ANALYSIS OF SURFACE FLASH OVER OF 33 kV INSULATOR DUE TO SALINE POLLUTION A Dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science by N.H.C.JANAKA Supervised by: Professor J.R Lucas .Eng.Rienzie Fernando Department of Electrical Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka 2010 94849 Abstract Ceylon Electricity Board (CEB) has the responsibility of Transmission, most of the Generation and Distribution of electric power in Sri Lanka. Contamination-driven insulator failure is a problem that incessantly plagues distribution systems. It erodes power quality and diminishes system reliability. Contamination levels can continue to grow unless abated by natural cleaning or if not taken measures to wash insulators at the distribution level in a preventative maintenance mode. When contamination is combined with moisture, a pollution layer forms and provides a path for leakage current to flow. Increases in contamination severity result in heightened levels of leakage current activity. As a result of rapid development and growth of populated areas, several high voltage power transmission systems operating at various voltages up to 132 kV have been put into service and flashover difficulties with insulators of these systems caused by pollution of different types have been experienced. Not only the transmission network but also the distribution network of 33kV, running in coastal belt, has experienced frequent insulator flashover making a burden to the maintenance Engineers. In order to assess the pollution behavior of insulators in the distribution network, 33kV pin type insulator was selected as a sample insulator and been subjected to natural pollution at three selected localities for considerable period. The naturally polluted , insulators have been subjected for conductivity test and by which the equivalent salt deposit density (ESDD) which points out the pollution severity is calculated. Subsequently, artificially contaminated insulators of different pollution severities were tested for power frequency and impulse test in the High Voltage Laboratory of University of Moratuwa. To better understand the progression of insulators from a healthy state to failure, the flashover voltage (FOV) of insulator must be studied. This study was focused on the following key areas.  Experiment of 33kV Pin Insulator contamination severity based on Zone categorization (Zone-I, 2 and 3) • Prediction of surface flashover voltage of Insulators over ESDD and tabulate the figures for reasonable ESDD values. • Streamline the process of Insulators treatment under preventive maintenance. • Review the levels of insulator's specific creepage distances placed at different pollution severity in Sri Lanka co-relating with IEC regulation. Experimented results state that insulator contamination level improves over the duration in ad hoc basis and could be utilized to build up a trend curve to predict a relationship against the insulator exposure duration. It is recommended that insulators in Zone 1 have to be treated after 8 months from the date of last treatment and those in Zone 2 & 3 to be treated after 18 months under preventive maintenance to get away from flashover. It is also recommended to review the required specific creepage distance of insulator installed in non-polluted areas due to the fact that the current practice of insulators placement in all over is with specific creepage distance of 25mm/kV which is recommended for high polluted zones as per IEC regulation. D E C L A R A T I O N T h e \ \ o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i m c s t i g a t i o n . e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d C o r a n y d e g r e e . a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . I . l l l l \ . _ . N . H . C . J ; n : I - t l l ' f : / D a t e : 2 ) . a n u a r v 2 0 1 0 \ V e e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . " P r o f ' . J . R L u c a s S e n i o r P r o f e s s o r U n i w r s i t v o f M o r a t u w a F n g . R i c n z i e F e r n a n d o : - v 1 a n a g i n g D i r e c t o r A m i t h i P o w e r C o n s u l t a n t s ( P Y t ) L t d · · · : , A C K N O W L E D G E M E N T T h i s w o r k h a s b e e n c a r r i e d o u t a t t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g . U n i n - : r s i t y o f l \ 1 o r a t m n 1 . T h a n k s a r e d u e f i r s t t o m y s u p e r v i s o r . P r o f . . I . R L u c a s . S e n i o r P r o f e s s o r . U n i w r s i t y o f \ 1 o r a t u w a f o r t h e c o n t i n u o u s s u p p o r t e x t e n d e d t h r o u g h o u t t h e r e s e a r c h p r o g r a m m e . l o r h i s \ a l u a b l e c o m m e n t s a n d i m m e n s e k n o w l e d g e . H i s g u i d a n c e h e l p e d m e i n a l l t h e t i m e o f r e s e a r c h a n d w r i t i n g o f t h i s d i s s e r t a t i o n . I t a k e t h i s o p p o r t u n i t y t o e x t e n d m y e a r n e s t t h a n k s t o E n g . R i e n z i e F e r n a n d o . M a n a g i n g D i r e c t o r . A m i t h i P o v v e r C o n s u l t a n t s ( P v t ) L t d . w h o e n l i g h t e n e d m e t h e f i r s t g l a n c e o f r e s e a r c h a n d m o t i v a t e d m e . w h e n e v e r I d i s c u s s e d t e c h n i c a l i s s u e s . e n c o u r a g i n g m e t o t r y o u t t h i s r e s e a r c h s u c c e s s f u l l y . I a l s o t h a n k t o E n g . S B o g a h a w a t t e . P r o j e c t D i r e c t o r . L i g h t i n g S r i L a n k a I l a m b a n t o t a P r o j e c t . C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d f o r h i s e n c o u r a g e m e n t t h r o u g h o u t t h e r e s e a r c h p r o g r a m m e a n d i t h e l p e d m e a l o t t o c a r r y o u t t h e p r o j e c t w o r k s s u c c e s s f u l l y . M y s i n c e r e t h a n k s t o a l s o g o t o D r . T h i l a k S i y a m b a l a p i t i y a . C o n s u l t a n t R M A P v t L t d . M r . K . G . S P e r e r a . D e p u t y G e n e r a l M a n a g e r ( A s s e t M a n a g e m e n t ) o f C e y l o n E l e c t r i c i t y B o r a d a n d M r . C h a n d a n B a n e t j e e . S a l e s E n g i n e e r / A d i t y a B i r l a I n s u l a t o r s . I n d i a f o r h 1 e i l i t a t i o n m e w i t h t h e n e c e s s a r v d a t a a n d i n f o r m a t i o n . L a s t l y . I s h o u l d t h a n k m y l o \ · i n g \ \ i f e D r . G . B . S R a n g a n e e . m y s o n N . H A m i n t P a s a n d u L m y p a r e n t s . m y w i f e ' s p a r e n t s . m a n y i n d i v i d u a l s . f r i e n d s a n d c o l l e a g u e s \ \ h o h a v e n o t b e e n m e n t i o n e d h e r e p e r s o n a l l y i n m a k i n g t h i s e d u c a t i o n a l p r o c e s s a s u c c e s s . M a y b e I c o u l d n o t h a w m a d e i t w i t h o u t y o u r s u p p o r t . t V C O N T E N T S D e c l a r a t i o n A b s t r a c t i \ c k n o \ v l e d g e m e n t L i s t o f F i g u r e s L i s t o f T a b l e s C h a p t e r s 1 . I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d 1 . 2 M o t i \ a t i o n 1 . 3 O b j e c t i v e 1 . 4 S c o p e o f w o r k 2 P r o b l e m S t a t e m e n t 3 T h e o r e t i c a l D e v e l o p m e n t 3 . 1 H V I n s u l a t o r s 3 . 1 . 1 P i n t y p e I n s u l a t o r s 3 . 1 . 2 C a p a n d P i n I n s u l a t o r 3 . 1 . 3 G l a s s I n s u l a t o r 3 . 2 C o m p a r i s o n b e t w e e n P o r c e l a i n a n d G l a s s I n s u l a t o r s 3 . 3 P o l l u t i o n s e v e r i t y 3 . 4 M e a s u r e m e n t o f C o n t a m i n a t i o n S e \ e r i t y 3 . 5 F l a s h o w r m e c h a n i s m - G e n e r a l T h e o r y 3 . 6 H V T e s t i n g 3 . 6 . 1 P o v v e r F r e q u e n c y T e s t 3 . 6 . 2 L i g h t n i n g I m p u l s e T e s t 3 . 6 . 3 f l a s h - o v e r T e s t - t M e t h o d o l o g y 4 . 1 A s s u m p t i o n s 4 . 2 S e l e c t i o n o f T e s t s i t e s 4 . 3 P r o c e d u r e s & D a t a a c q u i s i t i o n v l l l \ ' \ ' l l \ I l l 5 5 6 7 9 1 1 1 1 1 2 1 2 1 4 1 5 1 5 1 6 1 6 1 7 1 8 2 0 2 0 2 0 4 . 4 M e a s u r e m e n t o f C o n d u c t i v i t y 4 . 5 A r t i f i c i a l c o n t a m i n a t i o n o f I n s u l a t o r s 4 . 6 P o w e r f r e q u e n c y & I m p u l s e T e s t 5 R e s u l t a n d A n a l y s i s 5 . 1 C a l c u l a t i o n o f E S D D 5 . 2 P o w e r f r e q u e n c y t e s t r e s u l t s 5 . 3 I m p u l s e t e s t r e s u l t s 5 . 4 P r e d i c t i o n o f F O V m e r E S D D 5 . 5 P r e w n t i v e m a i n t e n a n c e 5 . 6 R a i n f a l l a n d T h u n d e r D a y a n a l y s i s 5 . 6 . 1 R a i n f a l l A n a l y s i s 5 . 6 . 2 T h u n d e r D a y a n a l y s i s 5 . 7 C a l c u l a t i o n o f S p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e 6 C o n c l u s i o n a n d R e c o m m e n d a t i o n s 6 . 1 C o n c l u s i o n 6 . 2 F u t u r e R e c o m m e n d a t i o n s R e f e r e n c e s A n n e x e s A n n e x 1 A n n e x 2 A n n e x 3 A n n e x 4 A n n e x 5 I n s u l a t o r t l a s h m e r d a t a a t H a m b a n t o t a t a I n s u l a t o r f l a s h o v e r d a t a a t T i s s a m a h a r a m a S p e c i f i c a t i o n s o f d i g i t a l c o n d u c t i v i t y m e t e r R a i n f a l l D a t a i n H a m b a n t o t a T h u n d e r d a y s D a t a i n H a m b a n t o t a V l 2 1 ! " ~.J 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 . . . . , _,~ " ' ) _ ) - ' - 3 4 3 5 3 6 3 7 3 9 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 y~ ' _ . . , . ' \ h ! o / . , , 1 > . - - , ' ·~ : . . . . . . · " ' . ~ I t ' • L J · , " " ' · . : 4 . ' f L i s t o f F i g u r e s F i g u r e C h a p t e r 3 F i g u r e 3 . 1 F i g u r e 3 . 2 F i g u r e 3 . 3 F i g u r e 3 . 4 F i g u r e 3 . 5 F i g u r e 3 . 6 C h a p t e r - t F i g u r e 4 . 1 F i g u r e 4 . 2 F i g u r e 4 . 3 F i g u r e 4 . 4 C h a p t e r 5 F i g u r e 5 . 1 F i g u r e 5 . 2 F i g u r e 5 . 3 F i g u r e 5 . 4 F i g u r e 5 . 5 F i g u r e 5 . 6 F i g u r e 5 . 7 F i g u r e 5 . 8 C l a s s i f i c a t i o n o f p o \ v e r l i n e s a m p l e i n s u l a t o r s C e r a m i c i n s u l a t o r t y p e s P i n t y p e I n s u l a t o r C a p a n d P i n I n s u l a t o r G l a s s I n s u l a t o r I m p u l s e W a v e 1.2/50~ts S a m p l e i n s u l a t o r a r r a n g e m e n t i n t h r e e z o n e s C o n d u c t i v i t y t e s t i n g m e t e r S a m p l e I n s u l a t o r s b e f o r e t e s t i n g P o w e r f r e q u e n c y a n d i m p u l s e t e s t i n L a b o r a t o r y c o n d i t i o n E S D D u n d e r i n s u l a t o r e x p o s u r e p e r i o d F O V V s E S D D ( f o r p o \ v e r f r e q u e n c y ) f O V V s E S D D ( f o r i m p u l s e t e s t ) E S D D V s E x p o s u r e d u r a t i o n f o r Z o n e - ] E S D D V s E x p o s u r e d u r a t i o n f o r Z o n e - 2 E S D D V s E x p o s u r e d u r a t i o n f o r Z o n e - 3 M o n t h l y r a i n f a l l \ a r i a t i o n s f o r y e a r 2 0 0 7 . 2 0 0 8 a n d 2 0 0 9 T h u n d e r D a y a n a l y s i s \ 1 1 P a g e 9 1 0 1 1 1 1 1 2 1 7 2 1 2 1 2 4 2 4 2 5 2 6 2 7 2 9 3 0 3 1 3 2 3 4 L i s t o f T a b l e s T a b l e C h a p t e r 1 T a b l e 1 . 1 C h a p t e r 2 ! a b l e 2 . 1 C h a p t e r 3 ! a b l e 3 . 1 ! a b l e 3 . 2 C h a p t e r - ' ! a b l e 4 . 1 T a b l e 4 . 