Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 2

Study of DC Voltage Effects on the Electrical Treeing Phenomenon in XLPE Insulating Materials

Badanie wpływu napięcia stałego na zjawisko drzewa elektrycznego w materiałach izolacyjnych XLPE

10.15199/48.2024.02.58

nr katalogowy: 147376
10.15199/48.2024.02.58

Streszczenie

In this study, we present the propagation of electrical tree in solid insulation via dynamical simulation with cellular automata. Taking a specimen of XLPE dielectric situated between two electrodes under DC voltage. Electrical tree emanates from the end of the needle where the electric stress reaches the dielectric strength of the dielectric material. The potential distribution is determined at every step due to the boundary changes according to tree advancement by resolving Laplace's equation. The effect of the applied voltage levels on the formation of the electrical tree is investigated. The obtained results are in agreement with the available experimental data and published technical literature.

Abstract

W tym badaniu przedstawiamy propagację drzewa elektrycznego w izolacji stałej poprzez dynamiczną symulację z automatami komórkowymi. Pobranie próbki dielektryka XLPE umieszczonego między dwiema elektrodami pod napięciem stałym. Drzewo elektryczne emanuje z końca igły, gdzie naprężenie elektryczne osiąga wytrzymałość dielektryczną materiału dielektrycznego. Rozkład potencjału jest określany na każdym kroku ze względu na zmiany granic w zależności od postępu drzewa poprzez rozwiązanie równania Laplace'a. Zbadano wpływ przyłożonych poziomów napięcia na tworzenie się drzewa elektrycznego. Uzyskane wyniki są zgodne z dostępnymi danymi eksperymentalnymi i opublikowaną literaturą techniczną.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Bao, M., Yin, X., He, J.: Analysis of electrical tree propagation in XLPE power cable insulation, Phys. B Condens. Matter, 406 (2011), nr. 8, 1556–1560.
[2] Zheng, W., Qian, Y., Yang, N., Huang, C., Jiang, X.: Research on partial discharge localization in XLPE cable accessories using multi-sensor joint detection technology, Przegląd Elektrotechniczny 87 (2011), no. 11, 84-88..
[3] Chen, X. Xu, Y. Cao, X. Gubanski, S. M.: Electrical treeing behavior at high temperature in XLPE cable insulation samples, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 22 (2015), nr. 5, 2841-2851.
[4] Dissado, L. A. Dodd, S. J. Champion, J. V. Williams, P. I. Alison, J. M.: Propagation of electrical tree structures in solid polymeric insulation, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 4 (1997) ,nr 3, 259-279.
[5] Cho, Y. S. Shim, M. J. Kim, S. W.: Electrical tree initiation mechanism of artificial defects filled XLPE, Materials chemistry and physics, 56 (1998), nr. 1, 87-90.
[6] Sarathi, R., Nandini, A. Danikas, M.: Understanding Electrical Treeing Phenomena in XLPE Cable Insulation Adopting UHF Technique, Journal of Electrical Engineering, 62 (2011), nr. 2, 73-79.
[7] Shimizu, N. Laurent, C.: Electrical tree initiation, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 5 (1998), nr. 5, 651-659.
[8] Dissado, L. A.: Understanding electrical trees in solids: from experiment to theory, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 9 (2002), nr. 4, 483-497.
[9] Nobrega, A. M., Martinez, M. L. B. de Queiroz, A. A. A.: Investigation and analysis of electrical aging of XLPE insulation for medium voltage covered conductors manufactured in Brazil, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 20 (2013), nr. 2, 628-640.
[10] Medoukali, H. GUIBADJ, M. ZEGNINI, B.: Study of Electrical and Electromechanical Constraints in the Insulation of HV Cables Containing Microcavities: Effect of Space Charges, IET Generation, Transmission & Distribution, 11 (2017), nr.13, 3231-3235.
[11] Niemeyer, L. Pietronero, L. Wiesmann, H. J.: Fractal dimension of dielectric breakdown, Physical Review Letters, 52 (1984), nr. 12, 1033.
[12] Noskov, M. D. Malinovski, A. S. SACK, M. Schwab, A. J.: Selfconsistent modeling of electrical tree propagation and PD activity, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 7 (2000), nr. 6, 725-733.
[13] Dissado, L. A. Fothergill, J. C. Wise, N. Cooper, J.: A deterministic model for branched structures in the electrical breakdown of solid polymeric dielectrics, Journal of Physics D: Applied Physics, 33 (2000), nr. 19, 109.
[14] Danikas, M.G., Karafyllidis, I., Thanailakis, A., Bruning, A.M.: ‘Simulation of electrical tree growth in solid dielectrics containing voids of arbitrary shape’Model. Simul. Mater. Sci. Eng., 4 (1996), nr. 6, 535.
[15] Vardakis, G. E. Danikas, M. G.: Simulation of electrical tree propagation in a solid insulating material containing spherical insulating particle of a different permittivity with the aid of cellular automata, Facta universitatis-series: Electronics and Energetics, 17 (2004), nr. 3, 377-389.
[16] Vardakis, G. E. Danikas, M. G.: Simulation of electrical tree propagation using cellular automata: the case of conducting particle included in a dielectric in point-plane electrode arrangement, Journal of electrostatics, 63(2005) , nr.2, 129- 142.
[17] Vardakis, G.E., Danikas, M.G., Karafyllidis, I.: Simulation of space-charge effects in electrical tree propagation using cellular automata, 56 (2002), 404–409.
[18] Vichniac, G. Y.: Simulating physics with cellular automata, Physica D: Nonlinear Phenomena, 10 (1984), nr. 1, 96-116.
[19] Chopard, B. Droz, M.: Cellular automata modeling of physical systems, (Cambridge University Press, 2005).
[20] Neumann, J. V. Burks, A. W.: Theory of self-reproducing automata (Edited and completed by Arthur W. Burks. Illinois University Press, 1966).
[21] Kari, J.: Theory of cellular automata: A survey, Theoretical computer science, 334 (2005), nr. 1, 3-33.
[22] Wolfram, S.: Cellular automata and complexity: collected papers (Reading: Addison-Wesley, 1994).
[23] Athanassopoulos, S. Kaklamanis, C. Kalfoutzos, G. Papaioannou, E.: Cellular Automata: Simulations Using Matlab, In The Sixth International Conference on Digital Society (2012).
[24] Mason, J. H.: Breakdown of solid dielectrics in divergent fields, Proceedings of the IEE-Part C: Monographs, 102 (1955), nr. 2, 254-263.
[25] Mason, J. H.: The deterioration and breakdown of dielectrics resulting from internal discharges, Proceedings of the IEE-Part I: General, 98 (1951), ,nr. 109, 44-59.
[26] Atten, P. and Saker, A.: Streamer propagation over a liquid/solid interface, IEEE Transactions on Electrical Insulation, 28 (1993), nr. 2, 230-242.
[27] Kreuger, F. H.: Industrial high DC voltage: 1. fields, 2. breakdowns, 3. Tests, (Delft University Press, 1995).

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-2 , nr katalogowy 147376 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-2 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-2

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma