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80 progettare 434 NOVEMBRE / DICEMBRE 2020 SOFTWARE le e oneroso, perché la costruzione di un prototipo GIS è molto costosa e sono necessari diversi test per scoprire la vera causa del proble- ma. Per diagnosticare rapidamen- te i potenziali problemi e ridurre il costo dei test, gli ingegneri di Pinggao Group hanno utilizzato il software per analizzare il guasto di isolamento delle apparecchia- ture GIS. Bo Zhang, ingegnere senior di Pinggao Group, spiega: “Utilizzando Comsol, [possiamo] risolvere i potenziali problemi più velocemente con meno iterazioni e ridurre significativamente il costo dei test. Ad esempio, nel nostro test della boccola da 1.100 kV, la riduzione di un test potrebbe farci risparmiare 1,5 milioni di dollari”. Gli ingegneri di Pinggao Group han- no creato un modello numerico cal- colando l’accumulo di carica super- ficiale e la distribuzione del campo elettrico del sistema di isolamento gas-solido in un GIS sotto tensione continua. Il modello consiste in un elettrodo ad alta tensione, un elet- trodo a bassa tensione, un isolante e un inserto metallico (figura 1, a sinistra). Questi componenti sono circondati da gas SF6 con pressione assoluta a 0,4 MPa e sull’elettrodo ad alta tensione vengono applicati 100 kV. Si ottiene così la distribu- zione del campo elettrico, come mostrato nella figura 1 (a destra). La densità di carica del mezzo iso- lante solido dipende dalla costante dielettrica e dalla conducibilità del materiale. La conducibilità nella regione del gas è altamente non lineare a causa del drift degli ioni positivi e negativi nel gas sotto l’effetto del campo elettrico e della diffusione dovuta al gradiente di concentrazione. La carica elettrica si accumula all’interfaccia gas-so- lido, dove la conducibilità e la co- stante dielettrica sono discontinue. La variazione nella distribuzione degli ioni causa ulteriormente la distorsione del campo elettrico o- riginale e quindi rende l’isolante più debole sotto il campo elettrico in corrente continua. Zhang e il suo team hanno simulato la distribuzione di concentrazione degli ioni positivi e negativi nell’i- solante (figura 2). Hanno anche ottenuto la distribuzione della con- centrazione delle particelle a diversi intervalli all’interno della regione del gas e la distribuzione spaziale non uniforme della conducibilità Figura1. A sinistra: vista in sezione della geometria del componente del sistema di isolamento GIS. A des- tra: distribuzione del campo elettrico DC nell’isolante e nell’ambiente circostante quando si applicano 100 kV. Nella pagina accanto: 1.100 kV GIS (immagine per gentile concessione di Pinggao Group). Figura 2. La distribuzione degli ioni negativi (sinistra) e positivi (destra) sul componente del sistema di isolamento GIS.