PNE 33 0405-2 Navrhování venkovní elektrické izolace podle

Podniková norma energetiky pro rozvod elektrické energie
ČEPS,
ČEZ Distribuce, E.ON
Distribuce, E.ON CZ,
PRE Distribuce,
Navrhování venkovní elektrické izolace
podle stupně znečištění –
Část 2: Polymerové izolátory pro sítě se
Třetíé vydání3 vydání
střídavým napětím
PNE 33 0405-2
Odsouhlasení normy
Konečný návrh podnikové normy energetiky pro rozvod elektrické energie odsouhlasily tyto
organizace: ČEPS, a.s., ČEZ Distribuce, a.s., PRE Distribuce, a.s., E.ON Distribuce, a.s.,
E.ON CZ, a.s.
Nahrazuje:
Účinnost: 1.1.2015
PNE 33 0405 - 2
Obsah
Strana
Předmluva .............................................................................................................................................................................. 3
Citované normy ...................................................................................................................................................................... 4
1Obecně ................................................................................................................................................................................ 5
1.1Předmět normy ................................................................................................................................................................. 5
1.2Rozsah platnosti ............................................................................................................................................................... 5
1.3Obecná ustanovení ........................................................................................................................................................... 5
1.4Definice ............................................................................................................................................................................. 5
2Klasifikace prostředí podle stupně znečištění ...................................................................................................................... 6
2.1 Typy znečištění ................................................................................................................................................................ 6
2.2Klasifikace na základě vyhodnocení spadů ....................................................................................................................... 7
2.3Klasifikace na základě měření na referenčním izolátoru (metody podle IEC 60815-1) ..................................................... 7
3Volba vhodného materiálu pláště ......................................................................................................................................... 8
4 Stanovení požadované referenční unifikované měrné povrchové cesty ............................................................................. 9
5 Určení vhodného základního profilu izolátoru pro dané prostředí ....................................................................................... 9
6 Kontrola charakteristik profilu izolátoru ............................................................................................................................. 10
7 Korekce unifikované měrné povrchové cesty .................................................................................................................... 13
7.1Korekce na nadmořskou výšku ....................................................................................................................................... 13
7.2Korekce na střední průměr izolátoru ............................................................................................................................... 13
PŘÍLOHA A (Informativní) Specifické záležitosti týkající se polymerových plášťů izolátorů při znečištění........................... 14
A.1 Obecné informace ......................................................................................................................................................... 14
A.2 Možnost zkrácení povrchové cesty u polymerových izolátorů ....................................................................................... 14
PŘÍLOHA B (Informativní) Základní informace o degradaci polymerů vyvolané znečištěním .............................................. 16
2
PNE 33 0405 -2
Předmluva
Tato norma obsahuje zásady pro volbu polymerových izolátorů do znečištěného prostředí.
Struktura této normy je založena na Technické specifikaci IEC 60815 – 3:2008 Výběr a volba vysokonapěťových izolátorů pro použití v podmínkách znečištění – Část 3: Polymerové izolátory pro systémy se střídavým
napětím.
Polymerové izolátory se často používají jako řešení při problémech s přeskoky při znečištění na porcelánových
nebo skleněných izolátorech. Zvýšení spolehlivosti polymerových izolátorů při znečištění je způsobeno několika
faktory, jako:

Menší střední průměr izolátorů (zejména u závěsných izolátorů pro vedení)

Optimalizovaný, plošší a více otevřený profil izolátoru

Rozdílné fyzikální charakteristiky materiálu, které snižují tepelnou setrvačnost (nižší zvlhčení při rose a
mlze) a ovlivňují usazování znečištění a rozvoj oblouku

Hydrofobní povrch, který redukuje povrchovou vodivost a svodový proud
Polymerový materiál ale není inertní a je citlivý na chemické a fyzikální účinky prostředí, které mohou vést
k degradaci vlastností, které zvyšují spolehlivost izolátorů ve znečištěném prostředí. Degradace závisí na vlastnostech materiálu a při elektrických namáháních je silně ovlivněna tvarem profilu pláště a konstrukcí koncových
armatur.
Hydrofobnost polymeru působí na zlepšení chování izolátoru ve dvou směrech. Hydrofobní povrch se jednak
hůře zvlhčuje z důvodů tvorby oddělených kapek a u nejvíce hydrofobních polymerů dochází k zapouzdření
částic znečištění a tím se vrstva znečištění stane také hydrofobní.
Oba tyto jevy mají za následek snížení povrchové vodivosti a svodového proudu a tím i zlepšení chování izolátoru v podmínkách znečištění. Účinkem prostředí nebo elektrickými vlivy (rychlé usazování znečištění na povrchu izolace, delší výskyt elektrických výbojů na povrchu izolace) může dojít ke ztrátě nebo potlačení těchto
jevů a k opětnému návratu hydrofobnosti může dojít až za několik dnů. Tato skutečnost je důležitým faktorem
při volbě izolátorů do prostředí se silným a velmi silným znečištěním, kde se nedoporučuje používat polymerové
izolátory s kratší délkou specifické povrchové dráhy, než jaká je určená pro porcelánové a skleněné izolátory.
U polymerových izolátor je z důvodů menších nezbytných tlouštěk materiálu (stříšek) a pokročilých technik lisování větší volnost při návrhu jejich profilu. Důležité je zejména vyhnout se možnosti použít příliš velkou délku
povrchové cesty při krátké přeskokové délce, což může mít za následek zvýšenou výbojovou aktivitu svodového proudu, což vede k erozi nebo tvorbě vodivých stop.
Dalším důležitým faktorem pro zamezení degradace, tvorbě vodivých stop na polymerovém plášti nebo v mezivrstvě izolátoru je vhodné rozložení elektrického pole podél izolátoru. Většina polymerových izolátorů vyžaduje
použití prostředků pro řízení rozložení elektrického pole na straně vysokého napětí (vhodně tvarovaná koncová
kovová armatura, korónové nebo ochranné kruhy apod.) Více informací je uvedeno v CIGRE Technické brožuře TB 365[1].
Ověření správnosti výběru typu izolátoru a jeho rozměrů pomocí laboratorních zkoušek, jak je tomu v případě
porcelánových a skleněných izolátorů, je u kompozitních izolátorů komplikované tím, že pro ně dosud není stanovena standardní zkouška s umělým znečištěním. Tato problematika se řeší v CIGRE. Návrh možné metody
je uveden v Technické brožuře TB 555 [2], ale tento postup nebyl zaveden jako standardní.
Principy použití této normy
Při volbě polymerových izolátorů do znečištěného prostředí se postupuje podle následujících bodů:

