I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 2 ,   N o . 4 ,   A u g u s t   2 0 1 2 ,   p p .   4 8 7 ~ 4 9 4   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             4 8 7       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   E v a l u a t i o n   o f   F l a s h o v e r   V o l t a g e   o n   H y d r o p h o b i c   P o l y m e r   I n s u l a t o r s   w i t h   A r t i f i c i a l   N e u r a l   N e t w o r k       L .   S .   N a s r a t   a n d   S a l e h   A l y *   E l e c t r i c a l   &   P o w e r   E n g .   D e p t . ,   F a c u l t y   o f   E n g . ,   S o u t h   V a l l e y   U n i v . ,   * Co m p u t e r   a n d   S y s t e m s   E n g .   D e p t . ,   F a c u l t y   o f   E n g . ,   S o u t h   V a l l e y   U n i v . ,     A s w a n ,   E G Y P T       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   J u n   1 7 ,   2 0 1 2   R e v i s e d   J u l   2 6 ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   A u g   2 ,   2 0 1 2       T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a n   e x p e r i m e n t a l   m e a s u r e m e n t   o f   a c   5 0   H z   f l a s h o v e r   v o l t a g e   ( k V )   o f   h y d r o p h o b i c   p o l y m e r   i n s u l a t o r s .   H u n d r e d   t h i r t y   f i v e   d i f f e r e n t   t e s t i n g   c o n d i t i o n s   w e r e   u s e d   t o   e v a l u a t e   t h e   e l e c t r i c a l   p e r f o r m a n c e   o f   h y d r o p h o b i c   s u r f a c e s   o f   c o m p o s i t e   p o l y m e r   i n s u l a t o r s .   T h e   s t u d y   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   d e p e n d   o n   t h e   s i l i c o n e   r u b b e r   ( S i R)   c o n t e n t   ( % )   i n   E t h y l e n e   p r o p y l e n e   d i e n e   m o n o m e r   ( E P D M )   r u b b e r ,   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   ( µ S / c m ) ,   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t   ( m l )   a n d   n u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s   o n   t h e   s u r f a c e   o f   p o l y m e r   i n s u l a t o r s .   A r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   ( A N N )   i s   u s e d   s u c c e s s f u l l y   t o   m o d e l   n o n l i n e a r   f u n c t i o n s   w h i c h   a r e   d i f f i c u l t   t o   m o d e l   u s i n g   c l a s s i c a l   m e t h o d s .   A N N   c a n   e s t i m a t e   t h e   v a l u e s   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e   ( k V )   f o r   d i f f e r e n t   p o l y m e r   i n s u l a t o r s .   T h e   p r o p o s e d   n e t w o r k   i s   t r a i n e d   u s i n g   d i f f e r e n t   e n v i r o n m e n t a l   w e t   c o n d i t i o n   s u c h   a s ;   w a t e r   c o n d u c t i v i t y ,   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t   a n d   n u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s   o n   t h e   s u r f a c e s   o f   c o m p o s i t e   d i f f e r e n t   p o l y m e r .   A f t e r   t r a i n i n g ,   t h e   n e t w o r k   c a n   e s t i m a t e   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   f o r   d i f f e r e n t   i n p u t s .   A   c o m p a r i s o n   b e t w e e n   t h e   l a b o r a t o r y   m e a s u r e m e n t s   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   a n d   c o m p u t a t i o n a l   r e s u l t s   o f   A N N   w e r e   c o n v e r g e n t .   T h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   f r o m   a p p l y i n g   A N N   s h o w   t h a t   i t   c a n   b e   u s e d   t o   m o d e l   t h e   d a t a   w i t h   a c c u r a c y   o f   9 6 % .   T h e s e   r e s u l t s   p r o v e   t h a t   A N N   c a n   b e   c o n s i d e r e d   a   s u c c e s s f u l   m o d e l   t o   e v a l u a t e   t h e   e l e c t r i c a l   p e r f o r m a n c e   o f   h y d r o p h o b i c   p o l y m e r   i n s u l a t o r s   a n d   p r e d i c t s   t h e   b e s t   h y d r o p h o b i c   c o m p o s i t e   s u r f a c e   t h a t   w i t h s t a n d s   h i g h e r   f l a s h o v e r   v o l t a g e   u n d e r   w e t   c o n t a m i n a t e d   w e a t h e r   c o n d i t i o n .   K e y w o r d :   H y d r o p h o b i c   p o l y m e r   f l a s h o v e r   v o l t a g e   s i l i c o n e   r u b b e r   A N N   Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   L .   S .   N a s r a t ,     E l e c t r i c a l   P o w e r   E n g .   D e p t . ,   F a c u l t y   o f   E n g . ,     S o u t h   V a l l e y   U n i v e r s i t y ,   A s w a n ,   E g y p t .   E m a i l : l o a i s a a d @ y a h o o . c o m       1 .   I N T R O D U C T I O N     P o w e r   t r a n s m i s s i o n   a t   h i g h   v o l t a g e s   h a s   a c q u i r e d   c o n s i d e r a b l e   p r o m i n e n c e   i n   t h e   r e c e n t   t i m e s .   I t   h a s   b e c o m e   e s s e n t i a l   t o   d e s i g n   a n d   d e v e l o p   c o m p a c t   c o s t - e f f e c t i v e   a n d   r e l i a b l e   i n s u l a t i o n   s t r u c t u r e s .   W i t h   t h e   a d v a n c e m e n t   i n   p o l y m e r   t e c h n o l o g y   i t   h a s   b e c o m e   p o s s i b l e   t o   d e s i g n   i n s u l a t i o n   s t r u c t u r e s   w i t h   t h e   e n h a n c e d   m e c h a n i c a l ,   e l e c t r i c a l   a n d   t h e r m a l   p r o p e r t i e s .   T h e   u s e   o f   p o l y m e r i c   i n s u l a t o r s   f o r   o u t d o o r   t r a n s m i s s i o n   l i n e s   h a s   r a p i d l y   i n c r e a s e d   d u r i n g   t h e   l a s t   t w o   d e c a d e s .   B o t h   s e r v i c e   e x p e r i e n c e   a n d   t h e   l a b o r a t o r y   t e s t s   d e m o n s t r a t e d   a   b e t t e r   p e r f o r m a n c e   i n   c o n t a m i n a t e d   c o n d i t i o n s   [ 1 ] - [ 3 ] .     