6. DESCRCRI SUPERFICIALE

Foarte frecvent, n practic, construciile electroizolante sunt formate din dou sau mai multe materiale dielectrice aflate n stri de agregare diferite. Categoria cea mai numeroas este aceea a izolatoarelor liniilor electrice aeriene i a echipamentelor din staiile de transformare. La liniile electrice aeriene cele dou medii izolante sunt porelanul (sau sticla, materialele compozite etc) i aerul atmosferic. Izolaia intern a transformatoarelor sau cea a ntreruptoarelor este i ea format din materiale solide (hrtie, carton, textolit, produse pe baz de mic etc) i lichide (ulei electroizolant).

La suprafeele de separaie dintre doi dielectrici aflai n stri de agregare diferite (solid gazoas, solid lichid sau lichid gazoas) apar descrcri superficiale dealungul acestor suprafae. Situaiile cele mai frecvente sunt cele n care descrcarea are loc pe suprafaa unui dielectric solid aflat n aer. Acest tip de descrcare mai poart denumirea i de conturnare a dielectricului solid.

Prin introducerea unui dielectric solid ntre doi electrozi aflai n aer tensiunea disruptiv a intervalului respectiv se diminueaz. Descrcarea n acest caz poate s se propage prin volumul dielectricului solid, cnd se numete strpungere (calea a din figura 6.1), sau prin aer, pe suprafaa acestuia, cnd se numete conturnare (calea b din figura 6.1) i descrcare superficial n ulei (calea c din figura 6.1).

Prin perforare (strpungere) dielectricul i pierde calitile sale electroizolante, putnd fi chiar distrus, n timp ce dup conturnare el i revine la proprietile iniiale. De aceea n realizarea construciilor electroizolante este de dorit ca tensiunea de conturnare s fie mai mic dect cea de strpungere, pentru a se produce o conturnare, nu o strpungere.

Dac suprafaa de separaie dintre materialele izolatoare nu este echipotenial, de-a lungul acesteia poate s apar o descrcare electric la o valoare a tensiunii aplicate cu att mai redus cu ct cmpul electric este mai neuniform.

Mrimea tensiunii de conturnare depinde de: natura dielectricului solid, de starea i forma suprafeei sale, de dimensiunile sale, distribuia cmpului electric n intervalul dintre electrozi, condiiile de mediu (presiune, umiditate, temperatur etc), forma tensiunii aplicate. Modul de dezvoltare al descrcrii depinde n mare msur de forma cmpului electric. Se pot considera urmtoarele trei situaii caracteristice:

- cmp uniform;

- cmp neuniform cu componenta perpendincular pe suprafaa dielectricului solid mai mic dect cea paralel cu suprafaa (E((E();

- cmp neuniform cu componenta perpendicular pe suprafaa dielectricului solid mai mare dect cea paralel cu suprafaa (E((E().

6.1. Conturnarea n cmp uniform

Izolatoare plasate n cmp uniform nu se ntlnesc, practic, n construciile electroizolante. Acest caz prezint, ns, importan teoretic pentru explicarea unor fenomene care contribuie la formarea descrcrii i la obinerea unei tensiuni de conturnare mai mic dect tensiunea de strpungere a intervalului de aer dintre electrozi n lipsa materialului electroizolant.

Acest tip de conturnare se produce n cazul unui sistem de electrozi plan paraleli cu marginile curbate, n care cmpul este uniform, dielectricul fiind astfel plasat nct suprafeele sale care nu au contact cu electrozii s fie paralele cu liniile de cmp (fig. 6.2, a).

Introducerea unui dielectric ntre dou plci metalice cu marginile rsfrnte nu afecteaz, teoretic, configuraia de cmp uniform existent n lipsa acestuia. Nu se modific intensitatea cmpului electric datorit prezenei dielectricului solid, dar apare o intensificare a lui n interstiiile de aer care pot exista la contactul dintre electrozi i dielectric.

a.

b.

c.

Fig. 6.2. Dielectric plasat n cmpuri electrice tipice: a cmp uniform; b cmp puternic neuniform cu E((E(; c - cmp puternic neuniform cu E((E(.