2 T a b l e 4 . 3 l a b l e 4 . 4 ! a b l e 4 . 5 T a b l e 4 . 6 C h a p t e r 5 T a b l e 5 . 1 T a b l e 5 . 2 ! a b l e 5 . 3 T a b l e 5 . 4 T a b l e 5 . 5 T a b l e 5 . 6 T a b l e 5 . 7 T a b l e 5 . 8 T a b l e 5 . 9 P a g e C o n t a m i n a n t s a n d t h e i r s o u r c e s 2 I n s u l a t o r 1 1 a s h o w r r e c o r d s i n 2 0 0 9 ( A p r i l - S e p . ) 7 C o m p a r i s o n b e t w e e n G l a s s a n d P o r c e l a i n I n s u l a t o r s I E C r e c o m m e n d e d S C D 0 \ e r p o l l u t i o n P o l l u t i o n z o n e s w i t h d i s t a n c e f r o m c o a s t a l b o u n d a r y C o n d u c t i v i t y d a t a f o r Z o n e - ! C o n d u c t i v i t y d a t a f o r Z o n e - 2 C o n d u c t i v i t y d a t a f o r Z o n e - 3 A r t i f i c i a l c o n t a m i n a t i o n o w r s a m p l e i n s u l a t o r s C o n d u c t i v i t y o f a r t i f i c i a l l y p o l l u t e d i n s u l a t o r s E S D D v a l u e s o v e r i n s u l a t o r e x p o s u r e p e r i o d F O V u n d e r d i f f e r e n t p o l l u t a n t l e v e l s ( P o v v e r f r e q u e n c y t e s t ) r o v u n d e r d i H ' e r c n t p o l l u t a n t l e v e l s ( I m p u l s e t e s t ) F O V p r e d i c t i o n u n d e r d i f f e r e n t E S D D v a l u e s R e c o m m e n d e d p r e v e n t i v - e m a i n t e n a n c e R a i n f a l l d a t a a n a l y s i s R a i n f a l l c a t e g o r i z a t i o n T h u n d e r D a y a n a l y s i s f o r y e a r 2 0 0 7 . 2 0 0 8 a n d 2 0 0 9 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n p o l l u t i o n l e v e l s a n d a r t i f i c i a l p o l l u t i o n t e s t \ ' I l l 1 3 1 4 2 0 2 2 2 2 2 2 ! " . . . . J ! " ' _ _ ) 2 5 2 6 2 7 2 8 3 1 3 2 " ) ' ) . ) . ) 3 4 3 5 C h a p t e r 1 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d I n r e c e n t y e a r s . t h e d e m a n d o f e l e c t r i c p o Y \ C r h a s b e e n e n l a r g e d c o n s i d e r a b l y . T o s a t i s f y t h i s d e m a n d . e l e c t r i c a l u t i l i t i e s h a v e h a d t o i m p r O \ c t h e e f f i c i e n c y o t ' t h e i r p m \ e r l i n e s a n d p r o v i d e a b e t t e r q u a l i t y o f s e r v i c e t o t h e c o n s u m e r s . T h e e t T i c i e n c y o f t h e s y s t e m i s b a s e d m a i n l y o n t h e c o n t i n u i t y o f t h e s e n i c c . a v o i d i n g f a u l t s t h a t s u p p o s e e c o n o m i c a l l o s s e s f o r u t i l i t i e s a n d u s e r s . T o m a i n t a i n t h i s c o n t i n u i t y . o n e o f t h e m a i n p r o b l e m s t h a t h a v e b e e n f o u n d i s t h e c l ' f e c t p r o d u c e d b y p o l l u t i o n i n t h e i n s u l a t o r s o f e l e c t r i c l i n e s . T h i s p o l l u t i o n i s o n e o r t h e m a i n c a u s e s o f f l a s h O \ e r i n t h e i n s u l a t o r s . T h e i n s u l a t o r b e g i n s t o f a i l w h e n t h e p o l l u t a n t s t h a t e x i s t i n t h e a i r s'~ttlc o n t h e surt~1ce o f t h e i n s u l a t o r a n d c o m b i n e w i t h t h e h u m i d i t y o f t h e f o g . r a i n . o r d e \ \ . T h e m i x t u r e o f p o l l u t a n t s . p l u s t h e h u m i d i t y f o r m a l a y e r t h a t c a n b e c o m e a c o n d u c t o r a n d a l l o w p a s s i n g c u r r e n t s t h a t w i l l f a c i l i t a t e t h e c o n d i t i o n s o f s h o r t c i r c u i t . T h i s i s d u e t o a d e c r e a s e o r t h e r e s i s t a n c e o f t h e i n s u l a t o r s u r f a c e . U n l e s s t h e r e i s a n a t u r a l c l e a n i n g o r a n a d e q u a t e m a i n t e n a n c e . t h e e l e c t r i c a l a c t i v i t y w i l l b e a [ T e c t e d b y a p o s s i b l e t l a s l 1 o v e r i n t h e i n s u l a t o r . T h e t 1 a s h o w r o f p o l l u t e d h i g h v o l t a g e i n s u l a t o r s c o n s t i t u t e s o n e o f l h e m o s t i m p o r t a n t h i g h \ ' O l t a g e e n e r g y t r a n s m i s s i o n p r o b l e m s . D u e t o r a p i d r i s e o r v o l t a g e s a n d g r o v . . t h o r p o l l u t i o n . t h i s p r o b l e m h a s d r m v n m o r e a t t e n t i o n i n r e c e n t y e a r s . T h e l e v e l a n d t h e t y p e o f p o l l u t i o n o f a r e g i o n a r c a s s o c i a t e d w i t h t h e s o u r c e s o f p o l l u t i o n . a s w e l l a s w i t h v v e a t h e r f~1ctors o f t h e p l a c e . I n d e p e n d e n t l y o f t h e e x i s t i n g p o l l u t i o n t y p e . t h e n o r m a l p h a s e s i n w h i c h a f l a s h o v e r c a n a p p e a r i n t h e i n s u l a t o r b y p o l l u t i o n a r e : • T h e p o l l u t i o n i s p l a c e d o n t h e suri~1ce o f t h e i n s u l a t o r a n d a c o n t a m i n a n t l a y e r a p p e a r s . T h e p o l l u t i o n c a n b e c a u s e d b y a g r e a t v a r i e t y o f s o u r c e s . ( s e a s a l t . i n d u s t r i e s . a s h e s . . . ) . T h e \ \ ' i n c ! i s t h e m a i n b e a r e r o f t h e p a r t i c l e s . l u n i n g a s e c o n d a r y r o l e t h e g r a v i t y a n d t h e e l e c t r i c ± i e l d . P a g e 1 • B y t h e a c t i o n o f r a i n , f o g . e t c . t h e l a y e r o n t h e surt~1ce i s d a m p e n e d a n d e n l a r g e s t h e c o n d u c t i Y i t y . • T h e c o n t a m i n a n t l a y e r d r i e s . T h u s , t h e r e i s a n i n c r e a s e o f c o n d u c t i Y i t y a n d l e a k a g e c u r r e n t . • D r y b a n d s a r c f o r m e d a s a c o n s e q u e n c e o f t h e \ \ a r m i n g - u p o f t h e l a y e r o n t h e i n s u l a t o r s u r h t c e . • P a r t i a l a r c h e s a p p e a r t h r o u g h t h e d r y b a n d s . • P a r t i a l d i s c h a r g e s a r e p r o d u c e d , t h e s e d i s c h a r g e s p r o d u c e a u d i b l e n o i s e . • F i n a l l y . t h e t o t a l d i s c h a r g e i s p r o d u c e d . S o t h a t t h e t 1 a s h m · e r c a n b e p r o d u c e d t h e s e p h a s e s h ; : n e n o t t o h a p p e n c o n s c c u t i \ e l y b u t t h a t s c \ e r a ! p h a s e s c a n o c c u r a t t h e s a m e t i m e . l h e l e v e l a n d t h e t y p e o r p o l l u t i o n o r a r e g i o n a r c a : ; s o c i a t e d \ \ i t h t h e s o u r c e s o f p o l l u t i o n , a s w e l l a s w i t h w e a t h e r f a c t o r s o f t h e p l a c e . P o l l u t a n t s a n d t h e s o u i T e s t h a t p r o d u c e t h e m a r e d e s c r i b e d i n T a b l e 1 . 1 . ~~--~~-1------~-·-··--·----~-~-·--·--··----------·-·-------~-----··-··---=l 1 C o n t a m i n a n t S o u n · c o f p o l l u t i o n I I i----~------+---~---------~--:-~-------------~--------------·-·-----------------~· i S a l t I C o a s t a l a r e a s , · S a l t I n d u s t r i e s , · l l i g h w a y s w i t h d e p o s i t o r S l 1 0 \ \ I I \ \ h e r e s a l t i s u s e d t o m e l t t h e s n o w I l...----------~-r--::-:;--··-----·-------·----·----------·-·-·------- _ _ _ _ _ _ _ _ _ ] : C e m e n t ! C e m e n t P l a n t C o n s t r u c t i o n s i t e s , R o c k q u a r r i e s i f.-----------+---·---~-------~-------·-·-------·--·-~----~---~--------' : E a r t h I P l o w f i e l d s . E a r t h m o \ i n g o n c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s I _ i ' C r t i l i z c r s -~-e;iilizer p l n n t s , F r e q u e n t u s ; : - ; ; t ' IC~tili;-crs i n . c~lltiv;tcd-fi~]~-- 1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ---~----~------~---~~-------~~------~---------·--1 ; M e t a l l i c M i n i n g h a n d l i n g p r o c e s s e s , M i n e r a l h a n d l i n g p r o c e s s e s 1 ' r - c o a l C o a l m i n i n g , C o a l h a n d l i n g p l a n t s / t h e r m a l p l a n t s . C o a l I I b u r n i n g / b r i c k k i l n s a r e a s · ~-Volcanic a s h V<;~~~'ity a r e a s . = I C h e m i c a l 1 W i d e \ a r i e t y o f chemicali~;~~~L~t~:~-: o i l r e f i n e r i e s . . . I S m o g A u t o m o b i l e e m i s s i o n s a t h i g h w a y c r o s s i n g s . D i e s e l e n g i n e i I e m i s s i o n s a t r a i l w a y c r o s s i n g s I y a r d s _ _ j 1 S m o k e I W i l d t i r e . I n d u s t r i a l b u r n i n g . A g r i c u l t u r e burrlil1:l~-~-~J T a b l e 1 . 1 C o n t a m i n a n t s a n d t h e i r s o u r c e s P a g e 2 I : 1 . : 1 i l I A l t h o u g h m a n y f a c t o r s c a n d e f i n e t h e i n s u l a t o r s p o l l u t i o n . t h r e e t y p e s o f p o l l u t i o n c a n b e d i s t i n g u i s h e d : t h e i n d u s t r i a L s a l i n e a n d d e s e r t . A . I n d u s t r i a l P o l l u t i o n P e o p l e i n t h e i r d a i l y v v o r k g e n e r a t e s m o k e . d u s t o r p a r t i c l e s t h a t a r e i n s u s p e n s i o n i n t h e a i r . T h e s e p a r t i c l e s a r e m a i n l y b y t h e a c t i o n o f t h e w i n d s p r e a d O \ e r z o n e s w h e r e e l e c t r i c l i n e s e x i s t . T h e i n d u s t r i a l p o l l u t i o n o f t h e i n s u l a t o r s a p p e a r s w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f i n d u s t r i e s a n d b y t h e c o n t a m i n a n t s g e n e r a t e d a n d e x p e l l e d t o t h e a t m o s p h e r e . b e i n g p o s s i b l e o f d i w r s e t y p e s : m e t a l l u r g i c a L c h e m i c a l s u b s t a n c e s . d u s t . s m o k e . c e m e n t . . . l ' h e s e s u b s t a n c e s v \ i l l s e t t l e b y t h e a c t i o n o f t h e w i n d . \ \ e i g h t . e l e c t r i c f i e l d s . . . . o n t h e i n s u l a t o r s c r e a t i n g a c o n t a m i n a n t l a y e r . T h i s l a y e r s e t t l e d o n t h e i n s u l a t o r s i s f o r m e d s l o w l y d u r i n g a p e r i o d t h a t c a n l a s t m o n t h s o r y e a r s . D u r i n g t h i s p e r i o d w i l l a l t e r n a t e d r y e p o c h s w i t h h u m i d e p o c h s . A m o n g t h e c o n t a m i n a n t s s o u r c e s t h a t c h a r a c t e r i z e t h i s t y p e o f p o l l u t i o n . w e h a v e t o k e e p i n m i n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o u r c e s o f i n d u s t r i a l p o l l u t i o n a s \ \ e l l ;,~s o t h e r s o u r c e s t h a t e n l a r g e t h e p r o b \ c m : • T h e t y p i c a l c o n t a m i n a n t s o u r c e s a r c : t h e s m o k e o f i n d u s t r i e s . t h e o n e p r o d u c e d b y v e h i c l e s . b u i l d i n g s . . . < l J I n d u s t r i e s t h a t c o n s u m e f o s s i l f u e l s . d i e s e L c o a l . . . t h e h e a v y p a r t i c l e s o f t h e f u e l r e m a i n i n s u s p e n s i o n i n t h e e m i r o n m e n t . • H e a v · y i n d u s t r i e s s u c h a s f e r t i l i z i n g p l a n t s . o i l r e f i n e r i e s . b u s i n e s s e s c e m e n t w o r k s . . . t h e s e c a n h a Y e s e Y e r e e m i s s i o n s o f c o n t a m i n a n t p a r t i c l e s . • I f t h e e l e c t r i c l i n e i s n e a r t h e c o a s t . w e h a v · e t o k e e p i n m i n d t h e a c t i o n o f t h e \ \ a \ e s . b r e e z e s o r w i n d s c o m i n g f r o m t h e s e a , t h e f o g b a n k s a n d t h e p a r t i c l e s o f s a l t t h a t a r e i n s u s p e n s i o n i n t h e o u t s k i r t s o f t h e z o n e w h e r e t h e i n s u l a t o r s a r e l o c a t e d . • A g r i c u l t u r a l a r e a s . t h e f