I n   r e c e n t   t i m e s ,   c o m p o s i t e   i n s u l a t i o n   m a t e r i a l s   a r e   g a i n i n g   i m p o r t a n c e   a s   o u t d o o r   i n s u l a t i n g   s t r u c t u r e s   e s p e c i a l l y   t h e   s i l i c o n e   r u b b e r .   S i l i c o n e   r u b b e r   h a s   g o o d   p o l l u t i o n   p e r f o r m a n c e   a n d   h i g h   h y d r o p h o b i c i t y .   I n   a d d i t i o n ,   i t   h a s   h i g h   d i s c h a r g e   r e s i s t a n c e .   W a t e r   d r o p l e t s   o n   a   p o l y m e r i c   s u r f a c e   i n c r e a s e   l o c a l l y   t h e   a p p l i e d   e l e c t r i c   f i e l d .   L o c a l   f i e l d   i n t e n s i f i c a t i o n s   l e a d   t o   p a r t i a l   d i s c h a r g e s   ( P D )   a n d / o r   l o c a l i z e d   a r c s ,   c a u s i n g   d a m a g e   t o   i n s u l a t i n g   m a t e r i a l s   [ 4 ] - [ 7 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   4 8 7     4 9 4   4 8 8   T h e   v a l u e s   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   o f   p o l y m e r   i n s u l a t o r s   c a n   b e   a f f e c t e d   w i t h   s o m e   p a r a m e t e r s   s u c h   a s ;   c o n d u c t i v i t y   ( µ S / c m )   o f   w a t e r   d r o p l e t ,   n u m b e r   o f   d r o p l e t s ,   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t   ( m l ) ,   a n d   p e r c e n t a g e   o f   s i l i c o n e   r u b b e r   c o n t e n t   ( % )   t o   t h e   c o m p o s i t e   p o l y m e r .   H y d r o p h o b i c   p o l y m e r i c   s u r f a c e s   a r e   c h a r a c t e r i z e d   b y   a   l o w   s u r f a c e   c o n d u c t i v i t y   w h i c h   i n   t u r n   g i v e s   a   l o w   d i s c h a r g e   a c t i v i t y   a n d   a   h i g h e r   f l a s h o v e r   v o l t a g e .   T h i s   h o l d s   a l s o   f o r   p o l l u t e d   e n v i r o n m e n t s .   R e d u c e d   h y d r o p h o b i c i t y   i m p l i e s   a   h i g h e r   r i s k   f o r   f l a s h o v e r   o f   t h e   i n s u l a t o r .   H y d r o p h i l i c   m a t e r i a l s ,   o n   t h e   o t h e r   h a n d ,   a r e   v e r y   s e n s i t i v e   t o   p o l l u t e d   e n v i r o n m e n t s ,   a n d   a r e   c h a r a c t e r i z e d   b y   a   s i g n i f i c a n t   a c t i v i t y   o f   l o c a l   d i s c h a r g e s   [ 8 ] .     A r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k s   ( A N N s )   c a n   b e   u s e d   i n   p r o b l e m s   r e q u i r i n g   f u n c t i o n   a p p r o x i m a t i o n ,   m o d e l i n g ,   p a t t e r n   r e c o g n i t i o n   a n d   c l a s s i f i c a t i o n ,   e s t i m a t i o n   a n d   p r e d i c t i o n ,   e t c .   [ 9 ] .   I n   t h e   f i e l d   o f   h i g h   v o l t a g e   i n s u l a t o r s ,   A N N s   c a n   b e   u s e d   t o   e s t i m a t e   t h e   p o l l u t i o n   l e v e l   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] ,   t o   p r e d i c t   a   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   [ 1 2 ] , [ 1 3 ] ,   t o   a n a l y z e   s u r f a c e   t r a c k i n g   o n   p o l l u t e d   i n s u l a t o r s   [ 1 4 ]   a n d   a l s o   t o   e s t i m a t e   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   o n   h y d r o p h o b i c   p o l y m e r   i n s u l a t o r s   w h i c h   w i l l   b e   e x a m i n e d   i n   t h i s   p a p e r .   M u l t i l a y e r   p e r c e p t r o n   i s   a   f a m o u s   s u p e r v i s e d   n e u r a l   n e t w o r k   w h i c h   i s   u s e d   a s   a   u n i v e r s a l   f u n c t i o n   a p p r o x i m a t o r .   B a c k p r o p a g a t i o n   l e a r n i n g   a l g o r i t h m   i s   u s e d   s u c c e s s f u l l y   t o   t r a i n   t h e   n e t w o r k   w h i c h   i s   s u b s e q u e n t l y   u s e d   t o   e s t i m a t e   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   [ 1 5 ] .   I n   t h i s   p a p e r ,   t h e   t r a i n e d   n e t w o r k   w a s   e m p l o y e d   t o   e v a l u a t e   t h e   e l e c t r i c a l   p e r f o r m a n c e   o f   h y d r o p h o b i c   p o l y m e r   i n s u l a t o r s   a n d   p r e d i c t   t h e   b e s t   h y d r o p h o b i c   c o m p o s i t e   s u r f a c e   t h a t   w i t h s t a n d s   h i g h e r   f l a s h o v e r   v o l t a g e   u n d e r   w e t   c o n t a m i n a t e d   w e a t h e r   c o n d i t i o n .       2 .   E X P R I M E N T A L   P R O C E D U R E   2 . 1         M a t e r i a l   D e t a i l s   C o m p o s i t e   p o l y m e r i c   i n s u l a t o r s   w e r e   t e s t e d   d u r i n g   t h i s   s t u d y .   T h e   c o m p o s i t e   w a s   c o n s i s t e d   o f   E P D M   r u b b e r   w i t h   v a r i o u s   c o n t e n t   ( % )   o f   S i R   ( 0 ,   2 5 ,   5 0 ,   7 5   a n d   1 0 0 % ) ,   r e s p e c t i v e l y .     2 . 2         T e s t   P r o c e d u r e   T h e   a c   5 0   H z   h i g h   v o l t a g e   w a s   s u p p l i e d   f r o m   s i n g l e   p h a s e   h i g h   v o l t a g e   t r a n s f o r m e r   ( 1 5 0   k V ,   1 5   k V A ) .   T w o   c o p p e r   e l e c t r o d e s   u s e d   a s   a   s h a p e   o f   h a l f   c y l i n d r i c a l   r o u n d e d   e d g e s .   T h e   e l e c t r o d e s   h a d   v e r y   s m o o t h   w i t h o u t   a n y   i r r e g u l a r i t i e s   t o   a v o i d   t h e   n o n - u n i f o r m   e l e c t r i c   f i e l d   [ 1 6 ] .     2 . 3       S p e c i m e n 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   e a c h   s p e c i m e n   i s   8 0   m m   l e n g t h ,   4 0   m m   w i d t h   a n d   3   m m   t h i c k n e s s .   T h e   w a t e r   d r o p l e t s   w e r e   p u t   o n   t h e   s u r f a c e   o f   s p e c i m e n   w i t h   a   s y r i n g e .   T h e   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t s   a r e   0 . 0 5 ,   0 . 1   a n d   0 . 1 5   m l .   T h e   c o n d u c t i v i t y   o f   t h e   w a t e r   d r o p l e t s   a r e   5 0 ,   5 0 0   a n d   1 0 0 0   µ S / c m .   T h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   t w o   p a r a l l e l   e l e c t r o d e s   i s   4 0   m m .   N u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s   o n   t h e   s u r f a c e   o f   e a c h   c o m p o s i t e   s p e c i m e n   a r e   1 ,   3   a n d   5   d r o p l e t s .   T o   s i m u l a t e   t h e   s u r f a c e   o f   c o m p o s i t e   a t   o u t d o o r   w e t   a n d   f o g   w e a t h e r   c o n d i t i o n ,   a n g l e   w i t h   1 0 º   f r o m   t h e   h o r i z o n t a l   l e v e l   w a s   u s e d .   T h e   h i g h   v o l t a g e   b e t w e e n   e l e c t r o d e s   i n c r e a s e d   g r a d u a l l y   u n t i l   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   ( k V )   o c c u r s .       3 .   B A C K G R O U N D   A B O U T   A R T I F I C I A L   N E U R A L   N E T W O R K S   A r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k s   a r e   c o m p u t a t i o n a l   n e t w o r k s   w h i c h   a t t e m p t   t o   s i m u l a t e   t h e   s t r u c t u r e   a n d   t h e   b e h a v i o r   o f   b i o l o g i c a l   n e r v o u s   s y s t e m .   A n   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   c o n s i s t s   o f   a   s e t   o f   p r o c e s s i n g   e l e m e n t s   c a l l e d   n e u r o n s   t h a t   i n t e r a c t   b y   s e n d i n g   s i g n a l   t o   o n e   a n o t h e r   a l o n g   w e i g h t e d   c o n n e c t i o n s   [ 9 ] .   T h e   c o n n e c t i o n   w e i g h t s ,   w h i c h   c a n   b e   d e t e r m i n e d   a d a p t i v e l y ,   s p e c i f y   t h e   p r e c i s e   k n o w l e d g e   r e p r e s e n t a t i o n .   I t   i s   n o t   p o s s i b l e   t o   s p e c i f y   t h e   w e i g h t s   b e f o r e h a n d ,   b e c a u s e   t h e   k n o w l e d g e   i s   d i s t r i b u t e d   o v e r   t h e   n e t w o r k .   T h e r e f o r e ,   a   l e a r n i n g   a l g o r i t h m   i s   a d o p t e d   i n   w h i c h   t h e   s t r e n g t h s   o f   t h e   c o n n e c t i o n s   a r e   m o d i f i e d   t o   a c h i e v e   t h e   d e s i r e d   f o r m   o f   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n .   T h e   l e a r n i n g   a l g o r i t h m s   a r e   d i v i d e d   i n t o   t h r e e   c a t e g o r i e s :   s u p e r v i s e d ,   r e i n f o r c e d   a n d   u n s u p e r v i s e d .   T h e   t y p e   o f   e r r o r   s i g n a l   u s e d   t o   t r a i n   t h e   w e i g h t s   i n   t h e   n e t w o r k   d e f i n e s   t h e s e   t h r e e   t y p e s   o f   l e a r n i n g .   I n   s u p e r v i s e d   l e a r n i n g ,   a n   e r r o r   s c a l a r   i s   p r o v i d e d   f o r   e a c h   o u t p u t   n e u r o n   b y   a n   e x t e r n a l   t e a c h e r ,   w h i l e   i n   r e i n f o r c e d   l e a r n i n g   t h e   n e t w o r k   i s   g i v e n   o n l y   a   g l o b a l   p u n i s h / r e w a r d   s i g n a l .   I n   u n s u p e r v i s e d   l e a r n i n g ,   n o   e x t e r n a l   e r r o r   s i g n a l   i s   p r o v i d e d ,   b u t   i n s t e a d   i n t e r n a l   e r r o r s   a r e   g e n e r a t e d   b e t w e e n   t h e   n e u r o n s ,   w h i c h   a r e   t h e n   u s e d   t o   m o d i f y   w e i g h t s   [ 9 ] .   I n   s u p e r v i s e d   l e a r n i n g   t h e   w e i g h t s ,   c o n n e c t i n g   n e u r o n s   a r e   s e t   o n   t h e   b a s i s   o f   d e t a i l e d   e r r o r   i n f o r m a t i o n   s u p p l i e d   t o   t h e   n e t w o r k   b y   a n   e x t e r n a l   t e a c h e r .   I n   m o s t   c a s e s   t h e   n e t w o r k   i s   t r a i n e d   u s i n g   a   s e t   o f   i n p u t - o u t p u t   p a i r s ,   w h i c h   a r e   e x a m p l e s   o f   t h e   m a p p i n g   t h a t   t h e   n e t w o r k   i s   r e q u i r e d   t o   l e a r n   t o   c o m p u t e .   T h e   l e a r n i n g   p r o c e s s   m a y   t h e r e f o r e   b e   v i e w e d   a s   f i t t i n g   a   f u n c t i o n ,   a n d   i t s   p e r f o r m a n c e   c a n   t h u s   b e   j u d g e d   o n   w h e t h e r   t h e   n e t w o r k   c a n   l e a r n   t h e   d e s i r e d   f u n c t i o n   o v e r   t h e   i n t e r v a l   r e p r e s e n t e d   b y   t h e   t r a i n i n g   s e t ,   a n d   t o   w h a t   e x t e n t   t h e   n e t w o r k   c a n   s u c c e s s f u l l y   g e n e r a l i z e   a w a y   f r o m   t h e   p o i n t s   t h a t   i t   h a s   b e e n   t r a i n e d   o n   [ 1 3 ] - [ 1 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         E v a l u a t i o n   o f   F l a s h o v e r   V o l t a g e   o n   H y d r o p h o b i c   P o l y m e r   I n s u l a t o r s   w i t h   A r t i f i c i a l   N e u r a l     ( N a s r a t   L .   S . )   4 8 9 3 . 1 .     M u l t i l a y e r   F e e d f o r w a r d   N e t w o r k   T h e   s i m p l e s t   n e t w o r k   c a p a b l e   o f   s u p e r v i s e d   l e a r n i n g   i s   a   t h r e e - l a y e r   f e e d f o r w a r d   n e t w o r k   c o n s i s t i n g   o f   a n   i n p u t   l a y e r ,   h i d d e n   l a y e r   a n d   a n   o u t p u t   l a y e r .   E a c h   n e u r o n   o f   t h e   h i d d e n   l a y e r   r e c e i v e s   a   s i g n a l   f r o m   a l l   i n p u t   n e u r o n s   a l o n g   c o n n e c t i o n s   w i t h   m o d i f i a b l e   w e i g h t s .   B u t   s u c h   t h r e e - l a y e r   f e e d f o r w a r d   n e t w o r k s   c a n   c o m p u t e   o n l y   l i n e a r l y   s e p a r a b l e   f u n c t i o n s .   H o w e v e r ,   i t   h a s   a l s o   b e e n   s h o w n   t h a t   a   f e e d f o r w a r d   n e t w o r k   w i t h   m o r e   t h a n   o n e   h i d d e n   l a y e r   o f   a d a p t i v e   w e i g h t s   c a n   c o m p u t e   v e r y   c o m p l e x   f u n c t i o n s   T h e   n e u r o n s   i n   t h e   n e t w o r k   c a n   b e   d i v i d e d   i n t o   t h r e e   l a y e r s :   i n p u t   l a y e r ,   o u t p u t   l a y e r   a n d   h i d d e n   l a y e r s   ( F i g u r e   1 ) .   I t   i s   i m p o r t a n t   t o   n o t e   t h a t   i n   f e e d f o r w a r d   n e t w o r k s ,   s i g n a l s   c a n   o n l y   p r o p a g a t e   f r o m   t h e   i n p u t   l a y e r   t o   t h e   o u t p u t   l a y e r   v i a   o n e   o r   m o r e   h i d d e n   l a y e r s .   I t   s h o u l d   a l s o   b e   n o t e d   t h a t   o n l y   t h e   n o d e s   i n   t h e   h i d d e n   l a y e r s   a n d   t h e   o u t p u t   l a y e r ,   w h i c h   p e r f o r m   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n ,   a r e   c a l l e d   o r d i n a r y   n e u r o n s .   S i n c e   t h e   n o d e s   i n   t h e   i n p u t   l a y e r   s i m p l y   p a s s   o n   t h e   s i g n a l s   f r o m   t h e   e x t e r n a l   s o u r c e   t o   t h e   h i d d e n   l a y e r ,   t h e y   a r e   o f t e n   n o t   r e g a r d e d   a s   o r d i n a r y   n e u r o n s .                                   F i g u r e   1 .   A r c h i t e c t u r e   o f   t h r e e   l a y e r s   F e e d f o r w a r d   N e t w o r k .     3 . 2 .     I n p u t - O u t p u t   D a t a   N o r m a l i z a t i o n     S i n c e   t h e   i n p u t   a n d   o u t p u t   v a r i a b l e s   o f   t h e   A N N   h a v e   d i f f e r e n t   r a n g e s ,   t h e   f e e d i n g   o f   t h e   o r i g i n a l   d a t a   t o   t h e   n e t w o r k ,   l e a d s   t o   a   c o n v e r g e n c e   p r o b l e m .   I t   i s   o b v i o u s   t h a t   t h e   o u t p u t   o f   t h e   A N N   m u s t   f a l l   w i t h i n   t h e   i n t e r v a l   o f   ( 0   t o   1 ) .   I n   a d d i t i o n ,   i n p u t   s i g n a l s   s h o u l d   b e   k e p t   s m a l l   i n   o r d e r   t o   a v o i d   a   s a t u r a t i o n   e f f e c t   o f   t h e   s i g m o i d   f u n c t i o n .   S o ,   t h e   i n p u t - o u t p u t   p a t t e r n s   a r e   n o r m a l i z e d   b e f o r e   t r a i n i n g   t h e   n e t w o r k .   N o r m a l i z a t i o n   b y   m a x i m u m   v a l u e   i s   d o n e   b y   d i v i d i n g   i n p u t - o u t p u t   v a r i a b l e s   t o   t h e   m a x i m u m   v a l u e   o f   t h e   i n p u t   a n d   o u t p u t   v e c t o r   c o m p o n e n t s .   A f t e r   t h e   n o r m a l i z a t i o n ,   t h e   i n p u t   a n d   o u t p u t   v a r i a b l e s   w i l l   b e   i n   t h e   r a n g e   o f   ( 0   t o   1 ) .       4 .   E X P E R I M E N T A L   M E A S U R E M E N T S   T h e   a c   ( 5 0 H z )   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   ( k V )   m e a s u r e m e n t s   h a v e   b e e n   r e c o r d e d   f o r   f i v e   c o m p o s i t e   p o l y m e r   i n s u l a t o r s .   S i R   c o n t e n t   ( % )   i n   E P D M   i n s u l a t o r s   a r e   ( 0 ,   2 5 ,   5 0 ,   7 5 a n d 1 0 0 )   % .     F i g u r e   2   s h o w s   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   ( k V )   o f   E P D M   w i t h   d i f f e r e n t   S i R   c o n t e n t s   ( 0 ,   2 5 ,   5 0 ,   7 5   a n d   1 0 0 )   %   a t   v a r i o u s   n u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s   ( 1 ,   3   a n d   5 )   u n d e r   c o n s t a n t   c o n d i t i o n s   s u c h   a s ;   v o l u m e   o f   e a c h   w a t e r   d r o p l e t   ( 0 . 0 5   m l )   a n d   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   ( 5 0   µ S / c m ) .   F r o m   t h i s   f i g u r e   i t   c a n   b e   n o t i c e d   t h a t ,   t h e   p e r c e n t a g e   o f   S i R   c o n t e n t   ( % )   p l a y s   a n   i m p o r t a n t   r o l e   o n   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   ( k V )   v a l u e s .   T h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   a r e   8 ,   1 1 ,   1 4 ,   1 6   a n d   1 9   k V   a t   0 ,   2 5 ,   5 0 ,   7 5   a n d   1 0 0 %   S i R   c o n t e n t   i n   E P D M   r e s p e c t i v e l y ,   a t   o n e   w a t e r   d r o p l e t   w i t h   0 . 0 5   m l   v o l u m e   a n d   5 0   µ S / c m   c o n d u c t i v i t y .   I n c r e a s i n g   t h e   n u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s   f r o m   1   t o   5   d r o p l e t s   d e c r e a s e s   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   a t   t h e   s a m e   v o l u m e   a n d   w a t e r   c o n d u c t i v i t y .   F o r   e x a m p l e ,   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   a r e   8 ,   7   a n d   6   k V   a t   1 ,   3   a n d   5   w a t e r   d r o p l e t s   u n d e r   t h e   s a m e   c o n d i t i o n   o f   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   a n d   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t   a t   0 %   o f   S i R   c o n t e n t   i n   E P D M .   A t   o n e   w a t e r   d r o p l e t   w i t h   c o n d u c t i v i t y   o f   5 0   µ S / c m ,   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   f o r   d i f f e r e n t   S i R   c o n t e n t   ( % )   E P D M   f o r   v a r i o u s   v o l u m e s   o f   w a t e r   d r o p l e t   0 . 0 5 ,   0 . 1   a n d   0 . 1 5   a r e   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e   3 .   I t   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h i s   f i g u r e   t h a t ,   a t   h i g h e r   c o n t e n t   o f   S i R   ( 1 0 0 % ) ,   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   d e c r e a s e s   b y   i n c r e a s i n g   t h e   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t s .   T h i s   m e a n s   t h a t ,   i n c r e a s i n g   t h e   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t s   0 . 0 5 ,   0 . 1 0 ,   a n d   0 . 1 5   m l   i n   s p e c i m e n s   o f   1 0 0 %   S i R   c o n t e n t   r e g i s t e r   1 9 ,   1 7   a n d   1 5   k V   r e s p e c t i v e l y   u n d e r   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   5 0   µ S / c m .   F i g u r e   4   s h o w s   t h e   r e l a t i o n s h i p   b e t w e e n   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   a n d   S i R   c o n t e n t   i n   E P D M   a t   v a r i o u s   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   5 0 ,   5 0 0   a n d   1 0 0 0   µ S / c m   f o r   5   w a t e r   d r o p l e t s   w i t h   c o n s t a n t   v o l u m e   o f   e a c h   d r o p l e t   e q u a l   t o   0 . 1 5   m l .     H i d d e n   L a y e r   I n p u t s   O u t p u t s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   4 8 7     4 9 4   4 9 0         F i g u r e   2 .   F l a s h o v e r   v o l t a g e s   f o r   d i f f e r e n t   S i R   c o n t e n t   ( % )   i n   E P D M   s p e c i m e n s   a t   v a r i o u s   n u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s   ( 1 , 3   a n d   5 )   w i t h   ( 0 . 0 5   m l )   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t   a n d   ( 5 0 µ S / c m )   w a t e r   c o n d u c t i v i t y .           F i g u r e   3 .   F l a s h o v e r   v o l t a g e s   f o r   d i f f e r e n t   S i R   c o n t e n t   ( % )   i n   E P D M   s p e c i m e n s   a t   v a r i o u s   v o l u m e s   o f   w a t e r   d r o p l e t s   ( m l )   f o r   o n e   w a t e r   d r o p l e t   w i t h   ( 5 0 µ S / c m )   w a t e r   c o n d u c t i v i t y .             F i g u r e   4 .   F l a s h o v e r   v o l t a g e s   f o r   d i f f e r e n t   S i R   c o n t e n t   ( % )   i n   E P D M   s p e c i m e n s   a t   v a r i o u s   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   ( µ S / c m )   f o r   5   w a t e r   d r o p l e t   w i t h   ( 0 . 1 5   m l )   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t .   I t   c a n   b e   n o t i c e d   f r o m   t h i s   f i g u r e   t h a t ,   t h e   v a l u e s   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e   d e c r e a s e   8 ,   6   a n d   4   k V   a t   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   5 0 ,   5 0 0   a n d   1 0 0 0   µ S / c m ,   r e s p e c t i v e l y ,   u n d e r   5   w a t e r   d r o p l e t s   w i t h   0 . 1 5   m l   v o l u m e   f o r   s p e c i m e n   o f   5 0 %   S i R   c o n t e n t   i n   E P D M .   I t   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   e x p e r i m e n t a l   w o r k   t h a t ,   t h e   h y d r o p h o b i c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         E v a l u a t i o n   o f   F l a s h o v e r   V o l t a g e   o n   H y d r o p h o b i c   P o l y m e r   I n s u l a t o r s   w i t h   A r t i f i c i a l   N e u r a l     ( N a s r a t   L .   S . )   4 9 1 s u r f a c e   o f   c o m p o s i t e   p o l y m e r   i n s u l a t o r s   w e r e   p r o n o u n c e d   e f f e c t   o n   t h e   v a l u e s   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e .   T h e   e l e c t r i c a l   p e r f o r m a n c e   i m p r o v e s   w i t h   i n c r e a s i n g   t h e   s i l i c o n e   r u b b e r   c o n t e n t .   A t   w e a t h e r   o f   w e t   c o n d i t i o n   w i t h   h i g h   s a l i n i t y ,   t h e   h y d r o p h o b i c   s u r f a c e   w i t h s t a n d s   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e .       5 .   M E C H A N I S M   O F   C O M P U T I N G   F L A S H O V E R   V O L T A G E S   T h e   c o n f i g u r a t i o n   i n   f i g u r e   5   s h o w s   d i f f e r e n t   p a r a m e t e r s   a f f e c t i n g   o n   t h e   v a l u e s   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   o f   c o m p o s i t e s   r u b b e r .   V a r i o u s   p a r a m e t e r s   a r e :   i -   S i l i c o n e   r u b b e r   c o n t e n t   ( S i R   % )   i n   E P D M   r u b b e r ,   v a r y i n g   f r o m   0 %   t o   1 0 0 % .   i i -   W a t e r   c o n d u c t i v i t y   ( µ S / c m ) ,   5 0 ,   5 0 0   a n d   1 0 0 0   µ S / c m .   i i i -   V o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t s   ( m l ) ,   0 . 0 5 ,   0 . 1 0   a n d   0 . 1 5   m l .   i v -   N u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s ,   1 ,   3   a n d   5   d r o p l e t s .       F i g u r e   5 .   D i a g r a m   i l l u s t r a t e s   t h e   m e c h a n i s m   o f   c o m p u t i n g   f l a s h o v e r   v o l t a g e s .       T h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e s   ( k V )   c a n   b e   p r o p o r t i o n a l   w i t h   S i R   c o n t e n t   ( % ) ,   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   ( µ S / c m ) ,   v o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t   ( m l )   a n d   n u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s   a c c o r d i n g   t o   t h e   p r o p o s e d   f u n c t i o n :     F l a s h o v e r   V o l t a g e   ( k V )   α                                                                             S i ( % )   N o .   o f   d r o p l e t * V o l . d r o p l e t ( m l ) * w a t e r   Co n d . ( µ S / c m )       6 .   D E V E L O P M E N T   O F   T H E   N E U R A L   N E T W O R K   F O R   F L A S H O V E R   V O L T A G E   T h e   p u r p o s e   o f   t h e   A N N   d e v e l o p e d   i s   t o   e s t i m a t e   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   f r o m   t h e   i n p u t   d a t a ,   w h i c h   a r e   o b t a i n e d   f r o m   p r e v i o u s   e x p e r i m e n t s   r e s u l t s .       1 .   I n p u t   S e l e c t i o n   T h e   i n p u t s   t o   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   A N N   a r e   s i l i c o n e   r u b b e r   c o n t e n t   ( S i R   % )   i n   E P D M   r u b b e r ,   v a r y i n g   f r o m   0 %   t o   1 0 0 % ,   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   ( µ S / c m ) ,   5 0 ,   5 0 0   a n d   1 0 0 0   µ S / c m ,   V o l u m e   o f   w a t e r   d r o p l e t s   ( m l ) ,   0 . 0 5 ,   0 . 1 0   a n d   0 . 1 5   m l ,   N u m b e r   o f   w a t e r   d r o p l e t s ,   1 ,   3   a n d   5   d r o p l e t s .   T h e   o u t p u t   o f   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   m o d e l   c o n s i s t s   o f   o n e   n e u r o n   r e p r e s e n t i n g   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   f o r   a   s p e c i f i c   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n .   T h e   c h o s e n   i n p u t   d a t a   w e r e   d i v i d e d   i n t o   t w o   g r o u p s ,   t h e   t r a i n i n g   g r o u p ,   c o r r e s p o n d i n g   t o   5 0 %   o f   t h e   p a t t e r n s ,   a n d   t h e   t e s t   g r o u p ,   c o r r e s p o n d i n g   t o   5 0 %   o f   p a t t e r n s ;   s o   t h a t   t h e   g e n e r a l i z a t i o n   c a p a c i t y   o f   n e t w o r k   c o u l d   b e   c h e c k e d   a f t e r   t h e   t r a i n i n g   p h a s e .   T h e   o u t p u t   o f   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   m o d e l   c o n s i s t s   o f   o n e   n e u r o n   r e p r e s e n t i n g   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   f o r   a   s p e c i f i c   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n .       2 .   S e l e c t i o n   o f   A N N   T h e   A N N   u s e d   i s   t h e   m u l t i - l a y e r   f e e d f o r w a r d   t y p e ,   w i t h   o n e   o r   m o r e   h i d d e n   l a y e r s   r e p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   6 .   T h e   n u m b e r   o f   u n i t s   i n   e a c h   h i d d e n   l a y e r   i s   d e t e r m i n e d   e x p e r i m e n t a l l y ,   f r o m   s t u d y i n g   t h e   n e t w o r k   b e h a v i o r   d u r i n g   t h e   t r a i n i n g   p r o c e s s   t a k i n g   i n t o   c o n s i d e r a t i o n   s o m e   f a c t o r s   l i k e   c o n v e r g e n c e   r a t e   a n d   e r r o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   4 8 7     4 9 4   4 9 2 c r i t e r i a .   T h e   " l o g s i g "   f u n c t i o n   i s   u s e d   f o r   t h e   u n i t s   f o r   a l l   t h e   n e u r o n s   e x c e p t   f o r   t h o s e   i n   t h e   i n p u t   l a y e r .   T h e   n e u r a l   n e t w o r k   i s   t r a i n e d   o f f l i n e .   I n   t h i s   r e g a r d ,   d i f f e r e n t   c o n f i g u r a t i o n s   a r e   t e s t e d   a n d   t h e   b e s t   s u i t a b l e   c o n f i g u r a t i o n   i s   s e l e c t e d   b a s e d   o n   t h e   a c c u r a c y   l e v e l   r e q u i r e d .                       F i g u r e   6 .   M u l t i l a y e r   F e e d - f o r w a r d   N e t w o r k   u s e d   i n   t h e   t r a i n i n g   s t a g e           F i g u r e   7 - a .   A b s o l u t e   e r r o r   v a l u e s   f o r   a l l   d a t a   u s e d   i n   t h e   t r a i n i n g   s t e p .       0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 T e s t   P a t t e r n A b s o l u t e   E r r o r T e s t   E r r o r   i s :   0 . 0 9 7 9 9 3   F i g u r e   7 - b .   A b s o l u t e   e r r o r   v a l u e s   f o r   a l l   d a t a   u s e d   t o   t e s t   t h e   n e u r a l   n e t w o r k       T a b l e   ( 1 )   s h o w s   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   v a r i o u s   n e t w o r k   s t r u c t u r e s   w h e r e   t h e   n e t w o r k   i s   s p e c i f i e d   b y   t h e   n u m b e r   o f   i n p u t s ,   n u m b e r   o f   n e u r o n s   i n   t h e   f i r s t   h i d d e n   l a y e r ,   n u m b e r   o f   h i d d e n   n e u r o n s   i n   t h e   s e c o n d   l a y e r ,   a n d   t h e   n u m b e r   o f   o u t p u t   n e u r o n s .   F o r   e x a m p l e   4 × 1 0 × 1   m e a n s   t h a t   t h e   n e t w o r k   h a s   f o u r   i n p u t s ,   t e n   n e u r o n s   i n   t h e   f i r s t   h i d d e n   l a y e r   a n d   o n e   o u t p u t   n e u r o n .   T h e   t r a i n i n g   a n d   t e s t   e r r o r   c o m p u t e d   a s   t h e   a b s o l u t e   a v e r a g e   o f   t h e   e r r o r   f o r   a l l   t r a i n i n g   d a t a   a n d   t e s t   d a t a   r e s p e c t i v e l y   a s   s h o w n   i n   f i g u r e s   ( 7 - a ,   b ) .     T h e   n e t w o r k   w i t h   o n e   h i d d e n   l a y e r   a n d   5   h i d d e n   n e u r o n s   i s   s e l e c t e d   i n   o u r   s i m u l a t i o n   w h i c h   g i v e s   m i n i m u m   e r r o r s   f o r   b o t h   t r a i n i n g   a n d   t e s t   d a t a .     0   1 0   2 0   3 0   4 0   5 0   6 0   7 0   0   0 . 0 5   0 . 1   0 . 1 5   0 . 2   0 . 2 5   0 . 3   0 . 3 5   0 . 4   0 . 4 5   0 . 5   T r a i n i n g   P a t t e r n   A b s o l u t e   E r r o r   T r a i n i n i g   E r r o r   i s :   0 . 0 9 7 3 7   S i R%   W a t e r   Co n d u c t i v i t y   V o l .   W .   D r o p l e t s   F l a s h o v e r   V o l t a g e   N o .   W .   D r o p l e t s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         E v a l u a t i o n   o f   F l a s h o v e r   V o l t a g e   o n   H y d r o p h o b i c   P o l y m e r   I n s u l a t o r s   w i t h   A r t i f i c i a l   N e u r a l     ( N a s r a t   L .   S . )   4 9 3     T a b l e   1 .   T r a i n i n g   a n d   t e s t   e r r o r s   f o r   v a r i o u s   n e t w o r k   s t r u c t u r e s   N e t w o r k   S t r u c t u r e   N I × N H × N O   T r a i n i n g   E r r o r   T e s t   E r r o r   4 × 3 × 1   0 . 0 6 7 8   0 . 0 6 5 5   4 × 5 × 1   0 . 0 4 8 4   0 . 0 5 3 4   4 × 1 0 × 1   0 . 0 4 5 9   0 . 0 5 9 9   4 × 5 × 3 × 1   0 . 0 8 4 2   0 . 1 1 3 4   4 × 1 0 × 3 × 1   0 . 0 8 2 0   0 . 