توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی در طول مقره‌های پلیمری خطوط انتقال HVDC با هندسه متفاوت و در حضور بارهای الکتریکی سطحی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه تهران

چکیده

یکی از عوامل مهم و مؤثر بر توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی و همچنین وقوع تخلیه الکتریکی در مقره‌ها، انباشته‌شدن بارهای سطحی برروی آن‌ها می‌باشد. بارهای الکتریکی به علل مختلف همچون وقوع پدیده کرونا، یونیزاسیون و غیره ایجاد و برروی مقره‌ها جمع می‌شوند. لذا باید درک کاملی از بارهای سطحی و رفتار دینامیکی آن وجود داشته باشد. در این مقاله، اثر حضور بارهای سطحی بر توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی در طول مقره‌های پلیمری تحت ولتاژ DC موردبررسی و تحلیل قرار می‌گیرد. بدین منظور مقره‌های پلیمری با فاصله خزشی متفاوت انتخاب و سپس این مقره‌ها شبیه‌سازی و تحلیل می‌گردند. کلیه شبیه‌سازی‌ها به روش اجزاء محدود و با استفاده از نرم‌افزارCOMSOL Multiphysics® انجام و نتایج مورد تحلیل قرار گرفته‌است. نتایج شبیه‌سازی نشان داده‌است که حضور بارهای سطحی به شدت بر توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی در طول مقره‌های پلیمری مؤثر و می‌تواند بستر لازم را برای وقوع تخلیه الکتریکی در آن فراهم آورد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Potential and Electric Field Distribution Along Polymeric Insulators in HVDC Transmissions Line with Different Geometry in Presence of Surface Charges

نویسندگان [English]

  • J. Mahmoodi 1
  • M. Mirzaie 1
  • A. A. Shayegani Akmal 2
1 Faculty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the main factors that lead to the reduction of the potential, electric field distribution and the insulating level is surface charge accumulation on insulators .In this paper, the effect of surface charges on potential and electric field distribution along an outdoor polymeric insulator under DC voltage is studied by computer simulations. Research has shown that the accumulation of electrical charges on the surface of insulators can affect the performance of the flashover. So to avoid the occurrence of unexpected flashover must have a thorough understanding of surface charge to be examined its impact on insulation performance under various stresses. In this current paper, electric field and potential distribution along standard polymeric insulator with different geometry were investigated in the presence of surface charges. Calculations of the potential and electric field are performed based on Finite Element Method (FEM). Numerical simulations were carried out in COMSOL Multiphysics® to study the effect of the positive and negative surface charges on potential distribution under DC positive and negative applied voltage. Simulation results show the importance of surface charges effect in potential and electric field variations and the performance of the flashover. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polymeric insulator
  • surface charge
  • DC voltage
  • electric field distribution
  • potential distribution
  • finite element method

