Corona Aging Studies on Silicone Rubber Nanocomposites

In EHV and UHV power transmission lines, corona could occur even on well designed transmission line hardware and insulators especially under wet conditions. Corona if allowed to occur continuously can significantly damage the polymeric insulators used in such lines in the long run. This paper presents the experimental results of corona aging studies conducted on unfilled silicone rubber as well as filled silicone rubber nanocomposites. Corona aging studies were conducted on silicone rubber samples with filler concentrations of 0, 1, 2 and 3 % by wt of nanosilica for 25 h and 50 h. Needle-plane electrode geometry has been used to create the corona on the samples. Different characterization techniques such as Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive X-ray analysis, Hydrophobicity, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, and Optical Profilometry have been used to assess the relative performance of the samples with respect to corona aging. Results indicate that at 3 wt %, the performance of the nanocomposite is much better than the unfilled silicon rubber which can be attributed to the modifications in the material caused by the size factor of the filler.

Tracking and Erosion of Silicone Rubber Nanocomposites under DC Voltages of both Polarities

In order to improve the tracking and erosion performance of outdoor polymeric silicone rubber (SR) insulators used in HV power transmission lines, micron sized inorganic fillers are usually added to the base SR matrix. In addition, insulators used in high voltage dc transmission lines are designed to have increased creepage distance to mitigate the tracking and erosion problems. ASTM D2303 standard gives a procedure for finding the tracking and erosion resistance of outdoor polymeric insulator weathershed material samples under laboratory conditions for ac voltages. In this paper, inclined plane (IP) tracking and erosion tests similar to ASTM D2303 were conducted under both positive and negative dc voltages for silicone rubber samples filled with micron and nano sized particles to understand the phenomena occurring during such tests. Micron sized Alumina Trihydrate (ATH) and nano sized alumina fillers were added to silicone rubber matrix to improve the resistance to tracking and erosion. The leakage current during the tests and the eroded mass at the end of the tests were monitored. Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy dispersive Xray (EDX) studies were conducted to understand the filler dispersion and the changes in surface morphology in both nanocomposite and microcomposite samples. The results suggest that nanocomposites performed better than microcomposites even for a small filler loading (4%) for both positive and negative dc stresses. It was also seen that the tracking and erosion performance of silicone rubber is better under negative dc as compared to positive dc voltage. EDX studies showed migration of different ions onto the surface of the sample during the IP test under positive dc which has led to an inferior performance as compared to the performance under negative dc.

Simulation of potential and electric field across faulty ceramic disc insulator string

Ceramic/Porcelain insulators are widely used in power transmission lines to provide mechanical support for High voltage conductors in addition to withstand electrical stresses. As a result of lightning, switching or temporary over voltages that could initiate flashover under worst weather conditions, and to operate within interference limits. Given that the useful life in service of the individual insulator elements making up the insulator strings is hard to predict, they must be verified periodically to ensure that adequate line reliability is maintained at all times. Over the years utilities have adopted few methods to detect defective discs in a string, subsequently replacement of the faulty discs are being carried out for smooth operation. But, if the insulator is found to be defective in a string at some location that may not create any changes in the field configuration, there is no need to replace to avoid manpower and cost of replacement. Due to deficiency of electric field data for the existing string configuration, utilities are forced to replace the discs which may not be essentially required. Hence, effort is made in the present work to simulate the potential and electric field along the normal and with faults induced discs in a string up to 765 kV system voltages using Surface Charge Simulation Method (SCSM). A comparison is made between simulated results, experimental and field data and it was found that the computed results are quite acceptable and useful.

超高压输电线路巡检机器人两种越障定位方法比较

将两种基于传感器信息的导线定位方法的特点和差异进行了分析和对比,得出方法Ⅱ的解算能力强于方法Ⅰ的解算能力,但由于方法Ⅱ的定位精度低于方法Ⅰ的定位精度,因此,选用方法Ⅰ进行野外作业。

输电线路巡检机器人越障控制研究

介绍了超高压输电线路巡检机器人越障控制方法。根据巡检作业任务的要求,采用遥控与局部自主控制相结合的方法,实现了巡检机器人沿线行走及跨越障碍的功能。采用基于单目摄像头定位和视觉伺服的方法,实现了巡检机器人的自主越障控制。实验结果表明,该机器人可沿线行走并自主跨越障碍,从而验证了控制系统设计的有效性与合理性。

超高压输电线路巡检机器人越障控制问题的研究

给出了一种超高压输电线路巡检机器人控制系统的设计与实现方法.根据机器人的作业任务,提出了基于传感器信息、约束信息以及动作反馈信息作为输入,产生式系统作为动作输出的越障控制方式.仿真结果表明此方法对于机器人的越障过程是有效的.