Experimental, ns se constat c tensiunea de conturnare este mai redus dect tensiunea de descrcare ntre aceeai electrozi n lipsa dielectricului solid. Scderea rigiditii dielectrice a intervalului se explic prin prezena interstiiilor de aer ntre electrozi i dielectric precum i prin higroscopicitatea dielectricului.

n interstiiile de aer care apar n zona contactului imperfect (n figura 6.3 este indicat, n mod exagerat, zona de contact imperfect) intensitatea cmpului electric E1 (n aer) atinge valori ridicate fa de intensitatea E2 a cmpului electric n dielectricul solid cu permitivitatea (2 = (2,5 ... 6) (1.

Din conservarea componentelor normale ale induciei electrice la suprafaa de separaie dintre cele dou medii rezult:

(6.1)

Datorit intensificrii cmpului, n interstiiile de aer apar fenomene de ionizare mult mai devreme dect n restul intervalului. Sarcinile electrice produse de aceste procese de ionizare se repartizeaz pe suprafaa dielectricului, favoriznd formarea descrcrii superficiale. Chiar n cazul unui contact perfect ntre electrozi i dielectricul solid, tensiunea de conturnare este inferioar tensiunii disruptive a intervalului n lipsa dielectricului solid. Valorile cele mai sczute ale tensiunii de conturnare se obin la aciunea de durat a tensiunii continue (curba 3 din figura 6.4) sau a tensiunii alternative de frecven industrial (curba 4 din figura 6.4). La aciunea de scurt durat a tensiunii de impuls, tensiunea de conturnare este mai mare (curba 2 din figura 6.4) fr a atinge, ns, tensiunea disruptiv a intervalului de aer fr dielectric solid (curba 1, figura 6.4).

Realizarea unui contact ct mai bun ntre dielectric i electrozi este una dintre cele mai importante condiii pentru obinerea unor performane ridicate ale construciilor izolante n cmp uniform.

Fig. 6.4. Variaia tensiunii de conturnare la epruvete din sticl la diverse tensiuni aplicate: 1 tensiunea disruptiv a intervalului de aer; 2 - impuls de tensiune; 3 - tensiune continu 4 tensiune alternativ de frecven industrial

Influena umiditii aerului asupra tensiunii de conturnare este important numai pentru valori mari ale umiditii relative (peste 60%) i pentru tensiuni aplicate lent variabile (tensiuni continue sau alternative de frecven industrial). n cazul tensiunilor de impuls sau pentru umiditi sczute, influena umiditii aerului este nesemnificativ.

n prezena umiditii din aer pe suprafaa dielectricului solid se formeaz o pelicul de ap. Deoarece apa posed o conductivitate ionic, ionii din stratul superficial se deplaseaz sub aciunea cmpului electric ctre electrozi. Din cauza grosimii foarte mici a peliculei de ap deplasarea acestora se face cu o vitez foarte mic i ca urmare ajung n primul rnd la electrozi ionii aflai n poriunile direct nvecinate acestora. n urma neutralizrii lor la electrozi, n apropierea fiecrui electrod se acumuleaz sarcini de aceeai polaritate cu a electrodului respectiv, sarcini care produc o modificare a repartiiei cmpului, mai ales n apropierea electrozilor. Cmpul devenind aici neuniform, tensiunea de amorsare a descrcrii devine mai mic.

ntruct procesul de acumulare a sarcinilor n apropierea electrozilor se produce cu vitez redus, tensiunea de conturnare va depinde de durata de aplicare a tensiunii, ceea ce se i observ din examinarea curbelor din figura 6.4. n cazul tensiunilor de impuls, durata de aplicare a tensiunii este foarte scurt, deplasarea sarcinilor electrice limitat i deci influena umiditii este nesemnificativ.

Limitarea influenei umiditii aerului asupra valorii tensiunilor de descrcare superficial se face n special prin utilizarea de materiale nehigroscopice.

6.2. Conturnarea n cmp neuniform

6.2.1. Conturnarea n cmp puternic neuniform cu componenta tangenial predominant

Configuraiile electrozilor izolatoarelor folosite n instalaiile de nalt tensiune sunt foarte diverse iar cmpul electric ntre acetia este, n general, puternic neuniform.

n cazul prezenei unui dielectric solid ntr-un interval cu cmp neuniform se obine de asemenea o scdere a tensiunii de conturnare n raport cu tensiunea disruptiv, dar reducerea este mai puin pronunat dect n cazul cmpului uniform.

Umiditatea aerului i higroscopicitatea superficial a dielectricului solid au aceeai influen ca i n cazul cmpului uniform, ns micorarea tensiunii de conturnare cu creterea higroscopicitii superficiale este n acest caz mai puin evident deoarece cmpul fiind deja neuniform, neuniformitatea lui n plus datorit acumulrilor de sarcini din apropierea electrozilor este neesenial.

Mecanismul de formare a conturnrii n cmp puternic neuniform depinde de unghiul sub care liniile de cmp electric intersecteaz suprafaa dielectricului solid. Se pot deosebi dou tipuri de conturnare:

- conturnarea n cmp puternic neuniform avnd predominant componenta tangenial a intensitii cmpului pe suprafaa dielectricului (figura 6.2, b);

- conturnarea n cmp puternic neuniform avnd predominant componenta normal a intensitii cmpului electric pe suprafaa dielectricului (figura 6.2, c).

Primul tip de conturnare este caracteristic izolatorului suport, tij i lanului de izolatoare iar cel de-al doilea, izolatorului de trecere.

Procesul de conturnare a izolatorului suport ncepe cu apariia unei descrcri corona la electrodul la care intensitatea cmpului e mai mare, adic la electrodul aflat sub tensiune. Apoi, canalele descrcrii se extind pe suprafaa izolatorului, de-a lungul liniilor cmpului electric, pn ating electrodul opus legat la pmnt. Pentru mrirea tensiunii de conturnare izolatorul se prevede cu nervuri mai ales n apropierea electrodului aflat sub tensiune, unde, dup cum arat rezultatele experimentale, efectul lor este mai pronunat. Nervurile, n afar de faptul c mresc drumul de-a lungul cruia se dezvolt descrcarea (mresc lungimea cii de conturnare), ele joac i un rol de ecranare, n mod analog rolului jucat de ecranele dielectrice n mediu gazos. n prezena nervurilor conturnarea are loc parial prin aer. n cazul unui numr mare de nervuri descrcarea se poate forma aproape complet prin aer, ferind suprafaa izolatorului de efectul termic al canalului descrcrii. Asta ns duce la scderea lungimii cii de conturnare care nu este acceai cu linia de fug (figura 6.5). Deci o mrire a numrului de nervuri se poate face numai pn la o anumit limit.

Izolatoarele suport au uneori flane metalice de prindere pentru a se realiza o rigidizare a izolaiei. Acestea influeneaz tensiunea de conturnare. Se poate considera c lungimea de conturnare depinde de lungimea izolatorului i lungimea flanei, lungimea total a liniei de conturnare fiind: . Tensiunea de conturnare variaz aproape liniar cu lungimea total, n special la distane mari ntre electrozi (figura 6.6).

Fig. 6.6. Variaia tensiunii de conturnare cu lungimea total a cii de conturnare la izolatoare cu flane metalice

Un mijloc de a mri tensiunea de conturnare a izolatorului suport este uniformizarea cmpului electric printr-o inserie de metal (fig. 6.7). Nu se merge cu inseria de metal la adncimi a prea mari din considerente constructive.

Fig. 6.7. Izolator suport cu inserie de metal

La tensiuni continue sau de joas frecven descrcarea se produce - la izolatoarele suport i la lanul de izolatoare n mare parte prin aer, ndeosebi dac sursa este de putere mare (din cauza forelor datorate cmpului electric). La impuls, tensiunea de descrcare superficial este ntotdeauna mai mare deoarece canalul de descrcare se lipete de suprafaa electrozilor i efectul renurilor va fi mai mare n aceast situaie. La conturnarea sub ploaie, conductivitatea mare a apei de ploaie duce la o scdere a influenei renurilor i deci, a tensiunii de conturnare.

O alt msur, mai eficace, const n folosirea armturilor de protecie. Acestea contribuie la uniformizarea cmpului electric n partea superioar a izolatorului (unde avem armtura, capacitatea devine mai mare). n cazul lanului de izolatoare, format din mai multe elemente, armturile de protecie, care pot fi: simple, n cruce sau sub form de inele. Ele uniformizeaz repartiia tensiunii dealungul lanului, micoreaz tensiunea ce revine ultimului element din lan (cel de lng conductorul activ), deci evit apariia descrcrii corona la pivot, evit ca arcul electric s vin n contact cu izolatorul i ca urmare se evit distrugerea lui termic i se grbete stingerea arcului electric. Uniformizarea cmpului duce la mrirea tensiunii de conturnare, dar la lanurile scurte (de 110 kV inclusiv) pentru c prin forma lor tensiunea de descrcare se micoreaz, probabilitatea de deconectare a liniei crete. Pentru lanuri de 220 kV n sus, cnd uniformizarea cmpului este mai redus (datorit lungimii mari a izolatorului), micorarea tensiunii de conturnare nu este posibil, deci, ea crete. La acestea, folosirea armturilor de protecie este indicat.

