Fortschritte bei der Standardisierung der empfohlenen Kriechstrecke in Gleichstrom

Die heutige Forderung, erneuerbare Energien in die Energieversorgung zu integrieren, macht die HGÜ-Übertragung zu einer viel interessanteren Option als in der Vergangenheit. Dies wird durch Faktoren ausgelöst, wie z. B. dass HGÜ-Systeme in Bezug auf die erforderlichen Ausrüstungsinvestitionen (Konverterstationen, Freileitungen usw.) möglicherweise kostengünstiger sind, dass die elektrischen Verluste geringer sind und dass die Vorfahrten für einen bestimmten Energietransport schmaler sind Szenario.

Im Betrieb muss die Außenisolierung allen Spannungs- und Umweltbelastungen standhalten. Die Verschmutzungsleistung ist besonders wichtig bei der Auslegung der Isolationskoordination und wird zum bestimmenden Faktor bei Gleichstrom. Herkömmliche Glas- und Porzellanisolatoren waren früher die einzigen Optionen, und die Erfahrung in Kombination mit der Forschung lieferte ein gutes Verständnis der Überschlagsmechanismen unter Verwendung von Modellen, die von Obenaus, Rizk und anderen entwickelt wurden. Auf dieser Grundlage könnte das Isolationsdesign so angepasst werden, dass es in vielen Situationen gut funktioniert. Eine Reihe von Bedingungen vor Ort, z. B. eine starke Verschmutzung und/oder geringe Niederschläge, verursachten jedoch eine instabile Leistung in Wüsten, Tunneln und Küstengebieten. Mit der Entwicklung nichtkeramischer Werkstoffe, Das Konzept eines Verbund-/Polymerisolators wurde eingeführt und ermöglichte eine verbesserte Leistung aufgrund einer anderen Isolatorgeometrie (kleinere Durchmesser) und eines anderen Oberflächenverhaltens (Hydrophobie) unter Verschmutzung. Es war Teil der Lernkurve, dass die Ursachen und Mechanismen des Versagens anders waren als bei herkömmlichen Isolatoren, und frühere Analysen der Betriebserfahrung mit verschiedenen Materialien und Designs bleiben auch heute noch gültig. Beispielsweise hat CIGRE mehrere Dokumente veröffentlicht, die das Verhalten unter Verschmutzung behandeln, um die Normungsarbeit von IEC TC 36 WG 11 zu unterstützen, darunter: Es war Teil der Lernkurve, dass die Ursachen und Mechanismen des Versagens anders waren als bei herkömmlichen Isolatoren, und frühere Analysen der Betriebserfahrung mit verschiedenen Materialien und Designs bleiben auch heute noch gültig. Beispielsweise hat CIGRE mehrere Dokumente veröffentlicht, die das Verhalten unter Verschmutzung behandeln, um die Normungsarbeit von IEC TC 36 WG 11 zu unterstützen, darunter: Es war Teil der Lernkurve, dass die Ursachen und Mechanismen des Versagens anders waren als bei herkömmlichen Isolatoren, und frühere Analysen der Betriebserfahrung mit verschiedenen Materialien und Designs bleiben auch heute noch gültig. Beispielsweise hat CIGRE mehrere Dokumente veröffentlicht, die das Verhalten unter Verschmutzung behandeln, um die Normungsarbeit von IEC TC 36 WG 11 zu unterstützen, darunter:

• CIGRE TF 33.04.01: Verschmutzte Isolatoren: Ein Überblick über aktuelles Wissen. Technische Broschüre 158, 2000,

• CIGRE WG C4.303: Außenisolierung unter verschmutzten Bedingungen: Richtlinien für die Auswahl und Dimensionierung – Teil 1: Allgemeine Grundsätze und der AC-Fall. Technische Broschüre 361, 2008,

• CIGRE WG C4.303: Außenisolierung unter verschmutzten Bedingungen: Richtlinien für die Auswahl und Dimensionierung – Teil 2: Der DC-Fall. Technische Broschüre 518, 2012.

Das erste Dokument aus dem Jahr 2000 sammelte Informationen über die Leistung von Glas-, Porzellan- und Polymerisolatoren. Auf dieser Grundlage konnte CIGRE SC C4 angesichts der Vielzahl unterschiedlicher Gehäusematerialien, Isolatortypen und Anwendungen spezifischere Richtlinien für die Auswahl und Dimensionierung von Isolierungen im Außenbereich bereitstellen. Es wurden zwei zusätzliche Dokumente veröffentlicht, die AC- (2008) und DC-Fälle (2012) von Isolierungen im Freien behandeln. Ein Hauptelement dieser Leitfäden war eine leistungsbasierte Methodik, die Feld- und Laborerfahrung berücksichtigte. Während der Erstellung dieser Dokumente wurde eine enge Zusammenarbeit mit IEC TC 36 WG 11 hergestellt, die für die Überarbeitung und Aktualisierung der IEC 60815 „Auswahl und Dimensionierung von Hochspannungsisolatoren für verschmutzte Bedingungen“, die erstmals 1986 veröffentlicht wurde, verantwortlich war.

