КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА НА СОПРОТИВЛЕНИЕ СТЕКЛЯННЫХ И ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

COMPUTER SIMULATION OF THE EFFECT OF AIR HUMIDITY ON THE RESISTANCE OF GLASS AND POLYMER INSULATORS

Valery Bogomolets

student, Department of Electric power and electrical engineering, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

Darya Bogomolets

student, Department of Electric power and electrical engineering, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

Изоляция электроустановок – один из важнейших вопросов в электротехнике и электроэнергетике. Изоляционные материалы непрерывно совершенствуются, создаются новые технологии.

ABSTRACT

Insulation of electrical installations is one of the most important issues in electrical engineering and electric power industry. Insulation materials are continuously being improved, new technologies are being created.

Ключевые слова: изолятор, фарфор, технологии.

Keywords: insulator, porcelain, technology.

Изоляция электроустановок – один из важнейших вопросов в электротехнике и электроэнергетике. Изоляционные материалы непрерывно совершенствуются, создаются новые технологии изготовления изоляционных материалов, используются новые вещества для создания изоляционных материалов [1].

В прошлом столетии широкое распространение в качестве изолирующих материалов, применяемых в электроэнергетике, нашли стекло и фарфор. Несмотря на простую технологию изготовления, доступность исходных материалов эти изолирующие материалы имеют ряд существенных недостатков, главным из которых являются гигроскопичность. Гигроскопичность данных материалов приводит к постепенному снижению их сопротивления с течением времени, что в свою очередь повышает вероятность электрического пробоя в процессе эксплуатации. Сравнительно недавно появились полимерные изоляторы, которые в скором будущем выместят стеклянные и фарфоровые изоляторы [2]. Такой смелый прогноз можно дать потому, что полимерные изоляторы лишены главного недостатка фарфоровых и стеклянных изоляторов. Полимерные изоляторы обладают гидрофобностью, способностью отталкивать воду. При этом, стоит также заметить, что полимерные изоляторы значительно долговечнее стеклянных и фарфоровых изоляторов и способны долгое время не терять свои свойства [3].

Как известно [4], вода снижает сопротивление изоляционных материалов, соответственно, ток утечки, протекающий через изоляционный материал, будет возрастать. Из этого следует, что, анализируя значения токов утечки гирлянд изоляторов, можно оценивать их способность накапливать воду.

Для наглядной демонстрации преимущества полимерных изоляторов над фарфоровыми и стеклянными изоляторами нами выполняется компьютерное моделирование двух видов линейных изоляторов. Первый вид изоляторов представляет собой классическую гирлянду стеклянных изоляторов, второй вид представляет собой модульный полимерный изолятор. Среда моделирования «MATLAB-Simulink» [5]. Модель представлена на рисунке 1. Как говорилось выше, для наглядной демонстрации преимущества полимерных изоляторов нам необходимо выполнить компьютерное моделирование двух гирлянд изоляторов. В первом опыте исследуется гирлянда стеклянных изоляторов, во втором опыте исследуется гирлянда из полимерных изоляторов. В обоих опытах к исследуемым гирляндам прикладывается одинаковое напряжение, каждая из гирлянд находится в одинаковых климатических условиях. В каждом опыте исследуется новая гирлянда, гирлянда после трех лет эксплуатации и гирлянда после десяти лет эксплуатации.

Рисунок 1. Компьютерная модель

Модель представляет собой схему замещения гирлянды изоляторов. Для пояснения данной схемы используем рисунок 2. Резистивные элементы R1-R6 представляют собой активные сопротивления каждого изолятора в гирлянде; емкостные элементы C11-C16 представляют собой емкости между каждым изолятором в гирлянде; емкостные элементы C21-C25 представляют собой емкость между каждым изолятором в гирлянде и проводом; емкостные элементы C31-C35 представляют собой емкости между каждым изолятором в гирлянде и опорой. Провод представлен двумя последовательно соединенными резистивными элементами R11 и R12. Для упрощения модели индуктивным сопротивлением линии пренебрегаем. В качестве источника напряжения используется однофазный источник E1. В качестве опоры используется блок заземления. Для замера тока утечки используется амперметр PA1 включенный последовательно между элементами R1 и заземлением.

Рисунок 2. Пояснение к схеме замещения гирлянды изоляторов.

Поскольку в нашем исследовании делается акцент на такое преимущество полимерных изоляторов как гидрофобность, то нам необходимо задать параметры окружающих условий, прежде всего влажности воздуха. Например, в районе Средней Волги наиболее влажным сезоном года является осень, т.к. в это время года имеют место частые и продолжительные дожди и туманы. Как понятно из [1, 6] влажность воздуха оказывает влияние на сопротивление диэлектриков, соответственно, каждому уровню влажности воздуха должно соответствовать определенное сопротивление этого диэлектрика с учетом времени эксплуатации этого диэлектрика. В таблице 1 приводятся сводные данные по уровням влажности и соответствующим им сопротивлениям.

Таблица 1.

Данные по уровням влажности и соответствующим им сопротивлениям

По результатам девяти измерений в обоих опытах нами составлена сводная таблица токов утечки.

Таблица 2.

Токи утечки гирлянд изоляторов

По результатам компьютерного моделирования приведенным в таблице 1 заметно, что на сопротивление полимерных изоляторов влага не оказывает существенного влияния, как на стеклянные изоляторы.

Продемонстрированные в таблице 1 токи утечки наглядно демонстрируют преимущество полимерных изоляторов над стеклянными изоляторами.

Список литературы:

1. Коломиец, Н. В. Электрическая часть электростанций и подстанций / Н. В. Коломиец, Н. Р. Пономарчук, В. В. Шестакова. — Томск : Томский политехнический университет, 2007. — 146 c.
2. Хорошилова, М. В. Контроль технического состояния линейных подвесных полимерных изоляторов в процессе эксплуатации / М. В. Хорошилова, Ю. А. Перцев, В. В. Орлов. // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Труды Всероссийской студенческой научно-технической конференции. — Воронеж : Воронежский государственный технический университет, 2017. — С. 146-147.
3. Несенюк, Т. А. Исследования применения RFID-индикации полимерных изоляторов в системе электроснабжения / Т. А. Несенюк. — Текст : непосредственный // Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети: управление, вычисление, связь. Материалы XXII международной научной конференции. — Москва : Российский университет дружбы народов, 2019. — С. 521-532.
4. Дьяконов, В. П. Simulink 5/6/7: Самоучитель / В. П. Дьяконов. — М: ДМК, 2008. — 784 c.
5. Герасимов, В. Г. Электротехнический справочник. Том 1 / В. Г. Герасимов. — 9-е изд. — М : МЭИ, 2003. — 440 c.