La lanul de izolatoare cu tensiunea nominal de 110 kV tensiunea ce revine ultimului element din lan nu duce la apariia descrcrii corona, chiar fr armturi.

Este practic imposibil ca arcul electric s se produc numai n aer. n concluzie, nu se poate evita o eventual distrugere a izolaiei prin efecte termice. Cea mai mare parte a conturnrilor se datoresc supratensiunilor atmosferice. Acestea nu duc la distrugerea izolaiei. Strpungerea cea mai probabil este cea pe cale termic.

n mod normal conturnarea la impuls de tensiune nu duce la distrugerea termic pentru c durata de aplicare a tensiunii e foarte scurt (domeniul de tiere al undei fiind de 2 ... 8 (s). De asemenea, ea nu duce la deconectarea liniei pentru c releele noastre nu pot sesiza fenomene att de scurte ca durat (foarte rapide). De-a lungul cii de conturnare prin impuls urmeaz un arc electric alimentat de reea, care, ns, n condiii normale nu se poate produce. Arcul electric e un fenomen de durat i constituie cauza principal a distrugerii izolatoarelor. Dispozitivele de RAR (Reanclanarea Automat Rapid) micoreaz n mare parte efectele negative ale arcului electric. Deconectnd sursa de alimentare, se dezionizeaz aerul i apoi arcul nu se mai produce. Pentru izolatoarele de tip cap de 110 kV nu e necesar introducerea armturilor de protecie, n schimb la cele de 220 kV ele sunt necesare. La izolatoarele de tip tij din cauza masei mari de ceramic apar totui goluri de aer i sunt necesare armturile de protecie. Lanul format din izolatoare tip cap are 6 elemente pentru liniile electrice aeriene LEA de 110 kV, 12 elemente pentru LEA de 220 kV i 22 elemente pentru cele de 400 kV.

Tensiunea de conturnare la impuls de tensiune pozitiv, n [kVmax] - pentru lungimi mari - se poate calcula cu relaia: , unde (lungimea cii de conturnare) este n [cm].

6.2.2. Conturnarea n cmp puternic neuniform cu componenta normal predominant

Configuraia de cmp prezentat n figura 6.2,c se caracterizeaz prin faptul c valoarea componentei normale a cmpului electric En este mai mare dect a celei tangeniale Et (En ( Et). Aceast configuraie este caracteristic izolatoarelor de trecere avnd electrodul de potenial zero ca flan de prindere, iar electrozii de nalt tensiune ca armturile izolatorului (conectate ntre ele prin intermediul cii de curent (fig. 6.8).

La conturnarea izolatorului de trecere, n prima etap de dezvoltare a conturnrii, apare o descrcare corona la electrodul pe care intensitatea cmpului e maxim - adic la flana izolatorului - sub forma unor fenomene luminoase n jurul electrodului respectiv, nsoite de un zgomot caracteristic. Crescnd n continuare tensiunea, n zonele de cmp intens, se dezvolt descrcarea n egret, sub forma unor scntei subiri, slab luminiscente, ndreptate spre electrodul opus i a cror lungime crete, practic, proporional cu amplitudinea tensiunii aplicate. n figura 6.9 sunt prezentate principalele faze ale dezvoltrii descrcrii superficiale - n curent alternativ - pentru cazul n care componenta normal a cmpului electric este preponderent. De la o anumit valoare a tensiunii aplicate, canalele descrcrii devin foarte luminoase i se extind rapid pe suprafaa izolatorului. Acest stadiu al descrcrii poart denumirea de descrcare alunectoare (descrcare incomplet n stadiul de lider, de luminozitate mare i cu deplasare rapid pe suprafaa dielectricului solid) deoarece canalele descrcrii, lipite de suprafaa dielectricului solid, par c alunec de-a lungul ei. n momentul n care lungimea descrcrilor alunectoare ajunge egal cu distana dintre electrozi se produce conturnarea obiectului.

