TU Darmstadt / ULB / TUprints

Experimental Investigations on Water Droplets on Polymeric Insulating Surfaces under the Impact of High Electric Fields

Nazemi, Mohammad Hossein :
Experimental Investigations on Water Droplets on Polymeric Insulating Surfaces under the Impact of High Electric Fields.
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

[img]
Preview
Text
Dissertation_Nazemi.pdf
Available under Creative Commons Attribution Non-commercial No-derivatives 3.0 de.

Download (38MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Experimental Investigations on Water Droplets on Polymeric Insulating Surfaces under the Impact of High Electric Fields
Language: English
Abstract:

Non-Ceramic Insulators, NCIs, are widely replacing traditional porcelain or glass insulators, due to their low weight, high contamination resistance and hydrophobic surfaces. However, aging of the NCI's surface can gradually decrease the surface hydrophobicity, which leads to corona and even surface flashovers. Deformation of a water droplet affects the E-field distribution present on the insulating surface, making it difficult to estimate the droplet induced electric field enhancement on the insulator surface or to predict the partial discharge inception electric field strength. PD inception E-field strength of water droplets on hydrophobic surfaces under variation of a large set of parameters is measured, analyzed and discussed in this study. A systematic investigation on the behavior of water droplets at AC, DC and combined AC-DC stress is analyzed and compared, particularly in deformations and PD characteristics point of views. The major parts of these investigations have also been used to validate the dynamic E-field simulation package recently developed by the Computational Electromagnetics Laboratory (TEMF) of TU Darmstadt. A preliminary good agreement between simulations and experiments has been obtained. However, further cooperation is still needed to complete the validation of new software package. The maximum allowable E-field strength along a polymeric insulating surface of wettability class WC 1 for a single water droplet on a at surface has been estimated experimentally to be between 6 and 7.5 kV/cm (peak). The PD inception E-field strength was reduced to about 4.5 kV/cm (peak) for more water droplets on the surface like random spray and dew droplets. In spite of the benefits of polymeric insulators rather traditional glass and porcelain insulators, they are still in practice a relative new technology. The behavior of water droplets on the surface of polymeric insulators have been shown to be a key parameter to facilitate understandings of long-term and aging behavior of this type of insulators.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Aufgrund des geringen Gewichtes, der hohen Fremdsichtwiederstände und der Hydrophobie der Oberfläche werden Polymerisolatoren als Ersatz für die traditionellen Porzellan- oder Glas-Isolatoren zunehmend angewandt. Allerdings kann die Alterung der Oberflächen einen allmählichen Hydrophobieverlust verursachen, welcher zu Korona- und sogar Oberflächenüberschlagen führt. Die Verformung eines Wassertropfens durch die elektrische Feldbeanspruchung ändert die Feldverteilung auf der Oberfläche, wodurch das Vorhersagen von Teilentladungen auf der Oberfläche schwer abzuschätzen ist. In dieser Arbeit wurden die Teilentladungseinsetzfeldstärken von Wassertropfen auf der Oberfläche von Polymerisolatoren unter Berücksichtigung der Variation verschiedener Parameter gemessen, analysiert und vertiefend diskutiert. Eine systematische Untersuchung des Verhaltens von Wassertropfen unter Gleich- und Wechselspannung sowie kombinierter Beanspruchung wurde durchgeführt. Die wesentlichen Teile dieser Untersuchungen werden auch zur Validierung des entwickelten dynamischen Feldsimulationspakets beim Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder (TEMF) der TU Darmstadt verwendet. Eine vorläufige gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Experiment wurde erreicht. Allerdings ist die weitere Zusammenarbeit nach wie vor notwendig, um die Validierung des entwickelten Feldsimulationspakets abzuschließen. Die maximale zulässige Feldstärke auf der Oberfläche von Polymerisolatoren mit Oberflächenbenetzbarkeitsklasse 1 (WC1) für einen einzelnen Wassertropfen auf einer flachen Oberfläche wurde experimentell zwischen 6 und 7,5 kV/cm (Peak) ermittelt. Jedoch wurde die Teilentladungseinsetzfeldstärke für mehrere Wassertröpfchen, wie sie bei zufälligen Sprüh- und Betauungströpfchen auftreten, auf etwa 4,5 kV/cm (Peak) reduziert. Trotz aller Vorteile von Polymerisolatoren im Vergleich zu den traditionellen Glas- und Porzellanisolatoren, sind sie noch in der Praxis eine relativ neue Technologie. Das Verhalten von Wassertropfen auf der Oberfläche wurde als ein Schlüsselparameter zum Verständnis des Langzeit- und Alterungsverhaltens diesen Typs von Isolatoren beurteilt.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electrical Power Systems > High Voltage Technology
Date Deposited: 07 Apr 2016 12:29
Last Modified: 07 Apr 2016 12:29
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-53632
Referees: Hinrichsen, Prof. Volker and Franck, Prof. Christian
Refereed: 18 December 2015
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5363
Export:
Actions (login required)
View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year