Raport stiintific si tehnic Etapa II Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguran

Documente similare
RAPORT FINAL Perioada de implementare: CU TITLUL: Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite p

ST Izolator suport de 35 kV pentru stații de transformare

Slide 1

Microsoft Word - L25Ro_Studiul efectului Hall_f_RF

Microsoft Word - Tsakiris Cristian - MECANICA FLUIDELOR

A.E.F. - suport laborator nr.1 sem.ii Noțiuni generale pentru analiza cu elemente finite utilizând Siemens NX Nastran (1) În acest laborator sunt atin

SPECIFICAŢIE TEHNICĂ pentru Izolatoare și lanțuri de izolatoare compozite de 110 kv Indicativ ST 35 Pagina: 1 / 20 FOAIE DE VALIDARE Specificaţie tehn

Microsoft Word - lucrarea 6

Microsoft Word - Sticlostratitex

2 / 10

Brosura laborator limba romana.cdr

Raport stiintific si tehnic Etapa 3 Semafor inteligent cu tehnologie LED pentru creșterea siguranței transportului feroviar SEMALED Semafor inteligent

Slide 1

Rezumatul fazei 2 PN Evaluarea fenomenelor de uzare abraziva a straturilor dure depuse prin sudare cu aliaje pe baza de Ni-Fe-Cr Lucrarea el

Microsoft Word - LUCRARE DE LABORATOR 5

Laborator de Fotometrie si Compatibilitate Electromagnetica Competente si tarife Laborator acreditat conform SR EN ISO/CEI ELECTROMAGNETICA

Direct Current (DC) Electric Circuits

Olimpiada Națională de Astronomie şi Astrofizică Aprilie 2019 Analiza Datelor - Seniori Problema 1 - Quasar 3C273 Spectrul optic al quasarului 3C273 c

1

rrs_12_2012.indd

Microsoft Word - 2 Filtre neliniare.doc

Probleme rezolvate de fizică traducere de Nicolae Coman după lucrarea

Microsoft PowerPoint - ST_5

MECANICA FLUIDELOR

Curriculum vitae INFORMAŢII PERSONALE Ciuprina Florin Universitatea POLITEHNICA din Bucuresti, Facultatea de Inginerie Electrica Laboratorul de Materi

PROGRAMA CONCURSULUI NAŢIONAL

INDICATORI AI REPARTIŢIEI DE FRECVENŢĂ

Slide 1

Microsoft Word - ST96m Rezistor.doc

VI. Achiziția datelor în LabVIEW

A.E.F. - suport laborator nr.10 sem.ii Analiza stării de contact între elemente 3D În acest laborator sunt atinse următoarele aspecte: analiza contact

A TANTÁRGY ADATLAPJA

Microsoft Word - DCE - lucrarea 5.doc

A.E.F. - suport laborator nr.3 sem.ii Aplicațe privind utilizarea rețelelor 1D În acest laborator sunt atinse următoarele aspecte: realizarea schițelo

Dorel LUCHIAN Gabriel POPA Adrian ZANOSCHI Gheorghe IUREA algebră geometrie clasa a VIII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA

Microsoft Word - 1_ILUMINATUL ELECTRIC_Marimi & unitati fotometrice_corectat_ulterior.doc

Slide 1

Document2

ST Descărcătoare cu oxizi metalici de joasă tensiune

ST Izolatoare şi lanţuri de izolatoare de tracţiune pentru LEA 20 kV-lucrări investiţii

06. Modelarea continua si discreta a sistemelor - MAGS 1

Sika Igolflex® N

A.E.F. - suport laborator nr.7 sem.ii Utilizarea rețelelor de tip 1D & 2D În acest laborator sunt atinse următoarele aspecte: conectarea unui element

FIŞA DISCIPLINEI 1. Date despre program 1.1 Instituţia de învăţământ superior Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca 1.2 Facultatea Mecanică 1.3 Depart

MULTIMETRU DIGITAL AX-585 INSTRUCŢIUNI DE UTILIZARE

PRINCIPALELE REZULTATE OBTINUTE

Raport stiintific

Discipline aferente competenţelor Facultate: Facultatea de Electronică şi Telecomunicaţii Universitate: UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIȘOARA Domeni

REGULAMENT

Microsoft Word - Coperta-Cuprins-Prefata.doc

Microsoft Word - L_printare

HIDROFOR ATDP 370A ATDP 505A MANUAL DE UTILIZARE Ver. 1/ Rev. 0; ; Traducere a instrucţiunilor originale 1