Fig. 6.9. Principalele faze ale dezvoltrii descrcrii superficiale

Formarea descrcrii alunectoare se poate explica n modul urmtor. n cel de-al doilea stadiu al descrcrii, de-a lungul liniilor de cmp se deplaseaz ionii produi prin ionizare n stadiul iniial al descrcrii. Componenta normal a intensitii cmpului avnd valoare mare, aceti ioni, posednd o energie cinetic mare, lovesc sub un unghi de inciden mic suprafaa izolatorului, producnd o nclzire local a acestuia. La o anumit valoare a tensiunii aplicate temperatura crete local suficient de mult pentru a se crea condiiile necesare dezvoltrii ionizrii termice, sub aciunea creia conductivitatea canalelor descrcrii crete brusc. Ca urmare, datorit micorrii cderii de tensiune n canalele descrcrii, va crete intensitatea cmpului n fruntea acestora, fapt ce permite dezvoltarea n continuare a proceselor de ionizare i alungirea canalelor descrcrii care se propag treptat pn la electrodul opus.

Din cauza apariiei ionizrii termice, tensiunea de conturnare n cmp puternic neuniform va fi mic n raport cu tensiunea de conturnare a dielectricului plasat n cmp uniform.

Dac la electrozi se aplic o tensiune variabil n timp (alternativ sau de impuls) curentul ce strbate canalele descrcrii n cursul dezvoltrii acestora se nchide prin capacitatea lor fa de electrodul opus (figura 6.10), capacitate proporional cu capacitatea superficial specific a izolatorului, C0 (capacitatea unitii de suprafa a izolatorului n raport cu electrodul opus). Capacitatea C este egal cu produsul dintre C0 (C0 = ( / d) i suprafaa izolatorului, (S.

Dac C este mare, curentul crete i conductivitatea canalului descrcrii crete i ea. Pentru a mri tensiunea de conturnare este necesar micorarea capacitii superficiale specifice.

a.

b.

a.

b.Fig. 6.10. Capacitatea superficial a izolatorului: a - fr nervuri; b cu nervuri

Mrimea tensiunii la care apare descrcarea alunectoare i deci se realizeaz conturnarea, se poate determina cu formula empiric:

, [kVef],

(6.2)

unde Uc este tensiunea de conturnare n [kVef] i C0 capacitatea superficial specific n [F/m2].

Aceast formul d rezultate bune pentru .

Relaiile de calcul ale tensiunilor de apariie a efectului corona Uc, a descrcrilor alunectoare Uda , i a conturnrii Ucont , pentru cazul din figura 6.2,c sunt:

, [kVmax]

(6.3)

[kVmax]

(6.4)

[kVmax]

(6.5)

unde C0 este capacitatea superficial specific n [F/cm2] (capacitatea unitii de suprafa pentru suprafaa pe care are loc descrcarea); d grosimea dielectricului, n [cm]; (r - permitivitatea relativ a dielectricului, s distana dintre electrozi, n [cm]; k constant care se determin din condiiile de experien.

Capacitatea specific se determin cu relaia:

[F/cm2]

(6.6)

unde rext, rint sunt raza exterioar, respectiv interioar a cilindrului dielectric, n [cm]; rc raza conductorului interior, n [cm].

Dup cum rezult din relaia (6.5), tensiunea de conturnare variaz mai puin cu distana dintre electrozi i mai mult cu grosimea dielectricului. n alternativ, ea este cu att mai mic cu ct capacitatea specific este mai mare. Totodat, tensiunea de conturnare este influenat i de modul de variaie n timp al tensiunii aplicate.

n cazul aplicrii tensiunii de impuls, lungimea canalului descrcrii alunectoare depinde de amplitudinea tensiunii aplicate, de viteza de variaie a acesteia n timp i de capacitatea superficial specific, putnd fi determinat aproximativ cu ajutorul formulei lui Toepler:

,

(6.7)

unde U i C0 au semnificaia de mai sus iar coeficientul k are valoarile k = 39(1015 pentru tensiuni de impuls pozitive pline i k = 33(1015 pentru tensiuni de impuls negative pline.

Relaia (6.7) este valabil pentru condiii atmosferice normale i conturnarea izolatoarelor n stare uscat.