Určení stupně znečištění prostředí, ve kterém bude izolátor provozován (viz článek 2)

Volba vhodného material pláště izolátoru (viz článek 3)

Stanovení požadované referenční unifikované měrné povrchové cesty (viz článek 4)

Určení vhodného základního profilu izolátoru pro dané prostředí (viz článek 5)

Kontrola charakteristik profilu izolátoru (viz článek 6)

Korekce referenční unifikované měrné povrchové cesty na velikost, profil a montážní orientaci izolátoru
(viz článek 7)
3
PNE 33 0405 - 2
Citované normy
PNE 33 0405-1:2014 Navrhování venkovní elektrické izolace podle stupně znečištění – Část 1: Porcelánové a
skleněné izolátory pro sítě se střídavým napětím.
ČSN EN 50341-1:2013
Společné specifikace
Elektrická venkovní vedení s napětím nad AC1 kV – Část 1: Obecné požadavky –
ČSN EN 50341 - 3 -19:2010 Elektrická venkovní vedení s napětím nad AC1 kV – Část 3 Soubor NNA, NNA pro
Českou republiku
ČSN EN 61936-1:2011
Elektrické instalace nad AC 1 kV – Část 1: Všeobecná pravidla
IEC/TS 60815-2:2008 Výběr a volba vysokonapěťových izolátorů pro použití v podmínkách znečištění –
Část 2: Keramické a skleněné izolátory pro systémy se střídavým napětím
IEC/TS 60815-3:2008 Výběr a volba vysokonapěťových izolátorů pro použití v podmínkách znečištění –
Část 3: Polymerové izolátory pro systémy se střídavým napětím.
IEC 60073
ČSN EN 60038:2012
Jmenovitá napětí CENELEC
Vypracování normy
Zpracovatel: EGU-HV Laboratory a.s., Podnikatelská 267, 190 11 Praha 9 – Běchovice, IČ 25634330,
Ing. Václav Sklenička, CSc.
Pracovník CSRES Ing. Jaroslav Bárta, Ing. Pavel Kraják
4
PNE 33 0405 -2
1
Obecně
Předmět normy
1.1
Tato norma platí pro navrhování polymerové izolace elektrických venkovních vedení a stanic s napětím nad
1 kV v oblastech se znečištěným prostředím.
Cílem této normy je poskytnout uživateli prostředky k:

určení referenční unifikované specifické povrchové cesty pro daný stupeň znečištění oblasti;

výběru vhodného profilu izolátoru;