输电线路巡检机器人的机构、建模与实验研究

输电线路巡检机器人是一种特种作业机器人，具有广阔的输电线路巡检的应用背景，该项研究是机器人学研究领域的前沿课题之一，而越障机构又是巡检机器人的关键技术之一。本文在863课题《超高压输电线路巡检机器人》的资助下，系统地研究了输电线路巡检机器人的移动越障机构及其理论建模，目的是分析综合越障巡检机构，研制新型的越障巡检机构；通过结构优化减小能耗提高机器人巡检线路的实用性。 本文首先系统研究了巡检作业的典型工况，建立巡检目标障碍空间的数学模型，为巡检机器人的越障巡检机构研究与越障规划奠定基础。 第二、建立特殊工况下的设计原则，研究越障巡检机构的分析与综合方法。1、提出一种基于障碍空间分析的越障巡检机构综合方法，在分析多种越障机构的越障原理与越障性能的基础上，基于螺旋理论进行越障巡检机构的型综合与数综合，优化越障巡检机构的自由度与构型，并且设计两种新型越障巡检机构。2、用影响系数法，建立机器人运动学模型，探讨越障巡检机构的运动综合。3、提出线上操作的打滑稳定裕度与摆动稳定裕度，且给出相应的判据。在建立静力学与动力学模型、探讨越障巡检机构的动力性能、分析操作手夹持姿态的稳定性的基础上，拓展夹持稳定性量度，提出打滑裕度与摆动裕度。 第三、建立特殊风载荷工况下，结构参数受风向和风压影响的数学模型，得到不同风荷载的风压对尺寸参数的影响；由风载荷影响操作手夹持稳定性，从而影响行走轮包角参数，分析得到相应的行走轮外缘包络包角范围。根据风荷载阻力与尺寸参数的关系，基于最小能量理论采用积分有限元分析，对机器人的重要零件与部件进行了结构参数优化。 第四、根据环境模型制定越障流程；分析越障过程的三个难点：机构平衡、导线辨识与定位可知，导线定位是越障的关键；并就如何定位导线的越障关键问题，提出一种解析定位方法，对比搜索定位方法可知，解析定位方法优于搜索定位方法。 第五、通过实验验证越障原理、越障规划、定位方法、及系统性能等。在调试和考机合格的基础上，分别在实验环境下验证了线上行走巡检原理的有效性和连续越障的可行性；在野外现场实验验证了越障巡检机器人系统的原理可靠性与越障定位的有效性。

Fundações superficiais para linhas de transmissão em argilas moles saturadas

As fundações empregadas para linhas de transmissão de alta tensão em depósitos de argilas moles saturadas são geralmente estacas. No Rio Grande do Sul, projetos alternativos com fundações superficiais foram empregados em forma experimental para torres de suspensão, as quais apresentaram bom desempenho com menor custo. Esta pesquisa visa apontar critérios racionais da mecânica dos solos que permitam projetar, a partir do conhecimento do perfil de resistência não drenada, fundações superficiais em depósitos de argilas moles saturadas com maior confiabilidade. Para a determinaçao do perfil de resistência não drenada foi desenvolvido um cone manual com leituras elétricas, o qual foi testado apresentando bons resultados. A vantagem do uso deste equipamento reside no fato de que pode ser transportado manualmente a locais de difícil acesso, onde são implantadas as torres de alta tensão. Os demais parâmetros de solos do local de estudo, situado no município de Canoas no Rio Grande do Sul, foram obtidos a partir de ensaios de compressão triaxial do tipo adensado isotropicamente não drenado (CIU) com medida de poro pressão e de ensaios de adensamento. Foram analisadas as fundações superficiais das torres de suspensão projetadas, empregando teorias analíticas convencionais, baseadas no conhecimento da resistência não drenada, e o método de elementos finitos. A partir deste estudo, é sugerida uma metodologia para projetos de fundações superficiais de torres de suspensão em argilas moles saturadas.

