I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9 ,   pp .   3 6 ~4 7   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 5 .i 1 . pp 3 6 - 4 7             36       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   E v a l u a t i o n   a n d   i m p r o v e m e n t   o f   t h e   m a i n   i n su l a t i o n   st r u c t u r e   o f   3 3 k V   d i st r i b u t i o n   t r a n sf o r m e r   b a se d   o n   F E M       I b r ah i m   Jal i l   Je b u r ,   K as s i m   R as h e e d   H am e e d   E l e c t r i c a l   E ng i n e e r i ng   D e pa r t m e nt ,   C o l l a g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   A l - M u s t a ns i r i a h   U n i v e r s i t y ,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e D e c   20 ,   2018   R e v i s e J a n   21,   201 9   A c c e pt e M a r   3 ,   201 9       T hi s   p a pe r   i n t r o duc e s   a   2 - D   F E   m o de l   t o   a na l y z e   t he   e l e c t r i c   f i e l d   di s t r i bu t i o t o   e v a l ua t e   a nd  i m pr o v e   t h e   i n s u l a t i o s t r uc t ur e   o f   t he   250kV A ,   33/ 0 . 4kV   w o und  c o r e   t y pe   di s t r i b ut i o t r a ns f o r m e r   us i ng   t he   A N S Y S   17 . 2   by   i m pl e m e nt i ng   A P D L   pr og r a m .   T h e   d i e l e c t r i c   l i g ht i ng   i m pu l s e   t e s t   w a s   s i m u l a t e d   i n   o r de r   t o   t e s t   t he   pr e s e nt e t r a ns f o r m e r   m o de l   a c c o r d i ng   t o   t he   I E C 67006 - s t a nd a r d,   t he   a s s e s s m e n t   p r o c e s s   i s   ba s e o de t e r m i ni ng   t he   e l e c t r i c   s t r e s s e s   a n c o m pa r e   i t   w i t t he   m a x i m um   p e r m i s s i b l e   v a l ue   o f   e l e c t r i c   f i e l i nt e ns i t y .   T hr e e   pr o po s e F E   m o de l   a s   a i m p r o v e m e nt   t o   t he   i ns u l a t i o s t r u c t u r e   o f   t he   t r a n s f o r m e r   i nc l ud e r e duc i ng   t h e   i ns u l a t i o di s t a nc e s ,   c ha ng i ng   t he   m a t e r i a l s   t y pe ,   a n m i bo t o f   t h e m .   T he   r e s u l t s   o bt a i n e f r o m   t he   F E   s o l u t i o w e r e   c o m pa r e d   w i t t ho s e   o f   t he   r e a l   t e s t ,   a nd  pr e s e n t e i f o r m   of   c o nt o ur s ,   c ur v e s ,   a n v e c t o r s .   T he   r e s u l t s   o bt a i ne f r o m   t he   p r e s e n t e m o de l   c a b e   f ur t he r   t r e a t e a s   a   r e f e r e nc e   da t a   i t he   de s i g pr o c e s s .   Ke y w or ds :   ANSYS   D i e l e c t r i c   T e s t s   E l e c t r i c   F Ie l d   F E M   T r a n s f o r m e r   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   Ib r a hi m   J .   J e b ur ,     E l e c t r i c a l   E n gi n e e r i n g   D e pa rt m e n t ,   Al - M us t a ni s i ra U n i v e r s i t y ,   B a gh d a d,   I ra q .   E m a i l :   i b ra h e e m _j a l i l @ y a h o o . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   D ue   t o   t h e   s i g n i f i c a n t   de v e l o pm e n t   o f   c o m put e r   t e c hn o l o g y ,   m a n y   s t udi e s   h a v e   b e e n   c o n duc t e a b o ut   t h e   n u m e r i c a l   s i m u l a t i o n   o f   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   a nd   be c a m e   m o r e   pr e f e r a b l e   a s   c o m pa r e w i t h   t h e   a n a l y t i c a l   a n t h e   e xpe r i m e n t a l   m e t h o ds ,   s i n c e   t h e   c o s t   a nd  e ffo r t s   w e r e   s i g n i f i c a n t l y   r e duc e [1].   B e c a us e   of  t h e   c o n t i n uo us   i n c r e a s e   i n   t h e   l e v e l   of   t h e   t r a n s m i t t e v o l t a ge   i n   t h e   pa s t   de c a de s ,   w h i c h   i s   a   r e s ul t   o f   t h e   i n c r e a s i ng  de m a n f o r   t h e   e l e c t ri c a l   e n e r gy ,   a   n e e a r i s e s   t o   i n c r e a s e   t h e   l i f e   s pa n   a n o pt i m u m   e c o n o m i c   o pe r a t i o n   o f   t h e   h i g h   v o l t a ge   a pp a ra t us   a nd  b e c a m e   o a   s i g n i f i c a n t   i m po rt a n c e .   T h us ,   by   i m p r o v i n t h e   de s i gn  qu a l i t y ,   t h e s e   r e qui r e m e nt s   ge t   e nha n c e [2 3] .   P o w e t ra n s f o r m e r s   a r e   o n e   o f   t h e   c ruc i a l   e l e m e n t s   o pow e r   di s t r i b ut i o n   n e t w o r ks .   