Impulsus Fractus Frontis Acuti Insulatorum Porcellanorum Compositorum Coactilium HTV: Mechanismi Experimenta et Simulatio

Insulatores ex porcelana et vitro exhibent excellentem praestationem in insulatione et fortitudine mechanica, sed sunt proni ad fulgurationem pollutionis sub severa contaminatione, quae periclitatur stabilem operationem retelectricum. Ad resistenciam fulgurationis pollutionis externae insulatorum augmentandam, fabricantes communiter applicant coatinges vulcanizatae ad temperaturam ambiente (RTV) de silicone rubbero cum superioribus proprietatibus hydrophobicis et transferendi hydrophobicitatem super superficies insulatorum, ita reducendo pericula fulgurationis. Initio, coatinges RTV in China applicabantur in situ, methodus characterizata per altam difficultatem constructionis et inconsistentiam controlis qualitatis.

Postea, processus immissionis vel pulverisationis in fabrica fuerunt developati, permitentes insulatores cum coatinge RTV tradere ut producta completa sub supervisione et acceptatione, significanter meliorantes qualitatem producti et promoventes amplam adoptionem in retelectricis. Tamen, coatinges RTV sufferunt ex parva fortitudine mechanica et debili adhaesion interfaciali ad corpus insulatoris, faciendo eas susceptibiles ad damnum ab viribus externis in transportatione, constructione, installatione et longa operatione. Phaenomena senectutis operationalis sicut scissura, fissura et delamination sunt communes, necessitantes disassembly et recoating, resultante in altis costis maintenance.

Suspensio composita disci insulatorum porcellanorum utilitas integrum insulatorem porcellanum ut cor, cum sheath vulcanizata ad altam temperaturam (HTV) de silicone rubbero — minimum crassitudinis 3 mm — formata in unico processu moulandi per injectionem ad altam temperaturam. Comparata ad RTV, HTV demonstrat superiorem fortitudinem mechanicam, sicut etiam meliores praestantias in tracking, erosionis resistentia, flammifugitate, proprietatibus electricis, resistentia ad senescendum et endurance ad altas temperaturas.

Praeterea, per modificationem strati glazii super superficiem porcellanam et usum agentium copulativorum specialium, fortitudo adhaesionis interfacialis inter porcellanam et HTV silicone rubber est significanter meliorata, promovens integrationem et uniformitatem componentis. Itaque, suspensio composita disci insulatorum porcellanorum offert superiorem praestationem mechanicam et anti-fulgor pollutionis cum parvis requirementis operativis et maintenance, aperiens novam viam pro applicationibus insulationis externae in lineis transmissionis.

Experientia in campo indicat quod, quando lineae overhead sunt percussae a fulmine, resultans overvoltage continet impulsus fronte abrupta cum extrema brevitate, alta abruptitate et valde altis voltis culminibus, poscentia significativa minas ad insulatores lineales. Tales impulsus fronte abrupta possunt causare puncturam vel etiam explosionem disci insulatorum, et in casibus severis, ducere ad rupturam catenae et cadentiam lineae. Capabilitas sustinendi impetus fronte abrupta est indicium criticum qualitatis insulatorum.

Cum extensa investigatio fuerit conducta de praestatione impetus fronte abrupta insulatorum porcellanarum et vitreorum tam domesticis quam internationaliter, studia super suspensione composita disci insulatorum porcellanorum remanent rari, et eorum mechanismi non bene intellecti sunt. Ergo, hoc scripto agit testes breakdown impetu in aere super suspensione composita disci insulatorum porcellanorum ut investigent suas caracteristicas breakdown impetu fronte abrupta.

Testes breakdown impetu in aere effectim evaluant praestationem sustinendi impetus fronte abrupta equipmentorum electricorum, securitatem et fidem sub conditionibus extremis assecurantes, et habent significativum valorem in assessmente qualitatis insulatorum. Hoc studio primo perficitur testes breakdown impetu ad analysandum praestationem impetu fronte abrupta, deinde simulatio distributionis electrici campi ad culmen impetus fronte abrupta fundatur super resultatis testis ad explorandum mechanismum variationis praestationis, intendens dirigere coordinationi insulationis insulatorum porcellanorum compositorum in lineis transmissionis.

1 Dispositio Testis Breakdown Impetu in Aere

1.1 Specimen

Selectus est insulator AC suspensio composita disci HU550B240/650T productus a manufactore ut specimen testis. Insulator habet structuram triplex umbrellam, ut ostenditur in Figura 1. Eius principalia parametri praestationis enumerantur in Tabula 1.

