Mặc dù ban đầu được sử dụng chủ yếu trong các khu vực kinh doanh ô nhiễm, vật liệu cách điện composite đã được ứng dụng ngày càng tăng trong các môi trường tương đối sạch cũng như do tính dễ xử lý tương đối và chi phí mua lại hấp dẫn. Gần đây hơn, việc nâng cấp điện áp cũng như thiết kế nhỏ gọn của các đường dây AC mới đã trở thành những lĩnh vực bổ sung thích hợp mà chất cách điện composite đang được áp dụng trong môi trường sạch.
Trong trường hợp của các ứng dụng sau này, bố trí chất cách điện thường được thiết kế tương đối ngắn để phù hợp với cửa sổ không gian giảm bớt của tháp. Do đó, việc giới hạn trường E tối đa vẫn trở nên quan trọng hơn. Một lĩnh vực ứng dụng ngày càng tăng khác là các chất cách điện bài trạm composite, đặc biệt là những chất cách điện có lõi rắn vì chúng không khác nhiều về thiết kế mặt bích so với chất cách điện dòng composite.
Ba tiêu chí phải được tính đến để đảm bảo xác định kích thước tối ưu của vật liệu cách điện composite được trang bị vòng phân loại:
1. Giới hạn điện trường trên vòng phân loại& Kết thúc phù hợp;
2. Giới hạn điện trường dọc theo bề mặt của vỏ cách điện;
3. Giới hạn điện trường tại 'điểm ba' (nơi amp&không khí; vỏ tiếp xúc với khớp nối bằng kim loại).
Cả ba thông thường đều được xác nhận bằng tính toán trường E, lần đầu tiên bằng thử nghiệm RIV tiêu chuẩn được mô tả trong IEC 60437 2ndEdition (1997-09). Tiêu chí thứ ba không thể được xác minh bằng một thử nghiệm trong khi tiêu chí thứ hai chưa thể kiểm chứng bằng bất kỳ thử nghiệm nào. Tuy nhiên, các công ty cung cấp điện hiện đang ngày càng quan tâm đến việc xác minh như vậy.
Thiết lập tiêu chí cho trường điện tử tối đa
Vẫn còn tương đối ít dữ liệu được công bố về trường E tối đa cho phép trong trường hợp chất cách điện hỗn hợp. Theo CIGRE Brochure 284, trường E tối đa trên bề mặt của vật liệu cách điện hỗn hợp (tức là ở đầu của ống đầu tiên tính từ đầu nối cuối) được ước tính trong khoảng 0,6 đến 1,0 kV / mm. Nhưng phạm vi này có lẽ là quá lạc quan. Ví dụ, nghiên cứu trước đây của EPRI chỉ ra rằng giới hạn tối đa trên trường E là 0,45 kV / mm là thích hợp hơn trong khi nghiên cứu trước đây tại STRI đề xuất 0,4 kV / mm. Những người khác ước tính mức trường E tới hạn chỉ khoảng 0,38 kV / mm.
Đối với trường E tối đa trên phụ kiện kim loại, Tài liệu quảng cáo CIGRE khuyến nghị giới hạn 2,2 kV / mm. Theo một bài báo trước đây của EPRI, giá trị được chỉ ra cho trường E bề mặt trên phụ kiện kim loại và vòng phân loại phải là 2,1 kV / mm và giá trị này thường được sử dụng làm tham chiếu cho các mục đích thiết kế. Tuy nhiên, theo các cuộc thảo luận nội bộ trước đây của CIGRE, một số tiện ích đang chỉ định các giá trị thấp nhất là 1,6 kV / mm - có thể là để tính đến các lỗi sản xuất có thể xảy ra, các bề mặt bị hư hỏng nhẹ do xử lý không đúng cách hoặc lão hóa của các vòng phân loại trong quá trình sử dụng. Trong một bài báo trước đó, STRI đã khuyến nghị 1,8 kV / mm.
Dữ liệu gần đây từ STRI& EPRI
Các nghiên cứu gần đây đã tổng kết công việc được thực hiện để xác định giới hạn thực tế đối với trường E cho phép trên bề mặt cách điện cho mục đích thiết kế. Công việc ban đầu của EPRI để xác định các mức ngưỡng trường E đối với hào quang do nước gây ra (xuất bản lần đầu tiên vào năm 1999) đã được mở rộng dựa trên các thử nghiệm quy mô nhỏ cũng như toàn diện để tinh chỉnh các ngưỡng này. Ví dụ, kết quả từ cả thử nghiệm lão hóa tự nhiên (tại STRI) và kiểm tra lão hóa nhân tạo (bằng EPRI) cho thấy xu hướng rõ ràng về việc giảm tính kỵ nước trên các phần vỏ bọc mà trường E vượt quá khoảng 0,3 đến 0,4 kV / mm (xem Hình 1). Việc tinh chỉnh thêm ngưỡng này dựa trên các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ và quy mô lớn cũng như dữ liệu từ trải nghiệm dịch vụ. Điều này dẫn đến tiêu chí cuối cùng sau đây, được minh họa trong Hình 2: trường E trung bình trên vỏ bọc cách điện không được phép vượt quá 0,42 kV / mm trong hơn 10 mm dọc theo bề mặt. Cách tiếp cận trung bình như vậy được đưa ra để tránh các vấn đề hình học nhỏ nhưng quan trọng, không phản ánh đúng hiệu suất chất cách điện (tức là sẽ có sự gia tăng mạnh trường E tại các điểm như vậy). Đối với con dấu nối cuối (tức là điểm ba), trường E không được phép vượt quá 0,35 kV / mm. Các tính toán nên được lập mô hình bằng cách sử dụng mô phỏng trường điện tử 3-D và cũng có thể xem xét thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Cuối cùng, các tiêu chí sau được sử dụng cho nhiều ứng dụng thực tế:
• Giới hạn của trường E trên vòng phân loại& phụ kiện cuối: 1,8 kV / mm
• Giới hạn của trường E trung bình dọc theo bề mặt nhà ở: 0,42 kV / mm
• Giới hạn của trường E tại điểm ba: 0,35 kV / mm
Giải thích về Phương pháp Tiếp cận
Chương trình& Mô hình hóa
Tất cả các tính toán tại STRI được thực hiện bằng chương trình phần mềm Comsol Multiphysics. Một ví dụ thực tế về tính toán như vậy cho các điều kiện dịch vụ thực như sau:
Mô hình cánh tay đòn cách điện được lắp trên pha giữa ở một bên của tháp (như trong Hình 6). Các pha được bố trí để mô phỏng trường hợp xấu nhất theo quan điểm điện trường, tức là pha trung tâm tiếp xúc với trường E cao nhất do hai pha liền kề ở cùng một phía của tháp nằm gần nhau. Theo yêu cầu của khách hàng, điện áp được đặt là Um=420 kV. Do đó, hiệu điện thế đặt ở tâm pha là 420 / √3 kV. Điện áp hai pha trên và dưới pha tâm là 420 / √3 kV lệch pha 120 °. Thông thường chỉ có 10 đến 12 cặp nhà kho được lập mô hình, dựa trên kinh nghiệm trước đó với các tính toán tương tự, cho thấy rằng chỉ những nhà kho gần nhất với phụ kiện mới được tiếp xúc với điện trường cao nhất. Làm cho giả định này cho phép giảm thời gian mô hình hóa.
Hai vật liệu chính được tính đến cho phép tính này là không khí và cao su silicone. Hằng số điện môi (độ cho phép tương đối) được sử dụng cho thanh sợi thủy tinh giống như đối với silicone, tức là 3,0, nhưng vì độ cho phép tương đối thực tế thấp hơn đối với silicone, nên tính toán hơi thận trọng. Lý do quan trọng nhất để đơn giản hóa tính toán theo cách này là làm cho việc chia lưới dễ dàng hơn và cho phép tính toán chạy nhanh hơn. Hình 3 cho thấy các kết quả điển hình.
