شبیه سازی و تحلیل تأثیر آلودگی یکنواخت و غیریکنواخت (طولی و قطاعی) بر توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی مقره پلیمری با استفاده از روش اجزاء محدود

نوع مقاله: مقاله برق

نویسندگان

1 برق قدرت، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران

2 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

آلودگی به عنوان یکی از عوامل مهم و تأثیرگذار بر عملکرد مقره های پلیمری شناخته شده است. در عمل، آلودگی مستقر بر روی مقره ها کاملاً یکنواخت نبوده و به صورت آلودگی غیریکنواخت می باشد. تاکنون تحقیقات جامعی در خصوص تأثیر شکل های مختلف آلودگی غیریکنواخت بر عملکرد مقره ها، انجام نشده است. در این مقاله، تأثیر آلودگی یکنواخت، آلودگی غیریکنواخت طولی و همچنین آلودگی غیریکنواخت قطاعی در سه سطح آلودگی سبک، متوسط و سنگین بر روی توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی یک نمونه مقره پلیمری 20 کیلوولت با استفاده از نرم افزار Comsol Multiphysics، انجام و نتایج تحلیل شده است. در آلودگی غیریکنواخت طولی، شدت آلودگی در نواحی نزدیک الکترودهای فشار قوی و زمین نسبت به ناحیه میانی، سنگین تر و در آلودگی غیریکنواخت قطاعی، شدت آلودگی در ناحیه پشت به باد نسبت به ناحیه رو به باد، سنگین تر در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داده است که در حالت آلودگی یکنواخت سبک، شدت میدان الکتریکی کاهش و با افزایش شدت آلودگی، دامنه آن افزایش می یابد. در آلودگی غیریکنواخت طولی، در نواحی نزدیک الکترودها، پتانسیل الکتریکی تقریباً ثابت مانده و شدت میدان الکتریکی کاهش یافته است. همچنین در آلودگی غیریکنواخت قطاعی، شدت میدان الکتریکی در ناحیه پشت به باد افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

simulation and analysis of uniform and non-uniform (longitudinal and fan-shaped) pollutions effect on the potential and electric field distribution of polymeric insulator using finite element method

نویسندگان [English]

  • jaber dadashizadehsamakosh 1
  • mohammad mirzaie 2
1 power engineering, faculty of electrical and computer engineering, noshirvani university of technology, babol, iran
2 Faculty of electrical and computer engineering, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

Pollution is known as one of the important and effective factors on the performance of polymeric insulators. In practice, the deposit contamination on the insulator surface is not uniform completely and is non-uniform contamination. So far, comprehensive research has not been carried out on the effects of different forms of non-uniform contamination on the performance of the insulators. In this paper, the effect of uniform contamination, longitudinal non-uniform pollution and fan-shaped non-uniform pollution in three levels of light, medium and heavy contamination on the potential and electrical field distribution of a 20 kV polymeric insulator using Comsol Multiphysics software have been done and the results have been Analyzed. In longitudinal non-uniform pollution, the severity of pollution in the near of high voltage and ground electrodes regions is heavier than the middle region, and in fan-shaped non-uniform pollution, the severity of pollution in the leeward side region is heavier than the windward side region. The results show that in slightly uniform pollution, the electric field decreases and its amplitude increases with increasing the pollution intensity. In longitudinal non-uniform pollution, electrical potential is almost constant in the near of electrodes and the electric field intensity has been decreased. Also, in the fan-shaped non-uniform pollution, the electric field intensity has been increased in the leeward side region.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polymeric insulator
  • uniform pollution
  • non-uniform pollution
  • electric field distribution
  • finite element method
[1] Hackam, R. (1999). “Outdoor HV Composite Polymeric Insulators,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 6, no. 5, pp. 557-585.

[2] Rifai, R. A., Mansour, A. H., Ahmed, M. A. H. (2015). “Estimation of the electric field and potential distribution on three dimension model of polymeric insulator using finite element method,” International Journal of Engineering Development and Research, vol. 3, no. 2, pp. 694-705.

[3] Phillips, A., Kuffel, J., Baker, A., et al. (2008). “Electric Fields on AC Composite Transmission Line Insulators,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 23, no. 2, pp. 823-830.

[4] Waluyo, Pakpahan, M., Suwarno, Djauhari, M. (2007). “Study on leakage current waveforms of porcelain insulator due to various artificial pollutants,” International Journal of Electrical and Computer Engineering, vol. 1, no. 8, pp. 1135-1140.

[5] Sundararajan, R., Gorur, R. S. (1994). “Effect of insulator profiles on dc flashover voltage under polluted conditions,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 1, no. 1, pp. 124-132.

