Izboljšanje porazdelitve električnega polja na 220 kV kompozitnih in steklenih izolatorjih s koronskimi obročiSAMARDŽIĆ, EMINA (Avtor) Blažič, Boštjan (Mentor) Podkoritnik, Simon (Komentor) električni potencialelektrično poljekoronski obročkompozitni izolatorstekleni izolatorIzolatorji so vedno predstavljali pomemben element, ki se uporablja na vseh nivojih elektroenergetskega sistema, tako pri proizvodnji, prenosu in distribuciji električne energije. Njihova glavna vloga je izolacija delov pod napetostjo od ozemljenih delov, ki se odraža v njihovi dielektrični zdržnosti za različne napetostne nivoje. Prav tako so lahko značilno mehansko obremenjeni, odvisno od njihovega namena. Zgodovinsko so stekleni izolatorji v uporabi že več kot stoletje. S časom so prišli na drugo raven za zanesljivo in reprezentativno obratovanje, in sicer zaradi boljše odpornosti proti staranju in vplivom iz okolja. Glavne izboljšave so se pri tehnologiji obdelave steklenega dielektričnega materiala odražale v kaljenju, prilagajanju oblike stekla za boljše delovanje v zahtevnem okolju, doseganje hidrofobnih lastnosti s polimernim premazom steklenega dela itn. Skozi desetletja so bili zahtevani prehodi na višje napetostne nivoje in posledično so stekleni izolatorji morali biti daljši, da bi lahko nadzemni vodi prenašali več električne energije, zato se je njihova teža povečala. Posledično je teža in dolžina izolatorjev močno vplivala na obremenitev stebrov. Alternativna uporaba polimernih izolatorjev prinaša reševanje, ne samo problema teže, temveč tudi drugih dielektričnih lastnosti, ki steklenim izolatorjem primanjkujejo. Kompozitni polimerni izolatorji, ki so v uporabi že približno 50 let, v začetku niso predstavljali prve izbire uporabnikov, predvsem zaradi pomanjkanja izkušenj povezanih z njihovim nepredvidljivim staranjem in možno degradacijo. Z razvojem boljših materialov in novih proizvodnih postopkov je privedlo do izkazovanja njihove sposobnosti za izpolnitev strogih zahtev obratovanja tudi na onesnaženih območjih. Druga prednost uporabe kompozitnih polimernih izolatorjev je bila v možnosti drugačne konstrukcije, znane pod angleškim izrazom »cross-arm«, ki je odprla možnosti prehoda na višji napetostni nivo na že obstoječih stebrih, hkrati pa tudi omogoča povečanje razdalj med deli pod napetostjo do zemlje kot tudi medfaznih razdalj v glavi stebra. Obe vrsti izolatorjev imata določene prednosti in specifične lastnosti, s katerimi ob pravilnem dimenzioniranju in kvalitetni izdelavi lahko izpolnijo zahteve za dotično območje uporabe. Čeprav v tej analizi mehanski vidik ni bil upoštevan, je vpliv mehanske obremenitve izolatorjev zelo pomemben predvsem iz vidika dolgotrajne uporabe v danem okolju in ga morajo projektanti upoštevati skladno s standardom SIST EN 5041-1:2013. Ne glede na vrsto in material, so izolatorji med obratovanjem izpostavljeni električnim in mehanskim obremenitvam, ki so posledica neenakomerne porazdelitve potenciala med deli pod napetostjo in ozemljeni deli. Prav tako je bil pri tem upoštevan vpliv korone, ki ga je potrebno predhodno preučiti. Električni potencial in izračun električnega polja temeljita na teoriji elektromagnetizma in Maxwellovih enačb. Za analizo porazdelitev električnega potenciala in električnega polja na izolatorju se izračuni opravijo ob upoštevanju zakonov elektrostatike. Ko gre za modeliranje kompleksnih geometrij in oblik, je potrebno uporabiti zanesljive in natančne postopke, saj izračuni in rezultati odražajo natančnost teh metod. Ena izmed uveljavljenih metod je metoda končnih elementov (MKE). Reševanje fizikalnih problemov po tej metodi opisujemo predvsem s parcialnimi diferencialnimi enačbami in so težavni za analitične izračune. Osnovno načelo metode končnih elementov je diskretizacija geometrije in oblike v majhne dele, imenovane končni elementi. Ko je domena razdeljena na majhne elemente, omogoča aproksimacijo željene količine, na primer električnega potenciala, s preprostimi funkcijami (linearno, kvadratično ali kubično). Se pravi, čim je bolj natančno diskretizirana geometrija in posledično aproksimacija parcialna diferencialna enačba, bolj natančni so doseženi rezultati. Metoda končnih elementov je močna zaradi svoje sposobnosti ukvarjanja z nepravilnimi oblikami in nehomogenimi materiali. Za kompozitne in steklene izolatorje so bili ustvarjeni 3D modeli s programskim orodjem COMSOL Multiphysics, ki temelji na metodi končnih elementov in se uporablja za analizo na področjih, kot so elektromagnetika, strukturna mehanika, akustika, dinamika tekočin, toplote in mase. Kot najpomembnejši del modeliranja se predprocesiranje opravi na tak način, da se zagotovi natančnost mreže elementov in rezultatov. Analiza porazdelitve električnega polja, ko govorimo o električni obremenitvi, se opravi pri različnih dimenzijah in položajih koronskih obročev za obe vrsti izolatorjev. Ko je bila dosežena željena porazdelitev električnega potenciala, se je prilagodilo dolžino obeh izolatorjev z namenom ohranitve izkriščne razdalje skladno s standardiziranimi zahtevami.20222022-11-29 14:20:00Magistrsko delo/naloga142839VisID: 61236COBISS_ID: 132103939sl