Deși inițial au găsit utilizarea în principal în zonele de service poluate, izolatorii compoziti au văzut o aplicare în creștere și în medii relativ curate, datorită ușurinței lor comparative de manipulare și a costurilor atractive de achiziție. Mai recent, actualizarea tensiunii, precum și designul compact al noilor linii de curent alternativ au devenit zone de nișă suplimentare în care izolatorii compoziti sunt aplicați în medii curate.
În cazul acestor din urmă aplicații, aranjamentele izolatorului sunt deseori concepute relativ scurte pentru a se încadra în fereastra spațiului redus al turnurilor. Prin urmare, limitarea câmpului E maxim devine tot mai critică. Un alt domeniu în creștere de aplicare sunt izolatorii compuși de stație, în special cei care au un miez solid, deoarece aceștia nu diferă prea mult în ceea ce privește proiectarea flanșelor de izolatorii compuși de linie.
Trebuie luate în considerare trei criterii pentru a asigura dimensionarea optimă a izolatoarelor compozite echipate cu inele de clasificare:
1. Limitarea câmpului electric pe inelul de gradare&lificator; montarea capătului;
2. Limitarea câmpului electric de-a lungul suprafeței carcasei izolatorului;
3. Limitarea câmpului electric în „punct triplu” (unde amplificatorul de aer GG; carcasa se potrivesc cu montajul metalic).
Toate cele trei sunt verificate în mod normal prin calcule de câmp E, primul prin testul RIV standard descris în IEC 60437 Ediția a 2-a (1997-09). Al treilea criteriu nu poate fi verificat printr-un test, în timp ce al doilea nu este încă verificabil prin niciun test. Cu toate acestea, companiile de alimentare cu energie electrică sunt acum din ce în ce mai interesate să aibă o astfel de verificare.
Stabilirea criteriilor pentru câmpul E maxim
Există încă date relativ puține publicate despre câmpul E maxim permis în cazul izolatorilor compoziti. Conform CIGRE Brosura 284, câmpul E maxim pe suprafața unui izolator compozit (adică la vârful primului depozit de la montajul final) este estimat între 0,6 și 1,0 kV / mm. Dar acest interval este probabil prea optimist. De exemplu, cercetările anterioare efectuate de EPRI au indicat că o limită maximă a câmpului E de 0,45 kV / mm este preferabilă în timp ce cercetările anterioare la STRI au propus 0,4 kV / mm. Alții au estimat nivelul critic al câmpului E la doar aproximativ 0,38 kV / mm.
Pentru câmpul E maxim pe armătura metalică, broșura CIGRE a recomandat o limită de 2,2 kV / mm. Conform unei lucrări anterioare din EPRI, valoarea indicată pentru câmpul E de suprafață pe armăturile metalice și inelele de clasificare ar trebui să fie de 2,1 kV / mm și această valoare este adesea utilizată ca referință în scopuri de proiectare. Conform discuțiilor interne CIGRE din trecut, cu toate acestea, unele utilități specifică valori de până la 1,6 kV / mm - probabil pentru a explica posibilele defecte de fabricație, suprafețe care au fost ușor deteriorate din cauza manipulării necorespunzătoare sau a îmbătrânirii inelelor de clasificare în funcțiune. Într-o lucrare anterioară, STRI recomandase 1,8 kV / mm.
Date recente de la amplificatorul STRI GG; EPRI
Cercetări mai recente au rezumat lucrările efectuate pentru a determina o limită practică pentru câmpul E permis pe suprafețele izolatoare în scopuri de proiectare. Munca inițială a EPRI pentru determinarea nivelurilor pragului câmpului E pentru coroana indusă de apă (publicată pentru prima dată în 1999) a fost extinsă pe baza unor teste mici, precum și a unor teste la scară completă pentru a rafina aceste praguri. De exemplu, rezultatele atât ale testelor de îmbătrânire naturală (la STRI), cât și ale testelor de îmbătrânire artificială (prin EPRI) au arătat o tendință clară de hidrofobicitate redusă pe secțiunile învelișului în care câmpul E depășește aproximativ 0,3 până la 0,4 kV / mm (vezi Fig. 1). Reglarea suplimentară a pragului sa bazat pe teste de laborator la scară mică și completă, precum și pe date din experiența de service. Acest lucru a condus la următorul criteriu final, ilustrat în Fig. 2: câmpul mediu E pe teaca izolatorului nu trebuie să depășească 0,42 kV / mm pentru mai mult de 10 mm de-a lungul suprafeței. O astfel de abordare a mediei a fost introdusă pentru a evita problemele geometrice mici, dar semnificative, care nu reflectă în mod corespunzător performanța izolatorului (adică va exista o creștere bruscă a câmpului E în astfel de puncte). În ceea ce privește garnitura de fixare a capătului (adică punctul triplu), câmpul E nu trebuie să depășească 0,35 kV / mm. Calculele ar trebui să fie modelate folosind simulări de câmp E 3-D și pot fi luate în considerare și teste de laborator.
În cele din urmă, următoarele criterii au fost utilizate pentru multe aplicații practice:
• Limita câmpului E la amplificatorul&al inelului de clasificare; montaj final: 1,8 kV / mm
• Limita câmpului mediu E de-a lungul suprafeței carcasei: 0,42 kV / mm
• Limita câmpului E în punct triplu: 0,35 kV / mm
Explicația abordării
Program&lificator; Modelare
Toate calculele la STRI au fost efectuate folosind programul software Comsol Multiphysics. Un exemplu practic al unui astfel de calcul pentru condițiile reale de serviciu a fost următorul:
Modelul cu braț transversal al izolatorului a fost montat pe faza centrală pe o parte a unui turn (ca în Fig. 6). Fazele au fost aranjate pentru a simula cel mai rău caz din punct de vedere al câmpului electric, adică faza centrală este expusă la cel mai înalt câmp E datorită apropierii celor două faze adiacente de pe aceeași parte a turnului. Conform cerințelor clientului, tensiunea a fost setată la Um=420 kV. Prin urmare, potențialul electric aplicat în faza centrală a fost de 420 / √3 kV. Tensiunea pe cele două faze de deasupra și dedesubtul fazei centrale a fost de 420 / √3 kV cu o schimbare de fază de 120 °. Doar 10-12 perechi de magazii sunt modelate în mod normal, pe baza experienței anterioare cu calcule similare, care au arătat că numai acele magazii mai apropiate de fitinguri sunt expuse celui mai înalt câmp electric. Făcând această presupunere a permis reducerea timpului de modelare.
Cele două materiale principale luate în considerare pentru acest calcul au fost aerul și cauciucul siliconic. Constanta dielectrică (permitivitatea relativă) utilizată pentru tija din fibră de sticlă este aceeași ca și pentru silicon, adică 3,0, dar din moment ce permitivitatea relativă reală este mai mică pentru silicon, calculul este ușor conservator. Cel mai important motiv pentru simplificarea calculelor în acest mod este acela de a simplifica înțelegerea și de a permite calculelor să ruleze mai repede. Fig. 3 prezintă rezultate tipice.
