Analiza și testarea distribuției câmpului electric la ...wing.ro/cmim/uploads/raport IZOCOMTEST...
Transcript of Analiza și testarea distribuției câmpului electric la ...wing.ro/cmim/uploads/raport IZOCOMTEST...
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 1
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la
izolatoare din materiale compozite pentru creșterea
siguranței în funcționare
Raport știintific și tehnic – Etapa 2
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare compozite
pe baza metodei proprii a colectivului de cercetare
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 2
CUPRINS
1. Introducere Pag.
1.1. Scopul documentului 3
1.2. Rezumatul etapei 3
2. Activități de cercetare industrială 3
Activitatea 2.1. Preluarea documentației și digitizarea informațiilor
conform necesităților metodei de analiză
3
Activitatea 2.2. Adaptarea metodei de determinare a distribuției
câmpului electric la configurațiile geometrice ale
izolatoarelor compozite ce se vor analiza
9
Activitatea 2.3. Aplicarea metodei de analiză pentru izolatoare în
stare normală de funcționare și obținerea
distribuțiilor normale de linii de câmp electric
10
Activitatea 2.4. Aplicarea metodei de analiză pentru izolatoare cu
defect și obținerea distribuțiilor neliniare de câmp
electric
15
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 3
1. Introducere
1.1. Scopul documentului
Scopul acestui document este cel de a prezenta modalitățile de preluare a documentațiilor
tehnice ale izolatoarelor compozite folosite de C.C.T.E.E. TRANSELECTRICA S.A. în
rețelele de înaltă tensiune, conform cu cerințele metodei de analiză numerică a distribuției
câmpului electric la configurațiile geometrice ale izolatoarelor compozite, de a prezenta
procesul de adaptare a metodei de determinare a distribuției câmpului electric la configurațiile
geometrice ale izolatoarelor compozite analizate, precum și de a prezenta rezultatele obținute
în urma analizei analizei la izolatoarele compozite în funcționare normală și la cele ce
prezintă anumite defecte.
1.2. Rezumatul etapei
Scopul general al acestui proiect îl constituie creșterea performanței și competitivității
agentului economic prin utilizarea expertizei existente în universitate în vederea îmbunătățirii
tehnologiilor moderne achiziționate de acesta. Obiectivele proiectului se concretizează în
interconectarea expertizei din universitate cu necesitățile industriale ale beneficiarului prin:
- Realizarea unei metode de diagnosticare a stării izolatorului compozit și de estimare a
duratei sale de viață pe baza distribuției câmpului electric longitudinal din jurul
izolatorului;
- Analiza distribuției câmpului electric la izolatoare fără și cu defect, punerea în
evidență a deformărilor liniilor de câmp la diferite tipuri de defecte;
- Realizarea unei baze de date privitoare la izolatoarele fără și cu defecte.
- Experimentări pe izolatoare cu și fără defecte, la care se determină distribuția
câmpului electric, pentru validarea soluției tehnice.
Pentru atingerea obiectivelor, în cadrul etapei curente a fost realizată o bază de date ce
cuprinde informațiile tehnice referitoare la izolatoarele din materiale compozite din structura
rețelelor de înaltă tensiune ale C.N.T.E.E.TRANSELECTRICA S.A., s-a ales izolatorul
compozit pentru modelare, s-au obținut caracteristicile tehnice ale acestuia de la producător,
s-a realizat o analiză prin spectroscopie dielectrică pentru stabilirea caracteristicilor de
material, s-a definitivat metoda numerică de studiu a distribuției câmpului electric
longitudinal și s-au obținut rezultate privind distribuția câmpului electric la izolatoare
compozite cu funcționare normală și la cele ce prezintă defecte provenite din exploatare.
2. Activități de cercetare industrială
Activitatea 2.1. Preluarea documentației și digitizarea informațiilor
conform necesităților metodei de analiză
La C.N.T.E.E. TRANSELECTRICA S.A. s-a realizat pe parcursul etapei a doua a acestui
contract o analiză a situației izolatoarelor compozit instalate în Rețeaua electrică de transport
(RET), fiind solicitate de la toate Sucursalele de transport (ST) informații despre izolatoarele
compozit cu care sunt echipate aparatajul stațiilor, barele stațiilor ți liniile electrice aeriene
(LEA). Rezultatele analizei au fost cuprinse în baza de date realizată de doctoranzii ce fac
parte din echipa de lucru a proiectului.
