Mentre diversi parametri atmosferici influenzano la rigidità dielettrica dell’isolamento esterno, la densità relativa dell’aria (δ) e l’umidità assoluta sono considerate le più significative. Qui, l’attenzione si concentra sulla prima, che gioca un ruolo chiave nello sviluppo di sistemi di trasmissione ad alta quota, come per esempio in Cina fino a 5000 m. Lo studio del ruolo della densità dell’aria è iniziato più di un secolo fa, ma ha accelerato con lo sviluppo della EHV e la necessità di ottimizzare la progettazione di linee e sottostazioni sotto sovratensioni di commutazione. Prove ad alta quota su grandi distanze sono state effettuate in Russia (1967 Bazeylan & 1968 Volkova e al: prove fino a 3370 m), negli Stati Uniti (1967 Phillips e al.: prove fino a 3500 m), in Giappone (Harada e al. 1970: prove fino a 1850 m) così come in Italia, Sud Africa e Messico (Pigini e al. 1989: prove comparative fino a 3000 m). Ricerche più recenti sono nate dalla necessità di ottimizzare la progettazione di progetti UHV ad alta quota in Cina, con test sistematici a Wuhan (35 m), Pechino (50 m), Chengdu (500 m), Yinchuan (1000) m, Lanzhong (1500 m), Kunming (2100 m), Xining (2260) m, Qinghai (3000) m e Tibet (4300m). Grandi camere climatiche, come quella del China EPRI, sono state costruite per simulare altitudini fino a 6000 m.

Ci sono stati diversi approcci negli standard su come tenere conto del cambiamento della densità dell’aria con l’altitudine. La IEC 60060-1, per esempio, concepita per correggere le prove di laboratorio, usa: U=Uo*K, dove U e Uo sono le rigidità dielettriche ad alta quota e alle condizioni atmosferiche standard rispettivamente e dove K è il fattore di correzione della densità dell’aria dato da K=δm con δ che è la densità relativa dell’aria ad alta quota. La IEC 60071-2, concepita per il coordinamento dell’isolamento, fa riferimento direttamente all’altitudine del sito (H), essendo δ sotto ipotesi semplificate legate ad H da δ=e(H/8150). Il problema principale è la determinazione del parametro m, che dipende dal tipo di sollecitazione di tensione, dalla configurazione dell’isolamento, dal tipo di isolante e dalle condizioni ambientali (ad es. secco, umido, contaminato). La Fig. 1 mostra un esempio della gamma di valori ‘m’ trovati da vari ricercatori per l’impulso di commutazione positivo per diverse configurazioni con e senza isolatori. I risultati sono tracciati in funzione della distanza tra le parti. In questo stesso grafico, le curve continue rappresentano l’approccio di correzione adottato nella vecchia IEC 60 che mette in relazione m con la distanza. L’approccio più recente sotto le norme IEC 60060 e 60071, ha tentato di razionalizzare meglio le informazioni disponibili (allora limitate a 3500 m) mettendo in relazione il fattore m con i parametri di sollecitazione invece che con la distanza. Tuttavia, gli approcci dei due sono talvolta contraddittori, anche se partono dagli stessi dati di base, e sono anche difficili da applicare. Inoltre, non tengono conto delle informazioni provenienti da prove fino a 5000 m. Esisteva quindi la necessità di aggiornare e armonizzare tali approcci di correzione tenendo conto degli ultimi risultati, come raccomandato dalla IEC e sostenuto dalla CIGRE, dove i gruppi di lavoro hanno esaminato l’influenza dell’altitudine sugli isolanti puliti (WG D1.50) e sugli isolanti inquinati (WG D1.44).

Ci sono diversi modi per ottimizzare il nuovo approccio:

1. L’influenza della densità dell’aria è generalmente una parte minore della tensione di breakdown/flashover: un’imprecisione molto piccola nella misurazione, nella simulazione della configurazione o nei parametri di tensione può portare a imprecisioni significative nel parametro m quando si confrontano i risultati a diverse altitudini. Le prove comparative a varie altitudini devono quindi essere progettate ed eseguite accuratamente.

2. Meglio non trascurare la gamma esistente di dati sperimentali storici, usando i nuovi dati generati per integrarli e implementarli meglio.

3. Molte prove sono state fatte su configurazioni di base come il piano a barre in condizioni asciutte, dove l’influenza della densità dell’aria può essere molto diversa da quella delle configurazioni reali degli isolatori. Nuovi dati per configurazioni reali dovrebbero essere forniti il più possibile.

4. Una delle condizioni ambientali più importanti da considerare nella progettazione è la performance sotto la pioggia, che può ridurre drasticamente la resistenza dell’isolatore a seconda della tensione, della configurazione e del tipo di isolatore. Poiché l’influenza relativa della densità dell’aria sulla resistenza dell’isolatore può cambiare sotto la pioggia, potrebbero essere necessari più dati per capire meglio come (per esempio ricercando le prestazioni degli isolatori sotto tensione continua e pioggia).

5. Poiché l’inquinamento è lo stress di progettazione che governa i sistemi DC, sono necessari ulteriori dati sull’influenza della densità dell’aria sul flashover dell’inquinamento degli isolanti idrofili e idrofobici in funzione della loro geometria.

6. A causa della complessità del fenomeno e dei molti parametri coinvolti, la comprensione dell’influenza della densità dell’aria può essere resa più facile se accompagnata dall’analisi del suo impatto sui processi fisici che portano al flashover, compresa la sua influenza sulle fasi streamer e leader.

7. A causa di questa complessità, non sembra possibile arrivare a un unico approccio che sia sia accurato e relativamente semplice. Alla fine, la semplicità dovrebbe essere l’obiettivo per le applicazioni ingegneristiche e l’accuratezza richiesta potrebbe essere valutata guardando la dispersione tipica nei risultati sperimentali.

8. Per quanto possibile, l’approccio “formale” dovrebbe essere lo stesso per tutti i vari standard per evitare confusione negli standard attuali che spesso esprimono lo stesso concetto e danno indicazioni simili, ma impiegano un linguaggio diverso.