[6] Zhang, Z., You, J., Zhang, D., et al. (2016). “AC flashover performance of various types of insulators under fan-shaped non-uniform pollution,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 23, no. 3, pp. 1760-1768.

[7] Zhang, Z., You, J., Wei, D., et al. (2016). “Investigations on AC pollution flashover performance of insulator string under different non-uniform pollution conditions,” IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 10, no. 2, pp. 437-443.

[8] Gorur, R. S., Cherney, E. A., Burnham, J. T. (1999). Outdoor Insulators, Phoenix, Arizona.

[9] Arora, R., Mosch, W. (2011). High Voltage and Electrical Insulation Engineering, IEEE Press, Wiley Publishing.

]10[ ذاکری، م.، افضل نژاد، ا. (1396). "بررسی اثر زاویه کایرال بر کمانش محوری و پیچشی نانولوله­های کربنی تک جداره به کمک روش اجزاء محدود". مجله مدل­سازی در مهندسی، سال پانزدهم، شماره 48، 71-61.

]11[ فتحی، م.، حسنی اصفهانی، ر. (1396). "مدل­سازی المان محدود یک اتصال صلب پیشنهادی برای ساختمانهای بتنی پیش­ساخته با استفاده از المان رابط فولادی". مجله مدل­سازی در مهندسی، سال پانزدهم، شماره 49، 200-189.

]12[ قلی خانی، م.، حاتمی، ش. (1394). "رفتار جانبی دیوارهای برشی فولادی سرد نورد با پوشش ورق فولادی به روش اجزاء محدود". مجله مدل­سازی در مهندسی، سال سیزدهم، شماره 40، 150-129.

]13[ عسگری، م.، غلامی، ا. (1393). "تحلیل توزیع میدان الکتریکی در مقره­های پلیمری تحت شرایط یخ­زدگی با استفاده از روش المان محدود". مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 44، شماره 4، 54-47.

]14[ رستمی نیا، ر.، صنیعی، م.، اکبری، ا. (1394). "تأثیر پالس­های ادوات الکترونیک قدرت بر وقوع تخلیه جزئی در عایق ماشین­های الکتریکی با استفاده از مدل­سازی به روش اجزاء محدود". مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 45، شماره 1، 28-21.

[15] Muniraj, S., Chandrasekar, R. (2012). “Finite Element Modeling for Electric Field and Voltage Distribution along the Polluted Polymeric Insulator,” World Journal of Modelling and Simulation, vol. 8, no. 4, pp. 310-320.

[16] Sima, W., Yang, Q., Sun, C., Guo, F. (2006). “Potential and electric-field calculation along an ice-covered composite insulator with finite-element method,” IEE Proceedings-generation Transmission and Distribution, vol. 153, no. 3, pp. 343-349.

[17] Guan, Z., Wang, L., Yang, B., et al. (2005). “Electric field analysis of water drop corona,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 20, no. 2, pp. 964-969.

[18] Marungsri, B., Onchantuek, W., Oonsivilai, A. (2008). “Electric field and potential distributions along surface of silicone rubber polymer insulators using finite element method,” International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering, vol. 2, no. 6, pp. 1055-1060.

[19] Lopes, D.S., Bezerra, J.M.B. (2015). “Potential Distribution Along a 500kV Polymer Insulator in Presence of a Pollution Layer,” Excerpt from the Proceedings of the COMSOL Conference in Brazil, Curitiba.

[20] El-Refaie, El-Sayed M., Abd Elrahman, M.K., Mohamed, M. Kh. (2016). “Electric field distribution of optimized composite insulator profiles under different pollution conditions,” Ain Shams Engineering Journal. https://doi.org/10.1016/j.asej.2016.08.012 (In Press).

[21] Zhang, Z., Liu, X., Jiang, X., et al. (2013). “Study on AC flashover performance for different types of porcelain and glass insulators with non-uniform pollution,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 28, no. 3, pp. 1691-1698.

[22] Bouhaouche, M., Mekhaldi, A., Teguar, M. (2017). “Improvement of electric field distribution by integrating composite insulators in a 400 kV AC double circuit line in algeria,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 24, no. 6, pp. 3549-3558.

[23] Phillips, A. J., Kuffel, J., Baker, A., et al. (2008). “Electric Fields on AC Composite Transmission LineInsulators,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 23, no. 2, pp. 823-830.

[24] Canale, J. C., Phillips, A., Zaffanella, L. E., (2012). “Calculation of electric field near sheds and fittings of AC transmission-line polymer insulators,” IEEE Transactions of Power Delivery, vol. 27, no. 2, pp. 793-802.