Şcoala ………

A.E.F. - suport laborator nr.5 sem.ii Analiza suprafețelor prin utilizarea elementelor 2D În acest laborator sunt atinse următoarele aspecte: realizar

Fișă tehnică testo 521 Instrument pentru măsurarea presiunii diferențiale testo 521 ideal pentru măsurări cu tub Pitot Senzor integrat pentru presiune

Decorați-vă casa cu lumină

Microsoft Word - C05_Traductoare de deplasare de tip transformator

DETERMINAREA CONSTANTEI RYDBERG

Microsoft Word - ETN-ST Cutii derivatie retea si bransamente

Microsoft Word - L16_NicolescuCatalin

A.E.F. - suport laborator nr.8 sem.ii Analiza structurală la flambaj În acest laborator sunt atinse următoarele aspecte: modalitatea de analiză la fla

Soclu cu temporizator încorporat pentru seria 34 Elevatoare și macarale Mașini de împachetare Semaforizare SЕRIA 93 Mașini de îmbuteliere Depozite gli

Laborator 2-3 Utilizarea programului de simulare electromagnetică EmPro Continuare În lucrarea de laborator se va investiga o linie de transmisie micr

IM - Imagistica Medicala

UNIVERSITATEA ECOLOGICA DIN BUCURESTI FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALA Tematica probei I a examenului de diploma pentru sesiunea iulie 2016: Evalua

Microsoft Word - PN204 - Raport faza 1 _site.doc

Laborator 2

Microsoft Word - onf laborator subiect.doc

Microsoft Word - lucr 1-5.doc

Microsoft Word - Ghid Met prelev.doc

CURS II Modelarea scurgerii în bazine hidrografice Modelarea scurgerii lichide pe versanţii bazinului hidrografic Modalităţi de cercetare a scurgerii

Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi, Iași Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației Triangulaţia și aplicații (referat) P

Microsoft Word - Sika Cosmetic Light Dark RO.docx

Nr. 850/ , Ediția Nr. 12, 1/5 Corp de iluminat stradal și rezidențial CRIOTEK LC LED CRIOTEK-01 LC LED, CRIOTEK-02 LC LED, CRIOTEK-03 LC LED

Microsoft Word - planInvLicenta-ET doc.doc

Microsoft Word - ST78m Cabluri IT.doc

CURRICULUM VITAE

Laboratorul numarul 6 Reglarea turaţiei motorului asincron prin variația frecvenței de alimentare cu păstrarea raporului U/f constant Expresia turaţie

Fişă tehnică Vane cu presetare manuală LENO MSV-B Descriere LENO MSV-B este o nouă generaţie de vane manuale pentru echilibrarea debitului în sistemel

Pachete de lecţii disponibile pentru platforma AeL

Microsoft Word sc04_Cuprins.doc

Microsoft Word - Probleme-PS.doc

UNIVERSITATEA DE VEST DIN TIMIȘOARA FACULTATEA DE FIZICA CONCURSUL NAȚIONAL DE FIZICĂ CONSTANTIN SĂLCEANU 30 MARTIE 2019 Sunt obligatorii toate subiec

Microsoft Word - Subiecte scs1lab 2010_V03.doc

AUTORITATEA NAȚIONALĂ DE REGLEMENTARE ÎN DOMENIUL ENERGIEI Direcția Generală Tarife, Monitorizare Investiții Notă de prezentare pentru proiectul de or

Decorați-vă casa cu lumină

Fişă tehnică Vane cu presetare manuală LENO MSV-BD Descriere/Aplicaţii LENO MSV-BD este o nouă generaţie de vane manuale pentru echilibrarea debitului

Termografierea in infrarosu 1. Consideraţii generale Descoperita in 1800 de catre astronomul englez Sir William Herschel, radiatia infrarosie sta la b

Slide 1

Capitol 3

ALGORITMII ŞI REPREZENTAREA LOR Noţiunea de algoritm Noţiunea de algoritm este foarte veche. Ea a fost introdusă în secolele VIII-IX de către Abu Ja f

Senzor inductiv de deplasare liniară

U.T.Cluj-Napoca, C.U.N. Baia Mare Facultatea: Inginerie PLAN de INVĂŢĂMÂNT Domeniul: Inginerie Energetică anul univ Program licenţă: Ingine

ThemeGallery PowerTemplate

Clustere şi impurităţi în sisteme complexe

Microsoft Word - 11_Evaluare ETC_master_Master_ESI.doc

Slide 1

Ministerul Educaţiei şi Cercetării

Instructiuni licenta - 2

Transcriere:

Raport șstiințtific șsi tehnic Etapa 2 izolatoare compozite pe baza metodei proprii a colectivului de cercetare Versiunea 1.0 1

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 3 conform necesităților metodei de analiză Activitatea 2.2. Adaptarea metodei de determinare a distribuției câmpului electric la configurațiile geometrice ale izolatoarelor compozite ce se vor analiza Activitatea 2.3. Aplicarea metodei de analiză pentru izolatoare în stare normală de funcționare și obținerea distribuțiilor normale de linii de câmp electric Activitatea 2.4. Aplicarea metodei de analiză pentru izolatoare cu defect și obținerea distribuțiilor neliniare de câmp electric 9 10/11 15 Formatted Versiunea 1.0 2

1. Introducere 1.1. Scopul documentului Scopul acestui document este cel de a prezenta modalitățile de preluare a documentațiilor tehnice ale izolatoarelor compozite studiate folosite de C.N.T.E.E. TRANSELECTRICA S.A. în rețelele de înaltă tensiune, conform cu cerințele metodei de analizăa 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 obținerea unor rezultatele obținute ale în urma 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 câîmp de 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 informațtiilor conform necesitățatilor metodei de analiză La C.N.T.E.E. S.C. 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 (SRT)-urile informații pentru despre izolatoarele compozit cu care sunt echipate aparatajul stațiilor/, barele stațiilor/ și 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. Versiunea 1.0 3

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, corespunzaătoare pentru izolatoarele de pe LEA 400 kv Porțile de Fier-Slatina. Din catalogul firmei au fost extrase următoarele elemente constructive necesare modelării geometrice: Figura 1. Izolator compozit CI 400 kv, 120 kn, conform catalog IPROEB Figura 2. Tabel caracteristici dimensionale CI 400 kv, 120 kn, 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. Figura 3. Caracteristici geometrice izolator compozit Versiunea 1.0 4

S-au obținut informații privitoare la materialele folosite în realizarea acestui izolator compozit pentru înaltă tensiunelea 400 kv: - Tija pe care sunt fixate armaăturile de capăpt este din fibra de sticlpă tip ECR și are diametrul de 16 mm; - 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 fibrpă de sticlpă,este de 5 mm; - Grosimea rilelor este de 4 mm la vârf și de 6 mm la bază. Fabricantul nu a avut o documentație informații suficientăe, pentru continuarea modelării, privitoare la caracteristicile tehnice ale materialelor ce intră în alcătuirea izolatorului și a transmis doar file de catalog de la firma de unde se face aprovizionareafurnizoare de materiale (Momentive Performance Materials Inc.). Prin contactarea firmei furnizorului s-au obținut următoarele date de material pentru cauciuc siliconic lichid (LSR) de tip Silopren SL8601- GREY, format din două componente în amestec 1:1: Figura 4. Tabel proprietăți cauciuc siliconic 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 cula variația temperaturaii, 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 polimerice sub acțiunea caâmpului electric, și anume conducția și polarizarea electrică, sunt influențate în mod considerabil de variațiile de temperatură. Creșterea de temperatură conduce Versiunea 1.0 5

la intensificarea agitației termice în aceste materiale, ceea ce determină cresșterea exponențială a conductivității materialelor electroizolante, atât în cazul conducției ionice cât și în cazul conducției electronice [1]. ÎIn 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]. Asșadar, 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 acordataă izolatoarelor din cauciuc siliconic LSR (Liquid Silicone Rubber). Testele prin spectroscopie dielectrică s-au efectuat pe două eșantioane prelevate dintr-o rilă a unui izolator, conform celor prezentate în figura următoare. Figura 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 (εr' ) și a tangentei unghiului de pierderi (tg δ), a fost utilizat un spectrometru dielectric NOVOCONTROL echipat cu celulăa 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 (εr' și tg δ). Versiunea 1.0 6

