Iako su u početku uporabu pronašli prvenstveno u zagađenim uslužnim područjima, kompozitni izolatori bilježe sve veću primjenu i u relativno čistim okruženjima zbog svoje komparativne lakoće rukovanja i atraktivnih troškova nabave. U novije vrijeme, povišenje napona, kao i kompaktni dizajn novih izmjeničnih vodova postali su dodatna područja u kojima se kompozitni izolatori primjenjuju u čistom okruženju.
U slučaju potonje primjene, uređaji za izolaciju često su dizajnirani relativno kratki da se uklope u prozor sa smanjenim prostorom kula. Stoga ograničavanje maksimalnog E-polja postaje još kritičnije. Sljedeće rastuće područje primjene su kompozitni postajni izolatori, posebno oni koji imaju čvrstu jezgru, jer se oni u dizajnu prirubnice ne razlikuju puno od kompozitnih linijskih izolatora.
Tri kriterija moraju se uzeti u obzir kako bi se osiguralo optimalno dimenzioniranje kompozitnih izolatora opremljenih stupnjevnim prstenima:
1. Ograničenje električnog polja na stupnju prstena& krajnja montaža;
2. Ograničenje električnog polja duž površine kućišta izolatora;
3. Ograničenje električnog polja u „trostrukoj točki“ (gdje zračni&pojačalo; kućište ispunjava metalni okov).
Sva tri se obično provjeravaju proračunima E-polja, prvi standardnim RIV testom opisanim u IEC 60437 2ndEdition (1997-09). Treći kriterij ne može se provjeriti testom, dok drugi još nije moguće provjeriti niti jednim testom. Međutim, tvrtke za opskrbu električnom energijom sada su sve više zainteresirane za takvu provjeru.
Utvrđivanje kriterija za maksimalno E-polje
Još uvijek postoji relativno malo podataka o maksimalno dopuštenom E-polju u slučaju kompozitnih izolatora. Prema brošuri CIGRE 284, maksimalno E-polje na površini kompozitnog izolatora (tj. Na vrhu prve šupe od krajnje armature) procjenjuje se između 0,6 i 1,0 kV / mm. Ali ovaj je raspon vjerojatno pretjerano optimističan. Na primjer, ranija istraživanja EPRI pokazala su da je poželjno maksimalno ograničenje E-polja od 0,45 kV / mm, dok su prošla istraživanja na STRI predložila 0,4 kV / mm. Drugi su procijenili kritičnu razinu E-polja na samo oko 0,38 kV / mm.
Za maksimalno E-polje na metalnoj armaturi, brošura CIGRE preporučila je ograničenje od 2,2 kV / mm. Prema ranijem radu iz EPRI-ja, vrijednost naznačena za površinsko E-polje na metalnim spojnicama i stupnjevnim prstenima trebala bi biti 2,1 kV / mm i ta se vrijednost često koristi kao referenca u svrhe dizajniranja. Prema internim prošlim raspravama o CIGRE-u, međutim, neke komunalne tvrtke navode vrijednosti niže od 1,6 kV / mm - vjerojatno kako bi se uzeli u obzir mogući proizvodni nedostaci, površine koje su malo oštećene zbog nepravilnog rukovanja ili starenja prstenova za razvrstavanje u upotrebi. U ranijem radu STRI je preporučio 1,8 kV / mm.
Najnoviji podaci STRI& EPRI
Novija istraživanja sažela su rad izveden kako bi se odredila praktična granica za dopušteno E-polje na površinama izolatora u svrhu projektiranja. Početni rad EPRI-a na određivanju razina praga E-polja za koronu izazvanu vodom (prvi put objavljen 1999.) proširen je na temelju malih i cjelovitih testova kako bi se precizirali ti pragovi. Primjerice, rezultati testova prirodnog starenja (na STRI) i testova umjetnog starenja (EPRI) pokazali su jasnu tendenciju smanjenja hidrofobnosti na presjecima plašta gdje E-polje prelazi oko 0,3 do 0,4 kV / mm (vidi sliku 1). Daljnje fino podešavanje praga temeljilo se na malim i cjelovitim laboratorijskim ispitivanjima, kao i na podacima iz servisnog iskustva. To je dovelo do sljedećeg konačnog kriterija, prikazanog na slici 2: prosječno E-polje na plaštu izolatora ne smije dopustiti da prelazi 0,42 kV / mm za više od 10 mm duž površine. Takav pristup usrednjavanja uveden je kako bi se izbjegla mala, ali značajna geometrijska pitanja, koja ne odražavaju ispravno performanse izolatora (tj. Na takvim će točkama doći do naglog povećanja E-polja). Što se tiče krajnje brtve za ugradnju (tj. Trostruke točke), E-polje ne smije biti veće od 0,35 kV / mm. Izračunavanje treba modelirati pomoću 3D simulacija E-polja, a također se mogu uzeti u obzir laboratorijska ispitivanja.
Konačno, sljedeći su kriteriji korišteni za mnoge praktične primjene:
• Ograničenje E-polja na stupnjujućem prstenu&pojačala; krajnja armatura: 1,8 kV / mm
• Granica prosječnog E-polja duž površine kućišta: 0,42 kV / mm
• Granica E-polja u trostrukoj točki: 0,35 kV / mm
Objašnjenje pristupa
Program&pojačalo; Modeliranje
Svi izračuni na STRI izvedeni su pomoću softverskog programa Comsol Multiphysics. Praktični primjer takvog izračuna za stvarne uvjete usluge bio je sljedeći:
Model poprečnog kraka izolatora postavljen je na središnju fazu s jedne strane tornja (kao na slici 6). Faze su raspoređene tako da simuliraju najgori mogući scenarij s gledišta električnog polja, tj. Središnja faza je izložena najvišem E-polju zbog blizine dvije susjedne faze na istoj strani tornja. Prema zahtjevu naručitelja, napon je postavljen na Um=420 kV. Stoga je električni potencijal primijenjen u središnjoj fazi iznosio 420 / √3 kV. Napon na dvije faze iznad i ispod središnje faze iznosio je 420 / √3 kV uz fazni pomak od 120 °. Obično se modelira samo 10 do 12 prolivenih parova, na temelju ranijih iskustava sa sličnim proračunima, koji su pokazali da su samo one šupe najbliže armaturi izložene najvišem električnom polju. Izrada ove pretpostavke omogućila je smanjenje vremena modeliranja.
Dva glavna materijala koja su uzeta u obzir za ovaj izračun bili su zrak i silikonska guma. Dielektrična konstanta (relativna permitivnost) koja se koristi za štap od staklenih vlakana ista je kao i za silikon, tj. 3,0, ali budući da je stvarna relativna permitivnost niža za silikon, izračun je malo konzervativan. Najvažniji razlog za pojednostavljivanje izračuna na ovaj način je olakšavanje umrežavanja i omogućavanje bržeg izvršavanja izračuna. Slika 3 prikazuje tipične rezultate.
