analiza și testarea distribuției câmpului electric la ...wing.ro/cmim/uploads/baza date...

Raport stiintific si tehnic – Etapa I IZOCOMTEST

Analiza și testarea distribuției câmpului electric la izolatoare din materiale compozite pentru creșterea siguranței în funcționare

IZOCOMTEST Versiunea 1.0 1

Analiza și testarea distribuției câmpului electric la

izolatoare din materiale compozite pentru creșterea

siguranței în funcționare

Raport stiintific si tehnic – Etapa I

Interconectarea echipei de cercetare la tehnologiile agentului economic.

Preluarea datelor tehnice necesare implementării metodei de analiză




CUPRINS

1. Introducere Pag.

1.1. Scopul documentului 3

1.2. Rezumatul etapei 3

Activitatea 1.1. Întîlniri de lucru cu agentul economic pentru

stabilirea tipurilor de izolatori compozit

4

Activitatea 1.2. Preluare și digitizare documentație conform

metodei de analiză

5

Anexe 16




1. Introducere

1.1 Scopul documentului

Scopul acestui document este cel de a detalia modalitățile de preluare a informațiilor tehnice

referitoare la izolatoarele din materiale compozite folosite de TRANSELECTRICA S.A. în

rețelele de înaltă tensiune, obținerea informațiilor privind unele defecte apărute în funcționare

și care permit ulterior dezvoltarea metodelor de analiză a distribuției cîmpului electric și

raportul de stagiu al echipei de doctoranzi.

Documentul se adresează liderilor şi inginerilor din echipele de lucru şi de asemenea

reprezentanţilor autorităţii contractante.

1.2. Rezumatul etapei

Scopul general al acestui proiect îl constituie creșterea performanței și competitivității

agentului economic prin utilizarea expertizei existente în universitate în vederea îmbunătățirii

tehnologiilor moderne achiziționate de acesta. Obiectivele proiectului se concretizează în

interconectarea expertizei din universitate cu necesitățile industriale ale beneficiarului prin:

- Realizarea unei metode de diagnosticare a stării izolatorului compozit și de estimare a

duratei sale de viață pe baza distribuției câmpului electric longitudinal din jurul

izolatorului

- Analiza distribuției câmpului electric la izolatoare fără și cu defect, punerea în

evidență a deformărilor liniilor de cîmp de diferite tipuri de defecte

- Realizarea unei baze de date privitoare la izolatoarele fără și cu defecte.

- Experimentări pe izolatoare cu și fără defecte, la care s-a determinat distribuția

câmpului electric, pentru validarea soluției tehnice.

Pentru atingerea obiectivelor, în cadrul etapei curente au fost preluate informații tehnice

referitoare la izolatoarele din materiale compozite din structura rețeleleor de înaltă tensiune ce

permit dezvoltarea metodelor de analiză numerică a distribuției câmpului electric longitudinal

și de apreciere a calității izolatorului. Au avut loc întâlniri ale colectivelor de lucru din cadrul

UPB și TRANSELECTRICA SA și se prezintă raportul de stagiu al colectivului de

doctoranzi.




2.1. Întîlniri de lucru cu agentul economic pentru stabilirea

tipurilor de izolatori compozit

Pentru identificarea obiectivelor de cercetare din această etapă au avut loc întâlniri de lucru

între colectivele de specialiști din UPB și TRANSELECTRICA SA.

În data de 12.10.2016 la întâlnirea colectivelor din Universitatea POLITEHNICA București

(coordonator) și SC TRANSELECTRICA SA (Partener P1) a fost aprobată componența

echipei de doctoranzi ce vor efectua stagiul prevăzut în planul de desfășurare al proiectului la

TRANSELECTRICA SA:

Drd.ing. Talpoș Ana

Drd.ing. Țolea Alexandra

Drd.ing. Gândescu Costin Hedwig

S-a stabilit tematica stagiului pentru fiecare membru al echipei și locul de desfășurare a

activității de documentare în domeniul izolatoarelor compozite pe durata etapei 1/2016.

Procesul verbal al întâlniri de lucru este prezentat în ANEXA.

