Proiectul PN – II – RU intitulat Degradarea electrica si estimarea rezervelor de durata de viata ale izolatiilor polimere ale cablurilor este un proiect de tip postdoctoral, destinat tinerilor doctori cu varsta maxima 35 de ani, finantat de CNCSIS UEFISCSU.
- Realizare esantioane cabluri model redus.
- Masuratori pe esantioane fara arborescente de apa.
- Dezvoltare arborescente de apa.
- Masuratori pe esantioane cu arborescente de apa.
- Elaborare model calcul camp.
- Realizarea modelului de estimare a starii de degradare si a duratei de viata ramasa.
Stadiu
Activitatea 1. Realizare esantioane cabluri model redus
Termen: 6.12.2010
Conform planului de realizare, au fost propuse si realizate doua obiective:
1.1. Realizare esantioane cabluri model redus
1.2. Masuratori sarcina spatiala si tensiune de strapungere
Cablurile model redus s-au realizat la IPROEB Bistrita si au urmatoarele caracteristici:
a) Conductor de cupru de diametru = 1,1 mm;
b) Izolatie din polimer termoplastic, cu urmatoarele dimensiuni: grosime izolatie = 0,8 mm, diametrul exterior al izolatiei = 2,7 mm.
c) Tensiunea nominala este = 450/750 V.
Sarcina spatiala a fost determinata experimental la Universite Montpellier 2 iar tensiunea de strapungere in Laboratorul de Materiale Electrotehnice din cadrul Facultatii de Inginerie Electrica, UPB.
Principalele concluzii sunt:
– Se constata ca, desi cablurile nu au suferit nici un fel de degradare, sarcina spatiala nu este nula;
– Din plaja de valori ale vitezei de crestere a tensiunii, s-a constatat experimental ca viteza optima este de 1 kV/s;
– Valoarea medie a rigiditatii dielectrice 27,5 kV/mm se incadreaza in limitele de valori indicate in literatura pentru polimerii termoplastici (25-30 kV/mm) (Tabelul 1).
Tabel 1. Valorile rigiditatii dielectrice
| Esantion | Rigiditate dielectrica Estr [kV/mm] |
| 1 | 26,5 |
| 2 | 31,5 |
| 3 | 27,1 |
| 4 | 27,1 |
| 5 | 25,4 |
Activitatea 2. Masuratori sarcina spatiala si tensiune de strapungere
Termen: 6.12.2010
Activitatea 3. Producerea de arborescente de apa in izolatiile minicablurilor
Termen: 6.12.2011
Conform planului de realizare, au fost propuse urmatoarele obiective:
3.1. Producerea de arborescente de apa in izolatiile minicablurilor
3.2. Masuratori ale sarcinii spatiale, adancimii de patrundere a ionilor si tensiunii de strapungere pe esantioane cu arborescente de apa
3.3. Calcul camp in esantioane cu arborescente de apa si sarcina spatiala
Pana in prezent au fost dezvoltate arborescente de apa in izolatiile minicablurilor la frecventa de 50 Hz si la frecventa de 2 si 3 kHz, duratele de imbatranire fiind cuprinse intre 24 h si 1360 h (obiectivul 2.1).
S-au determinat dimensiunile si concentratia arborescentelor de apa, densitatea de sarcina spatiala dar si tensiunea de strapungere (obiectivul 2.2).
Rezultatele preliminare obtinute arata o crestere a dimensiunilor (lungimea L si diametrul D) si concentratiei de arborescente (ca) (Tabelul 2, Fig. 1) dar si a densitatii sarcinii spatiale cu durata si frecventa de imbatranire (Figurile 2 si 3).
Pe de alta parte ca urmare a cresterii duratei de imbatranire si a frecventei campului electric se constata ca tensiunea de strapungere scade comparativ cu esantioanele neimbatranite.
Figura 1. Arborescente de apa obtinute la 50 Hz(a), 2kHz(b) si 3kHz(c) (U5kV RMS).
Tabelul 2. Dimensiunile si concentratia de arborescente de apa
| Durata Imbatranire [h] | Frecventa [kHz] | L [microm] | D [microm] | ca [mm^-2] |
| 48 | 2 | 187 | 107 | 1 |
| 48 | 3 | 278 | 184 | 2 |
| 96 | 2 | 218 | 134 | 3 |
| 96 | 3 | 329 | 259 | 4 |
| 1320 | 0,06 | 165 | 150 | 1 |
Activitatea 4. Masuratori ale sarcinii spatiale, adancimii de patrundere a ionilor si tensiunii de strapungere pe esantioane cu arborescente de apa
Termen: 6.12.2011
Figura 2. Variatia curentului de unda termica in timp pentru izolatii de cablu imbatranite subactiunea campului electric si apei timp de 48 si 96 h (frecventa de imbatranire = 3 kHz).
Figura 3. Variatia curentului de unda termica in timp pentru izolatii de cablu imbatranite sub actiunea campului electric si apei.
