Indonesi an  Journa of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   1 3 ,  No.   3 Ma rch   201 9 , p p.   8 53 ~ 860   IS S N: 25 02 - 4752, DO I:  10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 3 .pp 8 53 - 8 60          853       Journ al h om e page http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Optimi satio of  zinc o xide surg e arr este r design usi ng  gravitati onal se arch al gorithm an d im perialist  comp etitive  algorith m       Syahira Ab d  Ha li m 1 Az ah M ohamed 2 ,  Nor  Az w an   M ohamed  K am ar i 3 , A fid a A yob 4 , Ab H alim  Ab u   Bakar 5 H az le e A z il  Ill ias 6   1,2,3,4 Cent re   for  I nte gra te Engi n e eri ng  S y stems   a nd  Advanc ed   T e chnol ogi es,   Uni ver siti   Keba ngsa an  Mal a y s ia,    Sela ngor,   Mal a ysia   5 UM   Pow er  Energ y   Dedicat ed  A dvanc ed   Centre (U MP EDAC),  W i sm R&D  UM ,   Univer sit M al a y a ,   Kuala L u m pur,   Malay s ia   6 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Fa cul t y   o Engi n ee ring ,   Univer siti   Mal a y a ,   Kuala L um pur,  Malay s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   S e p   30 , 201 8   Re vised   N ov   2 7 , 2 018   Accepte Dec  15 , 201 8       Reduc ing  e lectr i fie ld  str ess  near  the   ene rg ised  e nd  of  surge  arr este rs  is  ve r y   important   be ca u se  it   m a y   inc r eas the   l ife t ime  of  the   high l y   st ressed  ZnO  col um in  vic in ity   of  th high  volt ag el e ct rod e.   Mos of  pre vious  works  were   base on  m anuf ac turers ’  proc edur es  and   tri al   and  err or   m et hod  to  improve  the  sur ge  arr este r   desig ns.  In  th is  work,   opti m isat ion   of   ZnO  surge   arr este r   design  m odel using  Gravi t at ion al   Se a rch   Algorit hm   ( GS A)  and   Im per ia li st  Com pet itive  Algori t hm   (ICA)  is   proposed.   The   su rge   arr est er  m odel were   de vel oped  using  f ini te   el emen a naly s is  (FEA)  and  used  to  det ermine  the   elec tr ic   fi el d istribution.   The   op tim isat ion  m et hod were   used  to  determ ine   the   arr este d esign  p ara m et ers  whi ch   y i el th m ini m um   el ec tr ic  fie ld  stress  surrounding  the   ene r giz ed  end  of  th e   surge  arr este rs.  GS is   le ss  complex  since   it  req uire onl y   t wo  par amete rs  to  be  adj usted  i.e.   m ass  and   vel oc ity   whil I CA  demons tra tes   faste conv erg enc e   and  b et t er  ac hi eve m ent  of  global  opt imum .   Th e   per for m anc of   the  p roposed  m et hod was  the n   compare with   the   m anuf ac tu rer ’s  te st  d ata   and  pre v iousl y   d eve lop ed   m et hods.   Ke yw or d s :   Arrester  desi gn   Ele ct ric fiel d o pti m iz at ion   Finit e ele m ent  analy sis   Copyright   ©   201 9   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Syahira h Abd  Halim ,   Ce ntre fo r In te gr at e E ng i nee rin Sys te m s an d A dvance d Tec hnol og ie s ,   Un i ver sit i Ke ba ngsaan  Mal ay sia , S el an gor,  Ma la ysi a .   Em a il sya hirah _h @ukm .ed u.m y       1.   INTROD U CTION   Zinc  oxi de  (Z nO)  s urge  a rr e ste rs  ha ve  bee widely   us e nowa days  in   ov e r vo lt age   pr otect ion   of   transm issi on   li ne  syst em [1 ] The  m os rec ently   dev el op e Z nO   surge   a rr est er do  no t   require  s erial   gaps  ow i ng  to  t heir   excell ent  nonl inear  prop e rtie [ 2].  Ne ver t heless,  t he  re m ov al   of   the   serial   ga ca use Zn O   disk bein co ntinuo us ly   stressed  by  AC  powe f reque nc vo lt age  [ 3].  