Hoe hoogte HV-apparatuur isolatie en temperatuurstijging beïnvloedt

Naarmate de hoogte toeneemt, nemen de luchtdichtheid, temperatuur en atmosferische druk overeenkomstig af, wat leidt tot een verminderde diëlektrische sterkte van luchtgaten en externe isolatieprestaties van porseleinen componenten. Dit resulteert in een vermindering van de externe isolatieprestaties van hoogspanningsapparatuur. Aangezien de meeste hoogspanningsapparatuur is ontworpen voor installatie op hoogten onder de 1.000 meter, kan het gebruik van dergelijke apparatuur op hoogten boven de 1.000 meter de betrouwbare isolatieprestaties in gevaar brengen. Daarom moet de externe isolatiesterkte van hoogspanningsschakelapparatuur die in hooggelegen gebieden wordt gebruikt, worden versterkt.

Voor hooggelegen gebieden boven de 1.000 meter (tot 4.000 meter) is het in het algemeen vereist dat voor elke extra 100 meter hoogte, de externe isolatietestspanning tijdens de selectie en test van de apparatuur met 1% wordt verhoogd.

Voor hoogspanningsapparatuur die werkt op hoogten tussen 2.000 en 3.000 meter met spanningen tot 110 kV, wordt de externe isolatiesterkte doorgaans versterkt door apparatuur te selecteren met één hogere isolatieklasse—dit verhoogt de impuls- en netfrequentie-uitdraagspanningen met ongeveer 30%.

Voor correctiemethoden en berekeningen met betrekking tot externe isolatie in hooggelegen gebieden, verwijzen naar IEC 62271-1, GB 11022, en Q/GDW 13001-2014 Technische specificatie voor externe isolatieconfiguraties in hooggelegen gebieden.

Naast de invloed van de hoogte op de externe isolatie, moeten volgens IEC-normen, als de temperatuurstijgingstest van hoogspanningsapparatuur wordt uitgevoerd op hoogten onder de 2.000 meter, de temperatuurstijgingsprestaties worden herbeoordeeld wanneer de apparatuur wordt geïnstalleerd op hoogten tussen 2.000 en 4.000 meter. Dit komt omdat dunner wordende lucht de effectiviteit van natuurlijke convectiekoeling vermindert.

Onder normale testomstandigheden mag de gemeten temperatuurstijging de waarden niet overschrijden die zijn opgegeven in Tabel 3 van IEC 62271-1. Wanneer apparatuur wordt geïnstalleerd op hoogten boven de 2.000 meter, moet de toegestane maximale temperatuurgrens worden verlaagd met 1% voor elke extra 100 meter hoogte. In de praktijk is het echter meestal niet nodig om speciale temperatuurstijginglimieten op te leggen op basis van toenemende hoogte alleen. Dit komt omdat hogere hoogten gepaard gaan met lagere omgevingstemperaturen in de substation. Zelfs als de temperatuurstijging hoger is, blijft de eindoperatietemperatuur van de apparatuur binnen aanvaardbare grenzen (het is de eindtemperatuur, niet de temperatuurstijging, die de prestaties van de apparatuur beïnvloedt). Verschillende hoogten corresponderen met verschillende maximale omgevingstemperaturen, zoals weergegeven in de onderstaande tabel.

Tabel 1: Maximale omgevingstemperatuur overeenkomstig verschillende hoogten

Naast de invloed op de externe isolatie van de primaire (hoogspannings) delen van hoogspanningsapparatuur, heeft hoge hoogte ook invloed op bedieningsapparatuur. Bedieningskasten kunnen secundaire componenten bevatten zoals motoren, schakelaars, contactors en relais, waarvan de meeste afhankelijk zijn van luchtisolatie. Daarom neemt hun isolatieprestatie ook af bij hoge hoogten. Deze factor moet worden meegenomen bij de selectie van de apparatuur.