Contribution to the study and analysis of silicone insulating materials performance under DC and AC voltages
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Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Technology
Abstract
For long-distance electric power transmission and distribution systems, the high-voltage direct current (HVDC) technology is viewed as the most widespread and economically appealing option. To ensure the reliability of direct current electrical networks, it is necessary to know the behaviour of electrical equipment such as insulators. Although silicone rubber insulators offer superior electrical performance compared to traditional glass and porcelain insulators. However, in highly polluted environmental conditions, they are susceptible to degradation effects due to their organic nature. This may result in insulation failure and poses a greater challenge in maintaining the reliability of the power system. For this reason, research should be carried out to develop an appropriate design to reduce the damage caused by severe pollution.
In this work, experimental tests on silicone rubber insulators were performed using an inclined plane test under positive DC and AC voltages. Rectangular samples with a plane surface were compared to textured design to evaluate the performance against erosion and tracking. The performance of each insulator was assessed by monitoring the discharge activity to clearly understand the degradation process, leakage current and weight loss were also measured.
The electric field along the textured silicone rubber surfaces under dry and clean conditions, as well as under wet pollution conditions, was studied using finite element method COMSOL Multiphysics. Three-dimensional (3D) models of the different textured surface were designed by Computer Aided Design (AutoCAD) software package. In the case of non-uniform pollution distribution, the design of experiment method was used with the finite element method to identify the maximum electric field on the textured surface. This study showed useful information’s about the behaviour of the textured surface in different operating conditions
Description
Pour les réseaux de transport et de distribution d'électricité à longue distance, la technologie de courant continu haute tension (CCHT) est considérée comme la solution la plus répandue et économiquement la plus intéressante. Pour assurer la fiabilité des réseaux électriques en courant continu, il est nécessaire de connaître le comportement des équipements électriques tels que les isolateurs. Bien que les isolateurs en caoutchouc de silicone offrent des performances électriques supérieures à celles des isolateurs traditionnels en verre et en porcelaine. Cependant, dans des conditions environnementales extrêmement polluées, ils sont sensibles aux effets de dégradation en raison de leur nature organique. Cela peut entraîner une défaillance de l'isolation et poser un plus grand problème pour maintenir la fiabilité du système électrique. Pour cette raison, les matériaux utilisés dans les systèmes d'isolation haute tension devraient être testés afin de déterminer s'ils résistent à l'érosion et au cheminement. Pour cette raison, des recherches devraient être menées afin de développer une conception appropriée pour réduire les dégradations causées par la pollution sévère.
Dans ce travail, des essais expérimentaux ont été effectués sur les isolateurs en caoutchouc de silicone en utilisant le test plan incliné sous le courant continu (CC) positive et courant alternatif CA. Des échantillons rectangulaires en caoutchouc de silicone avec une surface plane ont été testés et comparés aux échantillons texturés pour évaluer la performance contre l'érosion et le cheminement. La performance de chaque isolateur a été évaluée en surveillant les activités des décharges pour bien comprendre le processus de dégradation, ont été également mesurés le courant de fuite et la perte de poids.
Le champ électrique le long des surfaces texturées en caoutchouc silicone dans des conditions propres, ainsi que dans des conditions de pollution humide, a été étudié par la méthode des éléments finis COMSOL Multiphysics. Les modèles tridimensionnels (3D) des différentes surfaces texturées ont été dessinés par le progiciel de conception assistée par ordinateur (AutoCAD). Dans le cas d'une répartition non uniforme de la pollution, la méthode du plan d'expérience a été utilisée avec la méthode des éléments finis pour identifier le champ électrique maximal sur la surface texturée. Cette étude a montré des informations utiles sur le comportement de la surface texturée dans différentes conditions de fonctionnement