To  incr ease  th un if or m it o the   el e ct ric p ote ntial  d ist rib utio n,   op ti m isa t ion   of the elec tric   fiel inten sit y aro und  t he  s urge a rr est er  is  need e d.   Nu m erous  res earches  relat ed  to  dete rm in at ion   of  el ect ric  fiel in  a   su r ge  ar reste ha ve  bee publishe d.   Han  et   al descr ibe  the  fo rm ulati on   of   s em i - analy ti finite   e leme nt  m e thod  to  determ ine  pote ntial   distrib ution  of   high  vo lt age   m e ta ox ide  arr est er   [ 4].  Me anwhil e,  H add a Nayl or   c om pu te el ect ric  po te ntial   and  f ie ld  distrib utio of   ty pical   po ly m er  zi nc  ox i de  s urge  a r rester  by  m ea ns   of   finite   el e m ent  m et ho [ 5].  E konom ou   et   al.   have  form ulate an  arti fici a neu ral  netw orks  (AN Ns)   ba sed  m et ho wh ic h   cou l be  us ef ul  in  determ ining   el ect ric  fiel distri bu ti on  of   m edium   vo lt age   s urge  arr est er f or  de si gn   processes  and  diag nosti c test s [6] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 Ma rc h   201 9   :   8 5 3     8 6 0   854   Howe ver,  m os of   t he  stu dies   are  j us li m it e f or  el ect ric  f ie ld  m agn it ud e   cal culat ion .   O nly  seve ral  stud ie had   pre sented  m et ho ds  to  m ini m iz el ect ric  fiel in te ns it of   s urg arr est er duri ng   norm al   op e rati ng   conditi ons.  He   et   al discuss e their  fin ding on   t he  el ect r ic   po te ntial   dis tribu ti on  of   a AC  1000  kV   ultra  high  volt age  ( UHV)   m et al  ox ide  sur ge  arr e ste [3 ] The  st ud ha f ocu s ed  on  analy sin an i m pr oving   the   el ect ric  po te ntial   distrib ution  of   t he  U H su r ge  a rr est e by  the  a pp li ca ti on   of  th ree  di ff ere nt  ap proa ches;  fiel d - ci rc uit co m bin at ion , thre e - dim ension al   (3D) fi nite el em ent  m et ho d ( FEM) a nd circ uit analy sis.   Ku m ar  M ogaveera   ha at te m pted  to  i m prov e   the  volt ag distrib utio unif or m ity  of   a   220  kV  a nd   400  kV  s urg arr est ers  unde cl ean  an poll uted  e nv i ron m ent  by  m eans  of   n um erical   fiel com pu ta ti on   [7 ] .   In  the  stu dy,  de sign  opti m isa ti on   of  the   sur ge  a rr est e rs’  ge om et ries  wh i ch  i nclu de  gr a ding  rin a nd  sp acer was  co nducte in  order   t inv e sti gate  their  infl uen ce  on  the  vo lt age  di stribu ti on  un de norm al   op erati ng   conditi ons.   In   t he  past  w orks,   t he  el ect ric   fiel distrib ution   of  s urge  a rr est er   great ly   dep e nds  on  the   ge om et ry   desig a nd   el e ct rical   pr ope rtie of   t he  go vernin m at erial The  m ini m isa tio of   t he  el ect r ic   fiel m agn itu de  of   the  ar re ste w as  achieve by   proposing  s ever al   desig m et ho ds.  H ow ever,  w orks  on  us i ng  opti m isa ti on   m et ho ds t m i nim ise  the elect ric fiel m agni tud e a re less li kely  to be  fou nd in  li te ratur e .   Ther e f or e,  i this  w ork,   m inim isi ng   the  el ect ric  fiel m ag nitud i tw Zn surge  a rrest er  desi gn   m od el is  pr opos e by  us in Gr a vitat ion al   Searc Algorit hm   (G SA a nd  Im per ia li st   Com pet it ive  Algorithm   (I CA ).   T he  surge  ar rester  m od el we re  de velo ped   us in finite   el e m ent  analy sis  (F EA)   to  determ ine  the  el ect ric  fiel distrib ut ion.  T validat the   per f orm ance  of   the  pr opose m et ho d,   c om par ison   with  the  m anu fact ur e r’ s   te st  data  and   oth e opti m isa t ion   m et ho ds   w ere  m ade.  