În data de 21.10.2016 la întâlnirea colectivelor din Universitatea POLITEHNICA București

(coordonator) și SC TRANSELECTRICA SA (Partener P1) au fost analizate cerințele tehnice

pentru Etapa 1/2016 ale proiectului. S-au stabilit activitățile ce asigură interconectarea echipei

de cercetare la tehnologiile agentului economic TRANSELECTRICA S.A. în domeniul

analizei și studiului distribuției câmpului electric la izolatoarele compozite. S-a stabilit

punerea la dispoziția echipei de cercetare a unor informații privitoare la tipul izolatoarelor

compozite de studiat, a caracteristicile tehnice ale acestora, a evenimentelor legate de defecte

în rețea și de modul de realizare a bazei de date a rezultatelor.

Procesul verbal al întâlniri de lucru este prezentat în ANEXA.

Modalitatea de validare de către agentul economic a livrabilelor este cea prezentată în acordul

de parteneriat, prin proces verbal de acceptare la 10-30 zile de la predarea raportului tehnic de

fază.

Echipa de doctoranzi și-a desfășurat stagiul la TRANSELECTRICA SA în perioada

octombrie-decembrie 2016, conform planului de activități. Raportul de activitate este

prezentat în ANEXA iar datele tehnice obținute în documentare sunt cuprinse în acest raport

tehnic. Activitățile au vizat:

- Întîlniri cu colectivele de specialitate ale agentului economic pentru obținerea

informațiilor tehnice privind izolatoarele de tip compozit utilizate în rețelele de înaltă

tensiune;

- Culegerea informațiilor tehnice privitoare la anumite defecte ale acestor tipuri de

izolatoare din structura unor linii de înaltă tensiune;

- Studierea normelor tehnice și a standardelor în vigoare în domeniu;

- Obținerea caracteristicilor geometrice ale izolatoarelor, necesare implementării

metodei de analiză numerică a distribuției cîmpului electric;

- Obținerea caracteristicilor electrice ale izolatoarelor, necesare implementării metodei

de analiză numerică a distribuției cîmpului electric;

- Unele elemente tehnice pentru realizarea unei baze de date.




Conform planului de activități, preluarea și digitizarea informațiilor va continua și în etapa

a doua a proiectului.

2.2. Preluare și digitizare documentație conform metodei de analiză

Analiza câmpului electric la profilele de izolatoare compozite se va efectua în regim

electrostatic prin determinarea soluției ecuatiei Poisson în potential electrostatic, ecuație

diferentială de ordinul 2. Formularea corectă a problemei de camp impune cunoașterea

geometriei izolatorului, a frontierei domeniului, a surselor de câmp, a proprietăților de

material precum și impunerea unor condiții de frontiera pentru câmp. Un exemplu de

configurație geometrică este prezentat în figura următoare.

Configurație geometrică izolator utilă analizei numerice a câmpului electric

Metoda numerică adoptată pentru rezolvarea problemei de câmp este metoda elementelor

finite. Deoarece configurația izolatoarelor nu este foarte simplă, pe lângă elementele software

realizate de echipa de cercetare se vor utiliza programe comerciale performante dedicate

analizei campului electromagnetic bazate pe metoda elementelor finite: Comsol Multiphysics,

ANSYS, Flux 2D/3D, Opera.

Inițial se are în vedere obținera distribuția câmpului electrostatic prin rezolvarea numerică a

unui model bidimensional (2D) al problemei pentru o validare calitativă a soluției

potențialului electrostatic. Apoi, problema de câmp se va rezolva numeric pentru modelul

tridimensional (3D), luând în considerare diferite forme geometrice și dimensiuni ale

izolatoarelor, diferite materiale specifice izolatoarelor compozite, diferite tipuri de defecte.

Un exemplu de rezultat este prezentat în figura următoare pentru configurația geometrică

anterioară.