Dac la electrozi se aplic o tensiune continu (nu redresat) nu mai este posibil nchiderea curentului din canalele descrcrii prin capacitatea superficial a izolatorului i ca urmare nu se mai poate dezvolta o descrcare alunectoare. n acest caz, nu mai apar toate etapele descrise mai sus ci numai descrcarea corona i apoi descrcarea total ntre electrozi (conturnarea).

Sarcinile electrice ce apar ca urmare a proceselor de ionizare la flana izolatorului de trecere se distribuie pe suprafaa acestuia conducnd la o oarecare egalizare a repartiiei tensiunii ntre electrozi. Ca urmare, tensiunea de conturnare va fi mai mare, fiind apropiat de tensiunea disruptiv n aer, n lipsa dielectricului solid. Dac conductorul are diametru mic sau nu e izolat corespunztor, din cauza cmpului intens, apar sarcini spaiale n jurul lui care influeneaz cmpul din afara dielectricului. De aceea conductorul de trecere trebuie s aib diametru mare i izolaie bun. La tensiuni mari se face o izolaie complex format din mai multe straturi succesive de izolaie i ecrane.

n scopul creterii tensiunii de conturnare, izolatorul de trecere se prevede cu nervuri, efectul fiind acelai ca i la izolatorul suport. n plus, aici ele frneaz dezvoltarea descrcrii alunectoare deoarece n locul n care se afl, capacitatea superficial specific este mai mic (fig. 6.10 ,b), datorit grosimii mai mari a dielectricului n dreptul nervurii, i ca urmare, curentul din canalul descrcrii, respectiv conductivitatea canalului vor fi mai mici. Tensiunea de conturnare mai poate fi mrit prin uniformizarea cmpului electric de-a lungul suprafeei izolatorului. n acest scop se pot folosi acoperiri semiconductoare pe suprafaa izolatorului sau armturi metalice introduse n masa izolant. Ultima metod se aplic la izolatoarele de trecere de tip condensator.

6. 3. Conturnarea izolatoarelor umezite sau poluate

Umezirea suprafeei izolatoarelor se realizeaz prin aciunea ploii sau a ninsorii. Pelicula de ap are o condictivitate ionic, deci prin ea va trece un curent electric ionic, de intensitate 5 100 mA, care va duce la o nclzire a suprafeei. Pe poriunile de suprafa care au o rezisten mai mare se va produce i o nclzire mai mare i ca urmare va porni un proces de evaporare a apei. Acest proces se intensific pentru c, prin evaporarea apei, n aceste zone crete rezistena electric. n acelai timp, cderile de tensiune pe acestea se mresc i apar descrcri pariale ce duc la conturnarea suprafeei izolatorului.

Tensiunea de conturnare sub ploaie se determin n urmtoarele condiii:

- debitul de ap = 3 15% mm3/min;

- rezistivitatea apei = 100 15% ((m;

- direcia jetului de ap = 450;

- temperatura apei = 200 C 15%;

- durata ncercrii = 1 minut.

Dac rezistena peliculei de ap este mare, atunci i tensiunea de conturnare va fi mare.

Murdrirea izolaiei, cunoscut i sub denumirea de poluare sau contaminare duce la o slbire a caracteristicilor electroizolante ale izolatoarelor, deci la o micorare a tensiunii de conturnare. Cauzele apariiei acesteia rezid n depunerea de impuriti pe izolatoare n timpul exploatrii. Acestea, mpreun cu umiditatea din atmosfer, creeaz pelicule conductoare care unteaz parial linia de fug a izolatorului. Dintre cauzele principale ale contaminrii trebuiesc citate:

- salinitatea (depunerile de sruri marine);

- depunerile industriale.

Ultimile pot fi foarte diferite, n funcie de agentul contaminator. Astfel, pot exista emanaii ale unor procese din industria chimic, ca de exemplu: clorul, protooxizii de azot sau oxizii de carbon, care n combinaie cu vaporii de ap din atmosfer dau acizi, sruri, sau baze bune conductoare de electricitate. Industria metalurgic contamineaz izolaia cu oxizi de fier i alte combinaii chimice de sulf, carbon etc. Industria materialelor de construcii este i ea o surs de contaminare, n special prin fabricile de ciment. Termocentralele au i ele o contribuie important prin cenua i praful de crbune ce se depun pe izolatoare.