Using  opti m isa ti on   m et ho ds,  it   is  m or e   conve nient  to  perform   design   opti m isa ti on   on   t he  s urge  arr est er  ge om e try   instea of   changin t he  m at erial   pro per ti es  by tr ia l and  e rro to  obtai the   desired el ect ric fiel d dist rib ution .       2.   MO DELL IN G OF  S URGE A RR EST E R IN FE A   Series  of   te sts   wer e   car ried   out  on  tra nsm issi on   li ne  a rr est er   ha ving   rated  volt age   of  12 kV.   Table  s p eci f ie the  c har act erist ic of  the   su r ge  a rrest er  in  this  w ork,  as  sp eci fied   in   the  m anufacture r’s   datasheet.  Fig ur s hows  t he  tw o - dim ension al   ( 2D)  a xi al   sy m m et ric  m od el   geo m etr of  the  Z nO  arr est e r   that  has  been   de velo ped  in  th FEA   s oft ware.  The  ‘Elect r ost at ic ’  interfac of   t he  AC/ D m od ule  a vaila ble  in   the  softwa re  w as  us e to  s olve   the  m od el A   la ye of   ai s urr oundin the  arr est er  was  al so   dra wn   t ob serve   the  el ect ric  field   distrib utio on   the  s urface  of   the  s heds.  Ma te rial   pr ope rtie as  sh own  in  Ta ble  we r then  assigne t eac h do m ai n.       Table  1.  Elec tr ic al  an d   I ns ulat ion   Data  for A r rester   Para m eter   Valu e   Rated  vo ltag e   1 2 0  kV   Maxi m u m  r esid u al  vo ltag e ( 1 0  kA 8 /2 0  µs  curre n t)   3 1 6  kV   Heig h t   7 5 0   m m   Ins u latio n   m a terial   Silico n e r u b b er   Creepag e   d istan ce   1 6 4 0   m m             Figure  1. 2D a xial sy m m et ric al  o f  ZnO  surg e arr e ste m odel       Table  2.  Mat er ia l Proper ti es  of the  S urge  Arr est er C om pone nts   Do m ain   Mater i al   Relativ e per m ittiv ity ε r   Co n d u ctiv ity σ  (S m - 1 )   1   Alu m in iu m     1   3 .77 4 x 1 0 4   2   Zinc o x id   2250   No n - lin ear   3   Silico n e r u b b er   3 .6   1x10 - 18   4   Fib reglass     4 .2   1x10 - 18   5   Air   1   0     1   5     4       1     2     3     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Op ti mis atio n o f zi nc oxide s urge  ar reste de s ign   us i ng g r avi tati onal se ar ch … ( Syahira A bd Hali m )   855   Af te as sig ning  the  m at erial   pro per ti es,  rele van inte rf ace  conditi ons  we r app li ed  at   ea ch  bo undar y   in  the  ge om etr y.  The  gro un bo unda ry  conditi on   was  app li ed  at   the   bo tt om   par of   th ar rester w hich   sp eci fies  zer el ect ric  po te ntial The  uppe pa rt  of   the  arre ste was  sp eci fied  as  te r m inal  so urce  of   sta ti on a r y   el ect ric  po te ntial Since  t he  ar rester  was  e ncl os e in  a   sphe r ic al   ai do m ai n,   it oute rm os bounda ry  co nd it ion   was  assi gned  a el ect ric  ins ulati on . Th e   inte rf ace  c onditi on   of  the   rem ai ni ng  bo unda ries w as  set   as   c on t inu it y.   The  nex ste was  to  m esh  the  ge om et ry  i nto   sm al le ele m ents  for  ef f ect ive  com pu ta ti on In   t his  m od el extrem el fine  m esh  el e m ent wer a ppli ed   on   the  area  s urrou nd i ng   the   ZnO   col um n.   This  was  done   to   increase  the  preci sion   of  the  el ect ric  fiel distribu ti on  as  the  Zn col umn  determ ines  the  be hav i our  of   the   arr est er .       3.   DESIG N OPT IMISATIO N USI NG IC A AND  GS A   The  s urge  ar re ste de sig n op ti m isa ti on  p r oce dures use i t his wo rk are  as  foll ow s:   Step  1: T he  a rrest er w a s m odel le in F EA  s of t war e t cal c ulate  the elect r ic  f ie ld  distrib ut ion .   Step  2: T he  m od el  w a s inter fa ced  with  GSA  and IC al go rithm s f or   desig n op ti m isa t ion .   Step  3: T he op t i m isa t ion   was r epeate d u ntil  the c onve rg e nc e crit eria are  r e ached.   