n o m e n o n   w hi c h   i s   a   l o n g - t e r m   de v e l o pm e n t .   H e n c e   i t   b e c o m e s   a   r e a s o na b l e   pr o po s a l   f o r   t h e   a c c e pt a n c e   of   i n s t a l l i n T R - E P R   c a b l e s   w i t h o ut   p ri o r   p a s s i n t o   t h e   H o t   s e t   t e s t   a s   t h e   a r gu m e nt   f o r   t h e   pu rpo s e   of   d o i n g   s o   i s   a c hi e v e i a   l a t e r   t i m e   du ri n t h e   o pe r a t i o o f   t h e   c a b l e .   A ddi t i o n a l l y ,   t h e   m a n uf a c t u r e r   a c t ua l l y   pe r f o r m s   a c c e l e r a t e c r o s s - l i n k i n t hr o ug h   e xpo s ur e   o f   s a m pl e   i n s ul a t i o n   a t   90 º f o r   24  h o u r s   p r i o r   t o   b e i n r e l e a s e i n   t h e   m a r ke t .   S i n c e   t h e   i n s ul a t i o n   ha s   b e e n   h e a t e a t   a   s i g n i f i c a n t l y   h i g h e r   t e m pe ra t u r e   (90 º C)  t h a n   w ha t   w a s   pe r f o r m e i n   t hi s   pa pe r   (60 º C) ,   t h e   c r o s s - l i n ki ng  i s   a c hi e v e a t   a   s i g n i f i c a n t l y   s h o r t e r   s p a o f   t i m e   a b o ut   24  h o u rs .       5.   C O N C LU S I O N S   TR - E P R   pr o ve t o   be   a   pr o m i s i n o pt i o n   f o r   u n de rg r o un c a b l i n d i s t r i b ut i o n   l i n e s   be i n a   s i g n i f i c a n t   de v e l o pm e n t   o f   E P R   i t e r m s   o f   m uc h   l o w e r   di e l e c t r i c   l o s s e s   c o m pa r e t o   X L P E .   T h e   c o s t   of    TR - E P R   i s   a l s r e duc e by   us i n s i l a n e   c uri n m e t h o d.   C r o s s - l i n k i n o s i l a n e - c ur e T R - E P R   i s   a c h i e v e fo r   t h e   fo l l ow i n c o n di t i o n s :   24  d a y s   a t   a m b i e n t   t e m pe r a t u r e   a n da y s   a t   60 º C.   M e c ha n i c a l   p r o pe r t i e s   of   t h e   m a t e ri a l   s h o w   s t a b i l i t y   a n c o n s i s t e n c y   t h r o ug h - o ut   t h e   a ge i n pe r i o o f   30  m o n t h s .   T h e r e   i s   a l s i m p r o v e m e n t   o t h e   pa r t i a l   di s c ha r ge   t o   a c c e pt a b l e   l ow   v a l ue s   a f t e r   h e a t i ng.   T h e   r e s ul t s   o l o n g - t e r m   t h e rm a l   a gi n g   i t h i s   pa pe o pe n   u a n   o ppo rt u n i t y   t o   m o de l   t h e   t h e rm a l   l i f e   of   T R - E P R   c a b l e .       A C K N O WL ED G E M EN TS   T h e   a ut h o r s   w o ul l i ke   t o   e xpr e s s   t h e i r   g r a t i t ude   t o   V i c t o r i a   U n i v e r s i t y   fo r   gra n t i n t h e   s c h o l a r s h i fo r   t hi s   r e s e a r c h   p r o j e c t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   A ppl   P o w e r   E n g   IS S N :   2252 - 8792       Inv e s t i ga t i on   o f   2 2   k V   s i l ane   c ur e   T R - E P R   c abl e   ( F e r nando  A gus t i n )   47   R EF ER EN C ES   [ 1]   P .   W e r e l i u s ,   " D e v e l o pm e nt   a n a ppl i c a t i o o f   hi g v o l t a g e   di e l e c t r i c   s pe c t r o s c o p y   f o r   di a g no s i s   o f   m e di um   v o l t a g e   X L P E   c a bl e s , "   P h . D .   di s s e r t a t i o n ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   R oy a l   I ns t i t ut e   o f   T e c hno l ogy ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   R oy a l   I ns t i t u t e   o f   T e c hno l o gy ,   S w e de n,   20 01 .   [ 2 ]   H .   O r t o n ,   " H i s t o r y   o f   u n d e r g r o u n d   p o w e r   c a b l e s , "   i n   I E E E   E l e c t r i c a l   I n s u l a t i o n   M a g a z i n e ,   v o l .   2 9 ,   n o .   4 ,   p p .   5 2 - 5 7 ,   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / M E I . 2 0 1 3 . 6 5 4 5 2 6 0 .   [ 3 ]   S .   G r z y bo w s ki ,   P .   S hr e s t ha   a n L .   C a o ,   " E l e c t r i c a l   a g i ng   phe n o m e na   o f   X L P E   a nd  E P R   c a bl e   i ns u l a t i o e ne r g i z e by   s w i t c hi ng   i m pu l s e s , "   20 08  I n t e r na t i o na l   C onf e r e nc e   on  H i gh  V ol t age   E ngi ne e r i n and  A pp l i c a t i on ,   C ho ng qi ng ,   2 0 0 8 ,   p p .   4 2 2 - 4 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C H V E . 2 0 0 8 . 4 7 7 3 9 6 3 .   [ 4 ]   M .   B r o w n ,   " E P R - b a s e d   U R D   i n s u l a t i o n :   a   q u e s t i o n   o f   c o n f i d e n c e , "   i n   I E E E   E l e c t r i c a l   I n s u l a t i o n   M a g a z i n e ,   v o l .   4 ,   n o .   5 ,   p p .   1 7 - 2 0 ,   S e p t . - O c t .   1 9 8 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / 5 7 . 7 9 9 7 .   [ 5]   G .   C .   M o nt a na r i ,   G .   M a z z a nt i ,   a n L .   S i m o ni ,   " T e s t   pr o c e dur e s   a nd  l i f e t i m e   da t a   a na l y s i s   f o r   e l e c t r o - t he r m a l   e ndu r a nc e   c ha r a c t e r i s a t i o o f   E P R - i ns ul a t e c a bl e s , "   I E E   P r oc e e di ng s   -   Sc i e nc e ,   M e as u r e m e nt   and  T e c hno l og y v o l .   145 ,   pp.   1 3 - 19,   19 98 .   [ 6]   R .   J .   A r ha r t ,   " T he   c he m i s t r y   o f   e t hy l e ne   pr o py l e ne   i ns u l a t i o n.   I , "   I E E E   E l e c t r i c al   I ns u l a t i on  M aga z i ne ,   v o l .   9 ,     pp.   31 - 34 ,   199 3.   [ 7]   Y .   L i ,   M .   T i a n ,   Z .   L e i ,   J .   S o ng ,   J .   Z e ng ,   L .   L i n,   e t   al . ,   " B r e a k do w pe r f o r m a nc e   a nd  e l e c t r i c a l   a g i ng   l i f e   m o de l   o f   E P R   us e i c o a l   m i ni n g   c a bl e s , "   i 2016  I E E E   I nt e r n at i on al   C onf e r e nc e   on  H i gh  V ol t age   E ng i ne e r i ng  and   A ppl i c a t i on   ( I C H V E ) ,   201 6,   pp .   1 - 4.   [ 8]   W .   T hu e ,   " E l e c t r i c a l   P o w e r   C a b l e   E ng i n e e r i ng ,   T h i r d   e d. ,"   B o c a   R a t o n:   C R C   P r e s s ,   20 12 .   [ 9]   I nt e r na t i o na l   E l e c t r o t e c hi c a l   C o m m i s s i o n,   " I E C   60287 - E l e c t r i c   C a bl e s - C a l c u l a t i o o f   t he   c ur r e n t   r a t i ng   P a r t   1 - 1:   C ur r e nt   r a t i ng   e qua t i o ns   ( 1 00 %   l o a f a c t o r )   a n c a l c ul a t i o o f   l o s s e s - G e ne r a l , "   e d.   G e ne v a ,   S w i t z e r l a nd:   I nt e r na t o na l   E l e c t r o t e c hn i c a l   C o m m i s s i o n ,   2 006 .   [ 10]   C .   M a h a bi r   a nd   S .   H a r i do s s ,   " M o i s t ur e   c r o s s - l i nka bl e   i ns ul a t i o c o m p o unds   w i t h   f l a m e   r e t a r da nt   pr o pe r t i e s , "   P r oc e e di ngs   of   E l e c t r i c a l / E l e c t r on i c s   I n s u l at i on  C on f e r e nc e ,   C hi c a g o ,   I L ,   U S A ,   pp.   69 1 - 696,   199 3,   do i :   10. 1 109 / E E I C . 1993 . 631 311 .   [ 11]   I nt e r na t i o na l   E l e c t r o t e c hni c a l   C o m m i s i o n,   " I E C   60811 - 507: 2012  E l e c t r i c   a nd  o pt i c a l   f i br e   c a b l e s - T e s t   m e t ho ds   f o r   no n - m e t a l l i c   m a t e r i a l s -   P a r t   5 07:   M e c ha ni c a l   t e s t s   -   H o t   s e t   t e s t   f o r   c r o s s - l i nke m a t e r i a l s , "   e d.   G e ne v a ,   S w i t z e r l a nd:   I nt e r na t i o na l   E l e c t r o t e c hni c a l   C o m m i s s i o n,   20 12 .   [ 12]   I nt e r na t i o na l   E l e c t r o t e c hn i c a l   C o m m i s s i o n,   " I E C   60502: 2018  P o w e r   c a b l e s   w i t e x t r u de i n s u l a t i o a n t he i r   a c c e s s o r i e s   f o r   r a t e v o l t a g e s   f r o m   1kV   ( U m   -   1. 2kV )   up  t o   30k V   ( U m   =   36kV )   -   A L L   P A R T S , "   e d.   G e ne v a ,   S w i t z e r l a nd:   I nt e r na t i o na l   E l e c t r o t e c hni c a l   C o m m s i s s i o n,   2018 .   [ 13]   T .   W i l di ,   E l e c t r i c a l   M a c hi ne s ,   D r i v e s ,   a nd  P o w e r   S y s t e m ,   S i xt E di t i o n.   U p pe r   S a dd l e   R i v e r ,   N e w   J e r s e y   07458:   P e a r s o E d uc a t i o n ,   I nc . ,   p p120 - 13 1 ,   20 06 .   [ 14]   E l a n C a bl e s ,   C a b l e   ho t   s e t   t e s t i ng   f o r   c r o s s - l i nk e m a t e r i a l s ,   ( n . d. ) .   [ O nl i n e ] .   A v a i l a bl e   at ht t ps : / / w w w . e l a ndc a b l e s . c o m / t he - c a bl e - l a b / i nde pe nd e n t - c a bl e - t e s t i ng - a nd - i ns pe c t i o n - s e r v i c e s / c a bl e - ho t - s e t - t e s t i ng   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.