Din punct de vedere al pericolului pentru instalaiile de nalt tensiune, sursele de poluare se clasific n:

- uzine de produse chimice anorganice;

- uzine de ngrminte artificiale;

- uzine de celuloz i hrtie;

- uzine siderurgice;

- centrale termoelectrice;

- fabrici de materiale de construcii.

n afara acestor cauze se ntlnesc i unele mai puin rspndite, cu caracter local, cum ar fi murdrirea izolaiei de ctre psri. Se constat c psrilor le place s se aeze pe stlpii liniilor de nalt tensiune n zona de intensitate maxim a cmpului electric, adic deasupra izolatoarelor. Nu exist o explicaie biologic teoretic pentru aceast preferin a lor.

Depunerile de pe suprafaa izolatorului, atta timp ct sunt n stare uscat, dac nu au conductivitate electric important, nu au practic influen asupra tensiunii de conturnare a izolatorului. ns, prin umezirea acestora, urmat de dizolvarea lor n ap, apar pe suprafaa izolatorului pelicule conductoare. Totui, micorarea tensiunii de conturnare este determinat nu ntr-att de prezena peliculei superficiale conductoare, ci de faptul c conductivitatea acesteia este repartizat neuniform. Neuniformitatea provine, n primul rnd, din faptul c depunerile se distribuie neuniform pe suprafaa izolatorului solid.

n afar de aceasta, diametrul izolatorului nu este acelai pe ntreaga lungime a sa, ceea ce face ca i conductivitatea peliculei superficiale s fie diferit n diferitele poriuni de pe suprafaa sa.

Curenii de scurgere de pe suprafaa izolatorului provoac prin efect termic nclzirea acesteia care, din motivele artate anterior, se produce cu intensiti diferite n diferitele poriuni de izolator. Se produc, ca urmare, uscri locale ale peliculei superficiale, pe poriunile respective avnd loc o cretere a cderii de tensiune. La evaporarea complet a apei dintr-o anumit poriune, practic ntreaga tensiune aplicat la electrozi se repartizeaz pe aceasta, provocnd formarea unei descrcri pariale superficiale. Canalul descrcrii unteaz poriunea respectiv, iar curentul de scurgere crete, favoriznd uscarea altor poriuni de pe aceeai linie de curent, unde, n cele din urm, apar alte descrcri pariale. Dac tensiunea aplicat este suficient de mare, diferitele descrcri pariale se contopesc, acoperind ntreaga suprafa a izolatorului i producndu-se astfel conturnarea lui.

n acelai mod se produce i conturnarea izolatoarelor curate, udate de precipitaiile atmosferice. n acest caz procesele respective se produc cu intensitate mai redus la aceeai tensiune aplicat, deoarece neuniformitatea repartiiei conductivitii peliculei superficiale este mai redus. Din acest motiv, tensiunea de conturnare a izolatoarelor n stare umed este mai mare dect a izolatoarelor poluate, ambele fiind mai mici dect tensiunea de conturnare a izolatoarelor n stare uscat.

Formarea progresiv a descrcrilor pariale pe suprafaa izolatoarelor poluate sau n stare umed se produce relativ ncet i ca urmare tensiunea de conturnare a acestora depinde de timpul de aplicare a tensiunii. n cazul aplicrii tensiunii de impuls, aceste procese nu reuesc practic s se dezvolte i ca urmare prezena umiditii sau polurii nu modific valoarea tensiunii de conturnare, ea rmnnd egal cu cea determinat n starea uscat a izolatorului.

Umezirea i mai ales contaminarea izolaiei liniilor electrice aeriene are ca efect conturnarea ei chiar sub aciunea tensiunii de serviciu, ducnd la deconectarea liniei prin protecia prin relee. Dei frecvena deconectrii liniilor datorit acestei cauze este inferioar celei determinate de supratensiunile atmosferice, totui, se impune eliminarea sau cel puin reducerea numrului de conturnri ale izolaiei n regim normal de funcionare a liniilor (la tensiunea de serviciu). n acest scop se pot utiliza izolatoare de construcie special, avnd tensiunea de conturnare mrit.