The  op ti m ise var ia bles  m us resu lt   in  m i nim u m   el ec tric   fiel m agn it ud e   at   re gions   wh ic a re  consi der e crit ic al   on   the  surge  ar rester I this  case,  the  m axi m u m   electric  fiel on  the  sil ic on ru bb e su r face  m us be  equ al   or  le ss  than  the  el ect ric  streng th  of   ai r,   i.e.  kVm m - 1 to  avo id  a ny  su r face  disc harge   occurre nce.  T hus,  t he o bj ect iv e f un ct io is  de fine as:     J =  {  3   1 }   (1)     wh e re  Em ax  is   the  m axi m u m   el ect ric  fiel (in  kVm m - 1 po int  al ong  the  ar rester  axis,  w hi ch  is  locat ed  on  the   ti of  th ins ul at ion   hous i ng  sh e near  to  t he   hi gh  volt age   el ect ro de T he  const raints  de f ined   co ns ide ri ng  the  lim it relat ive  to  arr est e r’ di m ension   a nd   m at erial   pr op e rtie are  sho w in  Ta ble  3.   Th ere  a re  no  a vaila ble   sp eci fic  sta nd a rd s   relat ed   to   the  s urge  a rr es te r’ desig n,  t hu s   the   va riat ion  lim it of   th desi gn  pa ra m et ers  wer e  chose n b ased  on the  sim ula ti on  r e su lt s and t he geom et ric feasibil it y.       Table  3.  Lim it s  Rel at ive to Ar rester  Dim ensi on a nd Mat eria l P r op e rtie s   Para m eter   1 2 0  kV arr ester   Lower li m it   Up p er  li m it   Intial v alu e   Rad iu s o f  FRP rod    0 .1 c m   2 .0 c m   1 .0 c m   Rad iu s o f  ins u latio n  ho u sing   2 .0 c m   4 .0 c m   3 .0 c m   Relativ e per m ittiv ity  of  silico n e r u b b er   5 .0   7 .0   6 .0   Relativ e per m ittiv ity   o f  FRP rod   3 .7   1 0 .0   4 .2       3 . 1 .     Gr avit ati on al  Searc Algori th m  (G SA )   Gr a vitat ion al   Searc Algorit hm   inv ol ves  a   group  of  sear cher   a gen ts,  w hich  interact   be tween  them   thr ough  the   gravit force.   T he   age nts,  al so   known   as  obj e ct s,  are   m easur ed  i te rm   of  pe rfor m ance  ac cordi ng   to their m asses. Th is  gravity  for ce  cause s m ov em ent o t he object s t ow a rds o the r o bj ect with  heav ie m asses .   The flo wch a rt  of the  GSA m et hod  is  de picte in  Fig ure  [ 8,   9].     3 . 2     Im peri al ist Compe titi ve  A lg orit hm  (I CA)   In   this  al go ri th m the  popula ti on   i nd i viduals  are  ref e rred  as  country.  In it ia ll y,  so m of   the  countries   with  bette ob j ect ive  functi on  are   assig ne as  im per ia li st w hile  oth e rs   are  assi gn e as  colo nies  t ha al l   tog et he f orm  s om e e m pires.  D uri ng the c om pet it ion , th pow e of the  dom inant e m pire  will  incr ease,  an t he  powe of   the  weak   em pire  will   decr ease.  The  su it able  e m pires  will  ta ke  po sses sio of  their  colo nies At  th e   end   of   the  com petit ion the re  will   be  on ly   one  i m per ia li st   a nd   oth er will   be  it colon ie s.   The  flo wch a rt   of   the   ICA  m et ho is  dep ic te d i n Fi gure  3 [ 10,   11 ] .       4.   EL ECTRIC F IEL D ISTR I BUTION  I S URGE A R RE STE R   The  el ect ric  fiel distrib uti ons  in  the  rated   120  kV  surge   arr est er  m od el   geo m et ry  wh en  el ect ric   po te ntial   of  1 32  kV w as  ap plied  on  the  e ne r gized  e nd   a re  i ll us trat ed  in  Fi gure  4   a nd  Fig ur e 5 T he  c ut  li ne  2D   plo of the elec tric  f ie ld al ong t ip of th e  ho us ing sh eds  is il lu strat ed  in  F ig ur e 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 Ma rc h   201 9   :   8 5 3     8 6 0   856       Figure  2. Flo w char of Gra vitat ion al  Sea rch  Algorithm           Figure  3. Flo w char of I m per i al ist  Co m petit i ve Alg or it hm   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Op ti mis atio n o f zi nc oxide s urge  ar reste de s ign   us i ng g r avi tati onal se ar ch … ( Syahira A bd Hali m )   857       Figure  4. Ele ct ric fiel d dist ri buti on of  120 k a rr est er           Figure  5.   