M o s t   of   t h e   pow e r   t ra n s f orm e r s   i n   c u rr e n t   us e   a r e   o i l - i m m e r s e pow e r   t r a n s f o r m e r s   [4] .   M a n y   s t udi e s   t e n de t o   i m p r o v e   t h e   i n s ul a t i o n   m a t e ri a l s   us e i n   t h e   h i g h   v o l t a ge   de v i c e s   i o r de t o   w i t h s t a nd  hi g h e v o l t a ge s ,   y e t   s t ud i e s   a nd  r e s e a r c h e s   a r e   p r o g r e s s i n g   i o r de t o   f i n d   n e w   i n s u l a t i o de s i gn s ,   i n   o r de r   t o   s a t i s fy   t h e   i n c r e a s i n de m a n f o r   t h e   e l e c t r i c a l   e n e rgy ,   m a xi m i z e   t h e   pr o f i t   w i t h   m i ni m u m   c o s t   [5 6] .   A   t ra n s f o r m e r s   a r e   e xpo s e t o   c e r t a i c o n di t i o n s   du r i ng  i t s   n o r m a l   o pe r a t i o n   w hi l e   b e i n i n   s e r v i c e ,   s uc h   a s   i m pul s e   ov e r vo l t a ge s ,   o r   l i g ht i ng  i m pul s e   du r i n s e v e r   w e a t h e r   c o n di t i o n s ,   t h e r e f o r ,   c e r t a i n   t e s t s   t h a t   s i m u l a t e   t h e s e   c o n di t i o n s   w h i c h   a   t ra n s f o r m e r   m us t   b e   s u b j e c t e t o   t h e m   i n   o r de r   t o   f ul f i l l   t h a t   a   t ra n s f o r m e r   c a w i t h s t a nd  s uc h   c o n di t i o n s .   I t h e   s t a nda r w a v e f o r m   o f   t h e   t e s t   v o l t a ge ,   t h e   pe a v a l ue   i s   r e a c h e w i t h i 1. s ,   t h e n   de c a y s   t o   50%  of   t h e   pe a k   v a l ue   w i t h i 50µ s ,   a n t h e   t e s t   i s   c o n s i de r e   t o   be   s u c c e s s f ul   i f   n o   f a i l   i n   t h e   i n s u l a t i o n   s y s t e m   h a s   t a ke n   p a l c e   [7 - 9] F i g u r e   s h o w s   t h e   t y pi c a l   w a ve   fo r m   o f   t h e   i m pu l s e   vo l t a ge   a ppl i e t o   t e s t   t h e   t r a n s f o r m e r s .   T h e   e l e c t ri c   f i e l i s   s i m pl y   de f i n e a s   t h e   qua n t i t a t i v e   de s c r i pt i o n   o t h e   a m o unt   of   fo r c e   ge n e r a t e b e t w e e n   a n y   t w o   c h a r ge s   t h a t   w o r ks   t o   a t t ra c t   o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E v a l uat i on   and   i m pr o v e m e nt   o f   t he   m ai i ns ul a t i on   s t r u c t ur e   of   33 k V   di s t r i bu t i on   ( Ibr ahi m   J al i l   J e bur )   37   r e pe l   t h e m   [ 10].   T h e   p r e c i s e   c a l c ul a t i o n   o f   t h e   e l e c t r i c   f i e l i nt e n s i t y   i s   of   m a j o r   i m po rt a n c e   i n   o r de r   t o   o pt i m i z e   t h e   m a i i n s u l a t i o s t ruc t u r e   o f   t h e   hi g v o l t a ge   de v i c e ,   a nd  i m p r o v e   i t s   r e l i a b i l i t y   [11].           F i gu r e   1 .   S t a n d a r d   i m pul s e   v o l t a ge   w a v e fo r m       In  t hi s   r e s e a r c h ,   t h e   m a i n   i n s ul a t i o n   s t r uc t u r e   i s   c l a s s i f i e i nt o   t h e   t hr e e   pa rt s ,   t h e   f i r s t   i s   t h e   H - i n s ul a t i o n   w hi c i s   t h e   i n s ul a t i o n   b e t w e e n   t h e   h i g v o l t a ge   w i n di n gs   a nd  t h e   l o w   vo l t a ge   w i n d i n gs ,   t h e   H - i n s ul a t i o n   r e p r e s e n t s   t h e   i n s ul a t i o n   b e t w e e n   t h e   h i g v o l t a ge   w i n d i n gs   a n d   t h e   i r o c o r e ,   a nd  t h e   t hi r d     pa r t   i s   t h e   H - H   i n s ul a t i o n   w h i c h   r e p r e s e n t s   t h e   i n s ul a t i o n   b e t w e e n   t h e   h i g h   v o l t a ge   w i n di ngs   of   t h e   a dj a c e n t   pha s e s   [6] .       2.   F I N I TE  ELEM EN M O D EL   F i ni t e   e l e m e n t   m e t h o i s   o n e   o f   t h e   f a m o us   n u m e r i c a l   t e c hni que s   us e t o   s o l v e   a n a na l y z e   t h e   c o m pl e ge o m e t r i e s   a n s h o w e s i gn i f i c a nt   i m po rt a n c e   i n   t he   ph y s i c a l   f i e l ds   s uc h   a s   e l e c t r o - m a g n e t i c   f i e l ds ,   f l ui ds ,   a n s o i l   m e c h a ni c s   [12] .   T h e   f i ni t e   e l e m e n t   m o de l   o f   250kV A ,   33 / 0. 