použití korekčních činitelů na referenční unifikovanou specifickou povrchovou cestu pro nadmořskou
výšku, tvar, velikost a pozici izolátoru.
Tato norma se nezabývá s vlivem sněhu a námrazy na znečištěné polymerové izolátory, protože současné
znalosti tohoto problému jsou omezené.
1.2
Rozsah platnosti
Tato podniková norma energetiky je vypracována pro následující organizace:
PRE Praha a.s., ČEZ Distribuce, a.s., ČEPS, a.s.,E.ON Distribuce, a.s., E.ON CZ, a.s.
Její platnost se vztahuje na venkovní vedení a stanice provozované těmito společnostmi.
1.3
Obecná ustanovení
Venkovní izolace musí z hlediska koordinace izolace a mechanického namáhání vyhovovat u venkovních vedení požadavkům normy ČSN EN 50341-1, ČSN EN 50341-2 -19 a u stanic normy ČSN EN 61936-1.
U nových zařízení se venkovní izolace podle této normy navrhuje tak, aby nebylo třeba dalších provozně technických opatření a aby nebylo nutno vyřazovat zařízení z provozu častěji, než vyžaduje běžná údržba.
Při výběru stanoviště stanic se doporučuje, aby se nacházelo v oblastech s co nejnižším stupněm znečištění.
V oblastech se stupněm znečištění IV (velmi silné) se nedoporučuje stavět stanice.
Pokud je nutné použít venkovní izolaci v oblastech se stupněm znečištění IV, postupuje se individuálně.
1.4
Definice
1.4.1
polymerový izolátor (polymeric insulator)
izolátor, jehož izolační tělo se skládá alespoň z jednoho materiálu organického původu
Poznámka: Ke koncům izolačního těla může být připojeno spojovací zařízení (koncové armatury)
1.4.2
kompozitní izolátor (composite insulator)
Izolátor, vyrobený nejméně ze dvou izolačních částí a to z jádra a pláště, vybavený koncovými armaturami
Poznámka: Kompozitní izolátor se například může skládat z jednotlivých stříšek montovaných na jádro s nebo bez mezilehlého povlaku jádra, nebo alternativně z izolačního pláště tvarovaného nebo odlévaného v jednom kuse nebo v několika
částech přímo na jádro.
1.4.3
Materiály přenášející hydrofobnost (HTM materiály) (hydrophobicity transfer materials – HTM)
Polymerové materiály vykazující hydrofobnost a mající schopnost přenášet hydrofobnost do vrstvy znečištění
na jejich povrchu.
Poznámka: Hydrofobnost se za určitých podmínek může dočasně nebo permanentně ztratit
Poznámka: Směrnice pro měření hydrofobnosti (smáčivosti povrchu) jsou uvedeny v IEC 62073.
1.4.4
Materiály nepřenášející hydrofobnost (non-HTM materiály)
Materiály, které nemají schopnost přenášet hydrofobnost do vrstvy znečištění na povrchu
1.4.5
5
PNE 33 0405 - 2
povrchová cesta L (creepage distance)
nejkratší vzdálenost nebo součet nejkratších vzdáleností podél izolační části izolátoru mezi těmi částmi izolátoru, na kterých je normálně provozní napětí
POZNÁMKA 1
cesty.
Povrch cementu nebo jakýchkoli neizolačních spojovacích materiálů se nepovažuje za část povrchové
POZNÁMKA 2 Izolační části izolátoru pokryté vrstvou s vysokým odporem např. polovodivou glazurou se považují za část
povrchové cesty.
1.4.6
přeskoková vzdálenost izolátoru S (arcing distance)
nejkratší vzdušná vzdálenost vně izolátoru mezi kovovými částmi, mezi kterými je normálně provozní napětí.
1.4.7
unifikovaná měrná povrchová cesta USCD (unified specific creapage distance)
povrchová cesta izolátoru dělená maximálním provozním napětí na izolátoru (pro systémy střídavého napětí to
obvykle bývá nejvyšší napětí pro zařízení Um/√3 - nejvyšší provozní fázové napětí)
1.4.8
referenční unifikovaná měrná povrchová cesta USCD (reference unified specific creapage distance)
Počáteční hodnota unifikované měrné povrchové cesty pro daný stupeň znečištění před korekcí na velikost,
profil, montážní polohu atd.
1.4.9
parametry profilu izolátoru (insulator profile parameters)
soubor geometrických parametrů, které mají vliv na chování izolátoru při znečištění
1.4.10
znečištění prostředí (site pollution severity)
parametry Scm, Srm a ϭ0,2m jako výsledek statistického vyhodnocení spadu (příloha 1) nebo maximální hodnota
ESDD/NSDD zaznamenaná během přiměřené doby (příloha 2)
1.4.11
stupeň znečištění prostředí (degree of site pollution severity)
klasifikace znečištění prostředí oblasti od malého po vysoké jako funkce znečištění prostředí
1.4.12
hustota nánosu soli SDD (salt deposit density)
množství chloridu sodného (NaCl) v umělé vrstvě znečištění na daném povrchu izolátoru (kovové části a spojovací materiály nejsou do tohoto povrchu zahrnuty) vydělené plochou tohoto povrchu; obvykle vyjádřeno
v mg/cm2
1.4.13
ekvivalentní hustota nánosu soli ESDD (equivalent salt deposit density)
množství chloridu sodného (NaCl), které při rozpuštění v demineralizované vodě má stejnou objemovou vodivost jako přírodní znečištění sejmuté z dané části povrchu izolátoru, dělené plochou této části, obvykle vyjádřeno v mg/cm2
1.4.14
hustota nánosu nerozpustné složky NSDD (non soluble deposit density)
množství nerozpustných zbytků znečištění sejmutých z dané části povrchu izolátoru dělené plochou této části,
obvykle vyjádřeno v mg/cm2
2
Klasifikace prostředí podle stupně znečištění
2.1 Typy znečištění
Existují dva základní typy znečištění povrchu izolátoru, které mohou vést k přeskoku:
Typ A – kdy se na povrchu izolátoru usazuje pevné znečištění, které obsahuje rozpustnou a nerozpustnou
složku. Při zvlhčení se toto znečištění stává vodivým. Tento typ znečištění se charakterizuje nejlépe hodnotami
ekvivalentní hustoty nánosu soli (ESDD) a hustoty nánosu nerozpustné složky (NSDD) nebo parametry získanými z rozboru zachyceného spadu (množství zachyceného spadu Sc, množství rozpustných látek ve spadu Sr