a r m i n g o f t h e l a n d s . o c c a s i o n a l f i r e s . t h e h a r v e s t o f f e r t i l i z e r s . e t c . . . . P a g e 3 B . S a l i n e P o l l u t i o n T h e i n s u l a t o r s e x p o s e d t o c o a s t a l o r s a l i n c e m i r o n m e n t s . c a n b e c o m e t o b e c o n d u c t o r s d u e t o t h e f o r m a t i o n o f a c o n d u c t i v e l a y e r o n i t s surt~1ce. T h i s l a y e r \ \ i l l b e f o r m e d o n a c c o u n t o f t h e s a l t e d d e w i n t h e m o r n i n g s i n t h e s e z o n e s c l o s e t o t h e c o a s t a l a r e a s . ' v \ h e n d r i e d \ \ i t h t h e h e a t p r o d u c e d i n t h e s a m e i n s u l a t o r o r w i t h t h e e n v i r o n m e n t t e m p e r a t u r e . i s g o i n g t o d e p o s i t i n t h e i n s u l a t o r t h e e v a p o r a t e d s a l t t h a t h a d b e e n e~hsorbcd b e f o r e . T h e p a r t i c l e s p l a c e d i n t h e i n s u l a t o r s a r e n o t d a n g e r o u s i n d r y \ \ e a t h e r b u t . t h e p r o b l e m a r i s e s w h e n t h e e m i r o n m e n t a l \ \ e a t h e r i : ; h u m i d . \ \ h e n i t r~tins o r \ \ ' h e n t h e r e i s d e \ \ . f o g . . . e t c t h e n t h e l a y e r c a n b e c o m e a c o n d u c t o r . T h e c o n d u c t i \ i t y o f t h i s l a y e r w i l l d e p e n d o n t h e k i n d o f s a l t t h a t f o r m s i t . T h e \ \ e a t h e r c o n d i t i o n s \ a r y c o n s i d e r a b l y f r o m t h e c o a s t a l a r e a s t o t h e i n t e r i o r a r e a s a n d t h e y p l a y a \ e r : i m p u : · t a n t r o l e i n t h e c o n t a m i n a n t s d e p o s i t i o n r a t e a n d i n t h e o p e r a t i o n o C t h e i t l s u b t o r . T h e p r o b l e m o f p o l l u t i o n d e p e n d s m a i n l y o n t h e e m i r o n m e n t . I h e d a n g e r o f t h e p o l l u t i o n w i l l d e p e n d o n t h e t y p e o f m a t e r i a l a n d o n t h e f o r m o f t h e s u r h l c c . A l s o t h e s o u r c e s o f p o l l u t i o n m u s t b e i m e s t i g a t c d a n d t h e w a y o r d e p o s i t i o n o f t h e p o l l u t i o n . T h e w i n d i s t h e m a i n b e a r e r o f t h e p o l l u t i o n a n d t h e o t h e r s b e i n g t h e g r a \ i t y a n d t h e e l e c t r i c f i e l d s . T h e p o l l u t i o n w i l l d e p e n d a l s o o n t h e d i r e c t i o n o f t h e \ \ i n d f o r a g r e a t e r o r s m a l l e r p o l l u t i o n o f t h e i n s u l a t o r s . I h e s c \ c r i t y o f t h e p o l l u t i o n i n a l o c a t i o n i s q u a n t i f i e d i n t e r m s o f E q u i v a l e n t S a l t D e p o s i t D e n s i t y ( E S D D ) m e a s u r e i n u n i t s o f N a C l m g / c n Y 2 • i n \ \ h i c h a r e t a k i n g i n t o a c c o u n t . t h e f o l l o w i n g f i v e w e a t h e r f a c t o r s : T e m p e r a t u r e . h m n i d i t y , p r e s s u r e . r a i n a n d \ c l o c i t y o f t h e w i n d . T h i s v a l u e o f E S D D p r c w i d c s a b a s e t o d o a c l a s s i f i c a t i o n o f t h e s e \ e r i t y o f t h e p o l l u t i o n o f t h e z o n e a n d w i l l s e r v e f o r k n o v - . i n g t h e \ a l u e f r o m w h i c h \ \ e h m e t o d o t h e m a i n t e n a n c e o f t h e i n s u l a t o r . t h a t i s t o s a y t o d e \ c l o p a p o l i t i c s o f c o r r e c t c o n s e r v a t i o n . T h e s a l i n e p o l l u t i o n i s l o c a t e d n o t o n l y i n t h e s u r r o u n d i n g a r e a o f t h e c o a s t . b u t a l s o t o c o n s i d e r a b l e d i s t a n c e s b y t h e a c t i o n o f t h e \ \ i n d . C . D e s e r t P o l l u t i o n I n M i d d l e E a s t c o u n t r i e s . t h e i n s u l a t o r s o f t h e e l e c t r i c l i n e s a r c o f t e n s u b j e c t t o t h e d e p o s i t i o n o f c o n t a m i n a n t s u b s t a n c e s o f t h e d e s e r t s . T h i s c a n c a u s e a s e r i o u s r e d u c t i o n P a g e 4 ~---~·~-··-~ ~~ * . , 1.·~ . , . , ~~ ~ l~ l i B R A i l ' - = \ · . i . . . . . . . . . . . ~IJ.&" ----~ i n t h e e t 1 i c a c y o f t h e i n s u l a t o r . h a v i n g a s a r e s u l t t h e f l a s h o w r a n d t h e e l e c t r i c i t y s u p p l y l a c k . T h e i n s u l a t o r f l a s h o v e r d u e t o s a l i n e o r r a t h e r i n d u s t r i a l p o l l u t i o n h a s g a i n e d s p e c i a l i m p o r t a n c e i n S r i L a n k a i n r e c e n t y e a r s . s o s e v e r a l d i s t r i b u t i o n s y s t e m s h m c b e e n p u t i n t o o p e r a t i o n i n p o l l u t e d a r e a s . T h i s p r o b l e m i n c o a s t a l a r e a \ \ i l l m a i n t a i n i t s i m p o r t a n c e a n d c \ ' e n m a y b e c o m e m o r e s e v e r e b e c a u s e o f : a . T h e c o n s t r u c t i o n o f m o r c o p e n t r a n s m i s s i o n / d i s t r i b u t i o n l i n e s i n c o a s t a l a r e a s d u e t o t h e g n m i n g d e m a n d . b . T h e i n c r e a s e i n t r a n s m i s s i o n \ ' O i t a g c . c . T h e q u i c k s p r e a d o f i n d u s t r i a l a r e a s . d . I r r e g u l a r r a i n f a l l p a t t e r n t h r o u g h o u t t h e y e a r . 1 . 2 M o t i Y a t i o n C o n t a m i n a t i o n - d r i w n i n s u l a t o r f a i l u r e c l u e t o s a l i n e p o l l u t i o n i n p a r t i c u l a r i s a p r o b l e m t h a t i n c e s s a n t l y p l a g u e s d i s t r i b u t i o n s y s t e m s . I t e r o d e s p o w e r q u a l i t y a n d d i m i n i s h e s t h e s y s t e m r e l i a b i l i t y . T h i s p h e n o m e n o n i s n o t y e t a n a l y z e d b y C e y l o n E l e c t r i c i t y B o a r d ( C E B ) b e i n g t h e m a i n u t i l i t y o f e l e c t r i c i t y i n S r i L a n k a . T h e o u t c o m e o f t h i s s t u d y \ \ i l l s t r e a m l i n e t h e p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e . ' ' h i c h w o u l d b e b e n e f i t t e d b y t h e M a i n t e n a n c e E n g i n e e r s t o t r e a t t h e p o l l u t e d i n s u l a t o r s p e r i o d i c a l l y . i \ r e l a t i o n s h i p b e t w e e n F O V a n d t h e E S D D i s t o b e b u i l t u p s o a s t o p r e d i c t t h e f l a s h 0 \ e r Y o l t a g e s o v e r E S D D i n a r e a s i n v v h i c h i n s u l a t o r s g e t c o n t a m i n a t e d d u e t o s a l i n e p o l l u t i o n . A s a n E n g i n e e r , t h e a u t h o r w a s m o t i Y a t e d t o s e l e c t t h i s t o p i c f o r t h i s s t u d y c l u e t o a b m e f a c t s . 1 . 3 O b j e c t i v e E f f e c t o f p o r c e l a i n i n s u l a t o r s d u e t o s a l i n e p o l l u t i o n a n d a n a l y s i s o f f l a s h o v e r ' o l t a g c s i n s a l i n e p o l l u t e d a r e a s h m e n o t b e e n i n v e s t i g a t e d b y t h e C E B y e t . T h e r e f o r e . t h e o b j e e t i w s i s t o . • P r e d i c t f l a s h o v e r v o l t a g e o f 3 3 k V i n s u l a t o r s d u e t o s a l i n e p o l l u t i o n a n d s t r e a m l i n e p r e Y e n t i Y e m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e t o t r e a t t h e p o l l u t e d i n s u l a t o r s . P a g e 5 • R c \ i c \ \ t h e 1 E C r e g u l a t i o n C o r i n s u l a t o r · s s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e b a s e d o n p o l l u t e d z o n e s a n d c o - r e l a t e s t h e s a m e i n a c t u a l s c e n a r i o s . 1 A S c o p e o f w o r k D a t a C o l l e c t i o n • S u r w y o n i n s u l a t o r t l a s h m e r t h e l a s t s i x m o n t h s . o S a m p l e s o l u t i o n s a f t e r i n s u l a t o r s w a s h i n g l u n i n g e x p o s e d t o t h e e m i r o n m e n t f o r s i x m o n t h s p e r i o d . o R a i n f a l l a n d T h u n d e r D a y d a t a i n H a m b a n t o t a o Y e r l a s t t h r e e y e a r p e r i o d . 2 . S t r e a m l i n e prcvcntin~ m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e • F o r a l l 3 Z o n e s s e l e c t e d b a s e d o n : > p e c i f i c d d i s t a n c e s h o m a s h o r e . s t r e a m l i n e t h e J X C \ C n t i v e m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e f o r t r e a t i n g t h e p o l l u t e d i n s u l a t o r s . 3 . P r e d i c t i o n o f 1 l a s h o v e r v o l t a g e s o v e r E S D D . L L A n a l y z e t h e r e s u l t s a n d c o - r e l a t e t h e I E C r e g u l a t i o n s t o m a k e c o n c l u d i n g r e m a r k s o n p r o p e r u t i l i z a t i o n o f s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e o f i n s u l a t o r s . P a g e 6 : i , , 1 : I I C h a p t e r 2 P r o b l e m S t a t e m e n t i \ s u n - e y h a s b e e n c a r r i e d o u t i n H a m b a n t o t a a n d T i s s a m a h a r a m a a r e a s \ \ h e r e t h e y a r e \ e r y m u c h c l o s e r t o t h e c o a s t a l b e l t a n d t o c h e c k t h e s t a t u s o f s y s t e m b r c a k d 0 \ \ 1 1 S d u e t o 3 3 k V i n s u l a t o r J l a s h o v c r . K e y f i n d i n g s o f t h e s u r w y h m e b e e n t a b u l a t e d o v e r t h e y e a r 2 0 0 9 _ D e t a i l d a t a i s m a i l a b l e i n / u m c x - l a n d 2 . r~----~~--------~-----,-----~ --r---~-- ~~---~,-----~-~--~---------~--, ~---~---~~1~~~------~-1!1Jorilt M a y I _ J u n c I ~July I ' A u g u s t I SCj)tcmbc~l~ r t l a s h o w r ! H a m b a n t o t a I 9 I 4 1 3 . 1 ' l 1 - - 1 o c c u r r e n c e s ITissa;~,~;;;r~rnan~-1 ---~-r~----~tll·-~-12-------r 8-~~ -~-~ ~· --~---~-~- --~---~_L _ _ _ _ _ j_~---~-----L--~-~~L _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ ~~~----J T a b l e 2 . 1 I n s u l a t o r n a s h o \ e r r e c o r d s i n 2 0 0 9 ( A p r i l - S c p . ) I t i s o b v i o u s t h a t t h i s s i t u a t i o n i s r n o r e g e n e r a l a n d \ \ e l l k n o w n t o A r e a E n g i n e e r s a n d M a i n t e n a n c e E n g i n e e r s h a v i n g i m o l v c d \ \ i t h a t l c n d i n g f r e q u e n t b r c a k d c l \ m s d u e t o i n s u l a t o r t 1 a s h o v e r i n c o a s t a l r e g i o n s o v e r t h e y e a r s . T h i s p h e n o m e n o n i s m o r e a g g r m a t e d i n a r e a s w h e r e l e s s r a i n f a l l p a t t e r n . h i g h w i n d y a n d l i g h t n i n g c o n d i t i o n s p r e v a i l . T h e r e a r e s o m a n y r e s e a r c h b e i n g d o n e a n d p u b l i s h e d \ \ i t h re~;pcct t o t h e t o p i c b u t h m · e b e e n u n a b l e t o c o m e u p w i t h a n a c c e p t a b l e s o l u t i o n s o a s t o a c c o m m o d a t e a l l t e r r i t o r i e s d u e t o t h e f a c t o f a i < . 1 r e m e n t i o n e d c l i m a t i c d i t T e r e n c e s . W h e n i t c o m e s t o A r a b . d e s e r t p o l l u t i o n . c o a s t a l p o l l u t i o n a n d i n d u s t r i a l p o l l u t i o n e m e r g e . 1 \ c o u n t r y l i k e S r i L a n k a i s g e n e r a l l y h a v i n g c o a s t a l p o l l u t i o n a n d i n d u s t r i a l p o l l u t i o n . T h i s a l s o d i f f e r s g e o g r a p h i c a l l y a s t h e i n d u s t r i e s a r e n o t s p r e a d o v e r t h e c o u n t r y e q u a l l y . F o r i n s t a n c e . G a l l e . N c g o m b o e t c a r c h i g h l y i n d u t r i a l i s e d c i t i e s w h i c h a r e l o c a t e d i n c o a s t a l b e l t w h e r e a s I I a m b a n t o t a . B a t t i c o l o a e t c a r e h a \ i n g \ c r y l e s s i n d u s t r i a l b a s e i n t h e c o a s t a l b e l t . H a Y i n g c o n s i d e r e d t h e a b o v e r e q u i r e m e n t . H a m b a n t o t a a r e a w a s c o n s i d e r e d a s t h e s a m p l e a r e a t < . n · t h i s s t u d y . I n t h i s p a r t i c u l a r s a m p l e a r e a . i n s u l a t o r c o n t a m i n a t i o n i s p u r e l y d u e t o s a l i n e p o l l u t i o n . 