4 16kV   w a s   i m p l e m e nt e i A N S Y S   us i n A P D L   (A n s y s   pa ra m e t ri c   de s i gn   l a n gu a ge w hi c h   g i v e s   t h e   r e l i a b i l i t y   t o   a n a l y z e   t h e   di e l e c t ri c   r e s po n s e   o f   t h e   w o un c o r e   t y pe   t r a n s f o r m e r   f o r   d i f fe r e nt   r a t i n gs   b y   s i m pl y   c h a n ge   t h e   i n pu t   p a r a m e t e r s   t ha t   r e p r e s e n t   t r a n s f o r m e r ’s   d i m e n s i o n s .   T h e   d i m e n s i o n   o f   t h e   t r a n s f o r m e r   u n de r   s t udy   w e r e   t a ke n   f r o m   t h e   de s i gn   do c um e n t s   f r o m   t h e   F a c t o r y   of   D i s t r i b ut i o n   t ra n s f o r m e r s /   D y a l a   Co m p a n y   fo r   E l e c t r i c a l   I n d us t r i e s .   T h e   t hi c kn e s s   o f   t h e   H - L   i n s ul a t i o n   i s   20m m ,   a l s o   t h i c k n e s s   of   i n s u l a t i o b e t w e e n   t h e   h i g v o l t a ge   w i n d i n gs   a n t h e   i r o c o r e   i s   23. 5m m   f r o m   t h e   w i n d i n gs   s i de s   (i . e .   H - i n s ul a t i o n ) ,   w hi l e   t h e   t h i c k n e s s   b e t w e e n   t h e   hi g h   v o l t a ge   w i n d i n gs   a nd  t h e   i r o n   c o r e   f r o m   t h e   t o a nd  b ot t o m   i s   51 m m ,   a n t h e   ga di s t a n c e   b e t w e e n   t h e   hi g h   v o l t a ge   w i n d i n gs   o f   t h e   a dj a c e nt   p ha s e   i s   22m m   [13 14].   F i gu r e   &   s h o w s   t h e   2 - D   m o de l   a n t h e   m e s pa t t e rn  r e s pe c t i v e l y .   M e s h   pa t t e rn   o f   t h e   t ra n s f o r m e r   u n de s t udy   a s   s h o w n   i F i gu r e   3.           F i gu r e   2 .   2 - D   m o de l   o f   t h e   t ra n s f o r m e r   u nde s t u dy   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 6   -   4 7   38       F i gu r e   3 .   M e s h   p a t t e rn   o f   t h e   t ra n s f o r m e u n de s t udy       T h e   l o a di n p r o c e s s   i n   A N S Y S   do n e   a c c o r di n t o   t h e   i n s t r uc t i o n s   m e n t i o n e i n   t h e   IE C6 7006 - s t a n d a r d,   s uc h   t ha t   e a c h   p ha s e   of   t h e   h i g h   v o l t a ge   w i n d i ngs   i s   e xc i t e s e pe r a t l y   a n t h e   o t h e r   p ha s e s   a r e   c o n n e c t e t o   t h e   gr o u n d ,   a l s o   t h e   l o w   vo l t a ge   w i n di ngs   a r e   s h o rt e t o ge t h e r   a n c o nn e c t e t o   t h e   g r o un a s   we ll   a s   t h e   i r o c o r e ,   a s   s h o w n   i F i gu r e   4 .           F i gu r e   4 .   S c h e m a t i c   c o nn e c t i o f o r   t h e   di s t r i b ut i o n   t r a n s f o r m e r   u nde t e s t       2. 1 .       A p l yi n g   Lo ad s   an d   B o u n d ar C o n d i ti o n s   In   o r de r   t o   ob t a i n   s i g ni f i c a n t l y   a c c ur a t e   r e s ul t s ,   t h e   p r o gra m   m us t   b e   f e by   t h e   a pp r o p r i a t e   e l e c t r i c a l   p r o pe rt i e s   o t h e   i n s ul a t i n m a t e r i a l ,   a l s o   i f   t h e   di m e n s i o n s   o t h e   e l e c t r i c a l   de v i c e   m o de l l e i n   t h e   pr o g r a m   i s   t h e   s a m e   a s   t h e   r e a l   c a s e ,   t h e   r e s ul t s   o b t a i n e a r e   m o r e   a c c ur a t e   a n c a n   b e   c o n s i de r e fo r   f ur t h e r   w o r o r   a s   a   r e f e r e n c e   da t a   [1 5].   I n   o r de r   t o   c o m pa r e   t h e   o b t a i n e e l e c t r i c   s t r e s s   v a l ue s   w i t h   t h e   r e gi s t e r e s t a n d a r b r e a kdo w n   v a l ue s ,   t h e   t e s t   v o l t a ge   i s   c o n v e r t e i e qui v a l e nt   A v a l ue s   by   us e   of   c e r t a i n   f a c t o r s   de ve l o pe ove r   y e a r s   o f   h i g v o l t a ge   l a b rt o r y   t e s t s ,   T a b l e   s h o w s   t h e   f a c t o r s   us e f o r   t hi s   p u r po s e   [16].       T a b l e   1 .   D IL   F a c t o r s   R e f e r e n c e t o   M i n.   A c   P o w e r   F r e que n c t   T e s t   T e s t   t y p e   D IL   f a c t o r   L i g h t i n g   i m p u l s e   2 . 3 - 2 . 7   S w i t c h i n g   i m p u l s e   1 . 8 - 1 . 9   A C   1 - m i n   t e s t   l e v e l   1   A C   1 - h o u t e s t   0 . 8   A C   n o r m a l   o p e ra t i o n   0 . 5 5 - 0 . 5 9       A c c o r di n g   t o   t h e   t a b l e   a b ov e   t h e   e qui v a l e nt   A C   v o l t a ge   w o ul b e   170kV / 2 . 7   =   73 . 913kV .   