Ele ct ric fiel d dist ri buti on on t he  ti p o s hed s       It  is  obvious  t ha the  el ect ric  fiel distrib utio al ong  t he  s he ds   is  not  unif orm   wh ere h ig m agn it ud e s   wer e   obse rv e m a inly   on  the   ti of  t he  s he ds   wh ic a re  ne arer  t e nergi zed  e nd  te rm inal.  This   is  due  to  the   diff e re nt  m at erial in  the  su rge  arr est er ’s  str uctu re,  w hich  hav diff e re nt  per m it t ivit an boun dar co nd it io n.   Re fer ri ng   t F igure  6,   t he  el ect ric  fiel m a gn it u de  al so   s hows  s udde increa se  w he there  is  r egio transiti on fro m  air to  sil ic on e   rub ber .   At the inter fac e b et wee ai a nd  t he  ho us in g sheds, the re is a d isc onti nu it y of  the elect ri c fiel due to  the  pe rm itti vit diff e re nce  be tween   both   m at erial s.  The   r el at ive  per m it t ivit y,  ε,  descr i bes  t he  a bili ty  of  th e   m at erial   to  al i gn   t he  el ect ric  fiel d.   m at eri al   with  highe per m it t ivit has  higher  a bili ty  to  al ign   the  el ect ric  fiel d,   th us   resul ti ng   in  lo wer   el ect ric  fiel con ce ntrati on  in   the  m a te rial In   this  case,  t he   relat ive  pe rm i tt ivit of   sil ic one  r ub ber   is  norm al l hig he tha the  ai re gion.   Ther e f or e,  t he   el ect ric  fiel betwee ti ps   of   t he  hous i ng   s heds  and   t he  ai re gi on   is  m or intense  tha in  th inn er  st ru ct ure  of   t he  housi ng   s he ds It  is  al so   ob s er ved  that t he  el ect ric fiel intensit y dec reases at the locat ion  fur t her  than  the  hous i ng sh e ds , m ai nly i the   reg i on of air .   Table  prese nts  the  or i gin a and   opti m ised   pa ram et ers  fo FRP  r od  an sil ic on r ub ber   hous in m at erial of   th 120  kV  surg arr e st er,   cal culat ed  by  the   GSA  a nd  IC A   m e tho ds.  All  op ti m iz ed  par a m et ers  wer determ ined  based  on  t he  e valuati on  of   t he  m ini m u m   value  of   t he   obj ect ive   f unct ion.  T he  optim ise dim ension   pa r a m et er  values  for  the  G SA   a lgorit hm   on ly   sh ow  sli ght  de viati on from   t he  opti m ise va lues  cal culat ed by t he ICA al gorithm .   Table  pr ese nts  the   m axi m u m   e le ct ric   fiel al ong  the  ar rester  a xis  ob ta ine with  or i gin a l   dim ension a nd  op ti m ise pa ram et ers  of   t he   120  kV  sur ge  arr est er It  is  obvi ous  that  t he   us e   of  t he  op ti m ise d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 Ma rc h   201 9   :   8 5 3     8 6 0   858   dim en sion   an relat ive  per m it ti vity  values  of   the  FRP  r od  an the  sil i con r ubbe hous i ng  sign ific antly   reduces  t he  m axim u m   el ect r ic   fiel on   t he   ti of  the   ho us in s he d,   w hich  is  nea rer   to  the  e ne rg iz ed  e nd   el ect ro de Im ple m enting  the  optim ise value fr om   the   ICA  al gorithm   resu lt in  sli gh tl lower   el ect ric  fiel intensit y com par ed  to  t he GS A op ti m ise va lues.           Figure  6.   2D c ut li ne of  elec tr ic  f ie ld alo ng t he  ti p o s heds       Table  4.   