Obwohl Verbundisolatoren anfänglich hauptsächlich in verschmutzten Versorgungsbereichen Verwendung finden, finden sie aufgrund ihrer vergleichsweise einfachen Handhabung und attraktiven Anschaffungskosten zunehmend Anwendung in relativ sauberen Umgebungen. In jüngerer Zeit sind die Spannungsverbesserung sowie das kompakte Design neuer Wechselstromleitungen zu zusätzlichen Nischenbereichen geworden, in denen Verbundisolatoren in sauberen Umgebungen eingesetzt werden.
Bei den letzteren Anwendungen sind Isolatoranordnungen häufig relativ kurz ausgelegt, um in das Fenster mit reduziertem Raum von Türmen zu passen. Daher wird die Begrenzung des maximalen E-Feldes noch kritischer. Ein weiteres wachsendes Anwendungsgebiet sind Verbundstations-Postisolatoren, insbesondere solche mit einem festen Kern, da sich diese in der Flanschkonstruktion nicht wesentlich von Verbundleitungsisolatoren unterscheiden.
Drei Kriterien müssen berücksichtigt werden, um eine optimale Dimensionierung von Verbundisolatoren mit Sortierringen sicherzustellen:
1. Begrenzung des elektrischen Feldes am Messring&Amp; finale Anprobe;
2. Begrenzung des elektrischen Feldes entlang der Oberfläche des Isolatorgehäuses;
3. Begrenzung des elektrischen Feldes am Dreifachpunkt (wo Luft-GG-Verstärker; Gehäuse auf Metallarmatur treffen).
Alle drei werden normalerweise durch E-Feld-Berechnungen verifiziert, der erste durch den in IEC 60437 2ndEdition (1997-09) beschriebenen Standard-RIV-Test. Das dritte Kriterium kann nicht durch einen Test verifiziert werden, während das zweite noch durch keinen Test verifiziert werden kann. Stromversorgungsunternehmen sind jedoch zunehmend an einer solchen Überprüfung interessiert.
Festlegung von Kriterien für das maximale E-Feld
Es gibt noch vergleichsweise wenig Daten zum maximal zulässigen E-Feld für Verbundisolatoren. Gemäß der CIGRE-Broschüre 284 wird das maximale E-Feld auf der Oberfläche eines Verbundisolators (dh an der Spitze des ersten Schuppens vom Endstück) auf 0,6 bis 1,0 kV / mm geschätzt. Aber dieser Bereich ist wahrscheinlich zu optimistisch. Zum Beispiel zeigten frühere Untersuchungen von EPRI, dass eine maximale Grenze für das E-Feld von 0,45 kV / mm vorzuziehen ist, während frühere Untersuchungen bei STRI 0,4 kV / mm vorschlugen. Andere haben das kritische E-Feld-Niveau auf nur etwa 0,38 kV / mm geschätzt.
Für ein maximales E-Feld an der Metallarmatur wurde in der CIGRE-Broschüre ein Grenzwert von 2,2 kV / mm empfohlen. Laut einer früheren Veröffentlichung von EPRI sollte der für das Oberflächen-E-Feld auf Metallbeschlägen und Sortierringen angegebene Wert 2,1 kV / mm betragen, und dieser Wert wird häufig als Referenz für Entwurfszwecke verwendet. Laut internen CIGRE-Diskussionen in der Vergangenheit geben einige Versorgungsunternehmen jedoch Werte von nur 1,6 kV / mm an - wahrscheinlich, um mögliche Herstellungsfehler zu berücksichtigen, Oberflächen, die durch unsachgemäße Handhabung oder Alterung der Sortierringe im Betrieb leicht beschädigt wurden. In einer früheren Veröffentlichung hatte STRI 1,8 kV / mm empfohlen.
Aktuelle Daten von STRI& EPRI
Neuere Forschungen fassten die Arbeiten zusammen, die durchgeführt wurden, um eine praktische Grenze für das zulässige E-Feld auf Isolatoroberflächen für Entwurfszwecke zu bestimmen. Die ersten Arbeiten von EPRI zur Bestimmung der E-Feld-Schwellenwerte für wasserinduzierte Korona (erstmals 1999 veröffentlicht) wurden auf der Grundlage kleiner und umfassender Tests zur Verfeinerung dieser Schwellenwerte erweitert. Beispielsweise zeigten die Ergebnisse sowohl von Tests zur natürlichen Alterung (bei STRI) als auch von Tests zur künstlichen Alterung (nach EPRI) eine deutliche Tendenz zu einer verringerten Hydrophobizität an Mantelabschnitten, bei denen das E-Feld etwa 0,3 bis 0,4 kV / mm überschreitet (siehe 1). Die weitere Feinabstimmung des Schwellenwerts basiert auf kleinen und vollständigen Labortests sowie Daten aus Serviceerfahrungen. Dies führte zu dem folgenden endgültigen Kriterium, das in Fig. 2 dargestellt ist: Das durchschnittliche E-Feld auf dem Isolatormantel sollte 0,42 kV / mm für mehr als 10 mm entlang der Oberfläche nicht überschreiten dürfen. Ein solcher Mittelungsansatz wurde eingeführt, um kleine, aber signifikante Geometrieprobleme zu vermeiden, die die Isolatorleistung nicht richtig widerspiegeln (dh an solchen Punkten wird das E-Feld stark ansteigen). Bei der Endstückdichtung (dh dem Tripelpunkt) darf das E-Feld 0,35 kV / mm nicht überschreiten. Berechnungen sollten unter Verwendung von 3-D-E-Feldsimulationen modelliert werden, und Labortests können ebenfalls berücksichtigt werden.
Schließlich wurden die folgenden Kriterien für viele praktische Anwendungen verwendet:
• Grenze des E-Feldes am Messring-GG-Verstärker; Endstück: 1,8 kV / mm
• Grenze des durchschnittlichen E-Feldes entlang der Gehäuseoberfläche: 0,42 kV / mm
• Grenze des E-Feldes am Tripelpunkt: 0,35 kV / mm
Erklärung des Ansatzes
Programm& Modellieren
Alle Berechnungen bei STRI wurden mit dem Softwareprogramm Comsol Multiphysics durchgeführt. Ein praktisches Beispiel für eine solche Berechnung für reale Betriebsbedingungen war wie folgt:
Das Isolator-Querarmmodell wurde in der Mittelphase auf einer Seite eines Turms angebracht (wie in Abb. 6). Die Phasen wurden so angeordnet, dass sie das Worst-Case-Szenario aus Sicht des elektrischen Feldes simulieren, dh die mittlere Phase ist aufgrund der Nähe der beiden benachbarten Phasen auf derselben Seite des Turms dem höchsten E-Feld ausgesetzt. Entsprechend den Anforderungen des Kunden wurde die Spannung auf Um=420 kV eingestellt. Das in der Mittelphase angelegte elektrische Potential betrug daher 420 / √3 kV. Die Spannung an den beiden Phasen oberhalb und unterhalb der Mittelphase betrug 420 / √3 kV bei einer Phasenverschiebung von 120 °. Normalerweise werden nur 10 bis 12 Schuppenpaare modelliert, basierend auf früheren Erfahrungen mit ähnlichen Berechnungen, die zeigten, dass nur die Schuppen, die den Armaturen am nächsten liegen, dem höchsten elektrischen Feld ausgesetzt sind. Durch diese Annahme konnte die Modellierungszeit verkürzt werden.
Die beiden für diese Berechnung berücksichtigten Hauptmaterialien waren Luft und Silikonkautschuk. Die für den Glasfaserstab verwendete Dielektrizitätskonstante (relative Permittivität) ist dieselbe wie für Silikon, dh 3,0, aber da die tatsächliche relative Permittivität für Silikon niedriger ist, ist die Berechnung leicht konservativ. Der wichtigste Grund, um Berechnungen auf diese Weise zu vereinfachen, besteht darin, die Vernetzung zu vereinfachen und die Berechnungen schneller laufen zu lassen. Fig. 3 zeigt typische Ergebnisse.
