CORSO DI MATERIALI E TECNOLOGIE ELETTRICHE CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE Prof. Giovanni Lupò Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università di Napoli Federico II Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica III anno II semestre a.a. 2009/10 IX
CONTAMINAZIONE DI ISOLAMENTI PER ESTERNO (outdoor pollution) contaminazione costiera (salt pollution) contaminazione industriale e agricola (dry pollution) altri agenti naturali od artificiali (environmental pollution) modelli di flashover progettazione isolamenti per esterno (anti pollution criteria) raccomandazioni internazionali (IEC recommendations) prove di laboratorio (standard tests) 2
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SALT POLLUTION Sale polverizzato (nebbia marina o salt fog) ) lungo le coste (fino a 100 km in Sardegna) Formazione di deposito irregolare conduttore (elettrolitico) sulle le superfici isolanti esposte; crescita del deposito Campo di corrente superficiale (radiale) particolarmente intenso in vicinanza degli elettrodi; formazione di zone asciutte (dry( bands) ) irregolari Innesco e propagazione di scarica superficiale (flashover)( sulle zone asciutte (modello di Obenaus) 5
DRY POLLUTION Polveri industriali e fumi Formazione di deposito irregolare non conduttore sulle superfici isolanti esposte; agenti leganti (binders( binders) ) e meccanismo di adesione (cementificazione) Formazione di stato pastoso superficiale idrofilo con significativo ivo assorbimento d acqua d per pioggia leggera o rugiada (dew( point); idrolisi e conduzione superficiale Innesco e propagazione di scarica superficiale (flashover)( sulle zone asciutte (modello di Obenaus) 6
ENVIRONMENTAL POLLUTION Polveri ambientali naturali o legati a lavori agricoli Irrorazione di prodotti per l agricoltura l Prodotti volatili ambientali (polline, piume, ) deposito di sabbie finissime Pioggia Neve Ghiaccio smog 7
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VALUTAZIONE DELLA CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE SALINITÀ EQUIVALENT SALT DEPOSIT DENSITY (ESSD) Salinità equivalente definita con misura di conducibilità comparata col sale marino [kg/m 3 ] [mg/cm 3 ] Deposito salino equivalente [mg/cm 2 ] S 3 [ ] τ 3 mg / cm [ cm ] ESSD 2 [ ] = mg / cm A 2 [ cm ] S salinità equivalente del deposito τ volume del deposito A area esposta dell'isolatore contaminante 10
LIVELLI DI CONTAMINAZIONE 11
MODELLI DI FLASHOVER 12
CRITERI DI FLASHOVER in geometrie semplificate L arco avanza se il campo nel canale di scarica è inferiore a quello del nel deposito in serie (Obenaus, Hampton) La scarica è totale se raggiunge il 57% della lunghezza totale (Alston,( Zolediowski) La scarica totale a 50 Hz presuppone il raggiungimento di un valore v max del picco di corrente (Verma) I max 13
Modello statico v( t) v arc anodo = v a ( t) = l arc + v Al catodo c arc + v i l i v arc v n arc () t l p r p ( t) + r p ( l l )( i t) arc ( Mayr,1943) lunghezza critica campo critico E l c c l = 1+ n = A 1 1+ n r n 1+ n p 14
Modello dinamico v( t) v arc dr dt arc = v a ( t) = r rarc = α e dq Q = dt r + v arc Q Q o arc o l c + v arc ; i dr dt () t arc r = arc 1 τ arc rarci N ( t) + r o E arc p ( l l ) i( t) i N o Q N arc Q energia p. u. nell' arco = 2 ; τ = o o ( N 0 potenza termica perduta) 15
FLASHOVER DAMAGE 16
Danno da contaminazione secca (miniera) 17
Caratteristica di scarica di isolatori contaminati (Rumeli et al. 1990) Withstand characteristics of the longrod insulatorexposed to pollution over the second period at the selected localities. 18
Withstand Characteristics of the cap and pin insulator exposed to pollution over the second period at the selected localities. 19
ANTI POLLUTION CRITERIA Guida CIGRE IEC 60815 20
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INTERNATIONAL RECOMMENDATIONS IEC 36 IEC 60433 (1998) Insulators for overhead lines with a nominal voltage above 1 000 V Ceramic insulators for a.c. systems Characteristics of insulator unitsof the long rod type IEC 60815 (2008) Selection and dimensioning of high voltage insulators intended for use in polluted conditions Part 1: Definitions, information and general principles Part 2: Ceramic and glass insulators for a.c. systems Part 3: Polymer insulators for a.c. systems 23
ANTI POLLUTION CRITERIA Guida CIGRE (2010) IEC 60815 (2008) 24
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DISTANZE DI ISOLAMENTO CLEARANCE AND CREEPAGE DISTANCE Clearance distanza minima in aria Creepage lunghezza del profilo (linea di fuga) 26
FSPК 120 25/1,5 Rated voltage 25 kv Operating voltage 27.5 kv Creepage distance 1500 mm Failing load, tension 120 kn Failing torque 6.0 knm One minute 50 Hz withstand voltage, dry 145 kv One minute 50 Hz withstand voltage, wet: in horizontal position 125 kv in vertical position 70 kv Lightning impulse withstand voltage 240 kv Mass 8.9 kg 27
Aerodinamico Normale Antinebbia 28
ANTI POLLUTION CRITERIA Minimum creepage distance [mm/kv] 29
PROVE STANDARD IEC Metodo della nebbia salina (salt fog tests) Metodo della nebbia pulita (clean fog test) Metodo del contaminante bagnato (wet contaminant test) 30
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CAMERA A NEBBIA (Fog chamber) 32
CIRCUITO DI PROVA 33
CORRENTI SUPERFICIALI (leakage currents) 34
RILIEVO DELL INVILUPPO DELLA CORRENTE SUPERFICIALE Analisi spettrale della corrente Analisi statistica dello spettro e dell inviluppo 35
ESEMPIO DI DATI COMPARABILI (I max =92 ma) 36
MISURE AUSILIARIE : INGRASSAGGIO 37
MISURE AUSILIARIE II Rivestimenti siliconici RTV (room temperature vulcanizing) Rivestimenti semiconduttori (ossido di stagno e di antimonio) Lavaggi sotto tensione 38
STUDIO DI CAMPI 39
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Distribuzione di campo lungo il profilo di un isolatore cappa e perno contaminato 41
DIMENSIONAMENTO ISOLAMENTI AT CONTAMINATI (India Authority 2008) 42
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