Dielectric Strength & Air Density

外部絶縁体の誘電率に影響を与える大気パラメータは数多くありますが、相対空気密度 (δ) と絶対湿度が最も重要であると考えられています。 空気密度の研究は1世紀以上前に始まったが、EHVの開発と過電圧の切り替え時の線路と変電所の設計を最適化する必要性から加速された。 大きなクリアランスでの高高度試験は、ロシア(1967 Bazeylan & 1968 Volkova and al: 3370 mまでの試験)、米国(1967 Phillips and al: 3500 mまでの試験)、日本( Harada and al: 1970 1850 mまでの試験)、さらにイタリア、南アフリカ、メキシコ( Pigini and al: 1989 3000 mまでの比較試験)で実施された。 より最近の研究は、中国の高地における UHV プロジェクトの設計を最適化する必要性から、武漢(35 m)、北京(50 m)、成都(500 m)、銀川(1000)m、蘭州(1500 m)、昆明(2100 m)、西寧(2260)m、青海(3000)m およびチベット(4300 m)で系統的な試験を実施したものである。 中国EPRIのような大型気候室は、6000mまでの高度をシミュレートするために建設されている。

高度による空気密度の変化をどのように考慮するかについては、規格によって異なるアプローチがある。 たとえばIEC 60060-1は、実験室試験の補正のために考案されたもので、次のように使っている。 U=Uo*K, ここでUとUoはそれぞれ高高度と標準大気条件での絶縁耐力であり、KはK=δmで与えられる空気密度補正係数で、δは高高度での相対空気密度である。 絶縁調整のために考案されたIEC 60071-2では、サイト高度(H)に直接言及しており、δ=e(H/8150)によりHに関連する簡略化した仮定の下でδとしている。 主な問題は、電圧ストレスの種類、絶縁構成、絶縁体の種類、環境条件(乾燥、湿潤、汚染など)に依存するパラメータmを決定することである。 図 1 は、さまざまな研究者が、絶縁体の有無にかかわらず、さまざまな構成で正のスイッチングインパルスに対して見出した「m」値の範囲の一例を示しています。 結果は、ギャップクリアランスの関数としてプロットされています。 この図では、連続した曲線が、古いIEC 60で採用されていた、mとクリアランスを関連付ける補正方法を示しています。 IEC規格60060と60071の新しいアプローチは、入手可能な情報(当時は3500mに制限されていた)をより合理化し、係数mをクリアランスではなく応力パラメータに関連付けることを試みている。 しかし、この2つのアプローチは、同じ基本データから出発していても矛盾している場合があり、また適用も困難です。 そのため、IECが推奨し、CIGREが支援する、清浄絶縁体(WG D1.50)と汚染絶縁体(WG D1.44)に対する高度の影響を検討するワーキンググループで、最新の結果を考慮しながらこの補正アプローチの更新と調和が必要であった。 m値の範囲はクリアランスの関数として。 連続曲線:IEC 60の旧版における補正方法、絶縁耐力

図1:正極性のスイッチングインパルス。 クリアランスに応じたm値の範囲。
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新しいアプローチを最適化するには、いくつかの方法がある:

1. 空気密度の影響は一般的にブレークダウン/フラッシュオーバー電圧のごく一部です。測定、構成シミュレーション、または電圧パラメータにおける実際の小さな不正確さが、異なる高度での結果を比較する際にパラメータmにおける重大な不正確さにつながることがあります。 そのため、さまざまな高度での比較試験を正確に設計し、実施する必要があります。

2. 既存の過去の実験データの範囲を見落とさず、新たに作成したデータを使用して、よりよく統合し、実施することが最善です。

3. 多くの試験は、乾燥条件下でのロッドプレーンなどの基本構成で行われていますが、空気密度の影響は実際のインシュレータ構成とは大きく異なることがあります。

4.設計上考慮すべき最も重要な環境条件の一つに降雨時の性能があり、電圧、構成、絶縁体の種類によっては絶縁体の強度を劇的に低下させる可能性がある。 雨の下では絶縁体強度に対する空気密度の相対的な影響が変化する可能性があるため、その方法をよりよく理解するために、より多くのデータが必要かもしれません(例えば、直流電圧と雨の下の絶縁体の性能を調査するなど)

5. 汚染は直流システムの設計応力の支配であるため、親水性および疎水性絶縁体の汚染フラッシュオーバーに対する空気密度の影響について、その形状の関数として追加データが必要である。 この現象の複雑さと関係する多くのパラメータのために、ストリーマとリーダー相への影響を含むフラッシュオーバーに至る物理的プロセスへの影響の分析を伴うならば、空気密度の影響の理解は容易になる。 この複雑さのために、正確で比較的簡単な単一のアプローチに到達することは不可能であると思われる。 このような複雑さのため,正確さと比較的単純さを兼ね備えた単一のアプローチに到達することはできないと思われる。結局,工学的応用のためには単純さが目標とされるべきで,必要な正確さは実験結果における典型的な分散を見ることによって評価できるだろう。 放電はストリーマとリーダーによって支配される。 ストリーマの位相の広がりを空気密度で表したもの(画像変換器による測定)
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