Potential and electric field distribution associated with HVDC insulators under different pollution conditions. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Potential_and_electric_field_distribution_associated_with_HVDC_insulators_under_different_pollution_conditions__.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

لعوازل الضغط العالي أهمية كبيرة في عملية نقل الطاقة الكهربية. و الدور الاساسي لهذه العوازل هو ضمانة واستمرارية أعلى مستوى من العزل الكهربائي بين الخط الحي والبرج المؤرض، والتي قدد تتأثر بعدة عوامل بيئية منها: الرطوبة والأتربة والحرارة و الملوثات الكيميائية. هذه الملوثات تحت تأثير المجال الكهربائي العالي، قد تؤدي إلى انهيار العازل كهربائيا والتي تؤثر سلبا على اعتمادية نظام نقل الطاقة. مثل هذه العوازل قد تمت دراستها بشكل مكثف تحت تأثير التيار المتردد. و في المقابل لا تزال الدراسات غير مكتملة تحت تأثير التيار الدائم. في هذه الأطروحة، قد تمت دراسة توزيع المجال والجهد الكهربائيين لعدد من عوازل الضغط العالي المختلفة تحت تأثير التيار الدائم، مأخوذا بالاعتبار ظروف التلوث المختلفة. كما وتمت دراسة تأثير أجهزة التحكم بالمجال الكهربائي كـ (Corona ring) و (Arc Horn) على توزيع المجال والجهد الكهربائي تحت الظروف النظيفة و الملوثة. بالإضافة إلى صياغة المجال الكهربائي كمعادلة للتمثيل. فقد تم تطوير خوارزمية خاصة لإيجاد القيم المثلى لأبعاد أجهزة التحكم بالمجال الكهربائي وبالتالي التقليل من شدة المجال بالإستعانة بنص الـ MACRO الخاص ببرنامج الـ ANSYSTM و أداة التمثيل PSO الموجودة في برنامج الـ MATLABTM . وكانت العوازل المطروحة متألفة من : العوازل الزخرفية والعوازل الزجاجية بالإضافة إلى عوازل السليكون المطاطي، تحت جهود كهربية مختلفة تتراوح بين 15 الى 500 kVDC . وقد أظهرت النتائج تحت تأثير التيار المستمر أن أسوأ توزيع للمجال الكهربائي قد وجد تحت تأثير التلوث غير المنتظم مصحوبا بقطرات الماء المتفرقة. وفي حالة الخمسة عشر وحدة متصلة من العازلين : الزخرفي والزجاجي، فقد وجدت المنطقة الأكثر تأثرا بالتلوث تقبع بالقرب من نقطة التقاء الضغط العالي مع التلوث. وفي حالة السلسلة الملوثة من العوازل، فقد وجد أن استخدام جهاز الـ Arc Horn قد تفوق على أداء جهاز الـ Corona ring في تخفيض المجال الكهربائي. وفي حالة عازل السليكون المطاطي الطويل، فقد وجد أن استخدام Double Arc Horn كأداة تحكم بالمجال، قد نتج عنه أفضل شكل للمجال الكهربائي، حيث تم تخفيض القيمة القصوى للمجال الكهربائي بنسبة تصل إلى 80%. و أخيرا، فقد وجد أن أداء جهاز التحكم (corona ring) ، تحت تأثير ضغط التيار المستمر، لايقل عن أو ربما يتفوق عن أداء نفس الجهاز تحت تأثير التيار المتردد.

English Abstract

High voltage insulators play a major rule in energy transmission systems. The main role of these insulators is to ensure and maintain high level of line-tower insulation which may be affected by different environmental factors such as humidity, dust, heat and chemical contaminations. Such contamination in the presence of high electric field may lead to insulator flashover which affects the transmission system reliability. HV insulators were widely studied under AC voltage. However, under DC voltage, investigations are still pre-mature. In this Thesis work, the electric field and voltage profiles of different types of HV insulators were investigated under clean and contaminated conditions stressed with DC voltages. Moreover, the effect of different electric field control devices such as Corona ring and Arc Horns on the electric field and voltage profiles, has been investigated under clean and polluted conditions. The electric field has been formulated as an optimization problem. An optimization algorithm has been developed using ANSYSTM MACRO script and MATLABTM Particle Swarm Optimization toolbox. The studied insulators include porcelain, glass and silicon rubber operating at voltage level ranging from 15 to 500 kVDC. The results show that under HVDC, the worst electric field profile was found at a combination of water droplets and non-uniform pollution. For fifteen unit string insulator including porcelain and glass, the most affected region by contamination was found to be near the pollution junction. In addition, the Arc horn control device provides lower electric field profiles as compared to corona ring’s. For the case of long rod SiR insulator, the best control scheme is given by double Arc Horns, where the maximum electric field has been reduced 80%. Finally, under DC voltage, the results show that the electric field control device (corona ring) has performed just as good as or even better than under AC voltage.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Al-Hamouz, Zakariya
Committee Members:	El-Amin, Ibrahim and Abido, M
Depositing User:	TAISIR TUFFAHA (g201309090)
Date Deposited:	05 Jan 2016 11:32
Last Modified:	01 Nov 2019 16:32
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139832