Selv om komposittisolatorer i utgangspunktet først og fremst ble brukt i forurensede tjenesteområder, har de sett økende anvendelse i relativt rene miljøer på grunn av deres relativt enkle håndtering og attraktive anskaffelseskostnader. Mer nylig har spenningsoppgradering og kompakt design av nye vekselstrømledninger blitt ytterligere nisjeområder der komposittisolatorer blir brukt i rene omgivelser.
I tilfelle av sistnevnte applikasjoner er isolasjonsarrangementer ofte utformet relativt korte for å passe inn i vinduene med redusert plass i tårnene. Derfor blir det fortsatt viktigere å begrense maksimalt E-felt. Et annet voksende bruksområde er komposittstasjonisolatorer, spesielt de som har en solid kjerne, siden disse ikke skiller seg mye ut i flensdesign fra komposittlinjeisolatorer.
Tre kriterier må tas i betraktning for å sikre optimal dimensjonering av komposittisolatorer utstyrt med graderingsringer:
1. Begrensning av elektrisk felt på gradering ring& sluttmontering;
2. Begrensning av elektrisk felt langs overflaten av isolatorhuset;
3. Begrensning av elektrisk felt ved "trippelpunkt" (der luft& hus møter metallbeslag).
Alle tre blir vanligvis verifisert ved E-feltberegninger, den første av standard RIV-testen beskrevet i IEC 60437 2ndEdition (1997-09). Det tredje kriteriet kan ikke verifiseres av en test mens det andre ennå ikke kan verifiseres av noen test. Kraftforsyningsselskaper er imidlertid stadig mer interessert i å få en slik verifisering.
Etablering av kriterier for maksimalt e-felt
Det er fremdeles relativt lite data publisert om maksimalt tillatt E-felt når det gjelder komposittisolatorer. I følge CIGRE Brochure 284 er maksimalt E-felt på overflaten til en komposittisolator (dvs. på toppen av det første skuret fra endefitting) estimert mellom 0,6 og 1,0 kV / mm. Men dette området er sannsynligvis altfor optimistisk. Tidligere forskning fra EPRI indikerte for eksempel at en maksimal grense på E-felt på 0,45 kV / mm er å foretrekke mens tidligere forskning på STRI foreslo 0,4 kV / mm. Andre har estimert kritisk E-feltnivå til bare ca. 0,38 kV / mm.
For maksimalt E-felt på metallbeslaget, anbefalte CIGRE-brosjyren en grense på 2,2 kV / mm. I følge et tidligere papir fra EPRI bør verdien som er angitt for overflate-E-felt på metallbeslag og sorteringsringer være 2,1 kV / mm, og denne verdien brukes ofte som en referanse for designformål. I henhold til interne tidligere CIGRE-diskusjoner spesifiserer imidlertid noen verktøy verdier så lave som 1,6 kV / mm - sannsynligvis for å redegjøre for mulige produksjonsfeil, overflater som har blitt litt skadet av feil håndtering eller aldring av sorteringsringene under bruk. I et tidligere papir hadde STRI anbefalt 1,8 kV / mm.
Nylige data fra STRI& EPRI
Nyere forskning oppsummert arbeid utført for å bestemme en praktisk grense for tillatt E-felt på isolatorflater for designformål. EPRIs første arbeid for å bestemme terskelnivåer for E-felt for vannindusert korona (først publisert i 1999) ble utvidet basert på små så vel som fullskala tester for å avgrense disse tersklene. For eksempel viste resultater fra både naturlige aldringstester (ved STRI) og kunstige aldringstester (ved EPRI) en klar tendens til redusert hydrofobisitet på skjede seksjoner der E-felt overstiger ca. 0,3 til 0,4 kV / mm (se fig. 1). Ytterligere finjustering av terskelen har vært basert på småskala og fullskala laboratorietester samt data fra serviceerfaring. Dette førte til følgende sluttkriterium, illustrert i figur 2: gjennomsnittlig E-felt på isolasjonsmantelen skal ikke tillates å overstige 0,42 kV / mm i mer enn 10 mm langs overflaten. En slik gjennomsnittlig tilnærming ble introdusert for å unngå små, men betydningsfulle geometriske problemer, som ikke gjenspeiler riktig isolasjonsytelse (dvs. det vil være en kraftig økning i E-felt på slike punkter). Når det gjelder endefittingforseglingen (dvs. trippelpunktet), må ikke E-felt overskride 0,35 kV / mm. Beregninger skal modelleres ved hjelp av 3-D E-felt simuleringer, og laboratorietesting kan også vurderes.
Til slutt ble følgende kriterier brukt for mange praktiske anvendelser:
• Grense for E-felt på gradering ring& endefitting: 1,8 kV / mm
• Grense for gjennomsnittlig E-felt langs husoverflaten: 0,42 kV / mm
• Grense for E-felt ved trippelpunkt: 0,35 kV / mm
Forklaring til tilnærming
Program& Modellering
Alle beregninger ved STRI ble utført ved hjelp av Comsol Multiphysics-programmet. Et praktisk eksempel på en slik beregning for reelle servicevilkår var som følger:
Isolator-tverrarmsmodellen ble montert på midtfasen på den ene siden av et tårn (som i figur 6). Fasene ble ordnet for å simulere verste fall fra et elektrisk felt synspunkt, dvs. at midtfasen er utsatt for det høyeste E-feltet på grunn av nærheten til de to tilstøtende fasene på samme side av tårnet. I henhold til kravet fra klienten ble spenningen satt til Um=420 kV. Det elektriske potensialet som ble brukt i midtfasen var derfor 420 / √3 kV. Spenningen på de to fasene over og under midtfasen var 420 / √3 kV med en 120 ° faseforskyvning. Bare 10 til 12 skurpar er normalt modellert, basert på tidligere erfaringer med lignende beregninger, som viste at bare de skurene nærmest beslagene er utsatt for det høyeste elektriske feltet. Ved å gjøre denne antagelsen kunne modelleringstiden reduseres.
De to hovedmaterialene som ble tatt med i beregningen var luft og silikongummi. Den dielektriske konstanten (relativ permittivitet) som brukes for glassfiberstangen er den samme som for silikon, dvs. 3,0, men siden faktisk relativ permittivitet er lavere for silikon, er beregningen litt konservativ. Den viktigste grunnen til å forenkle beregningene på denne måten er å gjøre sammenkobling lettere og la beregningene løpe raskere. Fig. 3 viser typiske resultater.