Figura 6. Instalație experimentală (a) (b) (a) Spectrometrul dielectric NOVOCONTROL: 1-calculator; 2-sistem MICTROTRONIC de control al temperaturii; 3-unitatea centrală Alpha-A; 4-celula de măsuraă ZGS; 5-celula de temperaturaă NOVOTHERM; (b) Eșantion LSR în celula activă ZGS a spectrometrului. Partea reală a permitivității electrice (εr' ) și tangenta unghiului de pierderi (tg δ) s-au determinat în gama de frecvențe 10-1 - 10 6 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 o 10 minute în celula de măsurăa 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. r ' 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Frecventa [Hz] (a) 30 o C 40 o C 50 o C 60 o C 70 o C 80 o C tg 10 0 30 o C 10-1 40 o C 50 o C 60 o C 10-2 70 o C 80 o C 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Versiunea 1.0 7 10-3 10-4 10-5 Frecventa [Hz] Figura 7. Variația cu frecvența a părtții reale a permitivității ε r' (a) și a tangentei unghiului de pierderi tg δ (b), la temperaturi între 30 C și 80 C. Analizând curbele dependente de frecvență pentru εr' și tg δ se pot observa fluctuații (b) Formatted: Centered, Not Italic, Not Italic

microscopice ale dipolilor (difuzia rotațională polarizare electrică), deplasări ale purtătorilor de sarcină mobili (difuzia translațională a electronilor, golurilor sau ionilor conducție) sau o separare a sarcinilor electrice la interfețe apaărute între constituenții materialului (polarizarea interfacială: la nivelul straturilor interioare ale dielectricului - polarizarea Maxwell/Wagner sau la nivelul electrodului extern aflat în contact cu proba). IÎn 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 εr' 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 εr' la frecvențe mici, ceea ce indică o polarizare la electrod datorată acumulării unor sarcini electrice la interfața electrod-eșantion; valorile lui εr' 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 εr' 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 maărime, 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 polarizaări 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 permitivitatății εr' este 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 Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 12 pt Versiunea 1.0 8

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 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 proprietaățile 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 ρ v. Necunoscutele problemei directe sunt mărimile caracteristice câmpului electric, ce caracterizează starea dispozitivului, precum și anume intensitatea câmpului electric (E) și inducția electrică (D). Rezolvarea unei probleme 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 Versiunea 1.0 9

de lucru al dispozitivului și se fac aproximările de naturăa 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. În consecință, este necesar un model matematic care să descrie dispozitivul respectiv, iîntroducând anumite ipoteze simplificatoare. Se va ajunge la o expresie matematică finală compusă din ecuații diferențiale și condițiile date. Analiza câampului 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 Versiunea 1.0 10

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). 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 Formatted: Numbered + Level: 1 + Numbering Style: a, b, c, + Start at: 1 + Alignment: Left + Aligned at: 1,27 cm + Indent at: 1,9 cm Versiunea 1.0 11

(b) ddetaliu Figura 8. Reţeaua de discretizare FEMM (330 000 elemente), Not Italic, Not Italic Commented [AT1]: În descriere e menționat un mesh de 166000 elemente Figura 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: Versiunea 1.0 12

(a) (b) Figura 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 (350000V/100mm), formându-se o zonă prielnică descărcărilor electrice. Commented [AT2]: Ordinul de mărime din grafic este de 10^6. Asta ar presupune 3 500 000 V/100 mm Versiunea 1.0 13

(a) (b) Figura 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 cîâmpului este ridicată. Versiunea 1.0 14

Figura 12. Intensitatea câmpului electric de-a lungul izolatorului ÎIn 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} Versiunea 1.0 15

Figura 13. Variaţia potenţialului electric V de-a lungul izolatorului [mm] Figura 14. Variația Ccâmpului electric de-a 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. Versiunea 1.0 16

- defecte geometrice (modificări ale geometriei izolatorului) Figura 15. Intensitatea câmpului electric de-a 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. Figura 16. Variaţia potenţialului electric [V] de-a lungul izolatorului [mm] Versiunea 1.0 17

Figura 17. Variația câmpului electric de-a lungul izolatorului [V/m] Câmpul electric [V/m] Formatted: Centered - defecte modificări asupra potențialului și câmpului electric datorate condițiilor de mediu (prin depunerea de material (gheaţă) pe izolator). Versiunea 1.0 18

Figura 18. Intensitatea câmpului electric de-a lungul izolatorului cu depunere de gheață Commented [AT3]: Se va modifica legenda graficului astfel: linia albastră fără depunere gheață. Depunerea gheții pe izolator nu constituie defect Figura 19. Variaţia potenţialului electric V de-a lungul izolatorului [mm] Versiunea 1.0 19

Figura 20. Variația câmpului electric de-a lungul izolatorului [V/m] Câmpul electric [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 fiecărui defectelor/condițiilor de mediu asupra distribuţiei câmpului electric de-a lungul izolatorului şi implicit situaţiile critice în funcţionarea acestuia. 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. Versiunea 1.0 20

ANEXA Bazaă de date izolatoare compozit utilizate pe LEA Transelectrica LEA 400 kv Bucati Extras 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 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 Versiunea 1.0 21