Choć wiele parametrów atmosferycznych ma wpływ na wytrzymałość dielektryczną izolacji zewnętrznej, względna gęstość powietrza (δ) i wilgotność bezwzględna są uważane za najbardziej znaczące. Tutaj skupiamy się na tych pierwszych, które odgrywają kluczową rolę w rozwoju systemów przesyłowych na dużych wysokościach, jak na przykład w Chinach do 5000 m. Badania nad rolą gęstości powietrza rozpoczęły się ponad sto lat temu, ale przyspieszyły wraz z rozwojem EHV i potrzebą optymalizacji projektu linii i podstacji w warunkach przepięć łączeniowych. Badania wysokościowe na dużych prześwitach przeprowadzono w Rosji (1967 Bazeylan & 1968 Volkova i in.: badania do 3370 m), w USA (1967 Phillips i in.: badania do 3500 m), w Japonii (Harada i in. 1970: badania do 1850 m) oraz we Włoszech, RPA i Meksyku (Pigini i in. 1989: badania porównawcze do 3000 m). Nowsze badania wynikały z potrzeby optymalizacji projektów UHV na dużych wysokościach w Chinach, z systematycznymi testami w Wuhan (35 m), Pekinie (50 m), Chengdu (500 m), Yinchuan (1000) m, Lanzhong (1500 m), Kunming (2100 m), Xining (2260) m, Qinghai (3000) m i Tybecie (4300 m). Duże komory klimatyczne, takie jak ta w China EPRI, zostały zbudowane w celu symulowania wysokości do 6000 m.

W normach istniały różne podejścia do sposobu uwzględniania zmian gęstości powietrza wraz z wysokością. Na przykład norma IEC 60060-1, stworzona do korygowania badań laboratoryjnych, używa: U=Uo*K, gdzie U i Uo są wytrzymałościami dielektrycznymi odpowiednio na dużej wysokości i w standardowych warunkach atmosferycznych, a gdzie K jest współczynnikiem korekcyjnym gęstości powietrza danym przez K=δm, przy czym δ jest względną gęstością powietrza na dużej wysokości. Norma IEC 60071-2, stworzona dla koordynacji izolacji, odnosi się bezpośrednio do wysokości nad poziomem morza (H), gdzie δ przy uproszczonych założeniach jest związane z H przez δ=e(H/8150). Głównym problemem jest określenie parametru m, który zależy od rodzaju naprężenia napięciowego, konfiguracji izolacji, rodzaju izolatora i warunków środowiskowych (np. suchych, wilgotnych, zanieczyszczonych). Rys. 1 pokazuje przykład zakresu wartości “m” znalezionych przez różnych badaczy dla dodatniego impulsu przełączającego dla różnych konfiguracji z izolatorami i bez izolatorów. Wyniki są wykreślone jako funkcja prześwitu szczeliny. Na tym samym wykresie, ciągłe krzywe reprezentują podejście korekcyjne przyjęte w starych normach IEC 60 odnoszące m do prześwitu. Nowsze podejście w normach IEC 60060 i 60071 próbowało lepiej zracjonalizować dostępne informacje (wówczas ograniczone do 3500 m) odnoszące współczynnik m do parametrów naprężenia zamiast do prześwitu. Jednak podejścia w obu normach są czasami sprzeczne, nawet jeśli opierają się na tych samych danych podstawowych, a także trudne do zastosowania. Co więcej, nie uwzględniają one informacji z badań na wysokościach do 5000 m. Istnieje zatem potrzeba uaktualnienia i zharmonizowania takich podejść korekcyjnych z uwzględnieniem najnowszych wyników, zgodnie z zaleceniami IEC i przy wsparciu CIGRE, gdzie grupy robocze zajmowały się wpływem wysokości na izolatory czyste (WG D1.50) i zanieczyszczone (WG D1.44).

Istnieje kilka sposobów optymalizacji nowego podejścia:

1. Wpływ gęstości powietrza jest na ogół niewielką częścią napięcia przebicia/przepalenia: naprawdę niewielka niedokładność pomiaru, symulacji konfiguracji lub parametrów napięcia może prowadzić do znacznych niedokładności parametru m przy porównywaniu wyników na różnych wysokościach. Dlatego testy porównawcze na różnych wysokościach muszą być zaprojektowane i przeprowadzone dokładnie.

2. Najlepiej nie pomijać istniejącego zakresu historycznych danych doświadczalnych, wykorzystując nowo wygenerowane dane do ich lepszej integracji i wdrożenia.

3. Wiele testów zostało wykonanych na podstawowych konfiguracjach, takich jak płaszczyzna pręta w warunkach suchych, gdzie wpływ gęstości powietrza może być znacznie inny niż w rzeczywistych konfiguracjach izolatora. Nowe dane dla rzeczywistych konfiguracji powinny być dostarczane w miarę możliwości.

4. Jednym z najważniejszych warunków środowiskowych, które należy rozważyć przy projektowaniu, jest działanie w deszczu, który może drastycznie zmniejszyć wytrzymałość izolatora w zależności od napięcia, konfiguracji i typu izolatora. Ponieważ względny wpływ gęstości powietrza na wytrzymałość izolatora może się zmieniać pod wpływem deszczu, może być potrzebne więcej danych, aby lepiej zrozumieć jak (np. poprzez badanie działania izolatorów pod napięciem stałym i deszczem).

5. Ponieważ zanieczyszczenie jest głównym obciążeniem projektowym dla systemów DC, potrzebne są dodatkowe dane na temat wpływu gęstości powietrza na migotanie zanieczyszczeń w izolatorach hydrofilowych jak i hydrofobowych w funkcji ich geometrii.

6. Ze względu na złożoność zjawiska i wiele parametrów z nim związanych, zrozumienie wpływu gęstości powietrza może być łatwiejsze, jeśli towarzyszyć mu będzie analiza jego wpływu na procesy fizyczne prowadzące do flashover, w tym jego wpływ na fazę streamera i lidera.

7. Ze względu na tę złożoność, nie wydaje się możliwe wypracowanie jednego podejścia, które byłoby zarówno dokładne, jak i stosunkowo proste. W końcu, prostota powinna być celem dla zastosowań inżynierskich, a wymagana dokładność może być oceniana przez patrzenie na typowe rozproszenie w wynikach eksperymentalnych.

8. W miarę możliwości “formalne” podejście powinno być takie samo dla wszystkich różnych norm, aby uniknąć zamieszania w obecnych normach, które często wyrażają tę samą koncepcję i dają podobne wskazówki, ale stosują inny język.

.