Cercetrile experimentale, precum i experiena de exploatare au artat c mrirea tensiunii de conturnare a izolatoarelor se poate obine prin mrirea liniei de fug a acestora, ceea ce se realizeaz, fr a se crete prea mult lungimea izolatorului, prin mrirea numrului de nervuri.

n cazul izolatoarelor udate de ploaie sau contaminate, nervurile au efect similar celui menionat la izolatoarele n stare uscat. n plus, deoarece la izolatoarele umezite sau poluate canalul descrcrii este aproape lipit de suprafaa izolatorului, rezult n acest caz o mrire a lungimii cii de conturnare. De asemenea, n prezena nervurilor, poriuni ale suprafeei izolatorului sunt protejate de aciunea ploii. Rezultate bune se obin i prin folosirea izolatoarelor cu capacitate mare de autocurire, n acest din urm caz ploaia realiznd splarea izolatorului, deci, ndeprtarea depunerilor.

n cazul izolatoarelor utilizate mai ales n staii se obine o cretere a tensiunii de conturnare prin ungerea suprafeei acestora cu uleiuri siliconice. Acestea absorb depunerile poluante i mpiedic astfel formarea, pe suprafaa izolatorului, a unor pelicule conductoare.

Pentru tensiuni pn la 220 kV supratensiunile atmosferice sunt determinante n alegerea izolaiei. La tensiuni mai ridicate supratensiunile interne sunt cele care impun nivelul de izolaie.

La stabilirea izolaiei liniilor electrice aeriene a fost luat ca mrime de baz lungimea specific minim a liniei de fug a izolaiei , exprimat n [cm/kVef]. Ea se definete ca fiind lungimea n cm de-a lungul cii de conturnare ce trebuie aleas pentru tensiunea de 1 kV pentru a se realiza un nivel de izolaie corespunztor:

EMBED Equation.3

(6.8)

Valorile lui depind de gradul de poluare al zonei n care este amplasat instalaia electric i de modul de legare al neutrului.

La noi n ar, valorile lui sunt reglementate prin normativul PE 110/70 i sunt indicate n tabelul 6.1.

Intensitatea cmpului electric la care apare conturnarea (gradientul tensiunii de conturnare) depinde de conductana stratului poluant i este ilustrat n figura 6. 11.

Trebuie inut cont c aceast conductan, pentru o anume compoziie chimic a depozitelor poluante este direct proporional cu intensitatea depozitului. Se poate, deci, trasa o caracteristic a dependenei gradientului de conturnare de intensitatea depozitului (fig. 6.12).

Fig. 6.11. Dependena gradientului tensiunii de conturnare de conductana stratului poluantFig. 6.12. Dependena gradientului tensiunii de conturnare de intensitatea depozitului poluant

Tabelul 6.1 Valorile lungimii de conturnare specificeGradul , [cm/kVef]

de poluareInstalaii electrice exterioare de 100-400 kV cu neutrul legat la pmntInstalaii electrice exterioare pn la 35 kV cu neutrul izolat

al zoneiEchipamente n staiiLEA i bare colectoare n staiiEchipamente n staiiLEA i bare colectoare n staii

I1,551,551,71,7

II1,82,01,92,6

III2,22,72,73,5

IV3,23,63,44,0

Valoarea lui la depuneri foarte intense (( 3,2) este de mai mult de dou ori mai mare dect valoarea n cazul depunerilor slabe (zona I 1,55). Deci, la acest grad de poluare, ar nsemna s avem o izolaie dubl. Acest lucru nu s-ar putea realiza din punct de vedere economic i atunci se accept un anumit grad de risc i se realizeaz o izolaie mai slab.

Fig. 6.1 Strpungerea, conturnarea i descrcarea superficial a unui dielectric solid.

Fig. 6.3. Zona de contact imperfect ntre dielectric i electrozi

0

1

2

3

cm

s

20

40

60

80

kV

Ud

1

2

3

4

Fig. 6.5. Linia de fug i linia de conturnare la un izolator suport

Fig. 6.8. Izolator de trecere

Dn2=(2En2

2

1

Dn1=(1En1

_1243255599.unknown

_1300014365.unknown

_1300024107.unknown

_1302950614.unknown

_1300021567.unknown

_1300021591.unknown

_1300020979.unknown

_1300013910.unknown

_1300014084.unknown

_1243328125.unknown

_1300013775.unknown

_1243324333.unknown

_1243247875.unknown

_1243255574.unknown

_1243169906.unknown