1 1 1 8       T a b l e   ( 2 )   C o m p a r i s o n s   b e t w e e n   N N   o u t p u t   a n d   m e a s u r e d   v a l u e s   f o r   v a r i o u s   p a t t e r n s   i n   t h e   t e s t   d a t a   T e s t   P a t t e r n   N N   O u t p u t   M e a s u r e d   O u t p u t   [ 0 ; 5 0 ; 0 . 0 5 ; 3 ]   7 . 9   7   [ 2 5 ; 5 0 0 ; 0 . 1 ; 1 ]   8 . 3   8   [ 5 0 ; 5 0 ; 0 . 1 ; 5 ]   9 . 4   8   [ 1 0 0 ; 5 0 0 ; 0 . 0 5 ; 5 ]   1 3   1 1       T a b l e   ( 3 )   E s t i m a t e d   N N   o u t p u t   f o r   n e w   u n s e e n   d a t a   T e s t   P a t t e r n   N N   O u t p u t   [ 0 ; 4 0 0 ; 0 . 0 5 ; 1 ]   7 . 9 1 4 9   [ 2 5 ; 4 0 0 ; 0 . 0 5 ; 1 ]   9 . 9 1 3 7   [ 5 0 ; 4 0 0 ; 0 . 0 5 ; 1 ]   1 1 . 9 1 9 8   [ 7 5 ; 4 0 0 ; 0 . 0 5 ; 1 ]   1 3 . 4 9 6 4   [ 1 0 0 ; 4 0 0 ; 0 . 0 5 ; 1 ]   1 4 . 5 0 0 6       I n   o r d e r   t o   m e a s u r e   t h e   g e n e r a l i z a t i o n   c a p a b i l i t y   o f   t h e   n e u r a l   n e t w o r k ,   t h e   o u t p u t   o f   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   i s   c o m p a r e d   w i t h   t h e   a c t u a l   m e a s u r e d   o u t p u t s .   T h e   r e s u l t s   i n   T a b l e   ( 2 )   s h o w s   t h a t   t h e   e s t i m a t e d   o u t p u t   o f   N N   i s   v e r y   n e a r   t o   t h e   m e a s u r e d   o n e   w h i c h   p r o v e   t h e   v a l i d i t y   o f   N N   t o   m o d e l   t h e   d a t a .   T h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   f r o m   a p p l y i n g   A N N   s h o w   t h a t   i t   c a n   b e   u s e d   t o   m o d e l   t h e   t e s t   d a t a   w i t h   a c c u r a c y   o f   9 6 % .   T a b l e   3   s h o w s   t h e   e s t i m a t e d   r e s u l t s   o f   f l a s h o v e r   v o l t a g e   f o r   d i f f e r e n t   u n s e e n   i n p u t s .   F o r   e x a m p l e   t h e   i n p u t   [ 2 5 ; 4 0 0 ; 0 . 0 5 ; 1 ]   m e a n s   t h a t   f o r   S i R = 2 5 % ,   W a t e r   C o n d u c t i v i t y = 4 0 0 µ S / c m ,   V o l u m e   o f   W a t e r   D r o p l e t s = 0 . 0 5 m l ,   a n d   N u m b e r   o f   D r o p l e t s = 1 ,   t h e   e s t i m a t e d   f l a s h o v e r   v o l t a g e   e q u a l   9 . 9 1 3 7   K V .   B y   a n a l y z i n g   t h e   c o l l e c t e d   d a t a   f r o m   l a b o r a t o r y   m e a s u r e m e n t s   t h e s e   i n p u t s   a r e   c l o s e r   t o   t h e   m e a s u r e d   v a l u e s   S i R = 2 5 % ,   W a t e r   C o n d u c t i v i t y = 5 0 0 µ S / c m ,   V o l u m e   o f   W a t e r   D r o p l e t s = 0 . 0 5 m l ,   a n d   N u m b e r   o f   D r o p l e t s = 1 ,   w h i c h   g i v e   a   m e a s u r e d   f l a s h o v e r   v o l t a g e   e q u a l   1 0   K V .   I t s   m e a n   t h a t   t h e   e s t i m a t e d   v a l u e   o b t a i n e d   f r o m   n e u r a l   n e t w o r k   i s   a   c o r r e c t   v a l u e   c o m p a r e d   w i t h   t h e   m e a s u r e d   v a l u e   w h i c h   i s   n e a r   t o   t h i s   p o i n t .     B y   i n c r e a s i n g   t h e   w a t e r   c o n d u c t i v i t y   f r o m   4 0 0 µ S / c m   t o   5 0 0 µ S / c m ,   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   i n c r e a s e s   f r o m   9 . 9 1 3 7   k V   t o   1 0   k V   a t   f i x e d   o t h e r   p a r a m e t e r s   s u c h   a s ;   S i R ,   V o l .   o f   D r o p l e t s   a n d   N o .   o f   D r o p l e t s .         7 .     C O N C L U S I O N :   I n   o r d e r   t o   i m p r o v e   t h e   l o n g - t e r m   e l e c t r i c a l   p e r f o r m a n c e   o f   h y d r o p h o b i c   c o m p o s i t e   i n s u l a t o r s ,   s i l i c o n e   r u b b e r   c o n t e n t   ( % )   s h o u l d   b e   i n c r e a s e d .   I n   t h i s   s t u d y   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   o n   t h e   s u r f a c e   o f   h y d r o p h o b i c   p o l y m e r   i n s u l a t o r s   i s   e s t i m a t e d   u s i n g   n e u r a l   n e t w o r k .   A   m u l t i l a y e r   f e e d - f o r w a r d   b a c k - p r o p a g a t i o n   n e u r a l   n e t w o r k   h a s   b e e n   u s e d   i n   t h i s   w o r k .   T h a t   m o d e l   s h o w s   a   g o o d   a b i l i t y   t o   e s t i m a t e   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   t o   s e l e c t   h y d r o p h o b i c   s u r f a c e   i n s u l a t o r s .   T h e   a d v a n t a g e   o f   t h e   u s e   o f   A N N   i n   t h e   d e s i g n   a n d   o p t i m i z a t i o n   i s   t h a t   A N N   i s   r e q u i r e d   t o   b e   t r a i n e d   o n l y   o n c e .   A f t e r   t h e   c o m p l e t i o n   o f   t r a i n i n g ,   t h e   A N N   g i v e s   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   f o r   a n y   d e s i r e d   m e c h a n i s m   o n   h y d r o p h o b i c   p o l y m e r   i n s u l a t o r s .   T h u s ,   t h i s   m o d e l   c a n   b e   u s e d   c o n f i d e n t l y   f o r   t h e   d e s i g n   a n d   d e v e l o p m e n t   o f   i n s u l a t o r s .   D e v e l o p e d   m o d e l   h a s   v e r y   f a s t ,   r e l i a b l e   a n d   r o b u s t   s t r u c t u r e .     A n   a c c u r a c y   o f   9 6 %   i s   o b t a i n e d   f r o m   a p p l y i n g   A N N   w h i c h   s h o w s   t h a t   i t   c a n   b e   u s e d   a s   a   s u c c e s s f u l   m o d e l   f o r   p r e d i c t i n g   f l a s h o v e r   v o l t a g e .   T h e s e   r e s u l t s   p r o v e   t h a t   A N N   c a n   b e   e x p l o i t e d   t o   e v a l u a t e   t h e   e l e c t r i c a l   p e r f o r m a n c e   o f   h y d r o p h o b i c   p o l y m e r   i n s u l a t o r s   a n d   p r e d i c t s   t h e   b e s t   h y d r o p h o b i c   c o m p o s i t e   s u r f a c e   t h a t   w i t h s t a n d s   h i g h e r   f l a s h o v e r   v o l t a g e   u n d e r   w e t   c o n t a m i n a t e d   w e a t h e r   c o n d i t i o n .   