Harta intensitatii campului electric în zona de interes ( V/m )

Deoarece se urmărește generarea unei baze de date care să conțină distribuția campului

electric pentru un număr important de configurații ale izolatoarelor compozite și pentru

diferite tipuri de defecte, este necesar ca simularea numerică a modelelor tridimensionale

pentru problemele de câmp electromagnetic să se efectueze în mod automat. Se urmărește

dezvoltarea, implementarea și testarea unui software într-un limbaj de programare de nivel

înalt, care să preia datele de intrare, cum ar fi informații despre configurația izolatoarelor și

existența defectelor și care să genereze un fișier de ieșire în formatul mediului de programare

al programului de analiză a câmpului electromagnetic. Acest fisier de ieșire este „script-ul”

care se va rula în programul de analiză a câmpului și astfel se va obține distribuția câmpului

electric pentru configurația impusă de utilizator prin fișierul cu date de intrare menționat

anterior (formatul fișierului va fi conform specificațiilor beneficiarului).

Prezentăm în continuare informațiile tehnice privitoare la izolatoarele compozite, elemente ce

constituie baza tehnică a aplicării metodei de modelare a distribuției câmpului electric.

Izolatoarele electrice reprezintă ansambluri care permit fixarea şi ghidarea conductoarelor şi

subansamblurilor maşinilor, instalațiilor şi echipamentelor electrice. Pe lângă rolul de fixare

mecanică, izolatoarele electrice asigură izolarea electrică a componentelor instalațiilor şi

echipamentelor aflate la potențiale electrice diferite. Se deosebesc două categorii importante,

ce pot fi montate în interior sau exterior:

- de suspensie și de suport – supuse predominant unor solicitări mecanice mari;

- de trecere sau borne – supuse unor solicitări electrice intense.

Izolatoarele suport și de suspensie se întâlnesc cel mai des la liniile electrice aeriene și au un

rol dublu: fixează conductoarele unul față de altul și față de stâlp și asigură o izolație

corespunzătoare între căile de curent și punctele de fixare legate la pământ.

O variantă tot mai utilizată de izolatoare de exterior sunt cele din materiale compozite

realizate din cauciucuri siliconice. Au avantaje în utilizare, precum:

→ Proprietăţi de hidrofobicitate deosebite, ceea ce le recomandă pentru utilizare în zone

intens poluate;

→ Mase mult inferioare faţă de izolatoarele clasice din porţelan sau sticlă, până la 1/20.

→ Lungime redusă la aceeaşi linie de fugă, facilitând obţinerea gabaritelor la sol.

→Execuţiei monobloc pentru orice valoare a tensiunii reţelei.




→Greutate mai mică şi suprafeţa redusă opusă vântului; scade sarcina de calcul pentru

dimensionarea stâlpilor și se facilitează operaţiile de montaj.

→Depunerile de substanţe poluante pe fustele izolatorului sunt minime, cauciucul siliconic

prezentând un pronunţat efect de autocurăţire, ceea ce elimină operaţiile de întreţinere.

Pentru LEA cu tensiuni nominale de 110 kV- 750 kV se folosesc elemente de izolatoare de

suspensie montate în lanţuri, în scopul realizării izolaţiei necesare liniei electrice. În figura

următoare sunt indicate tipuri de astfel de lanțuri de izolatoare compozite și repartiția

tensiunilor. Numărul si modul de conectare al elementelor (izolatoarelor) din lanț depind de

tensiunea conductoarelor susținute și de condițiile impuse în norme.

a) b)

Repartiţia tensiunilor pe un lanţ de izolatoare: a – tip capă-tijă; b – tip tijă

Norma tehnică interna NTI-TEL-E-032-E-2009-00 a TRANSELECTRICA SA conține

”SPECIFICATIE TEHNICA PENTRU IZOLATOARE COMPOZITE SI LANTURILE DE

IZOLATOARE DE 110 – 400 kV”. Toate elementele tehnice din acest raport tehnic fac

referire prevederile din această normă tehnică.