T h e   c a l c ul a t i o o f   t h e   e l e c t r i c   f i e l i s   do n e   by   s a t i s fy i n L a p l a c e   e qua t i o w h i c h   s t a t e s   t ha t   [6][15 ]:     2 = 0   (1)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E v a l uat i on   and   i m pr o v e m e nt   o f   t he   m ai i ns ul a t i on   s t r u c t ur e   of   33 k V   di s t r i bu t i on   ( Ibr ahi m   J al i l   J e bur )   39   W h i l e   t h e   e l e c t r i c   f i e l i nt e n s i t y   i s   c a l c ul a t e f r o m :     =   (2)     A n t h e   r e l a t i o n   b e t w e e n   t h e   c urr e nt   de n s i t y   a n t h e   e l e c t r i c   f i e l i nt e n s i t y ,   t h e   e l e c t r i c   f l ux  de n s i t y   a n t h e   e l e c t r i c   f i e l i n t e n s i t y   a r e   r e s pe c t i v e l y   a s   f o l l ow s :     =    (3)     =    (4)     By   a ppl y i n g   t h e   di v e r ge n c e   t h e o r e m   t o   t h e   b o t s i de s   o f   t h e   c o n t i n ui t y   a n d   s ub s t i t u t i ng  ( 3)  &   (4)  t h e   r e s ul t   i s :     . ( [ ] ) . ( [ ]   ) = 0   (5)     F o r   t i m e   v a r y i n g   e l e c t ri c   f i e l d,   e qu a t i o ()  i s   w ri t t e a s   f o l l ow s :     . ( [ ] . ) + . ( [ ] . ) = 0   (6)     A n d     i s   t h e   a ngul a f r e que n c y .       3.   F EM   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S   In   o r de r   t o   ob t a i n   c o n s i de ra b l y   a c c ur a t e   r e s ul t s ,   t h e   a pp r o p ri a t e   m a t e r i a l   p r o pe r t i e s   m us t   b e   fe t t h e   pr o gra m ,   t h e s e   pr o pe r t i e s   a r e   t h e   b ul r e s i s t i v i t y ,   r e l a t i v e   pe r m i t t i v i t y ,   a n l o s s   t a n ge n t ,   a n t h e   v a l ue s   of   t h e s e   pr o pe rt i e s   a r e   gi v e n   i n   T a b l e   2 ,   w hi c a r e   o i l   i m m e r s e v a l ue s   [17] .   T h e   a s s e s s m e nt   i s   b a s e o n   de t e r m i n i ng  t h e   m a x i m um   v a l ue   o e l e c t r i c   s t r e s s   o ve r   a   s pe c i f i e d   r e gi o n   a n c o m pa r e   w i t h   p ra c t i c a l   m e a s u r e s   o f   m i n i m um   b r e a kdo w n   e l e c t r i c   s t r e s s .       T a b l e   2 .   O f   E l e c t ri c   P r o pe r t i e s   o f   Co m m o n   I n s u l a t i n g   M a t e ri a l s   u s e d   i P o w e r   T ra n s f o r m e r s     Re l a t i v e   P e r m i t t i v i t y   Re s i s t i v i t y   L o s s   T a n g e n t   i n s u l a t i n g   p a p e r   3 . 5   2 . 4 × 1 0 e 15   3 9 × 1 0 e - 4   P re s s - b o a rd   4 . 4   10 e 6   5 0 × 1 0 e - 4   T ra n s fo r m e o i l   2 . 2   7 . 6 × 1 0 e 15   10 e - 4       A f t e r   t h e   F E   s o l ut i o n   i s   do n e ,   i t   i s   f o un t h a t   t h e   r e s ul t s   o b t a i n e due   t o   e xc i t i n e a c h   p ha s e   o f   t h e   hi g h   v o l t a ge   w i n d i n gs   w h i l e   ke e pi ng  t h e   o t h e r   p ha s e s   gr o unde a r e   t h e   s a m e ,   t h e r e   f o r ,   o n l y   t h e   r e s ul t s   ob t a i n e f r o m   e xc i t i n g   p ha s e   A   w i l l   b e   i l l us t ra t e d.   F i gu r e s   s h o w   t h e   po t e n t i a l   a nd  e l e c t r i c   f i e l d i s t ri b ut i o n s   due   p h a s e   A   l o a di ng.         (a                                                                                                                                             (b )     F i gu r e   5 .   ( a )   Co n t o u pl o t   o f   po t e n t i a l   d i s t r i b ut i o n   due   t o   l i g ht i n g   i m pu l s e   t e s t .   (b E l e c t ri c   f i e l d i s t r i b ut i o of   t ra n s f o r m e r   i n s ul a t i o n   due   t o   i m pu l s e   t e s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 6   -   4 7   40   In  o r de r   t o   s t udy   t h e   d i e l e c t ri c   r e s po n s e ,   e a c o f   t h e   H - L ,   H - H ,   a nd  H - i n s ul a t i o n   i s   d i v i de i n t o   t w o   r e gi o n s ,   a l o n g   t h e   hi g ht   o f   t h e   i n s u l a t i o n   r e gi o n .   F i gu r e   s h o w s   t h e   r e gi o n s   a t   t h e   H - L   i n s ul a t i o n .             F i gu r e   6 .   