CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE

CORSO DI

MATERIALI  E

TECNOLOGIE ELETTRICHE

CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE

Prof. Giovanni Lupò Prof. Giovanni Lupò

Dipartimento di Ingegneria Elettrica

Dipartimento di Ingegneria Elettrica

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 flashover modelli di flashover

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

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

SALT POLLUTION SALT POLLUTION

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

100 km in Sardegna)

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

superfici isolanti esposte; crescita del deposito

• • Campo di corrente superficiale (radiale) particolarmente intenso Campo di corrente superficiale (radiale) particolarmente intenso in vicinanza degli elettrodi; formazione di zone asciutte (

in vicinanza degli elettrodi; formazione di zone asciutte ( dry  dry  bands

bands) irregolari ) irregolari

• • Innesco e propagazione di scarica superficiale ( Innesco e propagazione di scarica superficiale ( flashover) flashover) sulle  sulle 

DRY POLLUTION DRY POLLUTION

• • Polveri industriali e fumi  Polveri industriali e fumi 

• • Formazione di deposito irregolare non conduttore sulle superfici Formazione di deposito irregolare non conduttore sulle superfici isolanti esposte; agenti leganti  (

isolanti esposte; agenti leganti  (binders binders) e meccanismo di adesione  ) e meccanismo di adesione  (cementificazione)

(cementificazione)

• • Formazione di stato pastoso superficiale idrofilo con significat Formazione di stato pastoso superficiale idrofilo con significat ivo  ivo  assorbimento d

assorbimento d ’ ’ acqua per pioggia leggera o rugiada ( acqua per pioggia leggera o rugiada ( dew point dew point );  ); 

idrolisi e conduzione superficiale idrolisi 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 POLLUTION ENVIRONMENTAL POLLUTION

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

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

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

• • deposito di sabbie finissime  deposito di sabbie finissime 

• • Pioggia Pioggia

• • Neve Neve

• • Ghiaccio Ghiaccio

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 ] 

[ ] [ ] [ ]

[ ]

isolatore dell'

esposta area

A

deposito del

volume

te contaminan deposito

del e equivalent salinità

2 3 3

2

/ /

τ

τ S

A S

ESSD

cm cm cm

mg cm

mg =

LIVELLI DI CONTAMINAZIONE

MODELLI DI FLASHOVER

MODELLI DI FLASHOVER

CRITERI DI FLASHOVER  CRITERI DI FLASHOVER 

in geometrie semplificate in geometrie semplificate

‐L’arco avanza se il campo nel canale di scarica è inferiore a qu ‐ L’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 valore  La scarica totale a 50 Hz presuppone il raggiungimento di un v alore 

I I _{max max} del picco di corrente (Verma) del picco di corrente (Verma)

Modello statico

( ) ( )

( )

n n n c

n arc arc

arc p

arc c

a

r A E

critico campo

n l l

critica lunghezza

Mayr t

i l A t

v

t i l l r t

v v v

t v

+ +

−

=

= +

=

− +

+ +

=

1 1

1

1

) 1943 ,

( )

(

) ( )

(

l

l

l

r

catodo anodo

v v _arc

i

Modello dinamico

( ) ( )

( )

o arc

arc arc

o Q Q arc

arc arc arc

arc p

arc c

a

Q i

r r

dr

perduta termica

potenza N

N i dt E

dr r

Q dt

dQ

arco nell

u p energia Q

e r

t i l r t

v

t i l l r t

v v

v t

v

o

⎞ =

⎛ −

=

−

=

−

=

=

=

− +

+ +

=

−

τ α

) (

' .

.

; )

(

) ( )

(

2

0

FLASHOVER DAMAGE

Danno da contaminazione secca (miniera)

Caratteristica di scarica di isolatori contaminati 

(Rumeli et al. 1990)

Withstand Characteristics of the cap‐and‐pin insulator

exposed to pollution over the second period at the

ANTI ANTI ‐ ‐ POLLUTION CRITERIA POLLUTION CRITERIA Guida CIGRE 

Guida CIGRE  – – IEC 60815 IEC 60815

INTERNATIONAL RECOMMENDATIONS INTERNATIONAL RECOMMENDATIONS

IEC 36 IEC 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 –

ANTI ANTI ‐ ‐ POLLUTION CRITERIA POLLUTION CRITERIA Guida CIGRE (2010)

Guida CIGRE (2010) – – IEC 60815 (2008) IEC 60815 (2008)

DISTANZE DI ISOLAMENTO

CLEARANCE 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

ANTI‐ ANTI ‐POLLUTION CRITERIA POLLUTION CRITERIA

Minimum 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

ESEMPIO DI DATI COMPARABILI (I _max =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