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 4
Pentru o primă analiză prin modelare numerică a fost ales izolatorul
CI-400-II-120-TT produs de IPROEB S.A. Bistrița, cu specificații din Zona II var. A,
corespunzătoare pentru izolatoarele de pe LEA 400 kV Porțile de Fier-Slatina. Din catalogul
firmei au fost extrase următoarele elemente constructive necesare modelării geometrice:
Fig.1. Izolator compozit CI 400 kV, 120kN, conform catalog IPROEB
Fig.2. Caracteristici dimensionale CI 400 kV, 120kN, conform catalog IPROEB
Deoarece datele din catalog s-au dovedit insuficiente pentru o modelare corectă a izolatorului
compozit s-a luat legătura cu fabricantul IPROEB Bistrița, care s-a dovedit extrem de
interesat de studiul din proiectul de față și a pus la dispoziția echipei de cercetare toate
elementele necesare. În figura următoare se prezintă izolatorul compozit cu toate dimensiunile
geometrice necesare pentru modelare.
Fig.3. Caracteristici geometrice izolator compozit
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 5
S-au obținut informații privitoare la materialele folosite în realizarea acestui izolator compozit
pentru LEA 400 kV:
- Tija pe care sunt fixate armăturile de capăt este din fibra de sticlă tip ECR și are
diametrul de 16mm;
- Materialul rilelor și al izolației ce îmbracă tija din fibră de sticlă este cauciuc siliconic
lichid tip (Liquid Sillicone Rubber – LSR);
- Grosimea izolației peste tija din fibră de sticlă,este de 5 mm;
- Grosimea rilelor este de 4mm la vârf și de 6 mm la bază.
Fabricantul nu a avut informații suficiente, pentru continuarea modelării, privitoare la
caracteristicile tehnice ale materialelor ce intră în alcătuirea izolatorului și a transmis doar file
de catalog de la firma Momentive Performance Materials Inc. Prin contactarea furnizorului
s-au obținut date de material pentru cauciuc siliconic lichid (LSR) de tip Silopren SL8601-
GREY, format din două componente în amestec 1:1:
Fig.4. Proprietăți cauciuc LSR
Tija baston pe care se depune cauciucul siliconic este realizată din fibră de sticlă produsă de
firma Bastion Glassfibre Rod & Section Limited, USA. S-au obținut și aici datele tehnice
necesare modelării. Izolatorul se realizează prin injecția în matriță pe tija baston a amestecului
și vulcanizare la o temperatură cuprinsă între 90-150°C.
Deoarece s-a considerat că datele tehnice necesare modelării trebuiesc cunoscute mai
aprofundat, în special comportarea materialului izolatorului la variația temperaturii, s-a
realizat în cadrul Laboratorului de Materiale Electrotehnice din Facultatea de Inginerie
electrică din UPB, de către prof. dr.ing. Florin Ciuprina, membru al colectivului de cercetare,
analiza prin spectroscopie dielectrică a influenței temperaturii asupra proprietăților electrice
ale izolatoarelor din LSR. Probele au fost extrase din materialul pus la dispoziție de
fabricantul IPROEB Bistrița.
Cercetările au avut în vedere că fenomenele care se produc în materialele electroizolante
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 6
polimerice sub acțiunea câmpului electric și anume conducția și polarizarea electrică, sunt
influențate în mod considerabil de variațiile de temperatură. Creșterea de temperatură conduce
la intensificarea agitației termice în aceste materiale, ceea ce determină creșterea exponențială
a conductivității materialelor electroizolante, atât în cazul conducției ionice cât și în cazul
conducției electronice [1]. In privința polarizării electrice, intensificarea agitației termice
cauzată de creșterea de temperatură determină, în general, o scădere a permitivității electrice,
îndeosebi prin împiedicarea orientării dipolilor de către câmpul electric, însă și fenomenele de
interfață sunt influențate de variațiile de temperatură. În plus, influența temperaturii asupra
proprietăților dielectrice este strâns legată de frecvența câmpului electric [2]. Așadar,
cunoașterea comportamentului dielectric la diferite temperaturi și frecvențe ale câmpului
electric este foarte importantă pentru buna funcționare a oricărui sistem de izolație format din
materiale polimerice, deci o atenție deosebită trebuie acordată izolatoarelor din cauciuc
siliconic LSR.
Testele prin spectroscopie dielectrică s-au efectuat pe două eșantioane prelevate dintr-o
rilă a unui izolator, conform celor prezentate în figura următoare.