R E F E R E N C E S   [ 1 ]   A .   E .   V a l s t o s e ,   a n d   E .   M .   S h e r i f ,   " E x p e r i e n c e   f r o m   I n s u l a t o r s   w i t h   S i l i c o n e   Ru b b e r   s h e d s   a n d   s h e d   c o a t i n g s " ,   I E E E .   T r a n s .   P o w e r   D e l i v e r y ,   V o l .   5 ,   1 9 9 0 .   [ 2 ]   R.   H a c k a m ,   " O u t d o o r   H V   c o m p o s i t e   p o l y m e r i c   i n s u l a t o r s " ,   I E E E ,   T r a n s .   D E I . ,   V o l .   6 ,   1 9 9 9 .   [ 3 ]   R.   S u n d a r a r a j a n ,   E .   S u n d r a r a j a n ,   A .   M e h m o o d   a n d   J .   G r a v e s e t ,   " M u l t i s t r e s s   a c c e l e r a t e d   a g i n g   o f   p o l y m e r   h o u s e d   s u r g e   a r r e s t e r s   u n d e r   s i m u l a t e d   c o a s t a l   F l o r i d a   c o n d i t i o n s " ,   I E E E ,   T r a n s . ,   D E I . ,   V o l .   1 3 ,   2 0 0 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   4 8 7     4 9 4   4 9 4 [ 4 ]   D .   K i n d ,   H .   K a e m e r ,   " H i g h   V o l t a g e   I n s u l a t i o n   T e c h n o l o g y " ,   Br a u n s c h w e i g :   E d s .   V i e w e g ,   1 9 8 5 .   [ 5 ]   M .   G .   D a n i k a s ,   " S u r f a c e   P h e n o m e n a   o n   Re s i n - T y p e   I n s u l a t o r s   u n d e r   D i f f e r e n t   E l e c t r i c a l   a n d   N o n - e l e c t r i c a l   S t r e s s e s   i n   t h e   E a r l y   S t a g e   o f   A g i n g " ,   F a c t a   U n i v e r s i t a t i s ,   V o l .   1 3 ,   2 0 0 0 ,   p p .   3 3 5 - 3 5 2 .   [ 6 ]   K .   K a r a k o u l i d i s ,   M .   G .   D a n i k a s ,   P .   Ra k i z i s ,   " D e t e r i o r a t i o n   P h e n o m e n a   o n   I n s u l a t i n g   S u r f a c e   d u e   t o   W a t e r   D r o p l e t s " ,   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   V o l .   5 6 ,   2 0 0 5 ,   p p .   1 6 9 - 1 7 5 .   [ 7 ]   M .   G .   D a n i k a s ,   P .   Ra k i t i s ,   K . ,   K a r a k o u l i d i s ,   " S t u d y   o f   P a r a m e t e r s   Re l a t e d   t o   D e t e r i o r a t i o n   P h e n o m e n a   d u e   t o   W a t e r   D r o p l e t s   o n   P o l y m e r i c   S u r f a c e s " ,   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   V o l .   5 7 ,   2 0 0 6 ,   1 3 0 - 1 3 7 .   [ 8 ]   R.   H a r t i n g s ,   " T h e   A C - B e h a v i o u r   o f   a   H y d r o p h i l i c   a n d   H y d r o p h o b i c   P o s t   I n s u l a t o r   d u r i n g   Ra i n " ,   I E E E   W i n t e r   P o w e r   M e e t i n g ,   N e w   Y o r k ,   U S A ,   1 9 9 4 .   [ 9 ]   S .   H a y k i n ,   N e u r a l   N e t w o r k s :   a   C o m p r e h e n s i v e   F o u n d a t i o n ,   U p p e r   S a d d l e   Ri v e r ,   N . J . ,   P r e n t i c e   H a l l , 1 9 9 9 .   [ 1 0 ]   A .   S .   A h m a d ,   P .   S .   G h o s h ,   S .   S h a h n a w a z   A h m e d ,   S . A . K .   A l j u n i d ,   A s s e s s m e n t   o f   E S D D   o n   h i g h - v o l t a g e   i n s u l a t o r s   u s i n g   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k ,   E l s e v i e r   E l e c t r .   P o w e r   S y s t .   Re s .   7 2   ( 2 )   ( 2 0 0 4 )   1 3 1 1 3 6 .   [ 1 1 ]   P .   S .   G h o s h ,   S .   Ch a k r a v o r t i ,   N .   Ch a t t e r j e e ,   E s t i m a t i o n   o f   t i m e - t o - f l a s h o v e r   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   c o n t a m i n a t e d   e l e c t r o l y t i c   s u r f a c e s   u s i n g   a   n e u r a l   n e t w o r k ,   I E E E   T r a n s .   D i e l e c t r .   E l e c t r i c a l   I n s u l a t i o n   2   ( 6 )   ( 1 9 9 5 )   1 0 6 4 1 0 7 4 .   [ 1 2 ]   P .   Cl i n e ,   W .   L a n n e s ,   G .   Ri c h a r d s ,   U s e   o f   p o l l u t i o n   m o n i t o r s   w i t h   a   n e u r a l   n e t w o r k   t o   p r e d i c t   i n s u l a t o r   f l a s h o v e r ,   E l s e v i e r   E l e c t r .   P o w e r   S y s t .   Re s .   4 2   ( 1 )   ( 1 9 9 7 )   2 7 3 3 .   [ 1 3 ]   A . S .   A h m a d ,   P . S .   G h o s h ,   S . A . K .   A l j u n i d ,   H .   A h m a d ,   I .   S a i d ,   H .   H u s s a i n ,   A r t i f i c i a l   N e u r a l   N e t w o r k   f o r   Co n t a m i n a t i o n   S e v e r i t y   A s s e s s m e n t   o f   H i g h   V o l t a g e   I n s u l a t o r s   U n d e r   V a r i o u s   M e t e o r o l o g i c a l   Co n d i t i o n s ,   A U P E C,   P e r t h ,   2 0 0 1 .   [ 1 4 ]   M .   U g u r ,   D .   W .   A u c k l a n d ,   B. R .   V a r l o w ,   Z .   E m i n ,   N e u r a l   n e t w o r k s   t o   a n a l y z e   s u r f a c e   t r a c k i n g   o n   s o l i d   i n s u l a t o r s ,   I E E E   T r a n s .   D i e l e c t r .   E l e c t r i c a l   I n s u l a t i o n   4   ( 6 )   ( 1 9 9 7 )   7 6 3 7 6 6 .     [ 1 5 ]   V .   T .   K o n t a r g y r i   ,   A .   A .   G i a l k e t s i ,   G . J .   T s e k o u r a s ,   I . F .   G o n o s ,   I . A .   S t a t h o p u l o s ,   D e s i g n   o f   a n   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   f o r   t h e   e s t i m a t i o n   o f   t h e   f l a s h o v e r   v o l t a g e   o n   i n s u l a t o r s ,   E l e c t r i c   P o w e r   S y s t e m s   Re s e a r c h ,   V o l .     7 7 ,   p p .     1 5 3 2 1 5 4 0 ,   2 0 0 7 .     [ 1 6 ]   M i c h a e l   G .   D a n i k a s ,   R a m n u j a m   S a r a t h i ,   P a v l o s   Ra m n a l i s ,   a n d   S t e f a n o s   L .   N a l m p a n t i s ,   " A n a l y s i s   o f   P o l y m e r   S u r f a c e   M o d i f i c a t i o n s   d u e   t o   D i s c h a r g e s   I n i t i a t e d   b y   W a t e r   D r o p l e t s   u n d e r   H i g h   E l e c t r i c   F i e l d s " ,   W o r l d   A c a d e m y   o f   S c i e n c e ,   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   V o l .   5 0 ,   2 0 0 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.