3 3 k V d i s t r i b u t i o n n e t w o r k i n t h i s a r e a g o e s p a r a l l e l t o P a g e 7 t h e c o a s t a l b e l t a n d t h e r e a r e s o m a n y o c c a s i o n s w h e r e t h e i n s u l a t o r s g e t l l a s h o Y e r d u e t o l i g h t n i n g . s w i t c h i n g o r e a r t h l~1LJlt r e s u l t i n g c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f i n s u l a t o r s b e i n g d a m a g e d . T h i s i s m o r e g e n e r a l i n B o o n d a l a . K i r i n d a . M i r i j j m , i l a a n d H a m b a n t o t a t t m n a r e a . I n o r d e r t o g e t a \ \ a y f r o m t h i s b u r d e n . C E I 3 h a s r e c e n t l y c o n v e r t e d t h e 3 3 k V d i s t r i b u t i o n l i n e t o l l k V i n W a l i g a t t a a r e a i n I l a m b a n t o t a D i s t r i c t b y i n s t a l l i n g a p r i m a r y s u b s t a t i o n . T h o u g h i t i s s o m e w h a t a c o s t l y m e t h o d t o m a i n t a i n a p r i m a r y s u b s t a t i o n a d d i t i o n a l l y . M a i n t e n a n c e E n g i n e e r s a r c i n t e r e s t e d i n t h i s c o n c e p t a s t h e n u m b e r s o f i n s u l a t o r f l a s h o v e r s a r c m i n i m i z e d a s a r e s u l t o r i t . E \ · e n t h o u g h . t h i s c o u l d n o t b e f o l l o \ \ e d a s a p r a c t i c e t o a l l 3 3 k V n e t w o r k s i n c e i t m a y a f f e c t t h e v o l t a g e d r o p b e i n g i n c r e a s e d i n t h e s y s t e m a n d t h e r e b y t h e r e l i a b i l i t y o f t h e s y s t e m g e t d i s t u r b e d . T h e r e f o r e . i t i s o n e o f t h e k e y o u t l i n e s o t ' t h i s s t u d y t o p r o p o s e p r e n : n t i Y c m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e f o r C E D t o a d o p t a n d d e v e l o p a p p r o p r i a t e m e c h a n i s m f o r i n s u l a t o r t r e a t m e n t p e r i o d i c a l l y . l n a d d i t i o n . 3 3 k V P i n i n s u l a t o r s u s e d i n C E B a r e e \ C r y \ v h e r e s a m e i r r c s p e c t i \ c o f t h e p o l l u t i o n c o n d i t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t . P r e s e n t l y C E B p u r c h a s e s 3 3 k V p i n t ) p C i n s u l a t o r s o f 2 5 m m / k V s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e w h i c h i s r e c o m m e n d e d f o r h i g h p o l l u t i o n a r e a s a s p e r t h e I E C 8 1 5 r e g u l a t i o n s . T h i s s t u d y \ \ o u l d r e Y i e w t h e r e q u i r e m e n t o f h m i n g 2 5 m m l k V s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e i n s u l a t o r s f o r S r i L a n k a · s p e r s p c c t i Y e . P a g e S C h a p t e r 3 T h e o r e t i c a l D e v e l o p m e n t 3 . 1 H i g h V o l t a g e I n s u l a t o r s H i g h ' o l t a g e i n s u l a t o r s h m e b e e n d e v e l o p e d r a p i d ! : s i n c e e a r l y t h i s c e n t u r y . b e g i n n i n g w i t h s i m p l e p o r c e l a i n i n s u l a t o r s . A c l a s s i f i c a t i o n o f t h e m a i n t y p e s o f i n s u l a t o r s i s s h c m n s c h e m a t i c a l l y i n f i g u r e 3 . 1 . I I \ ' I n s u l a t o r s + J - - - - - - l -----~----· c = ; · a m : - l n s u l a t u r s ~~ -----------~~ l l ' o ! l m c r i c I n s u l a t o r s t'\lonclT h & l w l l t > l l & \ m e 1 1 \ s u l a t r > r J n • ; u \ a t o r ( : l ) f l ' j ) l ) S l 1 1 1 ' - . U \ a t n r ' - > i n - . . , u l a l o r . . . , _ _ _ _ _ _ ) - - - - (-~ompt=~c i l h u l a t o r s : I i h c r g l a s s r o d I I i t h p t > i l m c r i c s i K d 1 I i n c p u s t U r S L I S ) l C i l s J O n ) 1 - - l ~ f P I 0 l S i l i c o n e r u b i : J r u b b e r F i g u r e 3 . 1 t h e c l a s s i f i c a t i o n o f p o w e r l i n e I n s u l a t o r s -~;---l \ . \ d o c t l t p h d t l c c p o : - : 1 r c : - - . 1 1 1 in-;ulator~ 1 I i n c p u s t suspcn~Jl)Jl u r h u - - , h i n g s ) F i g u r e 3 . 1 c l a s s i f y t h e H V i n s u l a t o r s i n v a r i o u s c a t e g o r i e s . G e n e r a l l y . c e r a m i c i n s u l a t o r s a r c v e r y c o m m o n i n d i s t r i b u t i o n n e t v v o r k a n d o f w h i c h s o m e t~tmous i n s u l a t o r s u s e d i n S r i L a n k a n c o n t e x t a r c h i g h l i g h t e d i n f i g u r e 3 . 2 . P a g e 9 r -~ ; : ; ; : . . ~tr F i g u r e 3 . 2 C e r a m i c i n s u l a t o r t y p e s C e r a m i c i n s u l a t o r s a r c f u r t h e r c a t e g o r i z e d a s p o r c e l a i n a n d g l a s s i n s u l a t o r s a n d t h e u s a g e o f p o r c e l a i n i s t o o h i g h c l u e t o i t s p o p u l a r i t y d u e t o f o l l o \ \ i n g r e a s o n s . 1 . [ ' ' / I o n : i n f o r m a t i o n h a s s u r f a c e d a b o u t t h e p o r c e l a i n i n s u l a t o r b u s i n e s s a n d a n u m b e r o f d e d i c a t e d i n d i v i d u a l s h a \ C \ H i t t c n b o o k s . a r t i c l e s . a n d r e p r i n t e d c a t a l o g s t h a t h a w s i g n i i i c a n t l : i n c r e a s e d c o l l e c t o r k m m l e d g e a n d i n t e r e s t i n t h e p o r c e l a i n s i d e o f t h e h o b b y . ' ) G l a s s p r i c e s h a v e b e e n o n t h e i n c r e a s e i n r e c e n t y e a r s . m a k i n g p o r c e l a i n a n a t t r a c t i v e a n d a f f o r d a b l e a l t e r n a t i v e . P o r c e l a i n i n s u l a t o r s a r c n o w m u c h m o r e a v a i l a b l e a t i n s u l a t o r s h o w s . 3 . C o l l e c t o r s h m e r e a l i z e d t h a t t h e a m o u n t o f c o l o u r a v a i l a b l e i n p o r c e l a i n i s \ c r y s i g n i f i c a n t a n d h a s i n c r e a s e d a s m o r e d i s t r i b u t i o n l i n e s a r e d i s m a n t l e d . 4 . T h e i n c r e a s e o f i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e o n t h e i n t e r n e t a s w e l l a s t h e v a r i e t y o f p o r c e l a i n i n s u l a t o r s a v a i l a b l e g i v e s a l a r g e r p o p u l a t i o n e x p o s u r e t o p o r c e l a i n i n s u l a t o r c o l l e c t i n g . 5 . M o r e h i s t o r i c a l i n t e r e s t h a s b e e n g e n e r a t e d i n t h e e a r l y d e \ e l o p m e n t o f p o w e r g e n e r a t i o n a n d d i s t r i b u t i o n w h i c h h a s b e e n p r i m a r i l y d e p e n d e n t o n p o r c e l a i n i n s u l a t o r s . C u r r e n t l i n e m e n a r c m u c h m o r e f a m i l i a r w i t h p o r c e l a i n . a s v e r y l i t t l e g l a s s r e m a i n s i n u s e t o d a y . P a g e 1 0 S o m e o f t h e k e y p o r c e l a i n i n s u l a t o r s a r e d e s c r i b e d b e l o w . 3 . 1 . 1 P o r c e l a i n P i n t y p e I n s u l a t o r i F i g u r e 3 . 3 P i n T y p e I n s u l a t o r s P i n t y p e i n s u l a t o r s a r e b e i n g a d a p t e d i n m e d i u m v o l t a g e C E B d i s t r i b u t i o n n e t w o r k a l l o v e r t h e c o u n t r y f o r y e a r s . 3 . 1 . 2 C a p a n d P i n I n s u l a t o r F i g u r e 3 . 4 C a p s a n d P i n I n s u l a t o r T h e s e a r e m a n u f a c t u r e d f r o m p o r c e l a i n o r g l a s s a n d a r e b a s e d o n t h e s a m e p r i n c i p l e s a s p i n - t y p e i n s u l a t o r s . A n u m b e r o f u n i t s a r e c o n n e c t e d t o g e t h e r b y s t e e l c a p s a n d p i n s t o f o r m a n i n s u l a t o r s t r i n g . T h e s t r i n g s a r e u s e d f o r s u s p e n s i o n a n d t e n s i o n i n s u l a t o r s . T h e c a p s a n d p i n s a r e f i x e d t o t h e g l a s s o r t h e g l a s s o r p o r c e l a i n d i s c w i t h c e m e n t . T h e c o n i c a l s h a p e s o f t h e f i t t i n g s e n s u r e h i g h m e c h a n i c a l s t r e n g t h u n d e r t e n s i l e s t r e s s . A t y p i c a l c a p a n d p i n d i s c i s s h o w n i n f i g u r e 3 . 4 . P i n t y p e a n d c a p a n d p i n i n s u l a t o r s a r e c l a s s i f i e d a s C l a s s B i n s u l a t o r s . T h e p o r c e l a i n o r g l a s s c a n b e p u n c t u r e d b y s e v e r e e l e c t r i c a l s t r e s s . T h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s o f g l a s s i n s u l a t o r s i n c l u d e s t h e r m a l c o o l i n g t h a t e n s u r e s t h a t t h e g l a s s s h e d s s h a t t e r s i n t h e e v e n t o f a p u n c t u r e . A f a u l t y d i s c i s t h e r e f o r e v i s i b l e . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e t t - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 . 1 . 3 G l a s s I n s u l a t o r s F i g u r e 3 . 5 G l a s s I n s u l a t o r s P o r c e l a i n a n d t o u g h e n e d g l a s s a r e t h e t w o t y p e s o f i n s u l a t o r s t h a t a r e b e i n g u s e d f o r h i g h t e n s i o n t r a n s m i s s i o n l i n e s a n d e q u i p m e n t t h r o u g h o u t t h e w o r l d . T h e w o r l d m a r k e t c o m p r i s e s o f t h e p o w e r p r o j e c t s b e i n g s e t u p m a i n l y i n t h e u n d e r d e v e l o p e d a n d d e v e l o p i n g c o u n t r i e s u s i n g p o r c e l a i n a n d t o u g h e n e d g l a s s i n s u l a t o r s . I n S r i L a n k a a l s o t o u g h e n e d g l a s s i n s u l a t o r s a r e b e i n g u s e d i n t r a n s m i s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n l i n e s . S o m e c h a r a c t e r i s t i c s o f p o r c e l a i n a n d t o u g h e n e d g l a s s i n s u l a t o r s a r e g i v e n i n T a b l e 3 . 1 . H o w e v e r , i t m a y b e n o t e d t h a t t h i s c o m p a r i s o n i s n o t e x h a u s t i v e , a s c o m p l e t e d a t a o n p r o p e r t i e s a n d p e r f o r m a n c e o f g l a s s i n s u l a t o r s i s n o t a v a i l a b l e d u e t o i t s l i m i t e d u s e s o f a r . T o u g h e n e d g l a s s i n s u l a t o r t e c h n o l o g y a c q u i s i t i o n a n d a d a p t a t i o n h a s n o t r e c e i v e d s u f f i c i e n t a t t e n t i o n s o f a r i n t h e c o u n t r y . G e n e r a l l y g l a s s t e n d s t o d e t e r i o r a t e i n o u t d o o r a p p l i c a t i o n s a s i t i s n o t c r y s t a l l i n e . A l s o s u r f a c e d a m a g e i n g l a s s i n s u l a t o r s l e a d s t o s h a t t e r i n g , w h i l e p o r c e l a i n i n s u l a t o r s c a n w i t h s t a n d r e a s o n a b l e d e g r e e o f s u r f a c e d a m a g e . P e r f o r m a n c e o f g l a s s i s y e t t o b e p r o v e d i n t r o p i c a l c o u n t r i e s . 3 . 2 C o m p a r i s o n b e t w e e n P o r c e l a i n a n d G l a s s I n s u l a t o r s T h e s t a n d a r d s a n d r e g u l a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e i n s u l a t o r s u t i l i z e d i n t h e o v e r h e a d e l e c t r i c a l l i n e s c a n b e m a d e o f p o r c e l a i n , g l a s s o r a n o t h e r m a t e r i a l o f a d e q u a t e c h a r a c t e r i s t i c s t o t h e i r f u n c t i o n . T h e m o s t u s e d i n s u l a t o r s i n p o w e r d i s t r i b u t i o n l i n e s u n t i l t o d a y a r e m a n u f a c t u r e d w i t h p o r c e l a i n o r g l a s s . T a b l e 3 . 