Dielektrinen lujuus ja ilman tiheys

Vaikka useat ilmakehäparametrit vaikuttavat ulkoisen eristyksen dielektriseen lujuuteen, ilman suhteellista tiheyttä (δ) ja absoluuttista kosteutta pidetään merkittävimpinä. Tässä keskitytään ensin mainittuun, joka on avainasemassa kehitettäessä siirtojärjestelmiä korkealla, esimerkiksi Kiinassa jopa 5000 metrin korkeudessa. Ilmantiheyden merkitystä alettiin tutkia yli sata vuotta sitten, mutta se kiihtyi EHV:n kehittyessä ja tarpeessa optimoida linjojen ja sähköasemien suunnittelu kytkentäylijännitteissä. Suuria korkeuskokeita tehtiin Venäjällä (1967 Bazeylan & 1968 Volkova ja muut: kokeet 3370 metriin asti), Yhdysvalloissa (1967 Phillips ja muut: kokeet 3500 metriin asti), Japanissa (Harada ja muut 1970: kokeet 1850 metriin asti) sekä Italiassa, Etelä-Afrikassa ja Meksikossa (Pigini ja muut 1989: vertailukokeita 3000 metriin asti). Viimeaikaisemmat tutkimukset perustuivat tarpeeseen optimoida korkealla sijaitsevien UHV-hankkeiden suunnittelu Kiinassa, ja järjestelmällisiä testejä tehtiin Wuhanissa (35 m), Pekingissä (50 m), Chengdussa (500 m), Yinchuanissa (1000) m, Lanzhongissa (1500) m, Kunmingissa (2100) m, Xiningissä (2260) m, Qinghaissa (3000) m:n korkeudessa ja Tiibetissä (4300 m). Suuria ilmastokammioita, kuten Kiinan EPRI:n ilmastokammio, on rakennettu simuloimaan jopa 6000 metrin korkeutta.

Standardeissa on ollut erilaisia lähestymistapoja siihen, miten huomioidaan ilman tiheyden muuttuminen korkeuden mukaan. Esimerkiksi IEC 60060-1, joka on suunniteltu laboratoriokokeiden korjaamiseen, käyttää: U=Uo*K, jossa U ja Uo ovat dielektriset lujuudet korkealla korkeudessa ja vakioilmakehän olosuhteissa ja jossa K on ilman tiheyden korjauskerroin, joka saadaan kaavalla K=δm, jossa δ on ilman suhteellinen tiheys korkealla korkeudessa. IEC 60071-2:ssa, joka on laadittu eristyksen koordinointia varten, viitataan suoraan sijaintikorkeuteen (H), joka on δ yksinkertaistetuin oletuksin verrannollinen H:n arvoon δ=e(H/8150). Pääongelma on parametrin m määrittäminen, joka riippuu jänniterasituksen tyypistä, eristyskokoonpanosta, eristetyypistä ja ympäristöolosuhteista (esim. kuiva, märkä, saastunut). Kuvassa 1 on esimerkki m-arvojen vaihteluvälistä, jonka eri tutkijat ovat havainneet positiivisen kytkentäimpulssin osalta eri konfiguraatioissa eristeiden kanssa ja ilman eristeitä. Tulokset on piirretty rakovälin funktiona. Samassa kaaviossa jatkuvat käyrät edustavat vanhassa IEC 60:ssä käytettyä korjausmenetelmää, jossa m suhteutetaan välykseen. IEC-standardeissa 60060 ja 60071 esitetyllä uudemmalla lähestymistavalla pyrittiin järkiperäistämään paremmin käytettävissä olevia tietoja (jotka tuolloin rajoittuivat 3500 metriin) ja liittämään kerroin m jännitysparametreihin välyksen sijasta. Näissä kahdessa standardissa esitetyt lähestymistavat ovat kuitenkin joskus ristiriitaisia, vaikka ne lähtevätkin samoista perustiedoista, ja niitä on myös vaikea soveltaa. Lisäksi niissä ei oteta huomioon tietoja testeistä, jotka on tehty jopa 5000 m:n korkeuteen asti. Tämän vuoksi oli tarpeen päivittää ja yhdenmukaistaa tällaisia korjauslähestymistapoja ja ottaa samalla huomioon viimeisimmät tulokset, kuten IEC suositteli ja CIGRE tuki, kun työryhmät tarkastelivat korkeuden vaikutusta puhtaisiin eristimiin (WG D1.50) ja saastuneisiin eristimiin (WG D1.44).