a jejich měrnou vodivostí ϭ0,2 ).
Typ B – kdy se na povrchu izolátoru usazuje tekutý elektrolyt s velice malým množstvím nebo bez nerozpustných složek.
6
PNE 33 0405 -2
V České republice se uvažuje znečištění typu A.
Podle intenzity atmosférického znečištění se území České republiky dělí do 4 stupňů.
Metodika klasifikace prostředí podle stupně znečištění je uvedena v PNE 330405 – 1, kapitola 2.
2.2
Klasifikace na základě vyhodnocení spadů
Metoda měření a vyhodnocování spadů je popsána v PNE 330405 – 1 v příloze 1.
Klasifikace stupňů znečištění na základě hodnocení spadů (platné pro všechny typy izolátorů - porcelánové,
skleněné a polymerové) je uvedeno na obrázku 1.
Scm + Srm (mg/cm2den)
1
IV – velmi silné
III – silné
0,1
II – střední
Heading
I – malé
0,01
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
σ0,2 m S/cm)
Obrázek 1 – Klasifikace stupně znečištění na základě hodnot získaných z vyhodnocení spadů
Tato metodika je vhodná zejména pro vypracování plošných map znečištění oblastí a byla použita pro vypracování mapy znečištění České republiky pro volbu izolace vedeni a stanic vn, vvn a zvn.
2.3
Klasifikace na základě měření na referenčním izolátoru (metody podle IEC 60815-1)
Pro polymerové izolátory se stupeň znečištění stanovuje na základě měření ekvivalentní hustoty nánosu soli
(ESDD) a hustoty nánosu nerozpustné složky (NSDD) na povrchu referenčního tyčového porcelánového izolátoru.
Poznámka: Použití polymerového izolátoru pro stanovení stupně znečištění oblasti se nedoporučuje, protože
povrchy různých polymerů mohou mít vliv na usazování znečištěná a na samočistící vlastnosti. Některé polymery navíc vykazují určitou lepkavost nebo drsnost povrchu, což rovněž ovlivňuje usazování znečištění
Postup měření na referenčních izolátorech a výpočet hodnot ESDD a NSDD je uveden v PNE 330405 – 1
v příloze 2.
V grafech na obrázku 2 jsou uvedeny rozsahy hodnot ESDD a NSDD odpovídajících každému stupni znečištění
pro tyčové izolátory. Hodnoty v grafech jsou maximální hodnoty zaznamenané pravidelným měřením trvajícím
minimálně po dobu 1 roku.
Poznámka: V IEC 60815-1 se znečištění klasifikuje do 5 stupňů. Pro potřeby České republiky byly stupně znečištění „velmi
lehké“ a „lehké“ sloučeny do stupně „malé“.
7
PNE 33 0405 - 2
Obrázek 2 – Vztah mezi ESDD a NSDD pro referenční tyčové izolátory
Tato metodika je zejména vhodná pro měření v místech nebo oblastech, kde se uvažuje s výstavbou stanic
nebo vedení vvn a zvn.
3
Volba vhodného materiálu pláště
Obecně se pro polymerové (kompozitní) izolátory používají silikonové kaučuky na bázi dimetyl siloxanu, sesítěné polyolefiny (např. EPDM) nebo polokrystalické ethylenové kopolymery (EVA).
Pro možnost použití těchto polymerů pro venkovní izolátory musí obsahovat příslušná aditiva, které zajišťují
odolnost proti výbojům, UV záření apod.
Pro podmínky České republiky a Slovenska jsou nejvhodnější polymerové pláště izolátorů vyrobené ze silikonového kaučuk a to buď z HTV silikonu (silikonový kaučuk vulkanizovaný za vysoké teploty) nebo z LSR (tekutý
silikonový kaučuk).
Pro pláště omezovačů přepětí, průchodek, kabelových koncovek pro sítě vn lze použít i polokrystalický etylenový kopolymer (EVA).
Použití jiných materiálů musí být dohodnuto mezi uživatelem a dodavatelem (výrobcem) izolátorů.
V každém případě musí dodavatel izolátorů předložit výsledky všech příslušných konstrukčních zkoušek podle
relevantních norem pro jednotlivé typy izolátorů.
Norma platná pro všechny typy polymerových izolátorů:
ČSN EN 62217:2013 „Polymerové izolátory vysokého napětí pro vnitřní a venkovní použití – Obecné definice,
zkušební metody a přejímací podmínky“, Kapitola 9: Konstrukční zkoušky.
Norma platná pro kompozitní závěsné izolátory:
ČSN EN 61109: 2009 „Izolátory pro venkovní vedení – kompozitní závěsné a kotevní izolátory pro systémy
střídavého napětí se jmenovitým napětím vyšším než 1000 V – Definice, zkušební metody a přejímací kritéria.
Kapitola 10: Konstrukční zkoušky
Norma platní pro staniční podpěrky:
ČSN EN 62231: 2006 „Kompozitní staniční podpěrky pro stanice nad 1 kV až do 245 kV – Definice zkušební
metody a přejímací kritéria“ Kapitola 8: Konstrukční zkoušky.
Norma pro podpěrné izolátory pro vedení:
ČSN EN 61952: 2009 Izolátory pro venkovní vedení - Kompozitní podpěrné izolátory pro vedení se jmenovitým
střídavým napětím vyšším než 1 000 V - Definice, zkušební metody a přejímací kritéria“. Kapitola 10: Konstrukční zkoušky
Norma pro kompozitní duté izolátory:
ČSN EN 61462:2008 „Kompozitní duté izolátory - Izolátory tlakové a bez tlaku pro elektrická zařízení se jmenovitým napětím vyšším než 1 000 V - Definice, zkušební metody, kritéria přijetí a konstrukční doporučení“ Kapitola 7: Konstrukční zkoušky.
Více obecných informací o specifických záležitostech týkajících se polymerových plášťů izolátorů při znečištění
je uvedeno v Příloze A.
8
PNE 33 0405 -2
4 Stanovení požadované referenční unifikované měrné povrchové cesty
Polymerová izolace se navrhuje podle délky unifikované měrné povrchové cesty (USCD), která je definována
jako podíl povrchové cesty izolátoru (mm) a nejvyššího provozního fázového napětí (kV).
POZNÁMKA V předešlé ČSN 33 0405 a starších norem IEC byla používána veličina měrná povrchová dráha (SCD), definovaná jako
podíl povrchové cesty a nejvyššího napětí sítě Um podle ČSN 33 0120 (nejvyšší sdružené napětí sítě).