1 g i v e s a c o m p a r i s o n b e t w e e n g l a s s a n d p o r c e l a i n i n s u l a t o r s . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 1 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 - 1 t e r n -]c~~aracteristics i ' P o r c e l a i n l~sulator I - G l a s s I n s u l a t o r -~] L O \ \ ( A p p r o x i m a t e l y 1 6 0 I H i g h ( A p p r o x i m a t e l y 2 5 0 I I a t 2 5 ' C a n d 5 0 H z I k V / c m _ _ ) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ k V / c m ) _ _ _ J 2 I T e n s i l e S t r e n g t h i 4 d a N / S q . m m 1 2 d a N / S q . m m i F I T e c t o f c y c l i c I n s u l a t o r s n~~chani~-- I n s u l a t o r s ~u~ngti:i::----l f - - - :~ I t e m p c r a t u r c c h a n g c s s t r e n g t h r e d u c c s . _ 1 a p p r e c i a b l ) _ a l l C c t e d _ _ _ . I I E l e c t r i c a l 1 l . i · + I i L o \ \ I l ! g h 1 1 i P u n c t u r i n g s t r e n g t h I . : - - - - - l _ . -~ f G r a d : : : : c h ~ould l~c--t Sudde~l sCaiteriOg~auscll 1 ] I J e c t r o m e c h a m c a l I . 1 b y I m p a c t s e x c e c d m g t h e · 5 I d u e t o e l e c t r o m e c h a m c a l f a i l u r e e x p l o s i Y c s t r e s s e s i n t h e ' [ , 1 f a t i g u e . , . 1 s k m o t m s u l a t o r s . 1 1 - - - - - - L - - - - - - - - - - - - - · I -~-·--------··-·~---~~--·--------·-----------J ! [ \ V e i g h t s o f 9 0 k N I 6 ~ t l 6 . 2 k g 4 . 0 k L J : I 1 d i s c i n s u l a t o r ~ i ~ i I - - - - - - - - - - - - - - - ---:----------··-----···-----··-~--------·-----·--·-----------··-----j 1 N o t c a s \ . D a m a g e d p i e c e I 1 1 : · I D i s c s h a t t e r s a n d c a n b e I ! m a Y r e m a i n i n s e r v i c e 7 F h m d e t e c t i o n I · 1 1 s i , ! h t c d ca~;ih f r o m a I I o v e r l o n g p e r i o d s . ' · ~ 1 c h s t a n c c . 1 1 i n c r e a s i n g l o s s e s . - + - - - - - -----~--_ _ _ _ _ _ _ : : : - - - - - - - - - - - - - - - - I . N o s t r e s s e s i n t h e b o d ) o f 8 ' F 1 r e l l a z a r d I . I t h e I n s u l a t o r . i I _ _ _ _ _ _ _ _ j _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1-~- l S t r e s s e s i n t h e N o s t r e s s e s i n t h e b o d y o f I 9 I I 1 _ _ _ _ ~~nsulator b o d y _ 1 t h e l n s u l a t o c _ _ _ _ _ _ I . I a n d s u b s t a t i o n i n s u l a t o r s C o v e r s t h e c o m p l e t e r a n g e I d u e t o m a s s p r o d u c t i o n f o r t r a n s m i s s i o n a n d 1 0 I I ---·------------·------~ L i k e l y t o f o c u s s u n r a y s . 1 F i r e m a y b e c a u s e d i f I c o n c e n t r a t e d o n d r y G r a s s . J .~-~-------~----------- T h e r e i s d y n a m i c I e q u i l i b r i u m o f s t r e s s . I C o v e r s o n l v t r a n s m i s s i o n - - 1 • I I P r o d u c t R a n g e - - . " . I t e c h n i q u e u s e d an~ . I a p p a r a t u s a p p l r c a t w n . c o n s e q u e n t l i m i t a t r o o s ~~ l p r o d u c i n g s n r a l l q u a n t r t r e s : _ j '-~- T a b l e 3 . 1 C o m p a r i s o n b e t w e e n G l a s s a n d P o r c e l a i n I n s u l a t o r s P a g e 1 3 l h c a b o v e c o m p a r i s o n i m p l i e s t h a t b o t h g l a s s a n d p o r c e l a i n i n s u l a t o r s a r c h a Y i n g s o m e a d n m t a g e o u s a n d d i s a c h a n t a g e o u s o Y e r e a c h o t h e r b u t a Y a i l a b i l i t y o f g l a s s i n s u l a t o r s a r e l i m i t e d d u e t o m a s s p r o d u c t i o n t e c h n i q u e n e e d e d a n d c o n s e q u e n t l i m i t a t i o n s i n p r o d u c i n g s m a l l q u a n t i t i e s . 3 . 3 P o l l u t i o n S e n r i t y T h e p e r f o r m a n c e o f o u t d o o r h i g h - Y o l t a g e i n s u l a t o r s i s a d v e r s e l y a f f e c t e d b : e m i r o n m e n t a l p o l l u t i o n i n c o a s t a l a n d i n d u s t r i a l r e g i o n s . I n s o m e i n s t a n c e s . s o l i d p o l l u t i o n p a r t i c l e s s e t t l e o n t h e i n s u l a t o r surt~1ce a n d b e c o m e a c o n d u c t i Y c e l e c t r o l y t e \ \ h e n t h e i n s u l a t o r s u r f a c e i s w e t t e d b y r a i n o r f o g . T h i s a l l o v \ s l e a k a g e c u r r e n t s t o f l o \ \ 0 \ e r t h e i n s u l a t o r s u r h t c e a n d l o w e r s t h e e l e c t r i c a l v \ i t h s l a n d Y o l t a g e o f t h e i n s u l a t o r . l e a d i n g t o p o s s i b l e t 1 a s h c m : r . I E C 8 1 5 [ 2 ] d e s c r i b e s o n l o u r l e \ c l s o f p o l l u t i o n s u c h a s L i g h t . M e d i u m . H i g h a n d V e r y H i g h . F o r e a c h l e v e l o f p o l l u t i o n . t h e c o r r e s p o n d i n g m i n i m u m s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e f o r c e r a m i c i n s u l a t o r s a s p e r I E C S 1 5 i s g i v e n i n T a b l e . 1 . 2 . r · · · · - ···----~----·-·--r-------~-- ·----~---···-·- - - - · i M i n i m u m s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e i P o i i u t i o n L e v e l - I ( m m / k V ) ~------- ~L----~---------- 1 ! - L i g h t I 1 6 r~---·· - - - - - - ·-r-------~-----~--~-- · · - - - - - - - - - - · - i l l - l \ 1 c d i u m ~--- 2 0 -~-~------ 1 I I I - I k a v y · 2 5 L I V - : - v c ; y hca~l_l 3 1 J T a b l e 3 . 2 l E C R e c o m m e n d e d s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e o Y e r p o l l u t e d s e \ e r i t y D i f f e r e n t m e t h o d s a r e g e n e r a l l y u s e d t o e v a l u a t e p o l l u t i o n s e v e r i t y . T h e y a r c : 1 . V o l u m e c o n d u c t i \ ' i t y f o r t h e p o l l u t a n t c o l l e c t e d b y m e a n s o f d i r e c t i o n a l g a u g e s 2 . E q u i \ ' a l e n t S a l t D e p o s i t D e n s i t y o n t h e i n s u l a t o r s u r f a c e ( E S D D m e t h o d ) 3 . T o t a l n u m b e r o r f l a s h o v e r s o f i n s u l a t o r s s t r i n g s o f v a r i o u s l e n g t h s 4 . S u r f a c e c o n d u c t a n c e o f s a m p l e i n s u l a t o r s . . . . ';,~~,~~~~~ . , , 5 . L e a k a g e c u r r e n t o f i n s u l a t o r s s u b j e c t e d t o s e r v e v o l t a g e / ' / " " " ' ; . . . . , ,~· , . . . . - ! . ' " ·.I·,~ · \ . I • . ' . • ! ' - - · ! . , '"},~:: ~ ~ ~;:· . , , P a g e 1 4 3 . - t l \ I e a s u r c m e n t o f C o n t a m i n a t i o n S e v e d t y C o n t a m i n a t i o n s e \ e r i t y o n t h e surf~1ce o f i n s u l a t o r s c a n b e g i , · e n i n t e r m s o f E S D D a s e x p l a i n e d e a r l i e r . T h e m e a s u r e m e n t o f E S D D i n c a s e o f p o r c e l a i n a n d g l a s s h a s b e e n s t a n d a r d i z e d i n t h e I n t e r n a t i o n a l E l e c t r o t e c h n i c a l C o m m i s s i o n ( ! E C ) d o c u m e n t 6 0 5 0 7 . F S D D i s m e a s u r e d b y d i s s o l v i n g t h e c o n t a m i n a n t s o n t h e surt~1ce o f t h e i n s u l a t o r s . i n p u r e \ V a t e r a n d t h e n m e a s u r i n g t h e c o n d u c t i \ · i t y o f t h e \ \ a t c r . T h e s o l u t i o n c o n d u c t i v i t y i s c a l c u l a t e d u s i n g t h e f o l l o w i n g f o r m u l a l l ] . o - 2 1 1 = o - 0 1 1 - b ( B - 2 0 ) 1 ( 3 . 1 ) W h e r e , O " : ; o i s t h e v o l u m e c o n d u c t i v i t y a t a t e m p e r a t u r e o r 2 0 ° C ( S / m ) a ' r 1 i s t h e v o l u m e c o n d u c t i \ · i t y a t a t e m p e r a t u r e o f 8 ° C ( S / m ) 0 . 1 I . ( 1 1 C ' ' I S t 1 c s o u t 1 0 n t e m p e r a t u r e . ) h i s t h e f a c t o r d e p e n d i n g o n t e m p e r a t u r e e T h e s a l i n i t y S ( k g / m 3 ) o f t h e s o l u t i o n i s d e t e r m i n e d . w h e n 0 ' 2 0 i s w i t h i n t h e r a n g e o f o.oo~~-0.4 S / m b y t h e u s e o f f o l l o w i n g f o r m u l a l l ] . ) ( 5 7 ) I 0 3 . . . ( ( = = . ( 5 . 2 1 1 ( 3 . 2 ) ! ' h e E q u i v a l e n t s a l t d e p o s i t d e n s i t y E S D D ( m g / c m 2 ) i s t h e n o b t a i n e d b y t h e f o r m u l a l l l \ \ ' h e r e . E S D D = S " . V _ A S a i s t h e s a l i n i t y ( k g / m 3 ) V i s t h e v o l u m e o f t h e s o l u t i o n ( c m 3 ) A i s t h e a r e a o f t h e s u r f a c e o f l n s u l a t o r ( c m 2 ) 3 . 5 F l a s h o v e r M e c h a n i s m - G e n e r a l T h e o r y . . , . . , ) ( _ ) . _ ) D u r i n g w e t a t m o s p h e r i c c o n d i t i o n s l i k e l i g h t r a i n o r f o g t h e c o n t a m i n a t i o n l a y e r o n t h e s u r f a c e o f t h e i n s u l a t o r g e t s \ v e t a n d p r o m o t e s l e a k a g e c u r r e n t t 1 o \ v a l o n g t h e s u r f a c e . P a g e 1 5 ! h e h e a t d i s s i p a t e d d u e t o t h e t l o w o f l e a k a g e c u r r e n t e \ a p o r a t e s t h e m o i s t u r e o n t h e suri~1ce o f t h e i n s u l a t o r . T h i s e Y a p o r a t i o n k a d s t o t h e f o r m a t i o n o f a r e a s t e r m e d a s . . d r y b a n d s . . . D r y b a n d s t e n d t o f o r m n e a r t h e s u r f a c e o f t h e i n s u l a t o r p a r t s w h e r e t h e d i a m e t e r i s t h e s m a l l e s t b e c a u s e o f t h e h i g h c u r r e n t d e n s i t y i n t h o s e p a r t s . A c o n c e n t r a t i o n o f v o l t a g e s t r e s s i s f o r m e d a r o u n d t h e d r y b a n d s a s t h e surt~1ce r e s i s t a n c e o f t h e d r y b a n d s i s m u c h h i g h e r t h a n t h e c o n d u c t i v e c o n t a m i n a t e d s u r E 1 c e f i l m . S u b s e q u e n t l y t h e d r y b a n d w i l l b r e a k d o w n c a u s i n g a n i n i t i a l p a r t i a l a r c on~r t h e s u 1 ' l ' a c e . A f t e r t h e f o r m a t i o n o f a p a r t i a l a r c i t \ \ i l l p r o p a g a t e i f t h e v o l t a g e g r a d i e n t a h e a d o f t h e a r c . w h i c h i s t h e \ o l t a g e g r a d i e n t o f t h e p o l l u t i o n l a y e r . i s g r e a t e r t h a n t h a t o f a r c g r a d i e n t . T h i s i s d u e t o t h e f a c t t h a t i o n i z a t i o n o f t h e p a t h a h e a d o f t h e a r c b y t h e i n c r e a s i n g c u r r e n t a t e y e r y i n s t a n t e n a b l e s t h e a r c t o p r o c e e d . W h e n t h e a r c p r o p a g a t i o n a c r o s s t h e c o n t a m i n a t e d l a y e r b r i d g e s t h e \ \ h o l e i n s u l a t o r a t l a s h m - e r \ \ i I I o c c u r . T h e t l a s h O \ e r t r i g g e r s a p O \ v e r a r c t h a t r e s u l t s i n t h e i n t e r r u p t i o n o f p O \ \ e r ~;upply a n d m a y d a m a g e t h e i n s u l a t o r t e m p o r a r i l y o r p e r m a n e n t l y . d e p e n d i n g o n t h e s c \ e r i t y o f f l a s h o v e r . T h o u g h t h e s t u d y o f t h e p r o c e s s o f c o n t a m i n a t i o n 1 1 a s h 0 \ e r h a s b e e n d o n e f o r m a n y d e c a d e s a t d i f f e r e n t l a b s a n d a t o u t d o o r l o c a t i o n s a c r o s s t h e \ \ o r l d . t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e p h y s i c a l p r o c e s s i s n o t c o m p l e t e d e v e n n o w . T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e i n t e n s e c o m p l e x i t y i n v o l w d i n t h e f l a s h o v e r p r o c e s s . A l s o . t h e n u m e r o u s p a r a m e t e r s i m o h e e l i n t h e p r o c e s s o f f l a s h o v e r m a k e i t e v e n m o r e d i f f i c u l t t o u n d e r s t a n d t h e p r o c e s s c o m p l e t e l y . A s a n e x a m p l e i t h a s b e e n o b s e n e d i n s e r v i c e t h a t F O V d e p e n d s u p o n \ a r i o u s f a c t o r s b u t i s n o t l i m i t e d t o s u c h a s . t h e p o l a r i t y o f v o l t a g e . p a r t i c l e s i z e . n o n - u n i f o r m w e t t i n g . t h e s i z e a n d n a t u r e o f t h e p o l l u t a n t s u r f a c e c o n d u c t i Y i t y . w i n d . \ \ a s h i n g . l e n g t h . o r i e n t a t i o n . d i a m e t e r a n d p r o f i l e o f t h e i n s u l a t o r . 