1.2 Platforma et Schemata Testis
Utilisatus est generator impetus voltage 2400 kV pro teste. Caput insulatoris collocatum est deorsum super laminam metallicam terram, et socketus ball standardis installatus est ad extremum pin ut preveniat excessivam concentrationem electrici campi in area cementata circa pin. Dispositio insulatoris illustratur in Figura 2.

Testes breakdown impetu in aere conducti sunt super tota 20 specimina insulatorum. Methodi testis impetus in aere categoriantur in methodum abruptitatis et methodum amplitudinis, cum methodus amplitudinis principaliter utilisetur pro insulatoribus disci.

Hoc studio employtus est methodus amplitudinis, qui non requirit linearitatem frontis impetus sed tantum amplitudinem voltis breakdown ut criterium, cum tempus frontis contineatur inter 100 et 200 ns et deviatio amplitudinis intra ±10%. In teste, unicuique insulatori subiectum erat quinque impetus positivi polaritatis sequentes quinque impetus negativi, et haec series repetebatur semel. Intervallo inter consecutivos impetus tenebatur inter 1 et 2 minutas.

Investigatio domestica et internationalis indicat quod obductio superficiei insulatorum de silicone rubber mutat velocitatem propagationis streamerum superficiearum in insulatoribus porcellanis, ducens ad diminutionem praestationis sustinendi impetus fronte abrupta. Tamen, praestationem insulationis ad caput insulatoris manet immutata in operatione actuali.

Hoc phaenomenon confirmatum est a plus decem manufactoribus domesticis disci insulatorum: sive profile shed sit profundus costis alternansve umbrellae, sive structura capitis sit cylindrica conica, omnes insulatores exhibent aliquam gradum diminutionis praestationis breakdown impetu fronte abrupta post obductum de silicone rubber.

Ita, relevantes standardes revisi sunt, reducendo amplitudinem testis breakdown impetu in aere pro insulatoribus disci cum coatinge RTV ab 2.8 p.u. ad 2.2 p.u. Resultata testis preliminarii ostendunt quod breakdown rarissime accidit ad 2.2 p.u. Ergo, hoc studio selecti sunt insulatores porcellani sine coatinge RTV et conducti sunt testes breakdown impetu in aere ad standardem tensionem testis 2.8 p.u., cum tempus frontis tensionis contineatur intra 100–200 ns.

Ulterius analysis statistica polaritatis voltis et loci breakdown revelavit quod ex 15 eventibus breakdown, 14 acciderunt sub polaritate positiva et unum sub polaritate negativa. Inter breakdowns sub polaritate positiva, 8 acciderunt ad caput et 6 ad sheds; unicus breakdown sub polaritate negativa accidit ad caput. Praeterea, arcing observatus fuit super superficiem insulatoris ante breakdowns sheds, dum nulla talis arcing observata fuit durante breakdowns capitis.

Tamen, in reference, omnes breakdowns impetus fronte abrupta insulatorum porcellanorum acciderunt ad caput, et in reference, insulatorum porcellanorum breakdowns acciderunt ad caput antequam et post coatingem RTV. Contra, hic test ostendit quod sine one-time injection-molded HTV overcoat, breakdowns impetus fronte abrupta in eadem latio insulatorum porcellanorum acciderunt exclusiva ad caput. Post HTV overmolding, breakdowns in insulatoribus porcellanis compositis acciderunt non solum ad caput sed etiam ad collum, indicans quod coating HTV silicone rubber mutat viam breakdown.

Numerus impetuum ante breakdown recordatus fuit, cum resultatis ostensis in Figura 4. Ut illustratur, 12 insulatores disrupti sunt intra primos quinque impetus, unus disruptus est in 7mo impetu, et duo disrupti sunt in 15mo impetu. Reference indicat quod insulatores porcellani cum coatinge RTV exhibent significativam reductionem praestationis sustinendi impetus fronte abrupta, cum maior probabilitas breakdown pro insulatoribus majoris tonnagis, suggerens quod coating silicone rubber degradat resistentiam ad impetus fronte abrupta. In hoc teste, 80% insulatorum compositorum cum coatinge HTV disrupti sunt intra primos quatuor impetus, ulterior demonstrans quod praesentia HTV silicone rubber significative reducit capacitates insulatorum ad sustinendum impetus fronte abrupta.

3 Simulatio Distributionis Electrici Campi ad Culmen Impetus Fronte Abrupta

Analysis resultatorum testis in Sectione 2 revelat quod, comparata ad insulatores porcellanos, via breakdown insulatorum compositorum mutata est et eorum praestantia sustinendi impetus fronte abrupta significative diminuta est. Haec sectio employtat simulationem ad calculandum distributionem electrici campi insulatorum compositorum ad culmen impetus voltage, intendens investigare causas mutationis viae breakdown et diminutionis praestationis impetus fronte abrupta.

