Methods of calculating moisture discharge characteristics of insulators

Abstract

The article discusses methods for calculating the moisture discharge voltage of insulators under various operating conditions (pollution, humidity, etc.) to identify patterns of environmental influence on operational characteristics, as well as to improve the reliability and safety of power grids. The main aim of the study is to compare two approaches to calculating the moisture discharge characteristics of insulators: the classical method based on the Tepler formula and an alternative approach that utilizes generalized parameters. These parameters can be easily obtained from the technical characteristics of insulators or design standards for automated calculations. To achieve this goal, the authors addressed several important tasks. First, a comprehensive analysis of the behavior of electrical discharges on the surface of insulators under various operating conditions, including standard and adverse environments, was conducted. Second, an automated tool was developed to quickly and accurately determine the values of moisture discharge voltage. Third, the proposed method was experimentally validated using the LK 70-110 insulator. The tests revealed a discharge voltage of 549 kV and an electric field intensity of 2.1 kV/cm, confirming the accuracy of the calculation method. The key findings of the study highlight the importance of considering factors such as the properties of insulator surfaces and the degree of contamination, especially in underground substations where humidity and pollution exhibit specific characteristics. The proposed approach proved effective both in standard and challenging operating conditions. The significance of the results lies in the creation of a tool that simplifies the calculation of moisture discharge characteristics of insulators.

Acest studiu investighează metode de determinare a tensiunii de descărcare a umidității izolatoarelor, subliniind aplicarea acestora în îmbunătățirea fiabilității și siguranței rețelei electrice. Cercetarea se concentrează pe analiza comportamentului de descărcare de-a lungul suprafețelor izolatoare în diferite condiții, cu o atenție deosebită la două abordări de calcul. Prima metodă utilizează formula clasică Teppler, care necesită date experimentale. A doua, o alternativă nouă, se bazează pe parametri generalizați, permițând calculul automat. Constatările cheie includ validarea cu succes a metodei alternative împotriva formulei Teppler prin testarea pe izolatorul LK 70-110, care a demonstrat tensiuni de descărcare de 549 kV și niveluri de stres de 2,1 kV/cm. Această metodă s-a dovedit eficientă atât în scenarii de mediu standard, cât și nefavorabile. Mai mult, dezvoltarea unui instrument automat de calcul facilitează determinarea rapidă și precisă a caracteristicilor de descărcare umedă, oferind avantaje practice pentru proiectarea și întreținerea izolației. Cercetarea evidențiază rolul critic al proprietăților suprafeței izolatorului și al contaminării în influențarea comportamentului de descărcare. Subliniază necesitatea unor soluții de izolare adaptate pentru diferite medii operaționale, inclusiv substații subterane, unde condiții precum umiditatea și tipul de contaminant diferă semnificativ. Abordarea propusă oferă un cadru inovator pentru îmbunătățirea performanței izolației, contribuind la dezvoltarea rețelelor electrice mai sigure și mai eficiente.

В статье рассматриваются методы расчета влагоразрядного напряжения изоляторов в различных эксплуатационных условиях (загрязненность, влажность и т.п.) с целью выявления закономерностей влияния окружающей среды на эксплуатационные характеристики, а также повышения надежности и безопасности электрических сетей. Основная цель исследования заключается в сравнении двух подходов к расчету влагоразрядных характеристик изоляторов: классического метода, основанного на формуле Теплера, и альтернативного способа, использующего обобщенные параметры, которые довольно просто получить из технических характеристик изоляторов или норм по проектированию, для автоматизированных расчетов. Для достижения этой цели авторы решили ряд задач. Во-первых, был проведен всесторонний анализ поведения электрических разрядов на поверхности изоляторов при различных условиях эксплуатации, включая стандартные и неблагоприятные среды. Во-вторых, разработан автоматизированный инструмент, способный быстро и точно определять значения влагоразрядного напряжения. В-третьих, проведена экспериментальная проверка предложенного метода с использованием изолятора ЛК 70-110. Испытания показали разрядное напряжение 549 кВ и напряженность 2,1 кВ/см, что подтверждает точность расчетного метода. Основные результаты исследования подчеркивают значимость учета таких факторов, как свойства поверхностей изоляторов и степень их загрязнения, особенно в условиях подземных подстанций, где влажность и загрязнения имеют специфические особенности. Предложенный подход оказался эффективным как в стандартных, так и в сложных эксплуатационных условиях. Значимость результатов заключается в создании инструмента, который упрощает расчет влагоразрядных характеристик изоляторов, что позволяет быстро смоделировать ряд различных эксплуатационных условий и выбрать оптимальные характеристики для изоляторов. Этот метод может быть использован для разработки индивидуальных решений, адаптированных к различным условиям эксплуатации, что способствует быстрому моделированию и, соответственно, более точному определению безопасных и эффективных решений. Работа делает вклад в улучшение характеристик изоляции и открывает новые возможности для исследований и практического применения в энергетике, в частности в подземных подстанциях.