3 . 6 H V T e s t i n g T h e h i g h v o l t a g e t e s t s i n c l u d e p o w e r f r e q u e n c y t e s t s a n d i m p u l s e t e s t s b y a p p l y i n g \ o l t a g e s a c r o s s t h e i n s u l a t o r u n i t a r r a n g e d p r o p e r l y . 3 . 6 . 1 P o w e r F r e q u e n c y T e s t I n p o r c e l a i n i n s u l a t o r s . b r e a k d o w n o r t 1 a s h o v e r o c c u r s i n m o s t c a s e s a s a r e s u l t o f h i g h f r e q u e n c y d i s t u r b a n c e s i n t h e p o w e r l i n e , t h e s e b e i n g d u e t o e i t h e r s w i t c h i n g P a g e 1 6 o p e r a t i o n s o r e x t e r n a l c a u s e s . S u d d e n i n t e r r u p t i o n s i n t h e l i n e w o u l d g l \ e n s c t o r e s o n a n t e f f e c t s i n t h e l i n e w h i c h w o u l d g i v e r i s e t o \ O l t a g e \ \ a Y e s i n t h e l i n e o f h i g h f r e q u e n c y . T h e s e m i g h t c a u s e f l a s h o v e r o f t h e i n s u l a t o r s . I t i s a l s o f o u n d t h a t h i g h f r e q u e n c y o s c i l l a t i o n s c a u s e f a i l u r e o f i n s u l a t i o n a t a c o m p a r a t i v e l y l o w ' o l t a g e d u e t o h i g h d i e l e c t r i c l o s s a n d h e a t i n g . H i g h ' o l t a g e t e s t s a t h i g h f r e q u e n c y a r e m a d e a t t h e m<.muf~lcturing w o r k s s o a s t o o b t a i n a d e s i g n o f i n s u l a t o r \ \ h i c h \ \ i l l satisf~1ctorily ' ' i t h s t a n d a l l c o n d i t i o n s o f s e n · i c e . D r y a n d W e t f l a s h o v e r T e s t I n d r y f l a s h o v e r t e s t . a p o w e r f r e q u e n c y v o l t a g e i s a p p l i e d a c r o s s t h e i n s u l a t o r . t h e ' o l t a g e b e i n g i n c r e a s e d a t a u n i f o r m r a t e o f a b o u t 3 k V / s . T h e , · o l t a g e i s c o n t i n u o u s l y i n c r e a s e d t i l l a f l a s h o v e r o c c u r s a c r o s s t h e s u r l a c e o f t h e i n s u l a t o r . I n w e t 1 1 a s h o v c r t e s t . t h e s a m e p r o c e d u r e i s a d o p t e d . e x c e p t t h a t t h e i n s u l a t o r i s s u b j e c t e d t o a n a r t i f i c i a l " ' r a i n y " c o n d i t i o n . T h e t e s t u n i t i s s u b j e c t e d t o a s p r a y o r w a t e r o f s p c c i n e d c o n d u c t i v i t y w i t h t h e h e l p o f n o z z l e s \ \ h i c h a r e s o a r r a n g e d t h a t t h e \ \ a t e r d r o p s f a l l a p p r o x i m a t e l y a t a n i n c l i n a t i o n o f 4 5 ° w i t h t h e v e r t i c a l . T h e s p r a y o f \ \ a t e r o n t h e i n s u l a t o r s h o u l d b e g i n a t l e a s t a m i n u t e b e f o r e t h e a p p l i c a t i o n o f t h e ' o l t a g e a n d s h o u l d c o n t i n u e a l l t h r o u g h o u t t h e t e s t . 3 . 6 . 2 L i g h t n i n g I m p u l s e T e s t V P 5 0 ° o v p . . • · · · · · , ; " " \ I \ l / \ \ / ·"--~ l 1 . 2 ~lS 5 0 ~lS F i g u r e 3 . 6 I m p u l s e W a v e 1.2/SO~ts P a g e 1 7 L i g h t n i n g i m p u l s e t e s t i s m a d e u s i n g a s t a n d a r d 1 . : : ? . / 5 0 f l S \ \ m e s h a p e a s s h m m i n I i g u r e 3 . 4 \ \ i t h a t o l e r a n c e o f + - 3 0 % i n t h e f r o n t t i m e a n d + - 2 0 % o n h a l f Y a l u e t i m e o n t h e \ \ a \ e - t a i l . I m p u l s e g e n e r a t o r i s a d j u s t e d t o d c l i w r a p o s i t i v e s t a n d a r d i m p u l s e \ \ a \ e . T h e \ o l t a g e i s t h e n i n c r e a s e d t o t h e s p e c i f i e d v a l u e . ' l \ \ e n t y s u c h a p p l i c a t i o n s a r e m a d e a n d a p p r o x i m a t e l y h a l f o f t h e i m p u l s e s a p p l i e d s h o u l d c a u s e f l a s h o v e r . 3 . 6 . 3 F l a s h - m e t · T e s t s P o r c e l a i n i n s u l a t o r s a r e d e s i g n e d s o t h a t s p a r k o v e r o c c u r s a t a l o \ \ e r \ o l t a g e t h a n p u n c t u r e . t h u s s a f e g u a r d i n g t h e i n s u l a t o r . i n s e n · i c e a g a i n s t d e s t r u c t i o n i n t h e c a s e o f l i n e d i s t u r b a n c e s . F l a s h - o v e r t e s t s a r e v e r y i m p o r t a n t i n t h i s c a s e . ( i ) 5 0 p e r c e n t d r y i m p u l s e t l a s h - m e r t e s t u s i n g a n i m p u l s e g e n e r a t o r d e l i v e r i n g a p o s i t i v e 1 1 5 0 _ s i m p u l s e w a v e . T h e \ o l t a g c s h a l l b e i n c r e a s e d t o t h e 5 0 p e r c e n t i m p u l s e t l a s h - o w r \ o l t a g c ( t h e Y o l t a g e a t \ \ h i c h a p p r o x i m a t e l y h a l f o f t h e i m p u l s e s a p p l i e d c a u s e f l a s h - o v e r o f t h e i n s u l a t o r ) ( i i ) D r y n a s h - m e r a n d d r y o n e - m i n u t e t e s t . I n t h i s t h e t e s t v o l t a g e ( g i v e n i n t h e B . S . S . ) i s a p p l i e d . T h e v o l t a g e i s r a i s e d t o t h i s Y a l u e i n a p p r o x i m a t e l y 1 0 s e c o n d s a n d s h a l l b e m a i n t a i n e d f o r o n e m i n u t e . T h e \ O l t a g e s h a l l t h e n b e i n c r e a s e d g r a d u a l l y u n t i l f l a s h - o v e r o c c u r s . ( i i i ) W e t f l a s h - o v e r a n d o n e m i n u t e r a i n t e s t I n t h i s c a s e . t h e i n s u l a t o r i s s p r a y e d t h r o u g h o u t t h e t e s t \ \ i t h a r t i f i c i a l r a i n d n m n f r o m s o u r c e o f s u p p l y a t a t e m p e r a t u r e \ V i t h i n 1 0 d e g r e e s o f c e n t i g r a d e o f t h e a m b i e n t t e m p e r a t u r e i n t h e n e i g h b o r h o o d o f t h e i n s u l a t o r . T h e r e s i s t i v i t y o f t h e w a t e r i s t o b e b c t \ \ e e n 9 . 0 0 0 a n d 1 1 . 0 0 0 o h m e m . I n t h e c a s e o f t h e t e s t i n g o f i n s u l a t i n g m a t e r i a l s . i t i s n o t t h e v o l t a g e w h i c h p r o d u c e s s p a r k - o v e r b r e a k d o \ \ n w h i c h i s i m p o r t a n t . b u t r a t h e r t h e Y o l t a g e f o r p u n c t u r e o f a g i v e n t h i c k n e s s ( i . e . d i e l e c t r i c s t r e n g t h ) . I t i s f o u n d t h a t t h e d i e l e c t r i c s t r e n g t h o f a g i \ e n m a t e r i a l d e p e n d s . a p a r t f r o m c h e m i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l i t s e l L u p o n m a n y f a c t o r s i n c l u d i n g . P a g e 1 8 1 c l ) T h i c k n e s s o f t h e s a m p l e t e s t e d ( h ) S h a p e o f t h e s a m p l e ( L ' ) P r e \ i o u s e l e c t r i c a l a n d t h e r m a l t r e a t m e n t o f t h e s a m p l e 1 d ) S h a p e . s 1 z e . m a t e r i a \ a n c \ a r r a n g e n 1 e n t o t ' t h e e \ e c t r o c \ e s 1 c ) N a t u r e o f t h e c o n t a c t v ; h i c h t h e e l e c t r o d e s m a k e \ \ i t h t h e s a m p l e 1 ! ' ) W a v e f o r m a n d f r e q u e n c y o f t h e a p p l i e d v o l t a g e ( i f a l t e r n a t i n g ) 1 g ) R a t e o f a p p l i c a t i o n o f t h e t e s t i n g v o l t a g e a n d t h e t i m e d u r i n g w h i c h i t i s m a i n t a i n e d J t a c o n s t a n t ' a l u e . 1 h ) T e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y \ \ h e n t h e t e s t i s c a r r i e d o u t 1 i ) M o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s a m p l e . 9 4 s -~ ~1 P a g e 1 9 C h a p t e r 4 M e t h o d o l o g y - L 1 A s s u m p t i o n s 1 . T h r e e z o n e s h a Y e b e e n a s s u m e d a s Z o n e 1 ( 0 - 3 0 0 m ) . Z o n e 2 ( 3 0 0 m - 1 0 0 0 m ) a n d Z o n e 3 ( 1 0 0 0 m - 3 0 0 0 m ) b a s e d o n p o l l u t i o n s e v e r i t y . ' ) P o r c e l a i n P i n t y p e i n s u l a t o r w a s s e l e c t e d a s a s a m p l e . W h e n r e s p e c t i v e s a m p l e i n s u l a t o r s a r e p l a c e d i n t h e p o w e r l i n e . e f f e c t o f v e g e t a t i o n \ V h i c h c o v e r s t h e s e a b r e e z e h i t t i n g o n t h e i n s u l a t o r i s c o n s i d e r e d t o b e s a m e f o r a l l c a s e s . 3 . S a l i n e p o l l u t i o n i s c o n s i d e r e d o n t h e i n s u l a t o r a n d f r e e o f i n d u s t r i a l p o l l u t i o n . 4 . S a m p l e i n s u l a t o r s a r c p i n t y p e i n s u l a t o r s a n d h a v i n g s i m i l a r s u r f a c e f i n i s h . 5 . C o n d u c t i Y i t y o f t h e t a p \ V a t e r t o b e n e g l i g i b l e . - L 2 S e l e c t i o n o f T e s t S i t e s l l a m b a n t o t a w a s s e l e c t e d a s a s a m p l e a r e a a n d w h i c h v \ a s r e c o r d i n g n o r e g u l a r r a i n f a l l p a t t e r n t h r o u g h o u t t h e y e a r l i k e o t h e r p a r t s o f t h e c o u n t r y a n d a l s o h a Y i n g h i g h ! ' r c q u e n c y o f i n s u l a t o r f l a s h o \ e r . F o r s i m p l i c i t y . t h r e e z o n e s h a v e b e e n a s s u m e d a s / o n e 1 . Z o n e 2 a n d Z o n e 3 a s p e r t h e f o l l m v i n g d i s t a n c e s f r o m t h e c o a s t a l b o u n d a r y a n d s a m p l e i n s u l a t o r s w e r e p l a c e d i n r e s p e c t i v e z o n e s . Z o n e N o . Z o n e T y p e D i s t a n c e f r o m c o a s t a l b o u n d a r y ( m ) ' 1 C o a s t a l 0 - 3 0 0 2 S e m i - c o a s t a l 3 0 0 - 1 0 0 0 ' " ) I n l a n d 1 0 0 0 - 3 0 0 0 _ ) T a b l e 4 . 1 P o l l u t i o n z o n e s \ V i t h d i s t a n c e f r o m c o a s t a l b o u n d a r y - t . 3 P r o c e d u r e s a n d D a t a A c q u i s i t i o n S a m p l e p i n t y p e i n s u l a t o r s e a c h w i t h s a m e c o n d i t i o n a n d f r e s h q u a l i t y w e r e p l a c e d i n 3 3 k V d i s t r i b u t i o n n e t w o r k i n H a m b a n t o t a t o w n a r e a w i t h i n t h e d i s t a n c e l i m i t a n d a r r a n g e m e n t s h o w n i n T a b l e 4 . 1 s o a s t o r e p r e s e n t a l l t h r e e z o n e s . P a g e 2 0 Z o n e - 3 Z o n e - 2 . Z o n e - 1 ~ ~ ! ; ! I -~ ! J ! I ! I ! J ! J ! ; ! ; 1 0 0 0 - 3 0 0 0 m 3 0 0 - 1 O O O m 0 - 3 O O m F i g u r e 4 . 1 S a m p l e i n s u l a t o r a r r a n g e m e n t s i n t h r e e z o n e s F o l l o w i n g p r o c e d u r e s w e r e a d o p t e d t o t e s t t h e c o n d u c t i v i t y o f t h e a b o v e i n s u l a t o r s : 1 . O n e i n s u l a t o r f r o m e a c h z o n e w a s r e m o v e d s a f e l y f r o m t h e p o w e r l i n e a f t e r o n e m o n t h f r o m t h e i n s t a l l a t i o n . T h e p a r t i c u l a r i n s u l a t o r w a s w a s h e d w i t h t a p w a t e r o f l L . 2 . I t e m 1 w a s r e p e a t e d a f t e r 2 n d a n d 3 r d m o n t h s f r o m t h e i n s t a l l a t i o n o f i n s u l a t o r s . 