Lanțurile de izolatoare compozite corespund urmatoarelor standarde și norme (ultimele

editii):

- CEI 60060 “Incercări la înaltă tensiune – Partea I: Definiții și cerințe generale

relativ la încercări”

- CEI 60071 “Coordonarea izolației”

- CEI 60120 “Dimensiuni la cuplarea rotulei cu locaș de rotulă a unităților de lanțuri

izolatoare”

- CEI 60383 “ Izolatoare pentru liniile aeriene cu tensiune nominală mai mare de 1

kV”

- CEI 60437 “ Interferențe radioelectrice pe izolatoare de înaltă tensiune”

- CEI 60467 “ Izolatoare pentru LEA. Incercări la arc de mare putere de c.a”

- CEI 60471 “Dimensiunile îmbinărilor la cuplarea unităților de izolatoare”

- CEI 60507 “Incercarea la poluare artificială a izolatoarelor de înaltă tensiune

destinate rețelelor de curent alternativ”

- CEI 60721 “Condiții de mediu prezente în natura. Radiația solară și temperatura”

- CEI 60815 “Ghid pentru alegerea izolatoarelor în condiții de poluare”




- CEI 61109 “Izolatoare compozite pentru linii aeriene de curent alternativ cu

tensiunea nominală peste 1000V. Definiții. Metode de încercare și

criterii de acceptabilitate”

- SR CEI 61284 “Linii aeriene. Condiții și încercări pentru cleme, armături și accesorii”

- CEI 61466 “Izolatoare compozite pentru linii aeriene de curent alternativ cu

tensiune nominală peste 1000 V. Partea 1: Clase mecanice și prinderi

standard ale extremităților”

- CEI 62217 “Izolatori din polimeri pentru interior și exterior cu tensiune nominală

peste 1 kV. Definiții generale. Metode de încercare și criterii de

acceptibilitate“

- ISO 1459 (…63) “Acoperiri metalice. Protecția impotriva coroziunii prin galvanizare la

cald. Principii. Metoda gravimetrică. Metoda micrografică”

- ISO 2178 “Imbrăcaminți metalice și anorganice. Măsurarea grosimii. Metoda

magnetică”

- ISO 2859 (1+2) “Proceduri de eșantionare și tabele privind inspecția prin atribute”

- ISO 3452 “Incercări nedistructive. Testul de penetrare”

Caracteristicile rețelei și ambientului în care vor funcționa izolatoarele:

- Tensiunea nominala a retelei (kV): 400/220/110;

- Tensiunea cea mai ridicată a rețelei (kV): 420/245/123;

- Frecvența nominală (Hz): 50;

- Curent scurtcircuit (kA/s): 40; (31.5)

- Locul de montaj exterior;

- Altitudine max. 1000.

Conditii meteorologice:

- Temperatura mediului ambiant (°C): (- 30)…. (+ 40) (medie + 35);

- Radiația solară maximă (kW/m2): 1,18;

- Umiditatea relativă a aerului (%): 100;

- Grosimea maximă a stratului de chiciura (mm): 24.

Aspectul general al izolatoarelor compozite se prezinta in figura următoare.




CARACTERISTICI TEHNICE PENTRU IZOLATOARE COMPOZITE DE 400 kV Nr.crt. Descriere U.M. Valoare impusa

1. Fabricant -

2. Tara de fabricatie -

3. Standarde pentru:

-caracteristicile electrice

-caracteristicile mecanice

-material

-mod de cuplare

-teste de fabrica

-

-

-

-

-

CEI 60060,60071, 60120,

60383, 60437, 60507, 60815,

61109

4. Tensiunea maxima a retelei kV. 420

5. Tensiunea de tinere la impuls de trasnet in

stare uscata, (unda 1,2/50 µs)

kV.min 1550

6. Tensiunea de tinere la incercare frecventa

industriala sub ploaie (50Hz)

kV.ef. 680

7. Tensiunea de tinere la impuls de comutatie

sub ploaie (unda 250/2500µs)

KV.max 1050

8. Tensiune de 50% conturnari la impuls de

trasnet in stare uscata (unda 1,2/50 µs)

KV.max 1930

9. Curent de scurtcircuit timp de una secunda kA 40 (31,5)

10. Nivel RIV µV 2500

11. Durata de viata (minimum) ani 30

12. Tip izolator - Tija unica

13. Realizare constructiva -tip baston

14. Material

-partea izolanta;

-culoare;

-partea de rezistenta a corpului izolant;

-partea superioara de prindere;

-partea inferioara de prindere;

-splint/agrafa.

-

-

-

-

Compozit pe baza de silicon

Gri-albastru (recomandare)

Fibra sticla

Otel forjat

Otel forjat

Bronz/otel inox

15. Armaturi la capete

-la partea superioara;

-la partea inferioara.

