Başlangıçta öncelikle kirli hizmet alanlarında kullanım bulsa da, kompozit izolatörler nispeten temiz ortamlarda ve karşılaştırmalı kullanım kolaylığı ve cazip satın alma maliyetleri nedeniyle artan uygulama görmüştür. Daha yakın zamanda, voltaj yükseltme ve yeni AC hatlarının kompakt tasarımı, kompozit izolatörlerin temiz ortamlarda uygulandığı ek niş alanlar haline gelmiştir.
İkinci uygulamalarda, yalıtkan düzenlemeleri genellikle kulelerin azaltılmış uzay penceresine sığacak şekilde nispeten kısa tasarlanmıştır. Bu nedenle, maksimum E-alanını sınırlamak hala daha kritik hale gelir. Bir diğer büyüyen uygulama alanı kompozit istasyon sonrası yalıtkanlardır, özellikle de düz bir çekirdeğe sahip olanlar, çünkü bunlar flanş tasarımında kompozit hat izolatörlerinden çok farklı değildir.
Tespir halkaları ile donatılmış kompozit izolatörlerin optimum boyutlandırmasını sağlamak için üç kriter dikkate alınmalıdır:
1. Tespi halkası ve uç montajında elektrik alanını sınırlama;
2. yalıtkan muhafaza yüzeyi boyunca elektrik alanını sınırlamak;
3. Elektrik alanını 'üçlü noktada' sınırlamak (hava ve muhafazanın metal bağlantı ile buluştuğu yer).
Her üçü de normalde IEC 60437 2nd Edition'da (1997-09) açıklanan standart RIV testi ile ilki olan E-alan hesaplamaları ile doğrulanır. Üçüncü ölçüt bir test tarafından doğrulanamazken, ikincisi henüz herhangi bir test tarafından doğrulanamaz. Ancak güç kaynağı şirketleri artık bu tür bir doğrulamaya sahip olmakla giderek daha fazla ilgileniyorlar.
Maksimum E-Alan Kriterlerinin Oluşturulması
Kompozit yalıtkanlar söz konusu olduğunda izin verilen maksimum E-alanında hala nispeten az veri yayınlanmıştır. CIGRE Broşür 284'e göre, kompozit bir yalıtkanın yüzeyindeki maksimum E alanı (yani uç bağlantı noktasından ilk kulübenin ucunda) 0,6 ila 1,0 kV/mm arasında tahmin edilmektedir. Ama bu aralık muhtemelen aşırı iyimser. Örneğin, EPRI tarafından yapılan daha önceki araştırmalar, STRI'deki geçmiş araştırmalar 0,4 kV/mm önerirken, E-sahada 0,45 kV/mm'lik maksimum sınırın tercih edildiğini belirtmiştir. Diğerleri kritik E-alan seviyesini sadece yaklaşık 0,38 kV /mm olarak tahmin etmişlerdir.
Metal bağlantı elemanında maksimum E alanı için, CIGRE Broşürü 2,2 kV / mm'lik bir sınır önerdi. EPRI'nin daha önceki bir makalesine göre, metal bağlantı parçaları ve not halkalarında yüzey E alanı için belirtilen değer 2,1 kV /mm olmalıdır ve bu değer genellikle tasarım amacıyla referans olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, geçmiş CIGRE tartışmalarına göre, bazı yardımcı programlar 1,6 kV/ mm kadar düşük değerler belirtmektedir - muhtemelen olası üretim kusurlarını, hizmetteki derecelendirme halkalarının yanlış işlenmesinden veya eskimesi nedeniyle hafif hasar görmüş yüzeyleri hesaba katmak için. Daha önceki bir makalede, STRI 1.8 kV / mm önermişti.
STRI ve EPRI'den Son Veriler
Daha yeni araştırmalar, tasarım amacıyla izolatör yüzeylerinde izin verilen E-alanı için pratik bir sınır belirlemek için yapılan çalışmaları özetledi. EPRI'nin su kaynaklı korona için E-alan eşik seviyelerini belirlemek için yaptığı ilk çalışmalar (ilk olarak 1999'da yayınlandı) bu eşikleri iyileştirmek için küçük ve tam ölçekli testlere dayanarak genişletildi. Örneğin, hem doğal yaşlanma testlerinden (STRI'de) hem de yapay yaşlanma testlerinden (EPRI tarafından) elde edilen sonuçlar, E-alanın yaklaşık 0,3 ila 0,4 kV/mm'yi aştığı kılıf bölümlerinde hidrofobikliğin azalmasına açık bir eğilim göstermiştir (bkz. Şekil 1). Eşiğin daha fazla ince ayarı, küçük ölçekli ve tam ölçekli laboratuvar testlerinin yanı sıra servis deneyiminden elde edilen verilere dayanmaktadır. Bu, Şekil 2'de gösterilen aşağıdaki son kritere yol açmıştır: İzolatör kılıfandaki ortalama E-alanın yüzey boyunca 10 mm'den fazla 0,42 kV /mm'yi aşmasına izin verilmemelidir. İzolatör performansını düzgün yansıtmayan küçük ama önemli geometri sorunlarını önlemek için böyle bir ortalama yaklaşımı getirilmiştir (yani bu gibi noktalarda E-alanında keskin bir artış olacaktır). Uç montaj contasına (yani üçlü noktaya) gelince, E-alanın 0,35 kV/mm'yi aşmasına izin verilmemelidir. Hesaplamalar 3 boyutlu E-saha simülasyonları kullanılarak modellenmeli ve laboratuvar testleri de düşünülebilir.
Son olarak, birçok pratik uygulama için aşağıdaki kriterler kullanılmıştır:
• Tespi halkası ve uç montajında E alanı sınırı: 1,8 kV/mm
• Gövde yüzeyi boyunca ortalama E-alan sınırı: 0,42 kV/mm
• Üçlü noktada E-alan sınırı: 0,35 kV/mm
Yaklaşımın Açıklaması
Program ve Modelleme
STRI'deki tüm hesaplamalar Comsol Multiphysics yazılım programı kullanılarak gerçekleştirildi. Gerçek hizmet koşulları için böyle bir hesaplamanın pratik bir örneği aşağıdaki gibidir:
yalıtkan çapraz kol modeli, bir kulenin bir tarafındaki orta faza monte edilmiştir (Şekil 6'da olduğu gibi). Aşamalar, en kötü senaryoyu elektrik alanı açısından simüle etmek için düzenlenmiştir, yani merkez faz, kulenin aynı tarafındaki bitişik iki fazın yakınlığı nedeniyle en yüksek E alanına maruz kalır. Müşterinin ihtiyacına göre, voltaj Um =420 kV olarak ayarlandı. Bu nedenle merkez fazda uygulanan elektrik potansiyeli 420/√3 kV idi. Merkez fazın üstündeki ve altındaki iki fazdaki gerilim, 120° faz kayması ile 420/√3 kV idi. Sadece 10 ila 12 kulübe çifti, benzer hesaplamalarla daha önceki deneyimlere dayanarak modellenir, bu da sadece bağlantı parçalarına en yakın kulübelerin en yüksek elektrik alanına maruz kaldığını göstermiştir. Bu varsayımda bulunmak modelleme süresinin azaltılmasına izin veriyor.
Bu hesaplama için dikkate alınan iki ana malzeme hava ve silikon kauçuktur. Cam elyaf çubuk için kullanılan dielektrik sabit (göreceli izin) silikonla aynıdır, yani 3.0, ancak gerçek göreceli izinlilik silikon için daha düşük olduğundan, hesaplama biraz muhafazakardır. Hesaplamaları bu şekilde basitleştirmenin en önemli nedeni meshlemeyi kolaylaştırmak ve hesaplamaların daha hızlı çalışmasına izin vermektir. Şekil 3 tipik sonuçlar gösterir.
