CORSO DI Modellistica elettromagnetica dei Materiali CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE

CORSO DI Modellistica elettromagnetica dei Materiali CONTAMINAZIONE SUPERFICIALE Prof. Giovanni Lupò Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università di Napoli Federico II Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica – III anno – II semestre

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 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) e meccanismo di adesione (cementificazione) • Formazione di stato pastoso superficiale idrofilo con significativo assorbimento d’acqua 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 • 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] 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 Imax del picco di corrente (Verma) 13

Modello statico l anodo larc lp catodo i varc rp v 14

Modello dinamico 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 insulator . exposed to pollution

Withstand Characteristics of the cap-and-pin insulator exposed to pollution 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 k. V Operating voltage – 27. 5 k. V Creepage distance – 1500 mm Failing load, tension – 120 k. N Failing torque – 6. 0 k. Nm One minute 50 Hz withstand voltage, dry – 145 k. V One minute 50 Hz withstand voltage, wet: - in horizontal position – 125 k. V - in vertical position – 70 k. V Lightning impulse withstand voltage – 240 k. V Mass – 8. 9 kg Cd. L Ing. Elettrica - Materiali e Tecnologie Elettriche 2009/10 -IX- 27

Aerodinamico Normale Antinebbia 28

ANTI-POLLUTION CRITERIA Minimum creepage distance [mm/k. V] 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

MISURE AUSILIARIE : INGRASSAGGIO 36

MISURE AUSILIARIE II • - Rivestimenti siliconici RTV (room temperature vulcanizing) • - Rivestimenti semiconduttori (ossido di stagno e di antimonio) • - Lavaggi sotto tensione 37

STUDIO DI CAMPI 38

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Distribuzione di campo lungo il profilo di un isolatore cappa e perno contaminato 40

DIMENSIONAMENTO ISOLAMENTI AT CONTAMINATI (India Authority 2008) 41

STUDIO E SPERIMENTAZIONE DI TECNOLOGIE E COMPONENTI TRADIZIONALI Esempi • Isolatori in vetro per a. c. e d. c. • Isolatori organici per esterno 42

Isolatori organici per esterno 43

Isolatori con rivestimento semiconduttore 44

CARATTERIZZAZIONE ISOLAMENTI • Prove a frequenza industriale • Prove a tensione continua • Prove ad impulso • Prove sotto pioggia/contaminazione • Prove dielettriche • Diagnostica a scariche parziali 45

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NORMATIVA 49

Sale AT a confronto (1970) • TU München CESI Milano 50