Fig.5 Eșantioane prelevate din rila izolatorului compozit
Spectroscopia dielectrică este o tehnică modernă de analiză a interacțiunii dintre un material și
câmpul electric care acționeaza asupra sa [3,4]. Pentru determinarea experimentală a părții
reale a permitivității relative ( ) și a tangentei unghiului de pierderi (tg δ), a fost utilizat un
spectrometru dielectric NOVOCONTROL echipat cu celula de măsură ZGS pentru eșantioane
solide și lichide. Pentru efectuarea măsurărilor prin spectroscopie dielectrică s-au montat
eșantioanele LSR între electrozii celulei active ZGS și s-au setat condițiile de măsurare.
Eșantionul LSR montat între cei doi electrozi formează un condensator căruia i se aplică o
tensiune la o anumită frecvență. Această tensiune determină apariția unui curent de aceeași
frecvență prin eșantionul de test. Defazajul dintre tensiunea aplicată și curentul care apare este
folosit pentru determinarea mărimilor dielectrice care fac obiectul acestui studiu ( și tg δ).
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 7
a) b)
a) Spectrometrul dielectric NOVOCONTROL: 1-calculator; 2-sistem MICTROTRONIC de
control al temperaturii; 3-unitatea centrală Alpha-A; 4-celula de măsură ZGS; 5-celula de
temperatură NOVOTHERM; b) Eșantion LSR în celula activă ZGS a spectrometrului.
Partea reală a permitivității electrice ( ) și tangenta unghiului de pierderi (tg δ) s-au
determinat în gama de frecvențe 10-1
- 106 Hz, la temperaturi între 30°C și 80°C. Pentru a se
putea observa influența temperaturii asupra comportamentului dielectric al eșantioanelor LSR,
temperatura acestora a fost crescută de la 30°C până la 80°C, cu un pas de creștere de 10°C și
o menținere timp de 10 minute în celula de măsură înainte de a se înregistra datele
experimentale. Au fost testate prin spectroscopie dielectrică cele două eșantioane sub formă
de disc cu diametrul de 40 mm, fiind prezentată media rezultatelor obținute.
Influența temperaturii asupra spectrului dielectric al eșantioanelor din LSR poate fi observată
în figura următoare unde sunt prezentate variaţiile părţii reale ale permitivităţii relative
complexe (εr') și ale factorului de pierderi (tg δ) cu frecvența câmpului electric, determinate la
temperaturi între 30°C și 80°C.
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
107
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0
3.1
3.2
3.3
r'
Frecventa [Hz]
30 oC
40 oC
50 oC
60 oC
70 oC
80 oC
(a)
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
107
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
30 oC
40 oC
50 oC
60 oC
70 oC
80 oC
tg
Frecventa [Hz]
(b)
Fig.7Variația cu frecvența a părtii reale a permitivității (a) și a tangentei unghiului de pierderi
tg δ (b), la temperaturi între 30 și 80 °C.
Analizând curbele dependente de frecvență pentru εr' și tg δ se pot observa fluctuații
microscopice ale dipolilor (difuzia rotațională – polarizare electrică), deplasări ale
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 8
purtătorilor de sarcină mobili (difuzia translațională a electronilor, golurilor sau ionilor –
conducție) sau o separare a sarcinilor electrice la interfețe aparute între constituenții
materialului (polarizarea interfacială: la nivelul straturilor interioare ale dielectricului -
polarizarea Maxwell/Wagner sau la nivelul electrodului extern aflat în contact cu proba). In
același timp, fenomenul de polarizare este dependent de frecvența câmpului electric, în
variația tangentei unghiului de pierderi fiind vizibile unele maxime corelate cu scăderi ale
părții reale a permitivității, comportament atribuit încetării unui anumit tip de polarizare
(relaxare dielectrică).
Influența fenomenului de conducție asupra spectrului dielectric se evidențiază prin
creșterea tangentei unghiului de pierderi odată cu scăderea frecvenței și printr-o independență
a părții reale a permitivității de frecvențe.