E l e c t r i c   f i e l di s t ri b ut i o a t   t h e   H - L   i n s ul a t i o i l l us t r a t i n g   t h e   s e l e c t e r e gi o n s       A t   r e gi o n   - 1 -   ,   t h e   e l e c t ri c   s t r e s s   a t   t h e   i n s ul a t i n p a pe r   ha s   r e gul a r   di s t r i b ut i o n   a l o n t h e   i n s ul a t i o t h i c k n e s s   due   t o   r e gul a r   g r a di e n t   i n   v o l t a ge   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   7 - a ,   a n e qu a l s   t o   2. 88kV / m m   w h i c h   i s   l o w e r   t h a n   t h e   m i ni m u m   b r e a k do w n   s t r e s s   w h i c h   e qua l s   t o   8. 5kV / m m   [1 5],   a l s o   i t   c a n   b e   n o t i c e i n   F i gu r e   7 - b ,   t h e   di s t r i b ut i o n   o f   e l e c t r i c   s t r e s s   a l o ng  r e gi o - 1 -   i s   f l uc t u a t i ng  due   t o   t h e   p r e s e n c e   o f   t h e   ga ps   f i l l e by   t h e   t r a n s f o r m e r   o i l ,   w h i c h   h a s   d i f f e r e n t   v a l ue   o f   r e l a t i v e   pe r m i t t i v i t y   t h a t ha t   o f   t h e   i n s u l a t i ng  pa pe r,   a s   a   r e s ul t s   a n   o v e r a l l   di s t r i b ut i o n   w o ul b e   i n   t hi s   m a nn e r.   F i gu r e   s h o w s   t h e   di s t ri b ut i o o f   e l e c t r i c   f o r   t h e   c o r r e s po n di ng  r e gi o n .           (a                                                                                                                                                                   (b )     F i gu r e   7 .   ( a )   P o t e n t i a l   d i s t r i b ut i o n   a t   r e gi o n   - 1 -   o f   H - L   i n s ul a t i o n,   (b E l e c t r i c   f i e l d   di s t ri b ut i o n   a t   r e gi o n   - 1 -   of   H - L   i n s ul a t i o n           F i gu r e   8 .   Co n t o u r   p l o t   o f   e l e c t r i c   f i e l d i s t r i b ut i o a t   r e gi o n   - 1 -   R e gi o n   - 1 -   R e gi o n   - 2 -   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E v a l uat i on   and   i m pr o v e m e nt   o f   t he   m ai i ns ul a t i on   s t r u c t ur e   of   33 k V   di s t r i bu t i on   ( Ibr ahi m   J al i l   J e bur )   41   F o r   r e g i o n   - 2 -   o f   t h e   H - L   i n s ul a t i o n,   t h e   m a xi m um   v a l ue   of   e l e c t r i c   s t r e s s   i t h e   e n t i r e   m o de l   i s   a ppe a r e a t   t h e   c o rn e r   o f   h i g h   v o l t a ge   w i n di n gs   w h i c h   e qua l s   7 . 03kV / m m ,   w h i c h   i s   l e s s   t h a n   t h e   m i n i m u m   b r e a kdo w n   v a l ue s   (i . e .   8 . 5kV / m m ).   i t   c a n   b e   s e e n   f r o m   F i gu r e s   &   10  t ha t   t h e   di s t ri b ut i o n   o f   e l e c t r i c   f i e l i s   n o t   r e gu l a a n d   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   ha s   di f f e r e n t   v a l ue s   a c r o s s   t h e   i n s ul a t i o di s t a n c e   b e t w e e n   t h e   h i g v o l t a ge   w i n di n gs   a nd  t h e   l o w   vo l t a ge   w i n d i n gs ;   t hi s   i s   b e c a us e   o f   t h e   u n e qu a l   di s t a n c e s   b e t w e e n   t h e   e qua l - po t e nt i a l   l i n e s   a t   t h i s   r e g i o n   w hi c h   m a ke   t h e   g ra di e n t   i v o l t a ge   i s   no n - l i n e a r ,   a n d   a s   a   r e s ul t   t h e   d i s t r i b ut i o n   o f   t h e   e l e c t r i c   f i e l i s   n o n - l i n e a r.         (a                                                                                                                                                             (b )     F i gu r e   9 .   ( a )   P o t e n t i a l   d i s t r i b ut i o n   a t   r e gi o n   - 2 -   o f   H - L   i n s ul a t i o n.   (b E l e c t r i c   f i e l d   di s t ri b ut i o n   a t   r e gi o - 2 -   of   H - L   i n s ul a t i o n         (a                                                                                                                                         (b )     F i gu r e   10 .   ( a )   Co nt o ur  pl o t   o f   e l e c t r i c   f i e l d   di s t ri b ut i o n   a t   r e gi o n   - 2 -   (b V e c t o r e p r e s e n t a t i o n   o f   e l e c t r i c   f l ux   l i n e s   a t   r e g i o - 2 -       T h e   H - i n s ul a t i o n   w h i c h   i s   c o n s i s t e f r o m   pr e s s bo a r l a y e r s   of  3. 2m m   t hi c k n e s s ,   a l s o   di v i de i n t o   t w o   r e gi o n s ,   r e gi o - 1 - ,   a n d   r e gi o - 2 -   a s   s h o w n   i F i gu r e   11 .           F i gu r e   11 .   