2.1 Modelus Simulationis

Observationes ex testibus breakdown impetu in aere indicant quod, quando flashover sheds occurrit in insulatoribus compositis, arcs developuntur secundum superficiem insulatoris ad locum breakdown. Praesentia arcuum influet distributionem electrici campi et consideranda est in modello. Tamen, propter irregularitatem arcuum, establishment 3D model pro computatione esset difficile, praecipue quia stratum silicone rubber est tenuis et multo minus dimensione comparatum ad totum insulatorem, faciendo 3D meshing difficile. Ergo, ut qualitativim analyse impactum strati silicone rubber et arcuum in distributionem electrici campi, adoptatur modello bidimensionale axisymmetric pro simplificatione in hac sectione. Modello simulationis ostenditur in Figura 5.

2.2 Materiales et Conditiones Liminales

Impulsus fulminis 50% flashover voltagis insulatoris est 145 kV, et culmen 2.8 p.u. impetus fronte abrupta est 406 kV. Quia plures specimina testis experierunt breakdown sub polaritate positiva, in simulatione, pin (pin ferrum) setta est ut potentia alta (406 kV) et cap (cap ferrum) ut zero potentia. Valores permittivitatis relativa materiales enumerantur in Tabula 2.

2.3 Resultata et Analysis Simulationis

In modello sine coatinge silicone rubber, distributio electrici campi insulatoris porcellani ad culmen impetus fronte abrupta ostenditur in Figura 6(a). Ut visum in Figura 6, intensitas electrici campi principaliter concentratur ad caput insulatoris, attingens usque ad 50 kV/mm, indicans altam probabilitatem flashover capitis — consistentem cum experientia in campo et studiis relevantibus.

Ut comparative analyse effectum coatingis silicone rubber, calculata est distributio electrici campi modello insulatoris compositi cum one-time injection-molded silicone rubber, cum resultatis ostensis in Figura 6(b). Ostenditur ex Figura 6(b) quod maximum electrici campi occurrat ad fine arcus in superficie inferiore corporis insulatoris, circiter 219.4 kV/mm; intensitas campi ad fine arcus in superficie superiore minor est, 41.21 kV/mm; et significativa concentratio campi existit etiam ad capite pin, cum maximo 50.68 kV/mm.

Ita, sub influentia coatingis silicone rubber, resistivitas superficiei insulatoris aucta est, significative augeans rationem currentis capacitive voluminis ad currentem resistive superficiei in sheds. Hoc ducit ad substantialem incrementum componentis electrici campi perpendicularis ad superficiem insulatoris, faciendo ut arcus sequatur superficiem post initiationem.

Sub influentia coatingis HTV, arcus superficiei propagantur secundum superficiem insulatoris sub impetu fronte abrupta, ducendo ad acutum incrementum localis intensitatis campi — longe superantem illam ad capite pin — faciendo breakdown magis probabile ad apice arcus et ducendo ad flashover sheds. Hoc indicat quod praestantia sustinendi impetus fronte abrupta afficitur ab coatinge HTV superficiei sheds. Praeterea, simulatio ostendit relativam altam intensitatem campi ad capite insulatoris, quae congruit cum observatis flashovers capitis in testibus.

3 Conclusio

Testes breakdown impetu in aere conducti sunt super insulatoribus compositis ad analysandum suas caracteristicas breakdown impetu fronte abrupta, et simulationes distributionis electrici campi performatae sunt ad culmen impetus fronte abrupta. Ex his deductae sunt sequentes conclusiones:

• Sub 2.8 p.u. impetus fronte abrupta, 15 ex 20 speciminibus insulatorum compositorum experiuntur breakdown, cum 80% accidunt intra primos quatuor impetus, indicans quod praesentia HTV silicone rubber significative reducit praestationem sustinendi impetus fronte abrupta insulatorum compositorum.

• Inter 15 eventibus breakdown, praeter flashovers ad capite pin, sex accidunt ad sheds, indicans clarum changementem in toto via breakdown comparatum ad insulatorum porcellanorum traditionales.

• Resultata simulationis ostendunt quod propagation arcus superficiei in insulatoribus compositis causa significativi incrementi intensitatis campi electrici ad sheds ad culmen tensionis, attingentis 217.64 kV/mm, faciendo flashover sheds magis probabile. Contra, pro insulatoribus sine strato silicone rubber, maximum campi durante developmentum arcus locatur ad capite pin, attingens 49.55 kV/mm, ubi breakdown principaliter accidit.