In it ia A nd Opti m ise d Desig n Para m et ers  of t he Ar rester   Para m eter   1 2 0  kV   Initial v alu e   GSA valu e   ICA valu e   Rad iu s o f  FRP rod  (c m )   1 .0   1 .34   1 .13   Rad iu s o f  ins u latio n  ho u sing (c m )   3 .0   2 .07   2 .37   Per m i ttiv ity  of  FR P r o d   4 .2   9 .52   7 .96   Per m i ttiv ity  of  sili co n e r u b b er   6 .0   6 .69   6 .71       Table  5.   Ma xi m u m   Ele c tric  Fiel Al ong  t he   A rr est er  Axis   Mod el   Maxi m u m  elect ric  f ield  ( k V m m - 1 )   Initial v alu e   GSA Opti m ised   Red u ctio n  us in g  GSA   ICA Opti m ised   Red u ctio n  us in g  I CA   1 2 0  kV   0 .98 3 8   0 .24 6 1   7 4 .98 %   0 .24 5 2   7 5 .08 %       5.   COMP AR I S ON WIT M ANUF AC T U RER ’S   D ATA SHEE T   Fu rt her  validat ion  on  the  acc uracy   of  the  s ur ge  ar rester  m odel   was   m ade  by  com par in t he  est im at e d   peak   resid ual  vo lt age with  t he  m anu factu r er’ data.  T he  m easur ed  data  for  the  re sid ua vo lt ages  of   t he  12 0   kV   s urge  ar rest er  is  316  kV.  F or   10  kA n om inal  discharg cur r ent  of  8/ 20   µs the  resi du al   volt ages obtai ned  us in t he  or i gin al   dim ension  par am et ers  an the   opti m ised   par am et ers  s how  only   sli ght  dev ia ti ons  from   the  m anu fact ur e r’ s  d at a. Rel at ive error of  t he  di scharge  vo lt ag es f or the  120 kV  a rr est e we re th en dete rm i ned   t eval uate t he pr eci sion   of the  a rr est er ’s  c ha rac te risti cs, calcula te usi ng:       =       × 100%   (2)     wh e re  Vr estimat ed   is  the  est i m a te discha r ge  vo lt age  a nd  Vr manufacture r   is  t he  volt age  f rom   the  m anu fa ct ur er ’s   data.   As  ca be   obs erv e from   Ta ble  6,  the  us of   t he  op ti m is ed  par am et er  va lues  in  both  s urge  a rr est e r   m od el red uce   the  relat ive  error betwee the  est i m at ed  and   m anu fact urer ’s  data  of  the  resid ual  vo lt ages.   Fu rt her m or e,  both  opti m ise par am et ers  ob t ai ned   f ro m   GS an ICA  it erati on   m et ho al so   repr oduce   the   resid ual  volt ag es  of   t he  12 kV   a rr est e wit lo relat ive  error.  The  good  ag reem ent  between   the  e sti m at ed  and  act ual  m ea su rem ent  data  has  dem on strat ed  that  desi gn  op ti m isa t ion   b FEA   m od el   i valid   opti on  f or  fu t ur e a rr e ste r devel op m ent.   Figure  s how the  el ect ric  fiel distri bu ti on  al ong  t he  120  kV  ar rester  s he ds   for  or i gin al   dim ensio par am et ers,   G SA   pa ram et ers  and   IC par a m et ers  resp ect ively m ino reducti on  in  th m axi m u m   electric   fiel m agn it ude  was  obser ve from   GS and   ICA  due  to   the  op ti m ise d   thickness  a nd  relat ive  per m i tt ivit values  of   t he  F RP  la ye and   si li con r ubbe hous i ng.  Ba sed  on   t hese  fi gure s,  disc on ti nuit of   the  el ect ric fiel 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 x   1 0 5 A r c   l e n g t h E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) L i n e   G r a p h :   E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Op ti mis atio n o f zi nc oxide s urge  ar reste de s ign   us i ng g r avi tati onal se ar ch … ( Syahira A bd Hali m )   859   betwee the  ho us in s hed   a nd   the  ai dom ain   wa obse rv e due  t the  diff e ren ce  i the   per m it t ivit value  of   sil ic on r ubbe r   and   ai r Com par iso bet ween  the  pro po se m et ho a nd   m et a - heu risti op ti m isa t ion   m et hod  wh ic is  widel us ed,   t he  pa r ti cl swar m   op tim isa ti on   (P S O)   was  al so   m ad [ 12 - 15 ] F r om   Table  7,   it   can  be   seen  th at   the  optim isa ti on   m e thods  us in IC a nd  GSA  yi el lo wer   m inim u m   e le ct ric  fiel m agn it ud e   than  PSO.  