Co n t o u r   pl o t   pf   e l e c t r i c   f i e l d i s t ri b ut i o a t   H - i n s u l a t i o i l l us t ra t i n g   t h e   r e gi o n s   R e gi o n   - 1 -   R e gi o n   - 2 -   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 6   -   4 7   42   Fo r   r e g i o n   - 1 - ,   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   i s   c o n s t a n t   a l o n t h e   i n s ul a t i o n   di s t a n c e   f r o m   t h e   hi g h   v o l t a ge   t i l l   t h e   i r o n   c o r e ,   due   t r e gul a r   g ra di e n t   i n   v o l t a ge   a l o n t h e   i n s ul a t i o n   di s t a n c e ,   a n e qua l s   3. 15kV / m m   w h i c h   i s   l e s s   t h a t h e   m i ni m um   b r e a kdo w n   v a l ue   w h i c h   o b t a i n e p ra c t i c a l l y   a n e qu a l s   t o   9. 6kV / m m ,   due   t o   r e gul a gra di e n t   i v o l t a ge   a s   s h o w n   F i gu r e s   12   &   13 .   I t   c a b e   n o t i c e t h a t   t h e r e   i s   n o   f l uc t ua t i o i t h e   e l e c t r i c   f i e l d   di s t r i b ut i o n ,   due   t o   t h e   f a c t   t ha t   H - i n s ul a t i o c o n t a i n e o n l y   of   pr e s s bo a r d   l a y e r s .         (a )                                                                                                                                                           (b )     F i gu r e   12 .   ( a )   P o t e n t i a l   d i s t ri b ut i o a t   r e gi o n   - 1 -   (b E l e c t r i c   f i e l di s t ri b ut i o a t   r e gi o n   - 1 -           F i gu r e   13 .   Co n t o u r   pl o t   o f   e l e c t r i c   f i e l d i s t ri b ut i o n   a t   r e g i o - 1 -       F o r   r e gi o n   - 2 - ,   t h e   e l e c t ri c   s t r e s s   a ppe a r s   t o   h a v e   n o n l i n e a r   di s t r i b ut i o n   due   t o   u nr e gul a rl y   gr a d i e nt   i n   v o l t a ge   b e c a us e   a t   t hi s   r e gi o n ,   t h e   di s t a n c e s   be t w e e n   t h e   e qui po t e n t i a l   l i n e s   a r e   n o t   e qua l   a l o ng  t h e   i n s ul a t i o n   di s t a n c e   be t w e e n   t h e   hi g h   v o l t a ge   w i n di ngs   a n d   t h e   i r o n   c o r e ,   a nd  t h e   m a x i m um   v a l ue   f o r   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   a t   t h e   H - i n s ul a t i o n   i s   l o c a t e a t   t h e   c o rne r   o f   t h e   h i g v o l t a ge   w i n di ngs   w h i c h   e qu a l s   5. 93kV / m m ,   w hi c h   i s   l e s s   w h e n   c o m pa r e w i t h   t h e   m i n i m um   b r e a kdo w n   v a l ue   of   t h e   pr e s s b o a r pa pe r .   F i gu r e s   14  &   15  s h o w   t h e   di s t ri b ut i o o f   p o t e n t i a l   a n e l e c t r i c   f i e l d i s t r i b ut i o n   a t   r e gi o n   - 2 -   o f   t h e   H - i n s ul a t i o n .         (a (b )     F i gu r e   14 .   ( a )   P o t e n t i a l   d i s t ri b ut i o a t   r e gi o n   - 2 -   o f   H - i n s u l a t i o n.   (b E l e c t r i c   f i e l d   di s t ri b ut i o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E v a l uat i on   and   i m pr o v e m e nt   o f   t he   m ai i ns ul a t i on   s t r u c t ur e   of   33 k V   di s t r i bu t i on   ( Ibr ahi m   J al i l   J e bur )   43       F i gu r e   15 .   Co n t o u r   pl o t   o f   e l e c t r i c   f i e l d i s t ri b ut i o a t   r e g i o - 2 -   o f   H - i n s ul a t i o n       F o r   t h e   H - H   i n s ul a t i o n   w h i c h   c o n s i s t s   a l s o   o pr e s s bo a r d   l a y e r s   e a c h   of   t h i c k n e s s   3. 2m m ,   a l s di v i de i nt o   r e gi o n s   &   2   a s   s h o w n   i F i gu r e   16 .           F i gu r e   16 .   Co n t o u r   pl o t   o f   e l e c t r i c   f i e l d i s t ri b ut i o a t   H - H   i n s u l a t i o i l l us t ra t i n g   t h e   r e gi o n s       F o r   r e gi o n   - 1 -   o f   t h e   H - H   i n s ul a t i o n ,   t h e   di s t r i b ut i o n   o f   t h e   e l e c t r i c   f i e l s h o w s   r e gul a r   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   17 - b   a l o n t h e   i n s u l a t i o n   di s t a n c e   due   t r e gul a r   g ra di e n t   i n   v o l t a ge   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   17 - a ,   a l s o   t h e r e   i s   n o   f l uc t ua t i o n   i n   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   b e c a us e   t h e r e   a re   n o   a i r   g a ps   w hi c h   f i l l e by   t r a n s f o r m e r   a m o n g   t h e   pr e s s b o a r l a y e r   a s   t ha t   e xi s t e a m o n t h e   i n s u l a t i o n   l a y e r s   o f   t h e   H - L   i n s ul a t i o n.   