• IEC/TS 60815-1 Ed. 1: 2008: Auswahl und Dimensionierung von Hochspannungsisolatoren für den Einsatz unter verschmutzten Bedingungen – Teil 1: Definitionen, Informationen und allgemeine Grundsätze,

• IEC/TS 60815-2 Ed. 1: 2008: Auswahl und Dimensionierung von Hochspannungsisolatoren für den Einsatz unter verschmutzten Bedingungen – Teil 2: Keramik- und Glasisolatoren für Wechselstromsysteme,

• IEC/TS 60815-3 Ed. 1: 2008: Auswahl und Dimensionierung von Hochspannungsisolatoren für den Einsatz unter verschmutzten Bedingungen – Teil 3: Polymerisolatoren für Wechselstromsysteme.

Mit der Verfügbarkeit der Technischen Broschüre 518 als Leitfaden zur Gleichstromverschmutzung wurde die Arbeit von IEC/TS 60815-4 Ed. 1.0 mit dem Titel „Auswahl und Dimensionierung von Hochspannungsisolatoren für den Einsatz unter verschmutzten Bedingungen – Teil 4: Isolatoren für Gleichstromsysteme“ fortgesetzt und führte zu einem Community Draft zur Abstimmung. Aufgrund des relativen Mangels an Erfahrung in DC- und AC-Anwendungen fasst dieses Dokument Empfehlungen für Keramik-, Glas- und Polymerisolatoren zusammen.

In Bezug auf den Inhalt der Technischen Broschüre 518 überprüfte und analysierte die CIGRE WG C4.303 die verfügbare Praxis und Erfahrung für bis zu 50 Dienstjahre. Der Leitfaden kann als das „Herzstück“ der IEC 80615-4 angesehen werden und ist zu einem wichtigen Werkzeug für die Auswahl der Außenisolierung unter den aktuellen HGÜ-Systemanforderungen, Umgebungsbedingungen und den neuesten Isolatortechnologien geworden. Während in HVAC-Systemen das Schalt- und Blitzverhalten die dominierenden Faktoren sind, die sich hauptsächlich auf die Gesamtlänge der Isolierung auswirken, wird die Länge in HVDC hauptsächlich durch den Bedarf an Kriechstrecke bestimmt. Dies ist auf ein stabiles elektrostatisches Feld entlang des Isolators zurückzuführen, das in Verbindung mit den vorherrschenden Winden zu einer kontinuierlichen Ansammlung von Schadstoffen auf der Oberfläche führt. Diese sind typischerweise 1- bis 4-mal stärker als bei vergleichbarer HLK-Isolierung in der gleichen Betriebsumgebung. Die Situation wird noch dadurch verschlimmert, dass Leckströme in der Verschmutzungsschicht keine natürlichen Stromnullstufen erfahren. Infolgedessen kann sich ein Trockenband-Lichtbogen als ziemlich zerstörerisch erweisen, und die thermisch stimulierte Bewegung eines Gleichstromlichtbogens kann die Kriechstrecke unwirksam machen.

Langzeiterfahrungen im DC haben gezeigt, dass bei Gehäusematerialien mit dauerhaft hydrophobem Verhalten ein schadstoffinduzierter Überschlag unwahrscheinlich ist. Bei einem vorübergehenden Verlust der Hydrophobie kann der thermische Effekt von Trockenbandentladungen jedoch schwerwiegendere Schäden verursachen als im entsprechenden Wechselstromfall (siehe auch Technische Broschüre 611, veröffentlicht 2015, mit dem Titel „Feasibility Study for a DC Tracking & Erosion Test “). Laufende Forschungen – insbesondere für ein Testverfahren zur Quantifizierung der Beibehaltung und Übertragung der Hydrophobie – haben gezeigt, dass moderne HTV-Formulierungen von Silikonkautschuk (dh mit hohem ATH-Gehalt für überlegene Erosionsbeständigkeit) hervorragende hydrophobe Eigenschaften aufweisen und daher auch eine ausgezeichnete Wahl für DC-Anwendungen sind .

Dr. Frank Schmuck

www.inmr.com/progress-standardizing-recommended-creepage-in-dc