Come l'altitudine influenza l'isolamento e l'aumento di temperatura delle apparecchiature ad alta tensione?

A mano a mano che l'altitudine aumenta, la densità dell'aria, la temperatura e la pressione atmosferica diminuiscono di conseguenza, portando a una riduzione della resistenza dielettrica degli spazi d'aria e delle prestazioni di isolamento esterno dei componenti in porcellana. Ciò comporta un peggioramento delle prestazioni di isolamento esterno per le apparecchiature elettriche ad alta tensione. Poiché la maggior parte delle apparecchiature ad alta tensione è progettata per essere installata a quote inferiori a 1.000 metri, l'utilizzo di tali apparecchiature a quote superiori a 1.000 metri può compromettere le prestazioni affidabili di isolamento. Pertanto, la resistenza all'isolamento esterno degli apparati commutatori ad alta tensione utilizzati in aree ad alta quota deve essere rafforzata.

Per le regioni ad alta quota superiori a 1.000 metri (fino a 4.000 metri), si richiede generalmente che, per ogni ulteriore 100 metri di altitudine, la tensione di prova dell'isolamento esterno sia aumentata del 1% durante la selezione e la prova delle apparecchiature.

Per le apparecchiature ad alta tensione che operano a quote comprese tra 2.000 e 3.000 metri con tensioni fino a 110 kV, la resistenza all'isolamento esterno è solitamente rafforzata scegliendo apparecchiature con un livello di isolamento superiore—ciò aumenta le tensioni di resistenza impulso e a frequenza industriale di circa il 30%.

Per i metodi di correzione e i calcoli relativi all'isolamento esterno in condizioni di alta quota, fare riferimento alla IEC 62271-1, GB 11022 e Q/GDW 13001-2014 Specifiche tecniche per la configurazione dell'isolamento esterno in aree ad alta quota.

Oltre all'impatto dell'altitudine sull'isolamento esterno, secondo gli standard IEC, se il test di aumento di temperatura delle apparecchiature ad alta tensione viene eseguito a un'altitudine inferiore a 2.000 metri, le prestazioni di aumento di temperatura devono essere rivalutate quando le apparecchiature vengono dispiegate a quote comprese tra 2.000 e 4.000 metri. Questo perché l'aria più rarefatta riduce l'efficacia del raffreddamento per convezione naturale.

In condizioni normali di prova, l'aumento di temperatura misurato non deve superare i valori specificati nella Tabella 3 della IEC 62271-1. Quando le apparecchiature sono installate a quote superiori a 2.000 metri, il limite massimo di temperatura ammissibile dovrebbe essere ridotto del 1% per ogni ulteriore 100 metri di altitudine. Tuttavia, nella pratica, non è generalmente necessario imporre limiti speciali di aumento di temperatura basati solo sull'aumento dell'altitudine. Ciò perché le alte quote sono associate a temperature ambientali minori nelle stazioni. Anche se l'aumento di temperatura è maggiore, la temperatura operativa finale delle apparecchiature rimane entro limiti accettabili (è la temperatura finale, non l'aumento di temperatura, che influenza le prestazioni delle apparecchiature). Diverse quote corrispondono a diverse temperature massime dell'aria ambiente, come mostrato nella tabella sottostante.

Tabella 1: Temperatura massima dell'aria ambiente corrispondente a diverse quote

Oltre a influire sull'isolamento esterno delle parti primarie (ad alta tensione) delle apparecchiature elettriche ad alta tensione, l'alta quota influenza anche i dispositivi di controllo. Le armadi di controllo possono contenere componenti secondari come motori, interruttori, contattori e relè, la maggior parte dei quali si basa sull'isolamento dell'aria. Pertanto, anche le loro prestazioni di isolamento si degradano in condizioni di alta quota. Questo fattore deve essere considerato durante la selezione delle apparecchiature.