F i gu r e s   17  &   18  s h ow   t h e   po t e nt i a l   di s t ri b ut i o a nd  t h e   f i e l di s t ri b ut i o f o r   t h e   c o r r e s po n d i n r e g i o n.         (a                                                                                                                                                             (b )     F i gu r e   17 .   ( a )   P o t e n t i a l   d i s t ri b ut i o a t   r e gi o n   - 1 -   (b E l e c t r i c   f i e l di s t ri b ut i o a t   r e gi o n   - 1 -       R e gi o n   - 1 -   R e gi o n   - 2 -   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   15 ,   N o .   1 J ul y   201 9   :     3 6   -   4 7   44       F i gu r e   18 .   Co n t o u r   pl o t   o f   e l e c t r i c   f i e l d i s t ri b ut i o a t   r e g i o - 1 -       A t   r e gi o n   - 2 - ,   t h e   di s t ri b ut i o n   o f   e l e c t r i c   s t r e s s   i s   n o n   u ni fo r m   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   19 - b ,   due   t un e qu a l   d i s t a n c e s   b e t w e e n   t h e   e qui po t e nt i a l   l i n e s   a t   t hi s   r e gi o n,   w h i c h   m a ke s   t h e   gra d i e nt   i n   v o l t a ge   n o n - uni f o r m   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   19 - a .   A l s o   t h e   m a xi m u m   v a l ue   of   e l e c t r i c   s t r e s s   a t   t h e   H - H   i n s ul a t i o n   i s   l o c a t e a t   t h e   c o rn e o f   t h e   h i g v o l t a ge   w i n d i n gs   o f   pha s e   A ,   w hi c h   e qu a l s   5. 72 kV / m m ,   w hi c i s   l e s s   a s   c o m pa r e w i t h   t h e   m i n i m u m   b r e a k do w n   v a l ue   of   t h e   p r e s s b o a r (i . e .   9. 6kV / m m ) .   F i gu r e   20  s h o w s   t h e   2 - D   c o n t o u r   p l o t   of   t h e   e l e c t ri c   f i e l di s t r i b ut i o n   a t   r e gi o - 2 -   o f   t h e   H - H   i n s ul a t i o n.         (a                                                                                                                                                             (b )     F i gu r e   19 .   ( a )   P o t e n t i a l   d i s t ri b ut i o a t   r e gi o n   - 2 -   (b E l e c t r i c   f i e l di s t ri b ut i o a t   r e gi o n   - 2 -           F i gu r e   20 .   2 - D   c o n t o u r   pl o t   o f   e l e c t r i c   f i e l di s t ri b ut i o n   a t   r e gi o - 2 -       4.   P R O P O S ED   TR A N S F O R M ER   I N U LS A TI O N   M O D EL   T h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   o b t a i n e i l l us t r a t e   t h a t   a l l   t h e   v a l ue s   of   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   a r e   l e s s   t h a n   t h e   a dd r e s s e m i n i m u m   b r e a kdo w n   v a l ue s   of   e l e c t r i c   s t r e s s   fo r   t h e   i n s ul a t i o n   m a t e ri a l s   us e i n   f o r m i n t h e   i n s ul a t i o n   s t r uc t u r e   o f   t h e   t ra n s f o r m e r   u n de r   s t udy ,   t h e r e   f o r ,   a n   i m p r o v e m e n t   c a n   b e   a ppl i e t o   t h e   i n s u l a t i o s t ruc t u r e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E v a l uat i on   and   i m pr o v e m e nt   o f   t he   m ai i ns ul a t i on   s t r u c t ur e   of   33 k V   di s t r i bu t i on   ( Ibr ahi m   J al i l   J e bur )   45   T h e   i m p r o v e m e n t   p r o c e s s   i n v o l v e s   t hr e e   s t a ge s ,   t h e   f i r s t   s t a ge   i s   r e duc i n t h e   i n s u l a t i o n   t hi c k n e s s ,   w h i c w i l l   l e a t o   r e duc e   t h e   o v e r a l l   w i dt o f   t h e   t ra n s f o r m e r,   b y   r e duc i n g   b o t h   o f   t h e   H - H   a n t h e   H - i n s ul a t i o n   2 m m ,   i n   0 . 5m m   s t e ps ,   t h e n   t h e   di e l e c t r i c   r e s po ns e   i s   de t e r m i n e a nd  t h e   m a xi m um   w e r e   v a l ue s   r e gi s t e r e d.   