Bien qu'ils trouvent initialement une utilisation principalement dans les zones de service polluées, les isolateurs composites ont vu une application croissante dans des environnements relativement propres également en raison de leur facilité de manipulation et de leurs coûts d'acquisition attractifs. Plus récemment, la mise à niveau de la tension ainsi que la conception compacte des nouvelles lignes CA sont devenues des créneaux supplémentaires où les isolants composites sont appliqués dans des environnements propres.
Dans le cas de ces dernières applications, les agencements d'isolateurs sont souvent conçus de manière relativement courte pour s'insérer dans la fenêtre à espace réduit des tours. Par conséquent, limiter le champ E maximum devient encore plus critique. Un autre domaine d'application en croissance est celui des isolateurs de poteau de station composites, en particulier ceux ayant un noyau solide, car ils ne diffèrent pas beaucoup dans la conception de bride des isolateurs de ligne composites.
Trois critères doivent être pris en compte pour assurer un dimensionnement optimal des isolateurs composites équipés d'anneaux de calibrage:
1. Limitation du champ électrique sur la bague de calibrage& raccord d'extrémité;
2. Limitation du champ électrique le long de la surface du boîtier isolant;
3. Limitation du champ électrique au «point triple» (où l'ampère&d'air; le boîtier rencontre le raccord métallique).
Tous les trois sont normalement vérifiés par des calculs de champ E, le premier par le test RIV standard décrit dans la deuxième édition de la CEI 60437 (1997-09). Le troisième critère ne peut être vérifié par un test tandis que le second n’est encore vérifiable par aucun test. Cependant, les sociétés d'alimentation sont de plus en plus intéressées par une telle vérification.
Établissement de critères pour un champ électronique maximal
Il existe encore relativement peu de données publiées sur le champ E maximal autorisé dans le cas des isolateurs composites. Selon la brochure CIGRE 284, le champ E maximal à la surface d'un isolant composite (c'est-à-dire à la pointe du premier hangar à partir de l'embout) est estimé entre 0,6 et 1,0 kV / mm. Mais cette fourchette est probablement trop optimiste. Par exemple, des recherches antérieures de l'EPRI ont indiqué qu'une limite maximale du champ E de 0,45 kV / mm est préférable alors que des recherches antérieures au STRI proposaient 0,4 kV / mm. D'autres ont estimé le niveau critique du champ E à seulement environ 0,38 kV / mm.
Pour un champ E maximal sur le raccord métallique, la brochure CIGRE recommandait une limite de 2,2 kV / mm. Selon un article antérieur de l'EPRI, la valeur indiquée pour le champ E de surface sur les raccords métalliques et les anneaux de calibrage devrait être de 2,1 kV / mm et cette valeur est souvent utilisée comme référence à des fins de conception. Cependant, selon des discussions internes passées au CIGRE, certains services publics spécifient des valeurs aussi basses que 1,6 kV / mm - probablement pour tenir compte d'éventuels défauts de fabrication, des surfaces qui ont été légèrement endommagées par une mauvaise manipulation ou le vieillissement des anneaux de calibrage en service. Dans un article antérieur, le STRI avait recommandé 1,8 kV / mm.
Données récentes de l'ampli STRI GG; EPRI
Des recherches plus récentes ont résumé les travaux effectués pour déterminer une limite pratique du champ E admissible sur les surfaces d'isolant à des fins de conception. Le travail initial de l'EPRI pour déterminer les niveaux de seuil de champ E pour la couronne induite par l'eau (publié pour la première fois en 1999) a été élargi sur la base de tests à petite et à grande échelle pour affiner ces seuils. Par exemple, les résultats des tests de vieillissement naturel (au STRI) et des tests de vieillissement artificiel (par EPRI) ont montré une nette tendance à une hydrophobicité réduite sur les sections de gaine où le champ E dépasse environ 0,3 à 0,4 kV / mm (voir Fig.1). Un affinement supplémentaire du seuil a été basé sur des tests en laboratoire à petite et à grande échelle ainsi que sur des données tirées de l'expérience de service. Ceci a conduit au critère final suivant, illustré sur la figure 2: le champ E moyen sur la gaine isolante ne doit pas être autorisé à dépasser 0,42 kV / mm sur plus de 10 mm le long de la surface. Une telle approche de calcul de la moyenne a été introduite pour éviter des problèmes de géométrie petits mais importants, qui ne reflètent pas correctement les performances de l'isolateur (c'est-à-dire qu'il y aura une forte augmentation du champ E à ces points). En ce qui concerne le joint du raccord d'extrémité (c'est-à-dire le point triple), le champ E ne doit pas dépasser 0,35 kV / mm. Les calculs doivent être modélisés à l'aide de simulations de champ électronique en 3D et des tests en laboratoire peuvent également être envisagés.
Enfin, les critères suivants ont été utilisés pour de nombreuses applications pratiques:
• Limite du champ E sur la bague de calibrage& embout: 1,8 kV / mm
• Limite du champ E moyen le long de la surface du boîtier: 0,42 kV / mm
• Limite du champ E au point triple: 0,35 kV / mm
Explication de l'approche
Programmer l'ampli GG; La modélisation
Tous les calculs au STRI ont été effectués à l'aide du logiciel Comsol Multiphysics. Voici un exemple pratique d'un tel calcul pour des conditions de service réelles:
Le modèle à bras transversal isolant a été installé sur la phase centrale d'un côté d'une tour (comme sur la figure 6). Les phases ont été agencées pour simuler le pire scénario du point de vue du champ électrique, c'est-à-dire que la phase centrale est exposée au champ E le plus élevé en raison de la proximité des deux phases adjacentes du même côté de la tour. Selon l'exigence du client, la tension a été réglée à Um=420 kV. Le potentiel électrique appliqué dans la phase centrale était donc de 420 / √3 kV. La tension sur les deux phases au-dessus et au-dessous de la phase centrale était de 420 / √3 kV avec un déphasage de 120 °. Seulement 10 à 12 paires de hangars sont normalement modélisées, sur la base d'une expérience antérieure avec des calculs similaires, qui ont montré que seuls les hangars les plus proches des raccords sont exposés au champ électrique le plus élevé. Faire cette hypothèse a permis de réduire le temps de modélisation.
Les deux principaux matériaux pris en compte pour ce calcul étaient l'air et le caoutchouc silicone. La constante diélectrique (permittivité relative) utilisée pour la tige de fibre de verre est la même que pour le silicone, c'est-à-dire 3,0, mais comme la permittivité relative réelle est plus faible pour le silicone, le calcul est légèrement conservateur. La raison la plus importante pour simplifier les calculs de cette manière est de faciliter le maillage et de permettre aux calculs de s'exécuter plus rapidement. La figure 3 montre des résultats typiques.
