Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Electric field distribution of sphere-plane gaps: A SIMULATION APPROACH
KTH, School of Electrical Engineering (EES).
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The continuous increase of the voltage levels in power transmission systems has lead to the occurrence of higher switching transients during their operation. The design of equipment and grid components able to sustain such a stressful operation, requires an intensive study of the electric field stress generated by these transients, and their distribution to the vicinity of each configuration.

Sphere-plane gaps are the most theoretically and practically interesting electrode configurations. So far, the majority of the conducted work is referred to the study of the discharge characteristics of this structure. However, a study of the electrostatic electric field is required. An accurate calculation of the electric field can contribute significantly to an even better understanding of the discharge characteristics and the principles behind them.

In this project, is presented a simulation approach for the calculation of the electro-static field of a sphere-plane configuration, varying the dimensions of the sphere and the gap distance. For this purpose, a Finite Element Method (FEM) solver was used, in which the configuration was designed and the numerical solution of the problem was implemented. After that, an attempt was performed to specify the breakdown voltage based on the electric field calculation and distribution.

Useful results were recorded from both the simulation of the electrostatic model and the calculation of the breakdown voltage. One of the most important findings, was the specification of an approximate relation between the diameters of the sphere and the tube where this is mounted. As a consequence, the study of the electric field distribution became easier, while at the same time an accurate calculation of the breakdown voltage was achieved.

A series of validations were performed, through the comparison with the already ex-isting, published and unpublished, experimental tests and a number of conclusions were listed. One of the most significant, was the specification of the correlation between the electrostatic model and test measurements and how these different approaches can be linked to each other in a practically efficient way. At the end, there is a proposal for further work on the subject, and possible improvements of the already conducted work.

Abstract [sv]

Ökningen av spänningsnivåerna i kraftöverföringssystem har lett till högre kop-plingstransienter under drift. Konstruktionen av utrustning och nätverkskomponen-ter som kan motstå en sådan påkänning, kräver en noggrann förstudie av de elektriska fältet som genereras av dessa transienter.

Ett gap av sfär-platta är den mest teoretiskt och praktiskt intressanta elektrodkon-figurationen att studera. Hittills har majoritetet av genomfört arbete avsett att studera urladdningsegenskaper för denna struktur. Dock krävs studie av elektrostatiska elek-triska fältet. En noggrann beräkning av elektriska fältet kan bidra till en ännu bättre förståelse för urladdningsegenskaper och principerna bakom dem.

I detta projekt presenteras en simuleringsmetod för beräkning av elektrostatiska fäl-tet av en sfär-plan konfiguration, med varierande dimensioner av sfären och gapavstån-det. För detta ändamål har använts en Finite Element Method (FEM) lösning, där kon-figurationen utformades och problemets numeriska lösningen genomfördes. Därefter har gjorts ett försök för att ange genombrottsspänningen baserad på beräkning och distribution av elektriskta fältet.

Resultat registrerades från både simulering av elektrostatiska modellen och beräkn-ing av genomslagsspänningen. Ett av de viktigaste resultaten var specifikationen av ett ungefärligt förhållande mellan diametrarna av sfären och röret där sfären är monterad. Som en konsekvens blev studiet av elektriska fältfördelningen lättare, medan en exakt beräkning av genomslagsspänningen uppnåddes.

En valideringsserie har genomförts genom jämförelse med de redan existerande, publicerade och opublicerade, experimentella tester och ett antal slutsatser har noterats. En av de mest meningsfulla, var specifikation av sambandet mellan den elektrostatiska modellen och provmätningarna samt hur dessa olika tillvägagångssätt kan kopplas till varandra på ett praktiskt och effektivt sätt. Slutligen finns det ett förslag för fortsatta arbete samt eventuella förbättringar av redan genomfört arbete.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 87 p.
Series
EES Examensarbete / Master Thesis, TRITA-EE 2016:030
Keyword [en]
sphere-plane electrode configuration, electric field, electrostatics, gap distance, breakdown voltage, Finite Element Method (FEM), high voltage testing
Keyword [sv]
sfär-platta elektrodkonfiguration, elektriskt fält, elektrostatik, gapavstånd, genombrottsspänning, Finite Element Method (FEM), högspänningsprovning
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-187651OAI: oai:DiVA.org:kth-187651DiVA: diva2:930865
Examiners
Available from: 2016-05-25 Created: 2016-05-25 Last updated: 2016-11-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2933 kB)560 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2933 kBChecksum SHA-512
dd78799083e2f6a82b80c7d66a7199d19b2c7e3b68ad71c6d9936e6a2dfce2aab5195e60af27adb525e8c3bced1fadda3f6fe247f38cd941b1228ef9be7d0034
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering (EES)
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 560 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 2797 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf