למרות שמוצאים תחילה שימוש בעיקר באזורי שירות מזוהמים, מבודדים מרוכבים רואים יישומים הולכים וגדלים גם בסביבות נקיות יחסית בגלל קלות הטיפול היחסי שלהם ועלויות הרכישה האטרקטיביות. לאחרונה, שדרוג מתח כמו גם עיצוב קומפקטי של קווי AC חדשים הפכו לאזורי נישה נוספים בהם מוחלים מבודדים מרוכבים בסביבות נקיות.
במקרה של היישומים האחרונים, סידורי הבידוד מתוכננים לרוב קצרים יחסית כך שהם ייכנסו לחלון החלל המצומצם של המגדלים. לכן, הגבלת שדה אלקטרוני מרבי עדיין הופכת קריטית יותר. תחום יישום גדל והולך הוא מבודדי עמדות מרוכבים, במיוחד אלה בעלי ליבה מוצקה מאחר ואלה אינם שונים זה מזה בעיצוב אוגן מבודדי קו מורכב.
יש לקחת בחשבון שלושה קריטריונים כדי להבטיח מימד אופטימלי של מבודדים מרוכבים המצוידים בטבעות דירוג:
1. הגבלת שדה חשמלי במגבר&לטבעת דירוג; התאמת קצה;
2. הגבלת שדה חשמלי לאורך פני השטח של בית הבידוד;
3. הגבלת שדה חשמלי ב"נקודה משולשת "(כאשר מגבר&אוויר; דיור עונה על התאמת מתכת).
שלושתם מאומתים בדרך כלל על ידי חישובי שדה אלקטרוני, הראשון על ידי מבחן ה- RIV הסטנדרטי המתואר בחברת החשמל 60437 2ndEdition (1997-09). לא ניתן לאמת את הקריטריון השלישי על ידי מבחן ואילו השני עדיין לא ניתן לאימות על ידי אף מבחן. חברות אספקת חשמל, לעומת זאת, מעוניינות יותר ויותר לבצע אימות כזה.
קביעת קריטריונים למקסימום שדה אלקטרוני
עדיין ישנם נתונים מעטים יחסית המתפרסמים לגבי שדה אלקטרוני מקסימלי במקרה של מבודדים מרוכבים. על פי CIGRE חוברת 284, שדה אלקטרוני מקסימלי על פני מבודד מרוכב (כלומר בקצה הסככה הראשונה מהתאמת הקצה) מוערך בין 0.6 ל 1.0 קילו וולט / מ"מ. אבל הטווח הזה כנראה אופטימי מדי. לדוגמא, מחקרים קודמים של EPRI הצביעו על העדפה של מגבלה מקסימאלית על שדה אלקטרוני של 0.45 קילו וולט / מ"מ בעוד שמחקרים קודמים ב- STRI הציעו 0.4 קג"מ / מ"מ. אחרים העריכו את רמת שדה E קריטית בכ- 0.38 קילו וולט / מ"מ בלבד.
לקבלת שדה אלקטרוני מרבי על התאמת המתכת, חוברת CIGRE המליצה על הגבלה של 2.2 קילו וולט / מ"מ. על פי מאמר קודם מ- EPRI, הערך שצוין עבור שדה E פני השטח על אביזרי מתכת וטבעות דירוג צריך להיות 2.1 קילו וולט / מ"מ וערך זה משמש לעתים קרובות כהפניה למטרות תכנון. על פי הדיונים הפנימיים שעברו בעבר ב- CIGRE, ישנם כלי עזר שמציינים ערכים הנמוכים עד 1.6 קילו-וולט / מ"מ - ככל הנראה כדי להסביר פגמים בייצור אפשריים, משטחים שנפגעו מעט עקב טיפול או הזדקנות לא נכונים של טבעות הדירוג בשירות. במאמר קודם לכן, STRI המליצה על 1.8 קילו וולט / מ"מ.
נתונים אחרונים ממגבר STRI GG; EPRI
מחקרים עדכניים יותר סיכמו עבודות לקביעת מגבלה מעשית לשדה אלקטרוני מותר על משטחי בידוד למטרות תכנון. העבודה הראשונית של EPRI לקביעת רמות סף שדה אלקטרוני לקורונה המושרה על ידי מים (פורסמה לראשונה בשנת 1999) הורחבה על בסיס בדיקות קטנות כמו גם בקנה מידה מלא כדי לחדד את הספים הללו. לדוגמא, תוצאות הן מבחני הזדקנות טבעיים (ב- STRI) והן מבדיקות הזדקנות מלאכותית (על ידי EPRI) הראו נטייה ברורה להפחתת הידרופוביות בקטעי נדן כאשר שדה E עולה על כ- 0.3 עד 0.4 קילו וולט / מ"מ (ראה איור 1). כיוונון נוסף של הסף התבסס על בדיקות מעבדה בקנה מידה קטן ומלא בקנה מידה, כמו גם על נתונים מניסיון השירות. זה הוביל לקריטריון הסופי הבא, שמודגם באיור 2: אין לאפשר שדה אלקטרוני ממוצע על מעטפת הבידוד לחרוג מ- 0.42 קילו וולט / מ"מ ליותר מ -10 מ"מ לאורך פני השטח. גישה ממוצעת כזו הונהגה בכדי למנוע בעיות גיאומטריות קטנות אך משמעותיות, שאינן משקפות כראוי את ביצועי המבודד (כלומר תהיה עלייה חדה בשדה E בנקודות כאלה). באשר לאיטום ההתאמה הסופית (כלומר הנקודה המשולשת), אסור לאפשר לשדה E לחרוג מ- 0.35 קילו וולט / מ"מ. יש לדגם חישובים באמצעות הדמיות שדה אלקטרוני תלת-ממדי ולבחון גם בדיקות מעבדה.
לבסוף, הקריטריונים הבאים שימשו ליישומים מעשיים רבים:
• מגבלת שדה אלקטרוני על מגבר&טבעת לדירוג; התאמת קצה: 1.8 קילו וולט / מ"מ
• גבול שדה E ממוצע לאורך משטח הדיור: 0.42 קילו וולט / מ"מ
• גבול שדה E בנקודה משולשת: 0.35 קילו וולט / מ"מ
הסבר הגישה
מגבר&לתכנית; דוּגמָנוּת
כל החישובים ב- STRI בוצעו באמצעות תוכנת Comsol Multiphysics. דוגמה מעשית לחישוב כזה לתנאי שירות אמיתיים הייתה כדלקמן:
דגם זרוע הצלב בידוד הוצב על השלב המרכזי בצד אחד של מגדל (כמו באיור 6). השלבים היו מסודרים כדי לדמות את התרחיש הגרוע ביותר מנקודת מבט של שדה חשמלי, כלומר השלב המרכזי חשוף לשדה E הגבוה ביותר בגלל קרבת שני השלבים הסמוכים באותו צד של המגדל. על פי דרישת הלקוח, המתח הוגדר על Um=420 קילו וולט. לכן הפוטנציאל החשמלי שהופעל בשלב המרכז היה 420 / √3 קילו וולט. המתח בשני השלבים מעל ומתחת השלב המרכזי היה 420 / √3 קילו-וולט עם העברת פאזה של 120 מעלות. רק 10 עד 12 זוגות סככה מעוצבים בדרך כלל, בהתבסס על ניסיון קודם עם חישובים דומים, שהראו כי רק הסככות הקרובות ביותר לאביזרים נחשפות לשדה החשמלי הגבוה ביותר. הנחת הנחה זו אפשרה לצמצם את זמן הדוגמנות.
שני החומרים העיקריים שנלקחו בחשבון לצורך חישוב זה היו אוויר וגומי סיליקון. הקבוע הדיאלקטרי (רווחיות יחסית) המשמש למוט סיבי הזכוכית זהה לסיליקון, כלומר 3.0, אך מכיוון שהיתר היחסי בפועל נמוך יותר עבור סיליקון, החישוב מעט שמרני. הסיבה החשובה ביותר לפשט חישובים באופן זה היא להקל על הנטישה ולאפשר לחישובים לרוץ מהר יותר. איור 3 מציג תוצאות אופייניות.
