COMPUTATION OF ELECTRIC AND WATER TREES IN CABLE INSULATION FOR DIFFERENT TYPES OF VOIDS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Thesis Report : COMPUTATION OF ELECTRIC AND WATER TREES IN CABLE INSULATION FOR DIFFERENT TYPES OF VOIDS)
g201410220_Thesis_Report.pdf - Published Version Download (4MB) | Preview |
Arabic Abstract
في كابلات الضغط العالي (10 كيلو فولط وأكثر) يكون الاجهاد الفولطي في نسيج المادة العازلة مرتفع بشكل كبير. لذا تعمد الشركة الصانعة لشتى الطرق للحيلولة دون تكون الفراغات الدقيقة والشوائب والنتوءات في بوليمرات المادة العازلة. بالرغم من ذلك في واقع الأمر يستحيل انتاج كابلات ضغط عالي تخلو مادتها العازلة 100% من الفراغات والشوائب. لذا يتم اللجوء الى تقنيات المحاكاة مثل تقنية العناصر المحددة لتمكننا من تقييم وضع المادة العازلة من خلال تقييم توزيع المجال الكهربائي. ان وجود المجال الكهربائي قد بشكل كبير للكابلات المعمرة او التي بها تلف نتيجة تغلغل الرطوبة او الغبار أو الهواء المحمل بمواد ملوثة. لذلك الهدف من الدراسة تحليل توزيع المجال الكهربائي من خلال عدة سيناريوهات للمادة العازلة في حالة وجودها سليمة وحالة كونها بها تلف بسبب عدة أنواع من الفراغات. يتم التحليل باستخدام نموذج تم اعداده ومحاكاته بواسطة برنامج (COMSOL) لمجموعة الجهود 10 و 15 و 20 كيلو فولط على كابلات نوع بولي أثيرين. تتم مقارنة نتائج المحاكاة بين المناطق القريبة من الشوائب المختلفة وبدون شوائب ويتم رسم التصدعات الشجرية الكهربائية والمائية لتصور تأثير التصدع الشجري وفهم تأثير التلوث في عوازل الكابلات. في جميع الحالات الهواء والغبار والماء والخليط من الفراغات التي اعتمدت للدراسة تبين أن حالة وجود فراغات الماء هي الأشد تأثيرا على توزيع المجال الكهربائي وأكثر تأثرا من حالة وجود الشوائب. كلما زادت السماحية النسبية كلما زاد انتشار الانهيار الشجري الكهربائي في العازل وكلما أيضا زاد الاجهاد من المجال الكهربائي. ان تداخل تفرع الانهيارات الشجرية المائية النابعة من الفراغات يزيد مع زيادة الجهد الكهربائي المطبق. لذا ينبغي استخدام وسط عزل لكابلات ذو سماحية اقل لمنع الانهيار الكارثي لعزل الكابلات مع المزيد من الخصائص غير الخطية التي لها مجموعة كبيرة من الخصائص السلوكية البلورية بالإضافة الى طريقة التنظيم والتوجيه البنائي للنسيج العازل. ومن شأن النموذج المقترح أن يساعد على تصميم مواد عزل كابلات غير خطية أفضل عندما تكون جميع عوامل الشوائب والسلوكيات الانهيارية الشجرية المختلفة مأخوذة في الاعتبار في الدراسة.
English Abstract
In high tension cables (10KV and above), the voltage stress appearing across cable insulation is considerably high. Every precaution is taken in cable factories so that the polymeric insulation is free from voids, impurities, semicon protrusions and others etc. However, in real life, it is not possible to design a 100% void and impurity free cable insulation. Simulation techniques like finite element enables to assess cable insulations by evaluating electric field distribution. Electric field presence can be significant for cables being aged or damaged due to penetration of moisture (water), sand, air and mixture of contaminants. Therefore, the objective is to analyze electric field distribution in scenarios of healthy insulation and damaged insulation caused by different types of voids. The model is prepared and simulated by using COMSOL Multiphysics for applied voltages 10kV, 15kV and 20kV on polyethylene cables. The results of the simulation are compared amongst vicinity of different impurities and without impurities and electric and water trees are plotted to visualize treeing effect and understand the impact of different contaminations in cable insulations. For all cases of air, sand, water, and mix voids taken under study, it was observed that the case of water void has more severe electric field distribution causing more severe electric tree propagation than any impurity. The greater the value of relative permittivity, the more will be electric tree propagation and thus highest values of electric field stress. The overlapping of water trees oriented from tips of voids increases with an increase in applied potential. The cable insulation medium having less permittivity should be used to prevent catastrophic breakdown of cable insulation along with more nonlinear characteristics to have large portfolio of crystalline habits, organization, and orientation. The proposed model would help to design better nonlinear cable insulation material when all such factors of different impurities and tree behavior taken under study.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Engineering Research Physics Electrical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Electrical Engineering |
| Committee Advisor: | AL-HAMOUZ, ZAKARIYA |
| Committee Members: | AL-HAMOUZ, ZAKARIYA and EL-AMIN, IBRAHIM and ABIDO, MOHAMED ALI YOUSIF |
| Depositing User: | FARHAN JAVAID (g201410220) |
| Date Deposited: | 31 Dec 2017 10:15 |
| Last Modified: | 30 Dec 2020 12:01 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140548 |