3 . I t e m 1 w a s r e p e a t e d f o r Z o n e - 1 f o r 4 t h , 5 t h a n d 6 t h m o n t h f r o m t h e d a t e o f i n s t a l l a t i o n . 4 . 5 0 0 m l s a m p l e s o l u t i o n s w e r e o b t a i n e d f r o m e a c h s o l u t i o n o f 1 L f o r c o n d u c t i v i t y t e s t . 4 . 4 M e a s u r e m e n t o f C o n d u c t i v i t y S a m p l e s o l u t i o n s c o l l e c t e d h a v i n g w a s h e d t h e c o n t a m i n a t e d i n s u l a t o r s i s s u b j e c t e d f o r c o n d u c t i v i t y t e s t . S p e c i f i c a t i o n o f t h e c o n d u c t i v i t y m e t e r i s a t t a c h e d i n A n n e x - 3 . F i g u r e 4 . 2 C o n d u c t i v i t y T e s t M e t e r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I ' [ I C o n d u c t i v i t y o f t h e s a m p l e s o l u t i o n w a s o b t a i n e d u s i n g a d i g i t a l c o n d u c t i v i t y m e t e r a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 . S p e c i f i c a t i o n o f t h e c o n d u c t i v i t y m e t e r i s a t t a c h e d i n A n n e x - 3 . C o n d u c t i v i t y o f e a c h s o l u t i o n f o r Z o n e - 1 i s t a b u l a t e d a s f o l l o w s : Z o n e N o . E x p o s u r e d u r a t i o n ( m o n t h s ) C o n d u c t i v i t y ( f . l s / c m ) 1 1 6 6 9 2 6 9 9 3 , 1 1 8 0 4 2 5 0 0 5 2 0 3 0 6 2 1 9 0 T a b l e 4 . 2 C o n d u c t i v i t y d a t a f o r Z o n e - 1 C o n d u c t i v i t y o f e a c h s o l u t i o n f o r Z o n e - 2 i s t a b u l a t e d a s f o l l o w s : Z o n e N o . E x p o s u r e d u r a t i o n ( m o n t h s ) C o n d u c t i v i t y ( f . l s / c m ) 2 1 5 4 7 2 5 9 8 3 9 0 0 I - - - - - - - - - - - - - T a b l e 4 . 3 C o n d u c t i v i t y d a t a f o r Z o n e - 1 C o n d u c t i v i t y o f e a c h s o l u t i o n f o r Z o n e - 3 i s t a b u l a t e d a s f o l l o w s : Z o n e N o . E x p o s u r e d u r a t i o n ( m o n t h s ) C o n d u c t i v i t y ( f . l s / c m ) I 3 1 5 2 6 I I 2 5 8 6 ! 3 8 3 0 I - - - - - - - - - T a b l e 4 . 4 C o n d u c t i v i t y d a t a f o r Z o n e - 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - I l 4 . 5 A r t i f i c i a l C o n t a m i n a t i o n o f I n s u l a t o r s A n e x a m i n a t i o n o f i n s u l a t o r s t h a t w e r e i n t h e f i e l d f o r a l o n g t i m e a n d e x p o s e d t o v a r i o u s c o n t a m i n a n t s i n d i c a t e s t h a t t h e c o n t a m i n a t i o n i s d i s p e r s e d f a i r l y u n i f o r m l y . B a s e d o n t h i s i t i s i m p o r t a n t t o m a k e s u r e t h a t a u n i f o r m l a y e r o f c o n t a m i n a t i o n i s a p p l i e d o n t h e i n s u l a t o r s f o r t h e e x p e r i m e n t s . T h e c o n t a m i n a t i o n s l u r r y t o b e a p p l i e d o n t h e i n s u l a t o r i s o b t a i n e d b y m i x i n g s a l t i n o n e l i t e r o f w a t e r a n d s p r a y i n g o n t o p o n t h e i n s u l a t o r . F o r t h i s e x p e r i m e n t , s a l t i n f i v e d i f f e r e n t w e i g h t s w e r e m i x e d w i t h l L o f w a t e r s a m p l e s a n d s p r a y e d o n t o p o f t h e e a c h i n s u l a t o r e x p e c t i n g w i d e r r a n g e o f c o n t a m i n a t i o n l e v e l s w h i c h i s r e p r e s e n t e d b y t h e E S D D . S a m p l e I n s u l a t o r S a l t ( g ) 1 2 0 2 5 0 3 1 0 0 4 1 5 0 5 2 5 0 T a b l e 4 . 5 a r t i f i c i a l c o n t a m i n a t i o n o n s a m p l e i n s u l a t o r T h e r e w a s s e v e r a l h o u r s e l a p s e d f r o m t h e t i m e t h e s u r f a c e w a s d r y t o t h e t i m e a t w h i c h t h e y w e r e t e s t e d . F i v e i n s u l a t o r s w e r e w a s h e d u s i n g t a p w a t e r o f 1 L a n d o b t a i n e d 5 0 0 m l s a m p l e s o l u t i o n s o u t o f t h e m f o r c o n d u c t i v i t y t e s t a f t e r u n d e r g o n e f o r p o w e r f r e q u e n c y a n d i m p u l s e t e s t . S a m p l e S a l t ( g ) C o n d u c t i v i t y I n s u l a t o r ( ! - l s / c m ) 1 2 0 6 1 9 2 5 0 6 6 2 3 1 0 0 1 0 9 6 4 1 5 0 1 5 4 1 5 2 5 0 1 7 6 3 T a b l e 4 . 6 c o n d u c t i v i t y o f a r t i f i c i a l l y p o l l u t e d i n s u l a t o r s - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 . 6 P o w e r F r e q u e n c y T e s t & I m p u l s e T e s t F i g u r e 4 . 3 S a m p l e I n s u l a t o r s b e f o r e T e s t i n g F i v e s a m p l e i n s u l a t o r s a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 3 a p p l i e d w i t h d i f f e r e n t s a l t l e v e l s t o r e p r e s e n t t h e c o n t a m i n a t i o n w e r e u n d e r g o n e f o r p o w e r f r e q u e n c y t e s t a n d t h e r e a f t e r t h e i m p u l s e t e s t s a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 . T h i s p r o c e s s w a s r e p e a t e d f o r 3 a t t e m p t s a t e a c h t e s t a n d d a t a w e r e r e c o r d e d e a c h t i m e t o c a l c u l a t e t h e a v e r a g e v a l u e . I n e a c h a t t e m p t i n s u l a t o r s w e r e d a m p e d w i t h w a t e r s p r a y a n d t h e r e b y c r e a t e d a r t i f i c i a l w e t c o n d i t i o n i n t h e l a b o r a t o r y . F i g u r e 4 . 4 P o w e r F r e q u e n c y a n d I m p u l s e T e s t i n L a b o r a t o r y c o n d i t i o n - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C h a p t e r 5 R e s u l t a n d A n a l y s i s 5 . 1 C a l c u l a t i o n o f E S D D B y a p p l y i n g d a t a o n t a b l e N o . 4 , 5 a n d 6 f o r e q u a t i o n 3 . 1 , 3 . 2 a n d 3 . 3 , E S D D v a l u e s f o r r e s p e c t i v e z o n e s h a v e b e e n c a l c u l a t e d a n d r e s u l t s a r e t a b u l a t e d b e l o w : I n s u l a t o r E x p o s u r e E S D D ( m g / c r n : . : ) p e r i o d ( m o n t h s ) Z o n e - 1 Z o n e - 2 Z o n e - 3 1 0 . 1 1 6 0 . 0 9 4 0 . 0 9 0 2 0 . 1 2 1 0 . 1 0 3 0 . 1 0 1 3 0 . 2 0 7 0 . 1 5 7 0 . 1 4 4 4 0 . 4 4 9 N / A N / A 5 0 . 3 6 2 N / A N / A 6 0 . 3 9 2 N / A N / A T a b l e 5 . 1 E S D D o v e r I n s u l a t o r E x p o s u r e P e r i o d ( m o n t h s ) A b o v e d a t a a r e p l o t t e d i n F i g u r e 5 . 1 f o r a l l t h r e e z o n e s . 0 . 5 0 0 0 . 4 5 0 0 . 4 0 0 N 0 . 3 5 0 E u ! ; ' a E 0 . 3 0 0 . : ! ! . 0 . 2 5 0 Q l > Q l 0 . 2 0 0 . . . . . 0 0 0 . 1 5 0 V l w 0 . 1 0 0 0 . 0 5 0 1 E S D D L e v e l V s E x p o s u r e p e r i o d • I ' I ' , I ' - - A 2 , . J . 3 I I I I I I 4 E x p o s u r e D u r a t i o n { m o n t h s ) 5 F i g u r e 5 . 1 E S D D p a t t e r n v a r i a t i o n s 6 Z o n e - 3 Z o n e - 2 - • - Z o n e - 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E S D D l e v e l s i n a l l z o n e s a r e v a r y i n g i n h a v i n g a d - h o c p a t t e r n a n d a f f e c t e d b y t h e r a i n f a l l , w i n d e t c . o f t h e a r e a . I n s u l a t o r e x p o s u r e t e s t w a s i n i t i a t e d i n M a y a n d c o n t i n u e d u p t o S e p t e m b e r . R a i n f a l l l e v e l i n H a m b a n t o t a a r e a i s l i m i t e d a s r e p r e s e n t e d b y t h e F i g u r e 5 . 6 . Z o n e - 1 s h o w s h i g h e r E S D D l e v e l w h e r e a s Z o n e - 2 a n d 3 h a v i n g a l m o s t s i m i l a r p a t t e r n o f E S D D v a r i a t i o n w h i c h i s l e s s c o m p a r e d t o Z o n e - 1 . 5 . 2 P o w e r F r e q u e n c y T e s t R e s u l t s E S D D v a l u e s w i t h r e s p e c t t o a r t i f i c i a l l y c o n t a m i n a t e d i n s u l a t o r s a r e c a l c u l a t e d b a s e d o n c o n d u c t i v i t i e s m e a s u r e d i n T a b l e 4 . 6 . A l l i n s u l a t o r s h a v e b e e n u n d e r g o n e t h e t e s t f o r 3 a t t e m p t s a n d t h e r e b y c a l c u l a t e d t h e a v e r a g e v a l u e s f o r e a c h c a s e s . E S D D F l a s h o v e r v o l t a g e ( k V ) I n s u l a t o r ( m g / c m 2 ) 1 5 1 A t t e m p t 2 n d A t t e m p t 3 r d A t t e m p t A v e r a g e 1 0 . 1 0 7 9 5 9 0 8 5 9 0 2 0 . 1 1 4 1 0 0 9 5 9 0 9 5 3 0 . 1 9 2 6 5 7 0 6 0 6 5 4 0 . 2 7 3 6 5 6 0 5 5 6 0 5 0 . 3 1 3 5 0 4 5 4 0 4 5 T a b l e 5 . 2 F l a s h o v e r V o l t a g e u n d e r d i f f e r e n t p o l l u t a n t l e v e l s T a b u l a t e d d a t a i n a b o v e T a b l e 5 . 2 a r e p l o t t e d i n F i g u r e 5 . 2 . T r e n d c u r v e f o r t h e e x p e r i m e n t e d r e s u l t s i s e x p o n e n t i a l . T h e c u r v e h a s b e e n e x t r a p o l a t e d f o r m o r e v a l u e s o f E S D D b a s e d o n t h e t a b u l a t e d r e s u l t s . T h e o p e r a t i n g v o l t a g e V P E ( p h a s e t o E a r t h V o l t a g e ) i n 3 3 k V s y s t e m i s 1 9 k V . T h e n , t h e i n s u l a t o r t o b e f l a s h o v e r u n d e r o p e r a t i n g v o l t a g e o f 1 9 k V , E S D D v a l u e s h o u l d r e a c h t o 0 . 6 m g / c m 2 v a l u e a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 . F u r t h e r , a n o n c o n t a m i n a t e d i n s u l a t o r w a s s u b j e c t e d f o r p o w e r f r e q u e n c y t e s t a n d o b s e r v e d j l a s h o v e r v o l t a g e o f J O O k V - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - F l a s h o v e r v o l t a g e s V s E S D D ( P o w e r f r e q u e n c y T e s t ) 1 0 0 . 0 0 9 0 . 0 0 8 0 . 0 0 > 7 0 . 0 0 = I l l t l O " ' 6 0 . 0 0 . . . . 0 > . . . 5 0 . 0 0 I l l '"'~"•·--•m~·- . . . • · · • - • • • • > 0 . s ; ; ; ; " ' 4 0 . 0 0 ~ u . . 3 0 . 0 0 2 0 . 0 0 _ _ _ _ .: ~ ·- _ ~- ~ · :c-::·:c . . : : : · : : : . . : : : · _ _ _ _ _ _ _ :::--~ _ _ :cL~ . . :::~ _ ; - - ; _ _ _ 1 0 . 0 0 - . l 0 . 0 5 0 0 . 1 0 0 0 . 1 5 0 0 . 2 0 0 0 . 2 5 0 0 . 3 0 0 0 . 3 5 0 0 . 4 0 0 0 . 4 5 0 0 . 5 0 0 0 . 5 5 0 0 . 6 0 0 0 . 6 5 0 0 . 7 0 0 E S D D L e v e l s ( m g / c m 2 ) F i g u r e 5 . 2 F l a s h o v e r V o l t a g e v a r i a t i o n s u n d e r p o w e r f r e q u e n c y t e s t 5 . 3 I m p u l s e T e s t R e s u l t s A l l i n s u l a t o r s h a v e b e e n u n d e r g o n e t h e t e s t f o r 3 a t t e m p t s a n d t h e r e b y c a l c u l a t e d t h e a v e r a g e v a l u e s f o r e a c h c a s e s . E S D D F l a s h o v e r v o l t a g e ( k V ) I n s u l a t o r ( m g / c m 2 ) 1 5 1 A t t e m p t 2 n d A t t e m p t 3 r c t A t t e m p t A v e r a g e 1 0 . 1 0 7 9 5 9 0 8 5 2 2 8 2 0 . 1 1 4 1 0 0 9 5 9 0 2 3 2 3 0 . 1 9 2 6 5 7 0 6 0 2 1 0 4 0 . 2 7 3 6 5 6 0 5 5 2 0 4 5 0 . 3 1 3 5 0 4 5 4 0 1 9 2 T a b l e 5 . 3 F l a s h o v e r v o l t a g e s V s E S D D ( I m p u l s e T e s t ) T a b u l a t e d d a t a i n a b o v e T a b l e 5 . 3 a r e p l o t t e d i n F i g u r e 5 . 3 . T r e n d c u r v e f o r t h e e x p e r i m e n t e d r e s u l t s i s e x p o n e n t i a l . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 7 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 5 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 ~ 2 3 0 . 0 0 > - " " Q J ~ 2 2 0 . 0 0 . . . . 0 > . . . . ~ 2 1 0 . 0 0 0 . . t : : V I 1 1 ) U : : 2 0 0 . 0 0 I 1 9 0 . 0 0 1 8 0 . 0 0 F l a s h o v e r v o l t a g e s V s d i f f e r e n t E S D D v a l u e s l -~ i i i ~ . ' . l j . . I I 0 . 0 5 0 0 . 0 8 0 0 . 1 1 0 0 . 1 4 0 0 . 1 7 0 0 . 2 0 0 0 . 2 3 0 0 . 2 6 0 0 . 2 9 0 0 . 3 2 0 0 . 3 5 0 0 . 3 8 0 E S D D l e v e l s ( m g / c m 2 ) F i g u r e 5 . 