T h e   r e s ul t s   s h o w   a n   i n c r e m e n t   i n   t h e   e l e c t r i c   s t re s s ,   be c a us e   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   a n t h e   i n s ul a t i o di s t a n c e s   a r e   i n v e r s e l y   pr o po r t i o na l ,   b ut   t h e   r e s ul t i ng  v a l ue s   of   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   w e r e   m a i nt a i n e b e l ow   t h e   pra c t i c a l   b r e a kd o w n   v a l ue s   a s   s h ow n   i n   F i gu r e   21  w h i c h   i l l us t ra t e s   t h e   v a r i a t i o n   o f   t h e   m a xi m u m   e l e c t r i c   s t r e s s   l o c a t e a c r o s s   t h e   H - a n H - H   i n s ul a t i o n   r e s pe c t i v e l y   w i t h   r e s pe c t   t c h a n gi ng  t h e   i n s ul a t i o n   t h i c k n e s s .         (a )                                                                                                                                                         (b )     F i gu r e   21 .   ( a )   V a ri a t i o o f   m a x i m u m   v a l ue   o f   e l e c t r i c   s t r e s s   w . r . t   c h a ngi ng  t h e   i n s u l a t i o t hi c k n e s s   a t   H - i n s ul a t i o n .   (b V a ri a t i o n   o f   m a x i m u m   v a l ue   o f   e l e c t r i c   s t r e s s   w . r . t   c h a ngi ng  t h e   i n s u l a t i o t hi c k n e s s   a t   H - i n s ul a t i o n       T h e   s e c o n i m p r o v e m e n t   s t a ge   i n v o l ve c r e a t i n g a ps   a m o ng  t h e   pr e s s b o a r l a y e r s   by   a ddi n w oo d   duc t s ,   w h i l e   m a i nt a i n i ng  t h e   i n s u l a t i o n   t h i c k n e s s e s   un c ha n g e a t   t h e   H - a n H - H   i n s ul a t i o n   t o   pe r m i t   t h e   c i r c ul a t i o n   o f   t ra n s f o r m e i o r de r   t o   b e n e f i t   f r o m   i t s   i n s ul a t i n g   p r o pe r t i e s ,   a l s o   us i n t h e   a ra m i i n s ul a t i n pa pe r   i n s t e a o f   t h e   i n s u l a t i n p a pe r   us e i n   t h e   H - L   i n s ul a t i o n ,   t hi s   pa pe r   h a s   a   r e l a t i v e   pe r m i t t i v i t y   e qua l   t w h i c h   hi g h e r   t ha n   t ha t   o f   i n s ul a t i ng  pa pe r   w h i c h   o ri gi n a l l y   us e d.   T h e   s i m ul a t i o n   r e s ul t s   s h o w   t ha t   t h e   m a x i m u m   v a l ue   o f   e l e c t r i c   s t r e s s   l o c a t e a t   t h e   H - i n s ul a t i o n   ha r e duc e f r o m   5. 93kV / m m   t o   4. 36kV / m m ,   a l s o   t h e   m a xi m u m   v a l ue   of   e l e c t r i c   s t r e s s   l o c a t e a t   t h e   H - H   i n s ul a t i o n   i s   r e duc e f r o m   5. 72kV / m m   t o   4. 25kV / m m ,   a n f o r   t h e   H - L   i n s ul a t i o n ,   t h e   m a x i m um   v a l ue s   of  t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   i s   r e duc e f r o m   7 . 04kV / m m   t o   6 . 95 kV / m m .   F i gu r e   22  s h o w s   t h e   di s t r i b ut i o n   o f   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   a t   r e gi o n   - 2 -   f o r   t h e   H - C,   H - H ,   a n d   H - L   i n s u l a t i o r e s pe c t i v e l y .               (a         (b         (c )     F i gu r e .   22  ( a )   E l e c t ri c   f i e l d i s t r i b ut i o n   a t   H - i n s u l a t i o n.   (b E l e c t ri c   f i e l d i s t r i b ut i o n   a t   H - H   i n s u l a t i o n.   (c E l e c t r i c   f i e l d   d i s t ri b ut i o a t   H - L   i n s ul a t i o n       T h e   r e a s o n   b e h i nd  t h e   r e duc t i o n   o f   t h e   e l e c t ri c   s t r e s s   a t   t h e   H - C,   a n t h e   H - H   i n s u l a t i o i s   t ha t ,   by   a ddi ng  t h e   m u l t i - di e l e c t r i c   i n s ul a t i o m e di u m   b e t w e e n   t h e   hi g h   v o l t a ge   w i n di ngs ,   a n d   t h e   i r o c o r e ,   ha l e t o   r e duc i n g   t h e   e qui v a l e n t   c a pa c i t a n c e   i n   b e t w e e n .   T h e   l a s t   i m p r o ve m e n t   s t a ge   i n v o l v e bo t h   o f   r e duc i n t h e   i n s u l a t i o n   d i s t a n c e s ,   a n c r e a t i ng  t h e   o i l   ga ps .   T h e   r e s ul t s   o b t a i n e f r o m   t h e   F E   s o l ut i o n   s h o w   t h a t   t h e   r e s ul t s   s h o w   t h a t   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   a t   t h e   H - i n s ul a t i o n   f r o m   5 . 93kV / m m   t o   5. 37kV / m m ,   w h i l e   a t   t h e   H - H   i n s ul a t i o n ,   t h e   e l e c t r i c   s t r e s s   w a s   r e duc e f r o m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.