Компьютерная диагностическая модель высоковольтного подвесного полимерного изолятора

АКТУАЛЬНОСТЬ. В процессе разработки устройств диагностирования технических объектов бывает весьма полезным создание компьютерных моделей функционирования этих объектов. Адекватная и универсальная модель, например, работающей изолирующей конструкции на опоре воздушной линии электропередачи (ВЛ) позволит существенно сократить ресурсы и время на проведение натурных экспериментов и испытаний при разработке устройств ее диагностирования. ЦЕЛЬ. Создание компьютерной модели функционирования изолирующей конструкции на опоре воздушной линии (ВЛ) и лабораторной установке с набором электрических параметров и характеристик, необходимых для диагностирования ее состояния. Задачами моделирования являлось определение распределений электрического поля, напряжений и токов в окружающем изолятор пространстве с учетом геометрии объекта, включая внешние элементы конструкции. МЕТОДЫ. Для достижения поставленной цели был использован метод конечных элементов и программа COMSOL Multiphysics. Валидация разработанных моделей осуществлялась путем сравнения результатов моделирования с измерениями электрических параметров и характеристик изоляторов, находящихся в аналогичной конфигурации лаборатории и ВЛ. РЕЗУЛЬТАТЫ. В ходе моделирования была создана модель работы подвесного полимерного изолятора на ВЛ и в лаборатории, адекватность и универсальность которой доказана в ходе лабораторных и натурных испытаний с помощью датчиков, работающих на принципе емкостной связи и регистрации токов утечки. В ходе валидации лабораторной модели полученное расчетное значение тока утечки сухого изолятора согласуется с измеренным. Отклонение менее 5%. Выбор, по результатам моделирования, размера электрода емкостного датчика (20х20 см²) показал верность в ходе натурных испытаний опытных образцов онлайн системы контроля состояния изоляции СКАТ-ДИ на ВЛ 110 кВ.

1. Bapin Y. et al. Outage data analysis of the overhead transmission lines in kazakhstan power system // 2020 International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems (PMAPS). – IEEE, 2020. – С. 1-6

2. Балобанов Р.Н., Булатова В.М. Анализ влияния режимов работы сухого трансформатора на состояние его изоляции // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2025. Т.27. №1. С. 70-87. doi: 10.30724/1998-9903-2025-27-1-70-87.

3. Salem A.A. et al. Pollution Flashover Under Different Contamination Profiles on High Voltage Insulator: Numerical and Experiment Investigation // IEEE Access. 2021. Vol.9. P. 37800-37812. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3063201.

4. Simulation of Electric Field: What & What Not to Expect [Электронный ресурс] // INMR [Сайт]. [2024]. URL: https://www.inmr.com/simulation-of-electric-field-what-what-not-to-expect/ (дата обращения: 07.10.2025).

5. Modeling Transmission Tower Performance Using Boundary Element Method Solver [Электронный ресурс] // INMR [Сайт]. [2024]. URL: https://www.inmr.com/modeling-electric-field-on-transmission-towers/ (дата обращения: 07.10.2025).

6. Зарипов Д.К., Балобанов Р.Н., Закиров Д.Ф. Computer simulation of the operation of the device for monitoring the state of high-voltage insulators during its operation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: 4th International Scientific and Technical Conference on Energy Systems, ICES 2019, Belgorod, 31 октября – 01 ноября 2019 года. Vol. 791. Belgorod: Institute of Physics Publishing, 2020. P. 012037. doi: 10.1088/1757-899X/791/1/012037.

7. Comsol Multiphysics [Электронный ресурс] // Comsol [Сайт]. URL: http://www.comsol.com/ (дата обращения: 07.10.2025).

8. Maraaba L. et al. Contamination level monitoring techniques for high-voltage insulators: a review // Energies. – 2022. – Т. 15. – No. 20. – С. 7656 https://doi.org/10.3390/en15207656

9. Галиева Т.Г., Иванов Д.А., Садыков М.Ф. и др. Метод и устройство диагностики состояния высоковольтных изоляторов на основе непрерывной регистрации пространственного уровня электромагнитного излучения частичных разрядов. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022;24(4):165-177. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-165-177

10. Lampe W. Pollution and rain flashovers on HVDC wall bushings // Proceedings., Second International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials. Beijing, China, 1988. Vol.1. P. 29-32. doi: 10.1109/ICPADM.1988.38323.

11. Абрамов В.Д., Хомяков М.В. Эксплуатация изоляторов высокого напряжения. М.: Энергия, 1976. 264 с.

12. Gorur R.S. et al. Sudden flashover of nonceramic insulators in artificial contamination tests // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 1997. Vol.4.№1. P. 79-87. doi: 10.1109/94.590870.

13. Zhang Z., Jiayao Z., Donghong W. et al. Effects of Non-uniform Pollution on the AC Flashover Performance of Suspension Insulators // Journal of Electrical Engineering and Technology. 2016. Vol.11. №4. P. 961-968. doi: 10.5370/JEET.2016.11.4.961.

14. Venkataraman S., Gorur R.S. Prediction of flashover voltage of non-ceramic insulators under contaminated conditions // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2006. Vol.13. №4. P. 862-869. doi: 10.1109/TDEI.2006.1667747.

15. Зарипов Д.К., Насибуллин Р.А., Закиров Д.Ф., и др. Исследование работы полимерного изолятора при увлажнении искусственным туманом. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023;25(5):20-29. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-5-20-29

16. Зарипов Д.К., Насибуллин Р.А., Закиров Д.Ф. Распределенная система контроля изоляции воздушных линий и подстанций на основе беспроводных датчиков емкостного типа // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2022. №1. С. 8-17. doi: 10.25791/pribor.1.2022.1314. – EDN ABQHUI.