-

-

Rotula

Locas-rotula

16. Mod de fixare parte izolanta - Conf. desen executie

17. Lungimea izolatorului intre punctele de

prindere

mm Conf. proiect

18. Mod de cuplare mm Ф20, ф16, conf.CEI

19. Lungimea liniei de fuga (min) mm/kV conf. tab.3.2.

20. Sarcina mecanica specificata (ANEXA1-

minim)

kN 160/120

21. Sarcina mecanica de incercare

individuala(minim 50% SMS –pct 20)

kN 80

22. Inele de egalizare si protectie

-forma;

-dimensiuni;

-material.

-

mm.

Da

Conf. desen executie

Conf. proiect

Otel




CARACTERISTICI TEHNICE PENTRU IZOLATOARELE COMPOZITE DE 220 kV Nr.crt. Descriere U.M. Valoare impusa

1. Fabricant -



-caracteristicile electrice;

-caracteristicile mecanice;

-material;

-mod de cuplare;

-teste de fabrica.

-

-

-

-

-

CEI 60060,60071,

60120, 60383, 60437,

60507, 60815, 61109


5. Tensiunea de tinere la impuls de traznet in


kV.min 1050



kV.ef. 460



KV.max 750



KV.max 1310





13. Realizare constructiva -baston

14. Material:

-partea izolanta;

-culoare;




-splint/agrafa.

-

-

-

-

Compozit pe baza de

silicon

Fibra sticla

Otel forjat/fonta

Otel forjat/fonta

Bronz/otel inox

15. Armaturi la capete



-

-

Rotula-locas

Locas-rotula

16. Mod de fixare parte izolanta - Conf. desen executie


prindere

mm Conf. proiect

18. Mod de cuplare (ANEXA1-CEI) mm ф16 / ф20, conf. CEI

19. Lungimea liniei de fuga (min.) mm/kV Conf tab3.2


minim)

kN 120 / 160



kN 60 / 80

22. Inele de egalizare si protectie:

-forma;

-dimensiuni;

-material.

-

mm.

-

Da


Conf. proiect

Otel




CARACTERISTICI TEHNICE PENTRU IZOLATOARE COMPOZITE DE 110 kV

Nr.crt. Descriere U.M. Valoare impusa Valoare

ofertata

1. Fabricant -


3.

Standarde pentru:

-caracteristicile electrice;

-caracteristicile mecanice;

-material;

-mod de cuplare;

-teste de fabrica.

-

-

-

-

-

CEI 60060,60071,

60120, 60383, 60437,

60507, 60815, 61109


5. Tensiunea de tinere la impuls de traznet in


kV.min 550



kV.ef. 230



KV.max 440



KV.max 690





13. Realizare constructiva Conform prospect

14.

Material:

-partea izolanta;

-culoare;




-splint/agrafa.

-

-

-

-

Compozit pe baza de

silicon

Fibra sticla

Otel forjat

Otel forjat

Bronz/otel inox

15.

Armaturi la capete:



-

-

Rotula

Locas rotula

16. Mod de fixare parte izolanta - Conform desene executie


prindere

mm Conform proiect

18. Mod de cuplare mm ф 16 / ф 20, conform

CEI

19. Lungimea liniei de fuga (min.) mm/kV Conf. tab. 3.2.


minim)

kN (70) 120 / 160



kN (35) 60 / 80

22.

Inele de egalizare si protectie:

-forma;

-dimensiuni;

-material.

-

mm.

-

Da



Conf. proiect




CARACTERISTICI TEHNICE LANŢURI DE IZOLATOARE COMPOZITE 400 kV

Nr.

crt. Descriere UM

Valori

impuse

FABRICANT:

*0 PENTRU IZOLATOARE:

*1 PENTRU ARMĂTURI:


caracteristicile electrice ale armăturilor

caracteristicile mecanice ale armăturilor

material

inele de protecţie

armături

- Conform standarde

specifice

2. Materiale

inele de protecţie

nucă

ochi

jug

armături

-

Otel

Fonta

Otel forjat

Otel

Otel

3. Tipul de prindere la stâlp - Corespunzător stâlp

4. Lungimea lanţului mm Conform prospect

5. Inelele de protecţie

-formă

-dimensiuni

-material

-

mm

-

Conform desene executie

6. Distanta de izolare în aer mm Conform proiect

7.