Activitatea 5. Calcul camp in esantioane cu arborescente de apa si sarcina spatiala
Termen: 6.12.2011
Calculele au fost efectuate pentru esantioane neimbatranite si imbatranite electric in prezenta arborescentelor de apa si a sarcinii spatiale. Au fost considerate trei regimuri de calcul al campului electric. : electrostatic, electrocinetic stationar si electrocinetic cuasistationar. In acord cu rezultatele precedente (activitatile 3 si 4), in care lungimea arborescentelor de apa si densitatea de sarcina spatiala scad in timp, s-a considerat regimul nestationar (variabil in timp) al campului electric (Figura 4). O crestere locala a campului electric la varful arborescentei si in vecinatatea conductorului se produce. Aceasta intensificare poate conduce la initierea descarcarilor partiale si a arborescentelor electrice, si, in final, la strapungerea izolatiei la tensiuni mai reduse.
Figura 4. Repartitia campului electric in izolatia unui cablu cu arborescente de apa.
Figura 5. Repartitia campului electric in prezenta arborescentelor de apa(la = 0,2 mm, regim variabil in timp).
Analizand figura 5 se constata ca valorile maxime ale intensitatii campului electric E se ating imediat dupa aplicarea tensiunii. Totusi, chiar si dupa aproape 104 secunde, campul electric are valori ridicate, valori ce permit continuarea proceselor de degradare si eventual strapungerea izolatiei cablului in timp.
Activitatea 6. Realizarea modelului de estimare a starii de degradare si a duratei de viata ramasa
Termen: 23.07.2012
Pentru estimarea duratei de viata s-au determinat valorile tensiunii de strapungere Ustr pe grupuri de trei esantioane in care s-au dezvoltat arborescente de apă la U = 5 kV si frecvente f = 1, 2 si 3 kHz. Variatiile tensiunii de strapungere Ustr cu durata de imbatranire τ sunt prezentate in figura 6.
Figura 6. Variatia tensiunii de strapungere cu durata de imbatranire τ pentru f = 3 kHz (1), f = 2 kHz (2), f = 1 kHz (3).
Utilizând coordonatele punctelor Q’1,2,3, s-a trasat dreapta duratei de viata in coordonate logaritmice:
y = a + bx,
unde x = lgf si y = lgDa iar constantele a si b au valorile a = 4,37061 si b = – 0,76348.
Se obtin duratele de viata a esantioanelor pentru orice frecventa. De exemplu, pentru f = 50 Hz s-a obtinut D50 = 1174,89 ore (48,95 zile).
Figura 7. Dreapta duratei de viata trasată pe baza punctelor Q1’, Q2’, Q3’.
Diseminare
Rezultatele obtinute pe anul 2010 au fost publicate intr-o serie de comunicari, articole, respectiv brevete, dupa cum urmeaza:
2.1. Comunicari
Iosif LINGVAY, Cristina STANCU, Andrei CUCOS, Carmen LINGVAY, „Degradation of power cables polyethylene insulation due to thermal cycling”, in curs de aparitie Proc. of 17th International Conference in Energetic Engineering CIE 2011.
2.2. Articole ISI
Petru. V. Notingher, Cristina Stancu, Ionut Enescu, „Electrical conductivity of wood-polymer composites”, Mat. Plastice, Vol. 48, No. 2, pp. 170-175, FI 0,873, 2011.
Cristina Stancu, Mihai Plopeanu, Petru V. Notingher, Sorin Grigorescu, „Lifetime estimation method of polyethylene power cables insulation subjected to electric field in the presence of water”, Int. Conf. on Optimization and Electrical and Electronic Equipment, pp. 143-150, 2012.
Cristina Stancu, Petru V. Notingher, Petru Notingher jr., Influence of space charge related to water trees on the breakdown voltage of power cable insulation”, propus Journal of Electrostatics, 2012.
2.3. Cereri brevete depuse
Petru V. Notingher, Cristina Stancu, „Instalatie de testare rapida la arborescenta de apa a izolatiilor cablurilor de inalta tensiune”, 2010.
Cristina Stancu, Petru V. Notingher, Stefan Alexandru Busoi, „Dispozitiv de prelucrare a suprafetelor izolatiilor cablurilor de inalta tensiune in vederea determinarii rezistentei la arborescenta de apa”, 2010.
Coordonator: Institutul National de Cercetare Dezvoltare in Inginerie Electrica INCDIE ICPE CA – Departamentul de Materiale Avansate – Director proiect Dr. Ing. Cristina STANCU Tel. +40.21.346.72.35, Fax. +40.21.346.82.99, email: cstancu@icpe-ca.ro
2. Universitatea POLITEHNICA Bucuresti – – Laboratorul de Materiale Electrotehnice (ELMAT) – Prof. Dr. Ing. Petru V. NOTINGHER Tel. +40.21.402.91.26, Fax. +40.21.318.10.16, email: petrunot@elmat.pub.ro
Universite MONTPELLIER 2 – – Groupe Energie et Materiaux – Maitre de conferences Petru NOTINGHER jr. Tel. +33.467.149.702, Fax. +33.467.042.130, email: petru.notingher@ies.univ-montp2.fr
Contact
Institutul National de Cercetare Dezvoltare in Inginerie Electrica
INCDIE ICPE CA – Departamentul de Materiale AvansateSplaiul Unirii, Nr. 313, Sector 3, 030138, Bucuresti, RomaniaTel: +40.21.346.72.35
Fax: +40.21.346.82.99
Email: cstancu@icpe-ca.ro