This  s ho ws  that  IC a nd   GSA  are  bette opti m isa ti on   m et ho co m par ed  to  PS O.   T he  feat ur e wh ic m ake  ICA  a nd   GSA   ar bette tha P SO   a re   good  c onve rgence  rate hi gh  qual it so luti on  a nd   ca pa bili ti es  in  fin ding local  optim u m .         (a)     (b)     (c)     Figure  7. Ele ct ric fiel m agn i tud e al ong  t he she d of   120 k V  arr e ste r usin g;  ( a)  origi nal d i m ension p a ram et ers,   (b) GS par a m et ers  and (c ) ICA  pa ram et er s       Table  6.   Re la ti ve  E rrors Be tw een th e  Esti m a te a nd Ma nuf act ur er ’s Data   Mod el   Res id u al vo ltag e ( k V)   Relativ e erro to   m an u f actu rer ’s data  (%)   Initial    GSA   ICA   Inital    GSA   ICA   1 2 0  kV   3 1 7 .35   3 1 7 .28   3 1 7 .32   0 .42   0 .40   0 .41       0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 x   1 0 5 A r c   l e n g t h E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) L i n e   G r a p h :   E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 x   1 0 5 L i n e   G r a p h :   E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) A r c   l e n g t h E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 x   1 0 5 L i n e   G r a p h :   E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) A r c   l e n g t h E l e c t r i c   f i e l d   n o r m   ( V / m ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 Ma rc h   201 9   :   8 5 3     8 6 0   860   Table  7.   Mi ni m u m   Ele c tric  Fiel O btaine d from  I niti al  a nd  Op ti m iz ed  Param et ers   Mod el   Mini m u m   elect ric  f ield  ( k V m m - 1 )   Initial v alu e   GSA op ti m ised   ICA op ti m ised   PSO op ti m ised   1 2 0  kV   0 .98 3 8 2 5   0 .24 6 1 3 0   0 .24 5 2 0 2   0 .25 6 5 6       6.   CONCL US I O N   In   this  wor k,   t he  opti m isa ti on   of  12 kV  Zn surge  a rr e ste desig m od el   us in GSA   and   ICA  has  been   s ucces sf ully   propose d.  The  s urge  ar rester  m od el wer s uccess f ully   dev el ope us in fi nite  el e m ent  analy sis  an use t determ i ne  t he  el ect ric   fiel distri bu t ion .   By   op ti m iz ing   t he  relat ive  per m it ti vit an rad i us   of  the  F RP  rod  a nd   th e   sil ic on r ubbe housi ng,  the  el ect ric  fiel intensit su rro unding  the  ar rest er  ha s   been  s uccessfu ll red uce w hi le   m ai ntaining  it ph ysi cal   prop e rtie s.  W it op ti m ise arr e ste dim ensions,  the   lowest  c on ce nt rati on   of  the  e le ct ric  fiel on   the  surf ace  of   the  ar rester  i nsula ti on   housi ng   can  be  ac hi eved,  wh ic in  tu r m ay   increase  the  ser vice  li fe  sp a of  the  s urge  ar rester.  C om par ison   of  th pro po se m e thod   sh ows  t hat  the   op ti m ise su r ge  ar rester  des ign   m od el   co m pl ie with  th m anu fact ur e r ’s  te st  data  an yi el ds   lowe m ini m um  el ect ric  fiel d   m agn it ud at   the  ene rg iz e e nd   of   th surge   arr est er It  wa al so   fou nd   t ha the  m ini m u m  elec t ric fiel is  lo w er  us in g ICA t han GSA  and  PSO.       ACKN OWLE DGE MENTS   The   a uthor would  li ke  to   ack nowled ge   Faculty   of  En gin eeri ng  a nd  Buil En vi ronm ent  an Un i ver sit Kebangsaa Ma la ysi for  t he  facil it ie and   fina nc ia su pp or ts  t hr ough  resea rc gr a nt  c ode  num ber   GGPM - 2018 - 056.       REFERE NCE S   [1]     Le SB ,   Lee  SJ ,   Le BH.  Anal ysis  of  The rm al   and  El ec t rical  Properties  of  ZnO  Arreste Bloc k.   Curr ent   Appl ied   Phy sics .   2010; 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