Lungimea liniei de fugă la tensiunea maximă de 420

kV poluat

mm

Conform grad poluare

(≥ 10500)

8. Sarcina de rupere electromecanică kN Conform numar ramura/lant

9. Sarcina de lucru maximă admisibilă kN Idem

10. Grosimea stratului de zinc μm 86

11. Diametrul partii izolante:

Tija centrala

- Fuste

mm

mm



12. Masa lanţului de izolatoare kg Conform prospect

13. Mod de livrare - Conform contract

14. Mod de marcare - Conform CEI

15. Tensiunea de lucru kV 400

16. Tensiunea de ţinere la impuls de trăsnet în stare

uscată 1,2/50μs-valoare de varf

kVmax

>1550

17. Tensiunea de 50% contunări la impuls de trăsnet în

stare uscată (1,2/50) – valoare de vârf

kVmax <1930

18. Tensiunea de apariţie a efectului corona kV 1,1 x 420/3

19. RIV µV 2500

20. Tensiunea de ţinere 1 minut sub ploaie la frecventa

industrială

kVef >680

21. Tensiunea de ţinere la impuls de comutaţie 250/2500

μs valoare de vârf:

- stare uscată

- stare umedă

kVmax

kVmax

1100

>1050

22.

Curentul de scurt-circuit kA/sec. 31.5 (40)





Nr.

crt Descriere UM

Valori

impuse

FABRICANT:




caracteristicile electrice ale clemelor si armăturilor

caracteristicile mecanice armăturilor

material

inele de protecţie

armături

- Conform standarde specifice

2. Material

inele de protecţie

nucă

ochi

jug

armături

-

Otel forjat

Otel

Ote

Otel

Bronz/otel inoxl

3. Tipul de prindere la stalp - Corespunzător stalp



*0 formă

*1 dimensiuni

*0 material

-

mm

-

Conform desen executie


7.

Lungimea liniei de fugă la tensiunea maximă de 245

kV -poluat

mm


(> 6125)

8. Sarcina de rupere electromecanică kN Conform numar ramuri/lant




tija centrala

fusta

mm

mm







16. Tensiunea de ţinere la impuls de trăsnet în stare uscată

1,2/50µs-valoare de varf

kVmax

>1050

17. RIV µV 2500


industrială

kVef >460

19. Curentul de scurt-circuit kA/sec. 31.5 (40)

20. Tensiunea de aparitie a efectului corona kV 1,1x220/ 3





Nr.

crt Descriere UM

Valori

impuse

FABRICANT:




caracteristicile electrice ale clemelor si armăturilor

caracteristicile mecanice armăturilor

material

inele de protecţie

armături

- Conform standarde specifice

2. Material

inele de protecţie

nucă

ochi

jug

armături

-

Otel

Otel

Otel forjat

Otel

Otel

3. Tipul de prindere la stalp - Corespunzător stalp



*2 formă

*3 dimensiuni

*1 material

-

mm

-

Conform desen executie


7.

Lungimea liniei de fugă la tensiunea maximă de 245 kV

-poluat

mm


> 6125

8. Sarcina de rupere electromecanică kN Conform numar ramuri/lant




tija centrala

fusta

mm

mm







16. Tensiunea de ţinere la impuls de trăsnet în stare uscată

1,2/50µs-valoare de varf

kVmax

>550

17. RIV µV 2500


industrială

kVef >230

19. Curentul de scurt-circuit kA/sec. 31.5 (40)

20. Tensiunea de aparitie a efectului corona kV 1,1x110/ 3




În figurile următoare sunt prezentate configurațiile geometrice ale unor izolatori compoziți

fără și cu defecte ce vor fi studiați cu ajutorul metodei numerice pentru obținerea

distribuției cîmpului electric.

Au fost obținute mai multe configurații geometrice din care se vor alege, în urma discuțiilor

cu partenerul agent economic acele variante constructive care au ridicat unele probleme în

fincționarea în rețelele electrice.

analiza și testarea distribuției câmpului electric la ...wing.ro/cmim/uploads/baza date...

Documents