Având în vedere toate acestea, analizând curbele experimentale se pot desprinde
următoarele concluzii privitoare la materialul LSR analizat:
partea reală a permitivității relative este aproape constantă, practic nu variază
cu frecvența câmpului electric, în gama de frecvențe analizată, pentru toate
temperaturile analizate. Doar la temperaturi mari (60-80°C) apare o ușoară
creștere a valorilor la frecvențe mici, ceea ce indică o polarizare la electrod
datorată acumulării unor sarcini electrice la interfața electrod-eșantion;
valorile lui scad cu creșterea temperaturii, de la 2,9 la 30°C la aproximativ 2,7
la 80°C, ceea ce indică faptul că orientarea dipolilor care determină polarizarea
este îngreunată de intensificarea agitației termice. Se remarcă faptul că la
temperatura de 30°C, apropiată de cea a mediului ambiant, valorile lui sunt
foarte apropiate de cele de catalog pentru cauciucul siloconic SL8601-GREY;
variația tangentei unghiului de pierderi indică o contribuție importantă a
componentei pierderilor datorate conducției electrice la frecvențe mici, acolo unde
se observă o scădere liniară a valorilor tg δ cu frecvența. Această contribuție a
conducției devine mai importantă cu creșterea temperaturii, atât prin creșterea
frecvenței maxime până la care se manifestă (de la 1-2 Hz la 30°C la aproximativ
50 Hz la 80°C) cât și prin creșterea valorilor conductivității cu aproximativ un
ordin de mprime, de la 10-13
S/m la 30°C la 10-12
S/m la 80°C.
în spectrul dielectric al tg δ se remarcă un maxim în gama frecvențelor industriale
(zeci-sute de Hz), ceea ce corespunde unei polarizpri interfaciale de tip
Maxwell/Wagner datorate acumulării de sarcini electrice la nivelul suprafețelor de
separație dintre cele două componente de cauciuc siliconic ale dielectricului LSR.
Influența acestei polarizări interfaciale asupra valorilor permitivității ste însă
practic neglijabilă.
valorile tg δ în gama de frecvențe analizată sunt mai mari decat cele de catalog
(3 10-4
). Astfel, la frecvențe reduse, unde conducția determină nivelul pierderilor,
valorile tg δ variază între 10-3
și 10-1
, în timp ce la frevențe industriale sau mai
mari, tg δ are valori cu ordinul de mărime 10-4
, însă mai mari decât cele de
catalog (pentru cauciucul siloconic SL8601-GREY) la temperaturi apropiate de
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 9
cea a mediului ambiant. Trebuie remarcat că, deși valorile mai mari ale pierderilor
dielectrice nu influențează imediat buna funcționare a izolatoarelor, ele pot
conduce la diminuarea duratei de viață a materialelor utilizate.
BIBLIOGRAFIE
[1] F. Ciuprina, Materiale Electrotehnice – Fenomene şi Aplicaţii, Editura Printech, 2007.
[2] T. Blythe, D. Bloor, Electrical Properties of Polymers, Cambridge University Press, 2005.
[3] F. Ciuprina, Caracterizarea electrica a polimerilor electroizolanti, Editura Printech, 2015.
[4].F.Kremer, A. Schönhals, Broadband dielectric spectroscopy, Springer, 200
Activitatea 2.2. Adaptarea metodei de determinare a distribuției câmpului electric la
configurațiile geometrice ale izolatoarelor compozite ce se vor analiza
Modelarea izolatoarelor compozite presupune rezolvarea unei probleme de analiză a câmpului
electric, numită și problema directă. Datele acestei probleme sunt împărțite în trei mari
categorii:
date geometrice, care conțin toate informațiile referitoare la formele și dimensiunile
părților componente;
caracteristicile de material, care conțin proprietățile de material și comportarea
materialelor din care sunt realizate părțile componente ale dispozitivului, cum ar fi
permitivitatea relativă εr;
sursele de câmp, care conțin datele referitoare la cauzele câmpului electric din
dispozitivul modelat, cum ar fi densitatea de volum a sarcinii electrice ρv.
Necunoscutele problemei directe sunt mărimile caracteristice câmpului electric, ce
caracterizează starea dispozitivului și anume intensitatea câmpului electric (E) și inducția
electrică (D).
Rezolvarea unei pobleme cu ajutorul calculatorului se face prin descrierea acesteia în limbajul
de calcul pe care sistemul de calcul îl înțelege. Trecerea de la dispozitivul electromagnetic la
descrierea sa pentru calculator presupune parcurgerea a trei etape preliminare:
Modelarea fizică: în această etapă sunt identificate fenomene fizice ce influențează
funcționarea dispozitivului, neglijându-se cele neimportante. Se stabilește regimul
de lucru al dispozitivului și se fac aproximările de natura geometrică, temporală,
de material sau ale surselor de câmp;
Modelarea matematică: în această etapă sunt scrise ecuațiile ce descriu fenomenele
identificate în prima etapă și sunt identificate structurile matematice prin care se
reprezintă mărimile fizice;
Modelarea numerică: în această ultimă etapă problema este discretizată, pentru a
putea fi rezolvată într-un timp rezonabil și cu un necesar de memorie suficient de
redus. Această etapă presupune aproximarea spațiilor continue de funcții care
descriu variațiile spațio-temporale ale mărimilor fizice prin spații discrete, precum
și discretizarea operatorilor care intervin în ecuațiile câmpului.