مراجع

[1] A. S. K. N. A. Abbasi, "Contribution of Design Parameters of SiR Insulators to Their DC Pollution Flashover Performance," IEEE Transactions on power delivery, vol. 29, no. 4, pp. 1814 - 1821, 2014.
[2] امیدی, احمد و عباس رئیسی، ”خطوط انتقال HVDC مزایا - کاربرد و مشکلات“، هشتمین کنفرانس دانشجویی مهندسی برق، کرمان، دانشگاه شهید باهنر کرمان، سال ۱۳۸۴.
[3] M. C. M.T. Gençog˘lu, "Investigation of pollution flashover on high voltage insulators," Expert Systems with Applications, p. 7338–7345, 2009.
[4] J. X. C. Y. S. C. H. J. Z. Zhijin, "Influence of low atmospheric pressure on ac pollution flashover performance of various types of insulators," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 17, pp. 425-433, 2010.
[5] N. Z. G. H. T. M.M. Se-Ondoua, "Study of space charge effect on dielectric dc breakdown of synthetic insulators with the pressure wave propagation method," Journal of Electrostatics, vol. 40, pp. 355-361, 1997.
[6] M. M. K.D. Srivastava, "A review of some critical aspects of insulation design of GIS/GIL systems," Transmission and Distribution Conf. Expo, pp. 787-792, 2001.
[7] M. S. L. Y. N. B. H. Ahmad, "Harmonic components of leakage current as a diagnostic tool to study the aging of insulators," Journal of Electrostatics, vol. 66, pp. 156-164, 2008.
[8] S. A. I. R. H. Y. V. S. a. S. M. G. Sarath Kumara, " DC Flashover Characteristics of a Polymeric Insulator in Presence of Surface Charges," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 19 No.3, 2012.
[9] J. Blennow and T. Sörqvist, "Effect of surface flashover voltage of polymer materials," 9th Nordic Insul. Symp. (NORD-IS), pp. 262-265, 2005.
[10] G. Asplund, “HVDC towards more power and higher voltage- a challenge for the insulation”, closing lecture, Proc. 21st Nordic Insul. Symp. (NORD-IS 09), Gothenburg, Sweden, 2009.
[11] P. J. Y. Q. a. Y. F. Z. Liu, "Pre-charging effects on low probability DC flashover along insulating spacer surface," Proc. 6th Int. Conf. Properties and Appl. Dielectr. Material, pp. 603-606, 2000
[12] S. O. a. C. B. M. S. A. A. Hammam, "Effect of 50% flashover voltage due to accumulated charge on the surface of polymeric insulators," IEEE 3rd Int’l. Conf. Prop Appl. Diel. Materials, pp. 981-984, 1991.
[13] S. Tenbohlen and G. Schröder, "The influence of surface charge on lightning impulse breakdown of spacers in SF6," EEE Trans. Dielectr. Electr. Insul, pp. 241-246, 2000.
[14] F. Wang, Y. Qiu, W. Pfeiffer and E. Kuffel, "Insulator surface charge accumulation under impulse voltage," IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul, vol. 11, pp. 847-854, 2004.
[15] M. Darveniza, T. K. Saha, M. A. Leijon and S. Wright, "Effects of deposited charge on impulse test techniques for polymeric insulators," CIGRE 200-11, 2001.
[16] رضا رستمی نیا، محسن صنیعی، اصغر اکبری، ”تأثیر پالس‌های ادوات الکترونیک قدرت بر وقوع تخلیه جرئی در عایق ماشین-های الکتریکی با استفاده از مدلسازی به روش اجزا محدود“ مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز،1. 21-28 ، سال 1394.
[17] S. G. J. Ehnberg and H. J. M. Blennow, "Effects of surface charge accumulation on impulse flashover voltage on silicone rubber surface," 13th Int’l. Sympos. High Volt. Eng. (ISH), p. 242, 2003.
[18] S. C. C. Muniraj, "Investigation of the arc activity on high-voltage polymeric insulators," International, vol. 2, no. 20, pp. 01-08, 2011.
[19] B. M. Y. V. S. a. S. M. G. Sarath Kumara, " Surface Charge Decay on HTV Silicone Rubber: Effect of Material Treatment by Corona Discharges," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 19, no. 6, pp. 2189-2195, 2012.
[20] Y. V. S. a. S. M. G. Sarath Kumara, "Simulation of surface charge effect on impulse flashover characteristics of outdoor polymeric insulators," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vols. 1754-1763, p. 17, 2010.
[21] B. L. a. J. Kindersberger, "Surface Charge Accumulation on Cylindrical Polymeric Model Insulators in Air: Simulation and Measurement," IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 18, 2011.
[22] H. Sjöstedt, S. M. Gubanski, and Y. V. Serdyuk, “Charging characteristics of EPDM and silicone rubbers deduced from surface potential measurements”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 16, No. 3, pp. 696-703, 2009.
[23] محسن عسگری، احمد غلامی، «تحلیل توزیع میدان الکتریکی در مقره های پلیمری تحت شرایط یخ زدگی با استفاده از روش المان محدود»مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، 4. 47-54، سال 1393.
[24] Xie Jun, I. D. Chalmers, “The influence of surface charge upon flash-over of particle-contaminated insulators in SF6 under impulse-voltage conditions”, J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 30, pp. 1055-1063, 1997.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار