MATERIALI E TECNOLOGIE ELETTRICHE CONTAMINAZIONE …

CORSO DI

MATERIALI E

TECNOLOGIE ELETTRICHE

CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE

Prof. Giovanni LupòProf. Giovanni LupòDipartimento di Ingegneria ElettricaDipartimento di Ingegneria ElettricaUniversità di Napoli Federico IIUniversità di Napoli Federico II

Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica –– III anno III anno –– II semestreII semestrea.a. 2009/10 a.a. 2009/10

––IXIX‐‐

CdL Ing. Elettrica ‐Materiali e Tecnologie Elettriche 2009/10 ‐IX‐ 2

CONTAMINAZIONE DI ISOLAMENTI PER ESTERNO(outdoor pollution)

•• contaminazione costiera (salt pollution)contaminazione costiera (salt pollution)

•• contaminazione industriale e agricola (dry pollution)contaminazione industriale e agricola (dry pollution)

•• altri agenti naturali od artificiali (environmental pollution)altri agenti naturali od artificiali (environmental pollution)

•• modelli di flashovermodelli di flashover

•• progettazione isolamenti per esterno (antiprogettazione isolamenti per esterno (anti‐‐pollution criteria)pollution criteria)

•• raccomandazioni internazionali (IEC recommendations)raccomandazioni internazionali (IEC recommendations)

•• prove di laboratorio (standard tests)prove di laboratorio (standard tests)




SALT POLLUTIONSALT POLLUTION

•• Sale polverizzato (nebbia marina o Sale polverizzato (nebbia marina o salt fogsalt fog) lungo le coste (fino a ) lungo le coste (fino a 100 km in Sardegna)100 km in Sardegna)

•• Formazione di deposito irregolare conduttore (elettrolitico) sulFormazione di deposito irregolare conduttore (elettrolitico) sulle le superfici isolanti esposte; crescita del depositosuperfici isolanti esposte; crescita del deposito

•• Campo di corrente superficiale (radiale) particolarmente intensoCampo di corrente superficiale (radiale) particolarmente intensoin vicinanza degli elettrodi; formazione di zone asciutte (in vicinanza degli elettrodi; formazione di zone asciutte (dry dry bandsbands) irregolari) irregolari

•• Innesco e propagazione di scarica superficiale (Innesco e propagazione di scarica superficiale (flashover)flashover) sulle sulle zone asciutte (modello di Obenaus)zone asciutte (modello di Obenaus)


DRY POLLUTIONDRY POLLUTION

•• Polveri industriali e fumi Polveri industriali e fumi

•• Formazione di deposito irregolare non conduttore sulle superficiFormazione di deposito irregolare non conduttore sulle superficiisolanti esposte; agenti leganti (isolanti esposte; agenti leganti (bindersbinders) e meccanismo di adesione ) e meccanismo di adesione (cementificazione)(cementificazione)

•• Formazione di stato pastoso superficiale idrofilo con significatFormazione di stato pastoso superficiale idrofilo con significativo ivo assorbimento dassorbimento d’’acqua per pioggia leggera o rugiada (acqua per pioggia leggera o rugiada (dew pointdew point); ); idrolisi e conduzione superficialeidrolisi e conduzione superficiale

•• Innesco e propagazione di scarica superficiale (Innesco e propagazione di scarica superficiale (flashover)flashover) sulle sulle zone asciutte (modello di Obenaus)zone asciutte (modello di Obenaus)


ENVIRONMENTAL POLLUTIONENVIRONMENTAL POLLUTION

•• Polveri ambientali naturali o legati a lavori agricoliPolveri ambientali naturali o legati a lavori agricoli

•• Irrorazione di prodotti per lIrrorazione di prodotti per l’’agricoltura agricoltura

•• Prodotti volatili ambientali (polline, piume, Prodotti volatili ambientali (polline, piume, ……))

•• deposito di sabbie finissime deposito di sabbie finissime

•• PioggiaPioggia

•• NeveNeve

•• GhiaccioGhiaccio

•• smogsmog




VALUTAZIONE DELLA CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE

SALINITÀEQUIVALENT SALT DEPOSIT DENSITY (ESSD)

• Salinità equivalente definita con misura di conducibilità comparata col sale marino [kg/m3]≡ [mg/cm3]

• Deposito salino equivalente [mg/cm2]

[ ][ ] [ ]

[ ]

isolatoredell' esposta areaAdepositodelvolume

tecontaminandepositodeleequivalentsalinità

2

33

2/

/

τ

τ

S

A

SESSD

cm

cmcmmgcmmg

=


LIVELLI DI CONTAMINAZIONE


MODELLI DI FLASHOVERMODELLI DI FLASHOVER


CRITERI DI FLASHOVER CRITERI DI FLASHOVER in geometrie semplificatein geometrie semplificate

‐‐L’arco avanza se il campo nel canale di scarica è inferiore a quL’arco avanza se il campo nel canale di scarica è inferiore a quello del ello del nel deposito in serie (Obenaus, Hampton)nel deposito in serie (Obenaus, Hampton)

‐‐La scarica è totale se raggiunge il 57% della lunghezza totale (La scarica è totale se raggiunge il 57% della lunghezza totale (Alston, Alston, Zolediowski)Zolediowski)

‐‐ La scarica totale a 50 Hz presuppone il raggiungimento di un vLa scarica totale a 50 Hz presuppone il raggiungimento di un valore alore IImaxmax del picco di corrente (Verma)del picco di corrente (Verma)


Modello statico

( ) ( )( )

nn

pn

c

c

narcarc

arcparcca

rAEcriticocampo

nllcriticalunghezza

MayrtilAtv

tillrtvvvtv

++

−

=

+=

=

−+++=

111

1

)1943,()(

)()(

llarc lp

rp

catodoanodo

vvarc

i


Modello dinamico

( ) ( )( )

o

o

o

arcarcarc

oarcarc

arc

o

QQ

arc

arcarcarc

arcparcca

NQ

Nirr

dtdr

perdutatermicapotenzaNNiEdt

drrQ

dtdQ

arconellupenergiaQer

tilrtv

tillrtvvvtv

o

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

−=−=

=

=

−+++=

−

ττ

α

;1

)(

'..;

)(

)()(

2

0


FLASHOVER DAMAGE


Danno da contaminazione secca (miniera)


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.


Withstand Characteristics of the cap‐and‐pin insulatorexposed to pollution over the second period at the

selected localities.


ANTIANTI‐‐POLLUTION CRITERIAPOLLUTION CRITERIAGuida CIGRE Guida CIGRE –– IEC 60815IEC 60815




INTERNATIONAL RECOMMENDATIONSINTERNATIONAL RECOMMENDATIONS

IEC 36IEC 36

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)IEC 60815 (2008)

IEC 60433 (1998)IEC 60433 (1998)

Selection and dimensioning of high‐voltage insulators intended for use in polluted conditions –

Part 1: Definitions, information and general principlesPart 2: Ceramic and glass insulators for a.c. systems

Part 3: Polymer insulators for a.c. systems


ANTIANTI‐‐POLLUTION CRITERIAPOLLUTION CRITERIAGuida CIGRE (2010)Guida CIGRE (2010)–– IEC 60815 (2008)IEC 60815 (2008)



DISTANZE DI ISOLAMENTOCLEARANCE AND CREEPAGE DISTANCE

• Clearance distanza minima in aria• Creepage lunghezza del profilo (linea di fuga)


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


Normale

Aerodinamico

Antinebbia


ANTIANTI‐‐POLLUTION CRITERIAPOLLUTION CRITERIAMinimum creepage distance [mm/kV]Minimum creepage distance [mm/kV]


PROVE STANDARD IEC

• Metodo della nebbia salina (salt fog tests)• Metodo della nebbia pulita (clean fog test)• Metodo del contaminante bagnato (wet contaminant

test)



CAMERA A NEBBIA (Fog chamber)


CIRCUITO DI PROVA


CORRENTI SUPERFICIALI (leakage currents)


RILIEVO DELL’INVILUPPO DELLA CORRENTE SUPERFICIALE

‐Analisi spettrale della corrente

‐ Analisi statistica dello spettro e dell’inviluppo


ESEMPIO DI DATI COMPARABILI (Imax=92 mA)


MISURE AUSILIARIE : INGRASSAGGIO


MISURE AUSILIARIE II

• ‐ Rivestimenti siliconici RTV (room temperature vulcanizing)• ‐ Rivestimenti semiconduttori (ossido di stagno e di antimonio)• ‐ Lavaggi sotto tensione


STUDIO DI CAMPI



Distribuzione di campo lungo il profilo di un isolatore cappa e perno contaminato


DIMENSIONAMENTO ISOLAMENTI AT CONTAMINATI(India Authority 2008)


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• Fine MTE_09

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