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 10
În consecință, este necesar un model matematic care să descrie dispozitivul respectiv,
introducând anumite ipoteze simplificatoare. Se va ajunge la o expresie matematică finală
compusă din ecuații diferențiale și condițiile date.
Analiza câmpului electric la izolatoare compozite se realizează în regim electrostatic, conform
următoarelor ipoteze:
medii liniare, izotrope, omogene;
corpuri imobile, v=0;
mărimi constante în timp;
nu există mărimi permanente, Mp=0, Pp=0;
nu există mărimi imprimate, Ei=0, Ji=0;
nu există transfer de putere, p=0 (J=0).
Regimul electrostatic în medii imobile, liniare, omogene este caracterizat de următorul sistem
de ecuații diferențiale de ordinul I, care reprezintă formele locale ale câmpului
electromagnetic (ecuațiile lui Maxwell):
div D=ρv (1)
rot E=0 (2)
D=εE (3)
Din ecuațiile (1) si (3) rezultă:
div εE = ρv (4)
Din ecuația (2) rezultă potențialul electrostatic V (E=-grad V), care se înlocuiește în ecuația
(4):
div ε grad V = -ρv (5)
Astfel, se obține ecuația diferențială de ordinul 2 a câmpului electromagnetic - ecuația
Poisson scalară:
ΔV= - ρv/ε (6)
Pentru ρv=0, avem ecuația Laplace: ΔV=0.
Pentru modelarea câmpului la izolatoarele compozit de înaltă tensiune am folosit metoda
elementelor finite. Pachetul software de analiză a câmpului electromagnetic bazat pe metoda
elementelor finite este format din trei module principale:
Preprocesarea: datele de intrare precum geometria domeniului problemei (inclusiv
frontiera sa), proprietățile de material, sursele de câmp și condițiile de frontieră,
regimul de lucru. În urma discretizării domeniului și a ecuațiilor diferențiale, se
generează sistemul de ecuații având ca necunoscute potențialele în nodurile rețelei
de discretizare;
Procesarea: se rezolvă pe cale numerică sistemul de ecuații generat în modulul
anterior;
Postprocesarea: se determină mărimile de câmp locale și globale, se vizualizează
liniile echipotențiale, distribuția câmpului, se trasează grafice sugestive.
Datorită configurației geometrice la izolatoarele compozite, modelarea numerică a câmpului
electric folosind metoda elementelor finite s-a realizat pentru domenii bidimensionale
axisimetrice (rOz).
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 11
Activitatea 2.3. Aplicarea metodei de analiză pentru izolatoare în stare normală de
funcționare și obținerea distribuțiilor normale de linii de câmp electric
Pornind de la datele din catalog şi corectate cu valorile obţinute în urma analizelor făcute
asupra eşantioanelor extrase din exemplarul furnizat de către fabricantul IPROEB Bistrița, s-a
modelat comportarea acestui izolator cu ajutorul pachetului software FEMM.
În figurile următoare sunt prezentate reţeaua de discretizare (~166.000 de noduri) pentru
calculul câmpului electric precum şi repartiţia acestuia şi a tensiunii de-a lungul izolatorului.
a) Realizare rețea de discretizare rilă izolator
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 12
b) Detaliu
Fig.8.Reţeaua de discretizare FEMM (330 000 elemente)
Fig.9.Distribuţia câmpului electric şi echipotenţialele
Distribuţia potenţialului şi a câmpului electric de-a lungul izolatorului, la baza rilelor mici, se
pot observa în figura următoare:
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 13
(a)
(b)
Fig.10.Potenţialul electric (a) şi câmpul electric (b) în lungul izolatorului
Rezultatul prezentat în figura (b) indică faptul că în prima porţiune a izolatorului (primii 70-
80 mm de lângă zona de înaltă tensiune), căderea de tensiune este semnificativă
(500000V/100mm), formându-se o zonă prielnică descărcărilor electrice.
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 14
(a)
(b)
Fig.11.Potenţialul electric (a) şi câmpul electric (b) în prima porţiune a izolatorului
Se observă influența prezenței rilelor izolatorului asupra intensității locale a câmpului electric.