Estudo dos efeitos das descargas atmosféricas nos índices de desempenho da subestação de Vila do Conde

Este trabalho tem como objetivo apresentar os efeitos de descargas atmosféricas nos índices de desempenho na SE VDC (subestação de Vila do Conde), situada na região norte, no estado do Pará, no período de 2005 a 2013, estabelecendo a relação entre as informações meteorológicas cedidas pelo SIPAM e dados fornecidos pelo centro de operações da Eletronorte de forma a realizar e determinar os efeitos nocivos das descargas atmosféricas, os quais são responsáveis pela intensificação de interrupções no fornecimento de energia elétrica. A análise é restrita à área de atuação da Eletronorte (subestação de Vila do Conde) que tem grande parte de suas Linhas de Transmissão de energia instaladas no Norte do Brasil. O estudo desenvolvido evidência os desligamentos por descargas atmosféricas na linha de transmissão VDC/CASTANHAL de 230 KV e no disjuntor de 500 KV VCDJ7-08.Os resultados demonstram que a incidência de um raio pode causar surtos diretos e indiretos em linhas de transmissão e subestações de alta potência. Neste contexto justifica o estudo de formas eficientes de prevenção, sendo uma das finalidades desta obra, que tem como objetivo geral apresentar informações relativas aos efeitos produzidos pela ação de descargas atmosféricas em subestações do setor elétrico quanto à qualidade de energia, em especial na SE VDC – Sistema Eletrobrás-Eletronorte.

Influência de sistemas meteorológicos de grande escala sobre a distribuição de raios na Amazônia Oriental, com aplicação no setor elétrico

Foi feito um estudo da associação entre a densidade de ocorrência de raios com condições meteorológicas no leste da região Amazônica entre os anos de 2006 a 2008. A região estudada foi limitada por uma grade geográfica entre as latitudes 0º a -10º e longitudes -53º a -43º. Foram desenvolvidos métodos computacionais de processamento estatístico e geração de mapas de ocorrências de raios para diferentes intervalos de tempo. Esses métodos foram aplicados para determinar os pontos de altas ocorrências de raios ao longo de linhas de transmissão de energia elétrica, a fim de oferecer subsídios para a proteção e operação dos sistemas elétricos da região. Foram utilizados dados da rede de detecção de raios do SIPAM para redimensionar a detecção do sistema de alcance intercontinental STARNET, e subsequentemente, foram obtidos mapas de densidade de raios mais uniformes e realistas. Esses mapas foram interpretados em períodos semanais e sazonais, considerando as observações simultâneas de chuva, vento, radiação de onda longa e a presença de sistemas meteorológicos de grande escala. Zona de Convergência Intertropical e Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCIT, ZCAS) definidos pela convergência de ventos e anomalias negativas de Radiação de Ondas Longas ( ROL). Os resultados mostraram boa correspondência entre as áreas de convecção e a intensa ocorrência de raios. Nas regiões de mais alta atividade elétrica atmosférica, foi observada ocorrência de convergência dos ventos e anomalias negativas de ROL, para situações de presença de ZCAS e ZCIT sobre a região. A atividade de raios também coincidiu, com algumas exceções, com áreas de maior precipitação em períodos semanais. Foi observado também que, durante um trimestre seco, os segmentos de linhas de transmissão de Mojú-Tailândia e Jacundá-Marabá apresentaram maior incidência de raios. O pico da densidade de raios chegou a 18 raios/km²/trimestre em alguns locais. Durante o trimestre chuvoso, a densidade geral de raios foi 86% maior e apresentou distribuição espacial mais uniforme quando comparada com um trimestre seco. Este estudo mostrou não somente como as características meteorológicas influenciaram na distribuição e quantidade raios, mas também que a elevada atividade de descargas elétricas na região deve ser uma preocupação importante para os sistemas de distribuição de energia elétrica e outras atividades humanas na Amazônia Oriental.

Distribuição de raios, precipitação e casos de tempestades severas na Amazônia Oriental

O objetivo deste é analisar a relação entre raios e precipitação, sobre diferentes tipos de superfície terrestre e através de estudos de caso de tempestades severas, durante o período de dezembro de 2006 à dezembro de 2008. Os estudos foram feitos dentro de uma área definida pelas coordenadas geográficas 0° a 6° S e 50° a 47° W, abrangendo partes dos estados do Pará, Maranhão e extremo norte de Tocantins.Essa região de estudo foi escolhida por estar localizada em uma área central em relação à localização dos sensores da rede de detecção de raios do Sistema de Proteção Amazônia (RDR-SIPAM) e que contém a maior parte das linhas de transmissão de energia elétrica da região. Os dados de chuva foram coletados por 46 pluviômetros digitais das estações meteorológicas do INMET e HIDROWEB- ANA. Nas análises dos dias de tempestades severas, também foram utilizados dados de pluviômetro de alta resolução temporal operado pela CPRM em Belém. Para classificação dos tipos de superfície e em particular da cobertura vegetal, foram utilizadas as informações de banco de dados sobre Recursos Naturais do IBGE. Para um melhor detalhamento sobre a relação entre raios, precipitação e tipos de superfície, a área de estudo foi dividida em três sub-áreas que possuem características fisiográficas distintas. A Área 1 inclui a Ilha do Marajó e a grande massa d'água da foz do Rio Amazonas e oceano Atlântico próximo. A Área 2 possui 60% de cobertura por floresta. A Área 3 tem 62% de cobertura por áreas agrícolas e/ou pastagens. Os sistemas meteorológicos de larga escala produtores de chuva e raios foram analisados tanto para as 3 áreas consideradas, como nos casos de tempestades severas em torno de Belém. Nessas tempestades foi observado, em quase todos os casos, que os raios antecedem as chuvas. Em geral ficou evidenciada a influencia sazonal na densidade de ocorrência de raios sobre os diferentes tipos de superfície. Todavia, esse trabalho também mostrou que as condições meteorológicas determinam mais amplamente as magnitudes dessa variável. Isso pode ser observado com bastante clareza nos estudos de casos de tempestades severas, onde a ZCIT e as LI`s são fatores determinantes da precipitação e conseqüentemente dos raios ocorridos em Belém.

Modelagem e análise de um dispositivo mitigador de flecha para linhas de transmissão de energia elétrica baseado em ligas com memória de forma

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.

Impact of wind power development on transmission planning at Midwest ISO

The Midwest Independent Transmission System Operator (MISO) has experienced significant amounts of wind power development within the last decade. The MISO footprint spans the majority of the upper Midwest region of the country, from the Dakotas to Indiana and as far east as Michigan. These areas have a rich wind energy resource. States in the MISO footprint have passed laws or set goals that require load serving entities to supply a portion of their load using renewable energy. In order to meet these requirements, significant investments are needed to build the transmission infrastructure necessary to deliver the power from these often remote wind energy resources to the load centers. This paper presents some of the transmission planning related work done at MISO which was largely influenced by current and future needs for increased wind power generation in the footprint. Specifically, topics covered are generator interconnection, long-term planning coordination, and cost-allocation for new transmission lines.

Air ion concentrations under overhead power lines

Corona discharge is responsible for the flux of small ions from overhead power lines, and is capable of modifying the ambient electrical environment, such as the air ion concentrations at ground level. Once produced, small ions quickly attach to aerosol particles in the air, producing ‘large ions’, approximately 1 nm to 1 µm in diameter. However, very few studies have measured air ion concentrations directly near high voltage transmission lines. The present study involved the simultaneously measurement of small ion concentration and net large ion concentration using air ion counters and an aerosol electrometer at four power line sites. Both positive and negative small ion concentration (<1.6nm), net large ion concentration (2nm-5μm) and particle number concentration (10nm-2μm) were measured using air ion counters and an aerosol electrometer at four power line sites. Measurements at sites 1 and 2 were conducted at both upwind and downwind sides. The results showed that total ion concentrations on the downwind side were 3-5 times higher than on the upwind side, while particle number concentrations did not show a significant difference. This result also shows that a large number of ions were emitted from the power lines at sites 1 and 2. Furthermore, both positive and negative ions were observed at different power line sites. Dominant positive ions were observed at site 1, with a concentration of 4.4 x 103 ions cm-3, which was 10 times higher than on the upwind side. Contrary to site 1, sites 2 to 4 showed negative ion emissions, with concentrations of -1.2 x 103, -460 and -410 ions cm-3, respectively. These values were higher than the background urban negative ion concentration of 400 cm-3. At site 1 and site 2, the net ion concentration and net particle charge concentration on downwind side of the lines showed same polarities. Further investigations were also conducted into the correlation between net ion concentration and net charge particle concentration 20 m downwind of the power lines at site 2. The two parameters showed a correlation coefficient of 0.72, indicating that a substantial number of ions could attach to particles and affect the particle charge status within a short distance from the source.

Comparison of algorithms for loss allocation in transmission networks considering power redispatch

An analysis of the performances of three important methods for generators and loads loss allocation is presented. The discussed methods are: based on pro-rata technique; based on the incremental technique; and based on matrices of circuit. The algorithms are tested considering different generation conditions, using a known electric power system: IEEE 14 bus. Presented and discussed results verify: the location and the magnitude of generators and loads; the possibility to have agents well or poorly located in each network configuration; the discriminatory behavior considering variations in the power flow in the transmission lines. © 2004 IEEE.