Kuva 1: Positiivisen napaisuuden kytkentäimpulssi. M-arvojen vaihteluväli etäisyyden funktiona. Jatkuva käyrä: IEC 60:n vanhan version korjausmenetelmä, dielektrinen lujuus
Kuva 1: Positiivisen napaisuuden kytkentäimpulssi. m-arvojen vaihteluväli välyksen funktiona. Jatkuva käyrä: korjauslähestymistapa IEC 60:n vanhassa versiossa.
CLICK TO ENLARGE

Uuden lähestymistavan optimointiin on useita tapoja:

1. Ilmantiheyden vaikutus on yleensä vähäinen osa läpilyönti-/leimahdusjännitettä: Todella pieni epätarkkuus mittauksessa, konfiguraatiosimuloinnissa tai jänniteparametreissa voi johtaa huomattaviin epätarkkuuksiin parametrissa m, kun verrataan tuloksia eri korkeuksilla. Vertailevat testit eri korkeuksilla on siksi suunniteltava ja suoritettava tarkasti.

2. Parasta on olla ottamatta huomioon olemassa olevaa valikoimaa historiallisia koetietoja ja käyttää äskettäin tuotettuja tietoja niiden parempaan integrointiin ja toteuttamiseen.

3. Monia testejä on tehty peruskonfiguraatioilla, kuten sauvatasolla, kuivissa olosuhteissa, joissa ilmantiheyden vaikutus voi poiketa paljonkin todellisista eristinkonfiguraatioista. Uusia tietoja todellisista kokoonpanoista olisi toimitettava mahdollisimman paljon.

4. Yksi tärkeimmistä suunnittelussa huomioon otettavista ympäristöolosuhteista on suorituskyky sateessa, joka voi vähentää dramaattisesti eristimen lujuutta jännitteestä, kokoonpanosta ja eristintyypistä riippuen. Koska ilman tiheyden suhteellinen vaikutus eristimen lujuuteen voi muuttua sateessa, voidaan tarvita lisää tietoja, jotta voidaan ymmärtää paremmin, miten tämä tapahtuu (esim. tutkimalla eristimien suorituskykyä tasajännitteellä ja sateessa).

5. Koska pilaantuminen on vallitseva suunnittelurasitus tasavirtajärjestelmissä, tarvitaan lisätietoja ilman tiheyden vaikutuksesta hydrofiilisten sekä hydrofobisten eristeiden pilaantumisen aiheuttamaan leimahdukseen niiden geometrian funktiona.

6. Ilmiön monimutkaisuuden ja siihen liittyvien monien parametrien vuoksi ilman tiheyden vaikutuksen ymmärtämistä voidaan helpottaa, jos siihen liitetään analyysi sen vaikutuksesta leimahdukseen johtaviin fysikaalisiin prosesseihin, mukaan lukien sen vaikutus streamer- ja leader-faasiin.

7. Tämän monimutkaisuuden vuoksi ei näytä olevan mahdollista päästä yhteen ainoaan lähestymistapaan, joka olisi sekä tarkka että suhteellisen yksinkertainen. Loppujen lopuksi yksinkertaisuuden pitäisi olla tavoitteena insinöörisovelluksissa, ja vaadittavaa tarkkuutta voitaisiin arvioida tarkastelemalla tyypillistä hajontaa kokeellisissa havainnoissa.

8. Mahdollisuuksien mukaan “muodollisen” lähestymistavan pitäisi olla sama kaikissa eri standardeissa, jotta vältyttäisiin sekaannuksilta nykyisissä standardeissa, jotka usein ilmaisevat saman käsitteen ja antavat samankaltaisia merkintöjä, mutta käyttävät erilaista kielenkäyttöä.

>dielektrinen lujuus>
Kuvio 2: Positiivisen polariteetin kytkentä-impulssitieto. Virtausten ja johtajien hallitsema purkaus. Virtauksen vaiheen laajeneminen ilman tiheyden funktiona (mittaukset kuvamuuntimella).
CLICK TO ENLARGE

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.