În figura următoare se prezintă o imagine sugestivă a zonei la care intensitatea câmpului este
ridicată.
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 15
Fig.12. Intensitatea câmpului electric de-a lungul izolatorului
In concluzie, metoda de calcul și modelul adoptat pot aduce elemente tehnice importante, atât
pentru constructor cât și pentru utilizatorul din rețelele de înaltă tensiune.
Activitatea 2.4. Aplicarea metodei de analiză pentru izolatoare cu defect și obținerea
distribuțiilor neliniare de câmp electric
Pentru a vizualiza influenţa anumitor factori ce pot conduce la defecte asupra distribuţiei
câmpului electric de-a lungul izolatorului, au fost efectuate simulări ţinând cont de:
- defecte de material (prin modificarea parametrilor electrici ai izolatorului datorită
trecerii timpului („îmbătrânirii izolatorului”) r={2.6; 3.5; 7; 12; 20}
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 16
Fig.13.Variaţia potenţialului electric V de-a lungul izolatorului [mm]
Fig.14. Variația câmpul electric în lungul izolatorului [V/m]
Se observă o variație semnificativă a intensității cîmpului electric în zona cea mai
nefavorabilă la variația permitivității relative a materialului din care este realizat izolatorul
compozit.
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 17
- defecte geometrice (modificări ale geometriei izolatorului)
Fig.15. Intensitatea câmpului electric în lungul izolatorului cu defect geometric
S-a simulat un posibil defect ce constă în distrugerea unei părți dintr-o rilă a izolatorului, în
zona înaltei tensiuni.
Fig.16.Variaţia potenţialului electric [V] de-a lungul izolatorului [mm]
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 18
Fig.17. Variația câmpului electric de-a lungul izolatorului [V/m]
- modificări asupra potențialului și a cțmpului electric datorate condițiilor de mediu (prin
depunerea de material (gheaţă) pe izolator).
Fig.18. Intensitatea câmpului electric la depunere de ghiață
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 19
Fig.19.Variaţia potenţialului electric V de-a lungul izolatorului [mm]
Fig.20. Variația câmpului electric în lungl izolatorului [V/m]
Depunerea de gheață pe izolator face să crească în zona defavorabilă și mai mult intensitatea
câmpului electric, cu repercusiuni evidente privind defectele ce se pot ivi.
Analizând rezultatele grafice ale simulărilor reiese clar impactul defectelor/condițiilor de
mediu asupra distribuţiei câmpului electric de-a lungul izolatorului şi implicit situaţiile critice
în funcţionarea acestuia.
Raport stiintific si tehnic – Etapa II IZOCOMTEST
Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare
IZOCOMTEST Versiunea 1.0 20
Pornind de la variaţia proprietăţilor materialului compozit în timp şi până la condiţiile
atmosferice în care se presupune că funcţionează izolatorul, se impune o verificare periodică a
acestuia pentru o mai bună siguranţă în funcţionare.
În concluzie, rezultatele obținute în această etapă indică faptul că se dispune de o metodă de
modelare pentru funcționarea izolatoarelor compozite din rețelele de înaltă tensiune și că se
pot realiza analize ale defectelor întâlnite în rețelele C.N.T.E.E.TRANSELECTRICA S.A., în
conformitate cu planul de lucru pentru anul 2018.
ANEXA
Baza de date izolatoare compozit utilizate pe LEA Transelectrica
Extras
LEA 400 kV Bucati
Înlocuit (conturnări,
ruperi)
LEA 220 kV Bucati
Înlocuit (conturnări,
ruperi)
IPROEB 7349 15 5225 61
LAPP 114 8 6 0
Furukawa 941 0 554 0
EXIMPROD 6478 36 5436 9
Inabensa Pirelli 0 0 792 0
Cehia 321 0
0
Producător neidentificat 908 0 609 0
Total SEN 16111 59 12622 70
Nivel
tensiune Tip izolator compozit Bucati Producător
Izolatoare
defecte
înlocuite
400 kV CI-400-II-120-TT 2685 IPROEB 12
400 kV CI-400-II-120-TT-1550 267 IPROEB 1
400 kV CI-400-II-160-TT 981 IPROEB 2
400 kV CI-400-II-160-TT-1550 424 IPROEB 0
400 kV EPS 400-120 147 EXIMPROD 24
400 kV EPS-400-120-3517-25,50-
NN16 594 EXIMPROD 12
220 kV CI-220IV 120,SMS120kN 273 IPROEB 45
220 kV CI 220 II 120 BS 1350 IPROEB 13