Platí tedy USCD = √3 . SCD
USCD izolátoru pro daný stupeň znečištění musí být větší nebo rovna referenčním hodnotám uvedeným na
obrázku 3.
Obrázek 3: Referenční unifikované měrné povrchové cesty pro jednotlivé stupně znečištění oblasti.
5 Určení vhodného základního profilu izolátoru pro dané prostředí
Obecně jsou u polymerových izolátorů ve srovnání s porcelánovými a skleněnými izolátory profily stříšek jednodušší a ve většině případů se jedná o tzv. „otevřené profily. Sklon horního povrchu stříšek bývá méně než 20o
a sklon spodního povrchu je podobný nebo menší.
Typické „otevřené“ profily jsou na obrázku 4.
a) Polymerový tyčový, podpěrný
a dutý izolátor
b) Polymerový podpěrný
a dutý izolátor
c) Polymerový izolátor s vystřídanými
stříškami
Obrázek 4: Typické otevřené profily polymerových izolátorů
Izolátory s otevřeným profilem jsou vhodné do všech typů znečištění a pro vertikální i horizontální montážní
polohu. Jsou zejména vhodné tam, kde se znečištění usazuje na izolátor větrem (průmyslové znečištění,
pouštní podmínky apod.)
Izolátory s otevřeným profilem se používají téměř výhradně pro znečištění typu A. V menší míře se používají
izolátory s mělkými žebry (viz obrázek 5a).
a) mělká žebra
b) hluboká žebra
Obrázek 5: Polymerový izolátor s žebry na spodní straně stříšky
Pro znečištění typu B s mohou používat polymerové izolátory se strmým sklonem stříšek (viz obrázek 6) nebo
izolátory s hlubokými žebry (viz obrázek 5b).
9
PNE 33 0405 - 2
Obrázek 6: Polymerový izolátor se strmým sklonem stříček.
Pro podmínky České republiky a Slovenska jsou nejvhodnější polymerové izolátory s otevřeným profilem.
6 Kontrola charakteristik profilu izolátoru
Profil izolátoru ovlivňuje jeho chování ve znečištěném prostředí. Správné charakteristiky profilu izolátoru zabraňují přemosťování stříšek deštěm, výbojům mezi stříškami, které zkratují část povrchové cesty, nadměrnému
usazování znečištění v určitých místech izolátoru a ovlivňují lokální elektrická namáhání.
V této kapitole jsou definována parametry profilu a určeny jejich rozsahy, které zaručují správnou funkci izolátoru při znečištění (převzato z IEC 60815 – 3).
Pro jednotlivé parametry je normální rozsah označen bíle, rozsah parametrů, který mírně zhoršuje jejich chování je označen šedě a rozsah parametrů, který silně zhoršuje jejich chování je označen černě.
Při volbě izolátorů do znečištěného prostředí na základě délky referenční unifikované měrné povrchové cesty
se musí všechny dále uvedené parametry spočítat a zkontrolovat. Je přípustné, že jeden parametr může být
v šedém rozsahu (mírně zhoršující). V takovém případě se ale doporučuje zvolit poněkud vyšší hodnotu referenční unifikované měrné povrchové cesty, než je podle obrázku 3.
Pokud je více parametrů v šedé oblasti nebo jeden parametr v černé, pak se doporučuje zjistit údaje o provozních zkušenostech s takovým profilem, ověřit daný profil zkouškou s umělým znečištěním nebo zvolit jiný profil
izolátoru.
6.1
Vystřídané stříšky a vyložení stříšky
Klasifikace, zda se jedná o izolátor se shodnými nebo vystřídanými stříškami je založena na rozdílu vyložení stříšek měřeného od dříku izolátoru ke konci největší a nejmenší stříšky.
Samotné vyložení stříšek není důležitý parametr, pokud úhel
sklonu stříšek není příliš malý (<5°) nebo příliš velký (>35°).
Avšak větší rozdíly ve vyložení stříšek mohou být pro svislý
izolátor výhodné v podmínkách námrazy, sněhu nebo silného
deště.
Klasifikace profilu
Shodné stříšky
Vystřídané stříšky
Vertikální izolátor s celkovým průměrem > 200mm
p1 = p2 nebo
p1 - p2 < 15 mm
p1 - p2 ≥ 15 mm
Ostatní polohy nebo vertikální izolátor
s celkovým průměrem ≤ 200mm
p1 = p2 nebo
p1 - p2 < 0,18 p1 mm
p1 - p2 ≥ 0,18 p1 mm
10
PNE 33 0405 -2
6.2
Poměr vzdálenost mezi stříškami a vyložení
Poměr mezi vertikální vzdáleností dvou podobných bodů sousedních stříšek stejného průměru s (mm) a maximálního vyložení
stříšky p (mm).
Tento parametr stejně jako parametry popsané v 6.4, 6.5
a 6.6 obsahují vzdálenost mezi stříškami a jsou důležité pro zamezení zkrácení povrchové cesty přemostěním vzdálenosti mezi
stříškami obloukovým výbojem.
Vliv parametru s/p na zhoršení chování izolátorů
Izolátory s průměrem dříku ≤ 110 mm
Stříšky s žebry
Silný
Stříšky
bez žeber
Mírný
Silný
s/p
0,4
0,5
Mírný
0,6
0,7
Žádný
Žádný
0,8
0,9
1,0
Vliv parametru s/p na zhoršení chování izolátorů
Izolátory s průměrem dříku > 110 mm
Stříšky s žebry
Silný
Stříšky
bez žeber
Silný
s/p
6.3
0,4
Mírný
Žádný
Mírný
0,5
0,6
Žádný
0,7
0,8
0,9
1,0
Nejmenší vzdálenost mezi stříškami
c(mm) je nejkratší vzdálenost mezi sousedními stříškami
stejného průměru měřená jako kolmá vzdálenost od nejnižšího bodu okraje horní stříšky k sousední nižší stříšce (stejného
průměru).
Nejmenší vzdálenost mezi stříškami je jednou z nejdůležitějších charakteristik pro vyhodnocení profilu izolátoru. Výboje
mezi stříškami z důvodů malé vzdálenosti mohou zrušit jakékoli úsilí pro zlepšení chování izolátorů zvětšením povrchové
cesty.
Vliv parametru c na zhoršení chování izolátorů
Shodné stříšky
Vystřídané
stříšky
c (mm)
Silný
Mírný
Žádný
Silný
20
25
Mírný
30
35
11
Žádný
40
45
50
PNE 33 0405 - 2
6.4
Vztah mezi povrchovou cestou a nejkratší vzdáleností
d(mm) je přímá vzdušná vzdálenost mezi dvěma body na izolační části nebo mezi bodem na izolační části a jiným bodem
na kovové části
l(mm) je část povrchové cesty měřené mezi výše uvedenými
body
l/d je nejvyšší poměr nalezený na jakékoli sekci.
Poměr mezi povrchovou cestou a nejkratší vzdáleností je více
lokalizovaná kontrola rizika přemostění obloukem při výskytu
suchých pásů nebo při nerovnoměrné hydrofobnosti. Je také
důležitý pro zabránění lokálního nárůstu znečištění
v hlubokých nebo úzkých částech profilu.
Vliv parametru l/d na zhoršení chování izolátorů
Všechny profily
0
l/d
6.5
Žádný
1
Mírný
2
3
4
5
Silný
6
7
Úhel stříšky
Pro oblé stříšky se α měří ve středním bodě.
Otevřené profily umožňují více účinné přirozené mytí povrchu izolátorů za předpokladu, že úhel stříšky není
tak malý, že zabraňuje odtoku přebytečné vody.
Vliv parametru α na zhoršení chování izolátorů
Svislé
izolátory
Mírný
0oSilný
Horizontální izolátor s minimální
vzdáleností stříšek
< 30 mm
αo
6.6
Žádný
Mírný
žádný
0
10
Silný
Mírný
20
Silný
30
40
50
60
Činitel povrchu CF (creepage factor)
CF = L/S
kde je:
L
celková povrchová cesta izolátoru (mm)
S
přeskoková vzdálenost izolátoru (mm)
Činitel povrchu slouží jako komplexní kontrola využití povrchové cesty. Jsou-li splněny požadavky článků 6.2,
6.3 a 6.4, pak jsou požadavky na činitele povrchu obvykle automaticky respektovány.
12
PNE 33 0405 -2
Stupeň
znečištění
Vliv parametru CF na zhoršení chování izolátorů
Žádný
Žádný
Žádný
Žádný
malé
střední
silné
velmi silné
CF
2,5
3,0
Mírný
Mírný
Silný
Silný
Silný
Silný
Mírný
Mírný
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
7 Korekce unifikované měrné povrchové cesty
Pokud se volba izolace provádí do znečištěného prostředí na základě délky povrchové cesty, pak referenční
unifikovaná měrná povrchová cesta (článek 4) se obecně koriguje na nadmořskou výšku a průměr izolátoru.
Korekční činitelé Ka na nadmořskou výšku (altitude) a Kad na střední průměr izolátoru (average diameter) jsou
násobné.
Korigovaná USCD = RUSCD . Ka . Kad
7.1
Korekce na nadmořskou výšku
Vliv nadmořské výšky na impulzní výdržné napětí izolátoru je obecně mnohonásobně vyšší než na střídavé výdržné napětí při znečištění. Proto nutné prodloužení přeskokové vzdálenosti izolátoru aby vyhověl požadovaným výdržným impulzním napětím má za následek více než dostatečné prodloužení povrchové dráhy.
Pro podmínky České republiky je tedy
Ka = 1
7.2
Korekce na střední průměr izolátoru
Střední průměr izolátoru se vypočte podle vztahu
Da = (2Dt + Ds1 + Ds2)/4
Poznámka: Ds1 = Ds2 pro izolátor se shodnými stříškami
Pro korekce izolátorů se středním průměrem Da platí:
Kad = 1 když Da < 300 mm
Pro Da ≥ 300 mm se hodnoty Kad odečtou z grafu na obrázku 7.
Obrázek 7: Korekce RUSCD na střední průměr izolátoru
Pro podmínky České republiky a Slovenska se při použití izolátorů s pláštěm z HTV nebo LSR silikonu obecně
počítá s křivkou pro izolátory HTM s možností dočasné ztráty této vlastnosti. Použití jiné korekce (pro jiné typy
polymerů) nutno odsouhlasit s dodavatelem izolátorů.
Poznámka: Vysvětlení pojmů HTM, non-HTM a HTM s možností dočasné ztráty je v Příloze A.
13
PNE 33 0405 - 2
PŘÍLOHA A
(Informativní)
Specifické záležitosti týkající se polymerových plášťů izolátorů při znečištění
A.1 Obecné informace
Přehled doporučených materiálů pro polymerové pláště izolátorů jr uveden v kapitole 3.
Některé polymerové materiály hydrofobní. Tato vlastnost zamezuje souvislému pokrytí povrchu izolátoru vrstvou
vody. Vlhkost se na povrchu usazuje ve formě diskrétních kapek, což brání vytvoření souvislé vodivé vrstvy na
povrchu izolátoru a tím zabraňuje vzniku povrchového svodového proudu.
Hydrofobnost může prostupovat i vrstvou znečištění na povrchu izolátoru. Takové materiály jsou označovány jako
HTM (hydrophobicity transfer materials). Materiály, které nevykazují tuto vlastnost se označují jako non-HTM.
Za určitých podmínek (dlouhodobé vystaveni vysoké vlhkosti, rychlému nárůstu znečištění povrchu, výskyt povrchových výbojů) může dojít ke ztrátě hydrofobnosti a to buď dočasné nebo výjimečně i trvalé.
A.2 Možnost zkrácení povrchové cesty u polymerových izolátorů
Polymerové izolátory, díky vlastnostem materiálu a tvaru vykazují ve srovnání s keramickými nebo skleněnými
izolátory určité výhody. Mezi výhodné vlastnosti polymerových izolátorů patří obecně jejich lepší chování v podmínkách znečištění ve srovnání s podobnými porcelánovými nebo skleněnými izolátory se stejnou délkou povrchové cesty. Nejvyšší elektrickou pevnost při znečištění vykazují izolátory vyrobené z HTM polymeru. Na základě
těchto skutečností se jeví, že u polymerových izolátorů by bylo možno uvažovat o zkrácení povrchové cesty ve
srovnání s ostatními typy izolátorů.
Avšak ve srovnání s tradičními izolačními materiály jsou polymery více náchylné k degradaci vlivem okolního prostředí, elektrického pole a výbojové aktivitě na povrchu, což může za určitých podmínek zhoršit chování těchto
izolátorů při znečištění nebo omezit jejich životnost, zejména z následujících důvodů:
 Zkrácení povrchové cesty může mít za následek zvýšení výbojové aktivity na povrchu, čímž může dojít ke
ztrátě hydrofobnosti povrchu a tím ztrátě výhod v chování ve znečištěném prostředí. V některých případech může dojít k přeskoku nebo degradaci izolátoru.
 Naopak zvýšení rizika změn vlastností materiálu nebo degradaci může dojít zvýšením výbojové aktivity lokalizované na určité části izolátoru tím, že délka povrchové dráhy vztažená na jednotku délky přeskokové
vzdálenosti je příliš velká.
Poznámka: Vice informací o výše uvedených jevech je v Příloze B.
Další důležité poznatky:

Pro vyšší napětí je třeba polymerové izolátory vybavit ochrannými kruhy (pro zabránění vzniku koróna u
konců izolátorů). Výše napětí od které je nutno kruhy použít závisí na konstrukci a materiálu izolátoru. Pro
podmínky České republiky se doporučuje použité ochranných kruhů u izolátorů pro napětí 110 kV a výše.

Na některých typech polymerů se může znečištění usazovat rychleji a mají menší nebo žádné výhody
v elektrické pevnosti při znečištění ve srovnání s klasickými izolačními materiály

Na některých polymerech může v určitých podmínkách docházet k růstu hub nebo lišejníků a tím dochází
ke snížení hydrofobnosti povrchu

Pokud je povrch polymeru hydrofobní, vykazuje chování izolátoru při znečištění menší závislost na průměru izolátoru a hustotě vzduchu. Tato výhoda se ztrácí při ztrátě hydrofobnosti.
Na základě výše uvedených skutečností lze v mnoha případech doporučit, že pro zachování lepšího chování při
znečištění a zabránění degradaci je vhodné u polymerových izolátorů použít stejnou délku povrchové cesty jako u
izolátorů porcelánových nebo skleněných.
O zkrácení povrchové dráhy lze uvažovat za předpokladu že:

Je-li předešlými provozní zkušenosti prokázáno, že izolátor s kratší povrchovou dráhou vykazuje v určitém
typu a stupni znečištění spolehlivý provoz a nedochází na něm k degradaci povrchu
Poznámka: Tyto zkušenosti lze získat ze zkušebních stendů nebo z reálných vedení a stanic.

Jedná – li se převážně o znečištění typu A (viz kapitola 2) bez výskytu extrémních nánosů znečištění a extrémních vlhčení.
14
PNE 33 0405 -2

V oblastech kde se nevyskytuje časté denní cyklické vlhčení nebo jiné okolní podmínky mající vliv na obnovené dočasně ztracené hydrofobnosti povrchu izolátoru.

Provozní zkušenosti prokázaly dobrou obnovitelnost hydrofobnosti použitého HTM polymeru.

Je zajištěná pravidelná kontrola izolátorů na vedení.

Profil izolátoru splňuje všechny požadavky uvedené v kapitole 6.
Je zřejmé, že čím větší počet z výše uvedených požadavků je splněn, tím větší zkrácení povrchové cesty je přijatelné.
Kratší povrchová cesta se může použít v případech vedení s kratší životnosti (dočasná vedení).
15
PNE 33 0405 - 2
PŘÍLOHA B
(Informativní)
Základní informace o degradaci polymerů vyvolané znečištěním
V počátcích používání polymerových izolátorů bylo z nedostatku zkušeností přijato pro všechny druhy polymerových izolátorů přijato pravidlo lineárního nárůstu délky povrchové cesty se zvyšováním stupně znečištění. Toto
pravidlo bylo dosud aplikováno asi v 95 % všech použití polymerových izolátorů a 25 leté zkušenosti potvrdily použitelnost této metody tím, že na takto dimenzovaných kompozitních izolátorech nedochází k přeskokům vlivem
znečištění ani jejich poškození vlivem eroze nebo tvoření vodivých stop.
Obecně dlouhodobé chování polymerových izolátorů závisí na celková a lokálním elektrickém namáhání, na jejich
hodnotě, trvání poloze na izolátoru, stupni znečištění, vlhčení, hydrofobnosti (ztrátě a obnově) a profilu izolátoru.
Při kritických hodnotách namáhání dojde buď k přeskoku nebo lokální erozi povrchu.
Pro dané prostředí s přiložené napětí může v závislosti na délce povrchové dráhy dojít k následujícím stavům:
Celková povrchová cesta je příliš krátká:
Vysoce mobilní výboje na povrchu izolátoru vedou
k přeskoku
O něco delší povrchová cesta (nikoli však dostatečná): Vysoce mobilní výboje na povrchu izolátoru v extrémních
podmínkách, které ale nevedou k přeskoku a lokalizované
stabilní výboje v ostatní době, vedoucí k degradaci povrchu izolátoru.
Správná délka povrchové cesty:
Příliš dlouhá povrchová cesta
při malé přeskokové vzdálenosti izolátoru:
Velmi dlouhá povrchová cesta
při vhodné přeskokové vzdálenosti:
Malé nebo žádné výboje, žádné přeskoky, žádná degradace povrchu izolátoru.
Lokalizované stabilní výboje vedoucí k degradaci povrchu
izolátoru.
Málo časté lokalizované výboje, které nevedou k degradaci povrchu izolátoru
Tyto stavy obecně ilustruje obrázek B1 pro kompozitní izolátor dané konstantní délky s různou velikostí unifikované
měrné povrchové cesty v závislosti na stupni znečištění (kombinaci znečištění a klimatických podmínek vyjádřeným buď v hodnotách povrchové vodivosti, hodnoty ekvivalentní hustoty nánosu soli plus vlhčení apod.)
Obrázek B1: Oblasti provozu izolátoru jako funkce stupně znečištění a unifikované měrné povrchové cesty (při
konstantní délce izolátoru)
16
PNE 33 0405 -2
Oblast 1
Délka povrchové dráhy je příliš krátká, což vede ke zvýšení pravděpodobnosti přeskoku.
Oblast 2
Konstrukce a povrchová dráha je správná a pravděpodobnost přeskoku nebo degradace povrchu je minimální.
Oblast 3
Délka povrchové dráhy se jeví být správnou, ale konstrukce izolátoru je špatná (dlouhá povrchová dráha a krátká
přeskoková vzdálenost a tím je hodnota činitele povrchu (viz čl. 6.6) příliš vysoká). Tato situace vede ke zvýšení
pravděpodobnosti lokální degradace povrchu izolátoru.
Provozovat izolátor v oblasti 3, zejména při extrémních hodnotách znečištění znamená významně snížit jeho životnost.
Řešení tohoto problému:
Použití izolátoru s kratší povrchovou cestou. Tím se poněkud zvýší pravděpodobnost přeskoku (izolátor je provozován blíže oblasti 1), což lze eliminovat použitím vhodných ochranných armatur, které izolátor ochrání před degradací a snížením životnosti.
Předimenzovat délku povrchové cesty (při prodloužení přeskokové vzdálenosti izolátoru pro zachování odpovídající hodnoty povrchového činitele) a tak provozovat izolátor v oblasti 4, kde dochází k málo častým lokalizovaným
výbojům na povrchu, které nevedou k degradaci izolátoru.
Pro podmínky České republiky, kde se nevyskytuje extrémní znečištění a většina oblastí má stupeň znečištění I až
II volba délky povrchové cesty podle kapitoly 4 zajistí bezpečný provoz kompozitních izolátorů se zanedbatelným
množstvím přeskoků z důvodů znečištění a bez degradace povrchu.
17