3 F l a s h o v e r v o l t a g e s u n d e r d i f f e r e n t E S D D v a l u e s F u r t h e r , a n o n c o n t a m i n a t e d i n s u l a t o r w a s s u b j e c t e d f o r i m p u l s e t e s t a n d o b s e r v e d f l a s h o v e r v o l t a g e o f 2 4 0 k V 5 . 4 P r e d i c t i o n o f F l a s h o v e r V o l t a g e s u n d e r P o w e r F r e q u e n c y a n d I m p u l s e T e s t B a s e d o n f i g u r e 5 . 2 a n d 5 . 3 , f l a s h o v e r v o l t a g e s u n d e r t w o t e s t s a r e p r e d i c t e d b y t h e t r e n d c u r v e a n d t a b u l a t e d b e l o w f o r s o m e E S D D v a l u e s . E S D D ( m g / c m 2 ) F l a s h o v e r V o l t a g e ( k V ) P o w e r F r e q u e n c y T e s t I m p u l s e T e s t 0 . 1 9 4 . 3 6 2 3 1 . 0 1 0 . 2 6 8 . 3 8 2 1 2 . 6 1 0 . 3 4 9 . 5 5 1 9 5 . 6 7 0 . 4 3 5 . 9 1 1 8 0 . 0 9 0 . 5 2 6 . 0 3 1 6 5 . 7 5 0 . 6 1 8 . 8 6 1 5 2 . 5 4 T a b l e 5 . 4 P r e d i c t e d f l a s h o v e r v o l t a g e s V s E S D D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 8 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 . 5 P r e v e n t i v e M a i n t e n a n c e I n z o n e s w h e r e t h e r e i s p o l l u t i o n , b e s i d e s a g o o d s e l e c t i o n o f t h e i n s u l a t o r , i t i s a d v i s a b l e t o h a v e a m a i n t e n a n c e p l a n t o t r e a t t h e i n s u l a t o r s . T h i s i s m o r e i m p o r t a n t i n a r e a s w i t h s e v e r e e n v i r o n m e n t s o f p o l l u t i o n o r l o w r a i n p r o b a b i l i t y , b e i n g n e c e s s a r y t h e e l i m i n a t i o n o f t h e p o l l u t a n t l a y e r p l a c e d o n t h e i n s u l a t o r . T h i s m a i n t e n a n c e c a n b e c a r r i e d o u t w i t h t h e s y s t e m e n e r g i z e d , w a s h e d i n h o t , o r d e - e n e r g i z e d . F i g u r e 5 . 1 s h o w s t h e v a r i a t i o n p a t t e r n o f E S D D a g a i n s t i n s u l a t o r e x p o s u r e d u r a t i o n b a s e d o n t h e r e s u l t s o b t a i n e d t h r o u g h i n s u l a t o r e x p o s u r e u n d e r f i e l d c o n d i t i o n . F u r t h e r , F i g u r e 5 . 1 i s e l a b o r a t e d z o n e w i s e s e p a r a t e l y t o f o r e c a s t o n p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e . F i g u r e 5 . 4 s h o w s E S S D v a r i a t i o n p a t t e r n o v e r e x p o s u r e d u r a t i o n f o r Z o n e - 1 . e v . . . . . . 1 1 0 E " ' Q j > < 1 1 . . . . . 0 0 V l 1 . 1 . 1 0 . 7 0 . 6 0 . 5 0 . 4 0 . 3 0 . 2 0 . 1 0 E S D D V s E x p o s u r e d u r a t i o n f o r Z o n e - 1 • ·········~---·-··--" . . . . _ 1 2 3 4 5 6 7 E x p o s u r e D u r a t i o n ( m o n t h s ) I I · · - · · · • · · · t 8 9 F i g u r e 5 . 4 E S D D v a r i a t i o n s u n d e r e x p o s u r e d u r a t i o n f o r Z o n e - 1 E S D D v a l u e s f o r Z o n e - 1 a r e p l o t t e d a g a i n s t i n s u l a t o r e x p o s u r e d u r a t i o n o f 6 m o n t h s p e r i o d . T h e a c t u a l t r e n d f o r d a t a p o i n t s w o u l d p r o b a b l y b e n o t l i n e a r i f t h e s t u d y i s c a r r i e d o u t o v e r l o n g e r p e r i o d . H a v i n g a s s u m e d a l i n e a r t r e n d l i n e , t h e c u r v e i s d r a w n - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 2 9 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - a n d i t c u t s t h e 0 . 6 m g / c n / E S D D v a l u e ( r e l a t e s t h e o p e r a t i n g v o l t a g e o f 1 9 k V ) a t g t h m o n t h . T h i s i m p l i e s t h a t i n s u l a t o r s h a v e t o b e c l e a n e d a r t i f i c i a l l y o r n a t u r a l l y a f t e r 8 m o n t h s f r o m t h e d a t e o f f i s t c l e a n i n g . S i m i l a r a n a l y s i s c a r r i e d o u t f o r Z o n e - 1 , i s a p p l i e d f o r Z o n e - 2 a n d Z o n e - 3 a s w e l l . S i n c e t h e e x p o s u r e d u r a t i o n f o r b o t h Z o n e - 2 a n d Z o n e - 3 i s o n l y 3 m o n t h s a n d t o r e a c h m o r e a c c u r a c y , l i n e a r t r e n d c u r v e i s c o r r e l a t e d w i t h e x t r a p o l a t i o n a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 5 a n d F i g u r e 5 . 6 r e s p e c t i v e l y ( E x p o n e n t i a l c u r v e w a s n o t c o n s i d e r e d a s t h e e x p e r i m e n t e d d a t a s h o w s a n i n c r e m e n t a l n a t u r e a n d m a y n o t r e p r e s e n t p r a c t i c a l s c e n a r i o d u e t o e n v i r o n m e n t a l c h a n g e s l i k e r a i n , w i n d e t c . t i m e t o t i m e . ) . F i g u r e 5 . 5 a n d F i g u r e 5 . 6 s h o w t h e v a r i a t i o n p a t t e r n o f E S D D o v e r e x p o s u r e p e r i o d o f 3 m o t h s a n d d a t a h a v e b e e n e x t r a p o l a t e d f o r c e r t a i n p e r i o d . - " ' E v . . . . . 1 . \ j ) E - ~ < : . • > ~ - ' 0 0 " ' w 0 . 6 S 0 . 6 O . S S 0 . 5 O . . : I S 0 . 4 0 . 3 5 0 . 3 0 . 2 5 0 . 2 ' \ ) 1 5 0 . 1 o . o s Q E S D D V s E x p o s u r e P e r i o d f o r Z o n e 2 - - E x p e r i m e n t e d D a t a •~··-~·-~·.¥•~"¥"~'" -~~• _ _ w 1 2 3 4 S 6 i S 9 1 0 l l 1 2 1 3 1 4 l S 1 6 1 7 1 S F i g u r e 5 . 5 E S D D v a r i a t i o n s u n d e r e x p o s u r e P e r i o d f o r Z o n e - 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 3 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -N f . . . . " e o - S . : : : < l J ; : . < l J . . . . 0 0 . , . w o .r : . 5 ( • . € - 0 . 5 5 0 . 5 0 . 4 5 ! ) 4 f n s 0 . 3 ( • . £ 5 0 . 2 0 . 1 5 0 . 1 O. t ' 5 ~-V-~ E S D D V s E x p o s u r e P e r i o d f o r Z o n e - 3 Ex p e rim~nt~d D a t a 0 - - - ··~ 1 . £ : : 4 5 6 7 S 9 1 0 1 1 1 . £ H 1 4 1 5 1 6 1 7 1 S F i g u r e 5 . 6 E S D D v a r i a t i o n s u n d e r e x p o s u r e P e r i o d f o r Z o n e - 3 W h e n t r e n d c u r v e s f o r F i g u r e 5 . 5 a n d F i g u r e 5 . 6 a r e d r a w n , t h e c u r v e c u t t h e 0 . 6 m g / c m 2 E S D D v a l u e ( r e l a t e s t h e o p e r a t i n g v o l t a g e o f 1 9 k V ) a t 1 8 1 1 1 m o n t h f o r b o t h z o n e s . T h i s i m p l i e s t h a t i n s u l a t o r s h a v e t o b e c l e a n e d a r t i f i c i a l l y o r n a t u r a l l y a t 1 8 m o n t h f r o m t h e d a t e o f f i s t c l e a n i n g f o r b o t h Z o n e - 1 a n d Z o n e - 2 . A b o v e r e s u l t s f o r a l l t h r e e z o n e s a r e s u m m a r i z e d b e l o w : Z o n e C o v e r a g e f r o m R e c o m m e n d e d i n s u l a t o r N o . Z o n e T y p e c o a s t a l b o u n d a r y c l e a n i n g p e r i o d ( m ) ( m o n t h s ) Z o n e - 1 C o a s t a l 0 - 3 0 0 8 Z o n e - 2 S e m i - c o a s t a l 3 0 0 - 1 0 0 0 1 8 Z o n e - 3 I n l a n d 1 0 0 0 - 3 0 0 0 1 8 T a b l e 5 . 5 Z o n e w i s e r e c o m m e n d e d P r e v e n t i v e M a i n t e n a n c e T h e r e a r e c e r t a i n r e m e d i a l a c t i o n s w h i c h c o u l d b e p r a c t i c e d t o t r e a t t h e i n s u l a t o r s u n d e r p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e m o d e . I P a g e 3 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - W a s h i n g I n s u l a t o r s c a n b e w a s h e d w h e n d e - e n e r g i z e d o r w h e n e n e r g i z e d . U n d e r d e - e n e r g i z e d m a n p o w e r i s u t i l i z e d a n d c o n s i d e r a b l e m a i n t e n a n c e c o s t i s i n c u r r e d f o r t h i s p u r p o s e . A u t o m a t i c w a s h i n g i s d o n e u n d e r e n e r g i z e d c o n d i t i o n . G r e a s i n g A t h i n l a y e r o f s i l i c o n g r e a s e , w h e n a p p l i e d t o c e r a m i c i n s u l a t o r s i n c r e a s e s t h e h y d r o p h o b i c i t y o f t h e s u r f a c e . P o l l u t i o n p a r t i c l e s t h a t a r e d e p o s i t e d o n t h e i n s u l a t o r s u r f a c e a r e a l s o e n c a p s u l a t e d b y t h e g r e a s e a n d p r o t e c t e d f r o m m o i s t u r e . N e v e r t h e l e s s , t h i s i s c o s t l y a n d r e q u i r e s a p e r i o d i c m a i n t e n a n c e t o r e m o v e a n d r e a p p l y t h e l a y e r . C o a t i n g S i l i c o n e r u b b e r c o a t i n g s a r e a v a i l a b l e t o b e u s e d o n c e r a m i c i n s u l a t o r s . B u t r e s e a r c h i s s t i l l i n p r o g r e s s t o e v a l u a t e t h e i r a g i n g p r o c e s s e s . 5 . 6 R a i n f a l l a n d T h u n d e r D a y A n a l y s i s R a i n f a l l a n d t h u n d e r d a y a n a l y s i s f o r H a m b a n t o t a d i s t r i c t i s c a r r i e d o u t b e l o w b a s e d o n d a t a o b t a i n e d f r o m M e t r o l o g i c a l d e p a r t m e n t o f S r i L a n k a . 5 . 6 . 1 R a i n f a l l D a t a A n a l y s i s R a i n f a l l p a t t e r n i n H a m b a n t o t a f o r t h e p a s t t h r e e y e a r s h a s b e e n a n a l y z e d a s r a i n c o u l d p l a y a m a j o r r o l l a s f a r a s i n s u l a t o r n a t u r a l c l e a n i n g i s c o n c e r n e d . M o n t h Y e a r 2 0 0 7 Y e a r 2 0 0 8 Y e a r 2 0 0 9 J a n u a r y 2 3 0 . 2 2 3 . 2 3 1 . 1 F e b r u a r y 1 5 . 2 1 8 . 5 9 . 3 M a r c h 2 0 . 3 2 3 7 . 4 3 0 . 4 A p r i l 1 9 8 . 8 6 6 . 4 2 5 . 8 M a y 2 . 5 1 1 . 4 5 5 . 6 J u n e 5 9 . 8 2 8 . 5 4 7 . 4 J u l y 2 7 . 6 6 2 . 2 2 5 . 3 T a b l e 5 . 6 R a i n f a l l d a t a a n a l y s i s P a g e 3 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - T a b u l a t e d d a t a i n T a b l e 5 . 6 a r e p l o t t e d i n F i g u r e 5 . 7 . E E j i j - ~ . i i i a : 2 5 0 - 2 0 0 1 5 0 1 0 0 M o n t h l y r a i n f a l l v a r i a t i o n V s D u r a t i o n • 2 0 0 7 - - . 2 0 0 8 2 0 0 9 5 0 I • • 0 J a n u a r y F e b r u a r y M a r c h A p r i l M a y J u n e J u l y P e r i o d ( m o n t h s ) F i g u r e 5 . 7 M o n t h l y r a i n f a l l v a r i a t i o n f o r y e a r 2 0 0 7 , 2 0 0 8 a n d 2 0 0 9 F u r t h e r m o r e , r a i n f a l l d a t a i s c a t o g a r i z e d i n t o c e r t a i n m o d e s a s s h o w n i n T a b l e 5 . 7 b a s e d o n t h e a m o u n t o f r a i n f a l l r e c o r d e d i n a p a r t i c u l a r a r e a . R a i n T y p e R a i n f a l l r a n g e ( m m ) L i g h t B e l o w 1 2 . 5 L i g h t t o m o d e r a t e 1 2 . 5 - 2 5 M o d e r a t e 2 5 - 5 0 F a i r l y h i g h / H e a v y A b o v e 5 0 T a b l e 5 . 7 R a i n f a l l c a t e g o r i z a t i o n I n y e a r 2 0 0 7 , h e a v y r a i n f a l l h a s b e e n r e c o r d e d i n J a n u a r y a n d A p r i l a s 2 3 0 . 2 m m a n d 1 9 8 . 8 m m r e s p e c t i v e l y . O t h e r t h a n t h a t 5 9 . 8 m m r a i n f a l l i s r e c o d e d i n J u n e a n d a l l o t h e r m o n t h s ' r a i n f a l l i s b e l o w 3 0 m m . I n y e a r 2 0 0 8 , h e a v y r a i n f a l l h a s b e e n r e c o r d e d i n M a r c h a s 2 3 7 . 4 m m w h e r e a s 6 6 . 4 m m a n d 6 2 . 2 m m r a i n f a l l h a v e b e e n r e c o r d e d i n A p r i l a n d J u l y r e s p e c t i v e l y . R a i n f a l l i s w e l l b e l o w 3 0 m m i n a l l o t h e r m o n t h s . I n y e a r 2 0 0 9 , f r o m J a n u a r y t o J u l y r a i n f a l l i s p l a c e d i n m o d e r a t e l e v e l w h i c h i s b e l o w 5 0 m m . - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 3 3 - - - - - - - - - - - - - - - - W i t h a l l a b o v e f a c t s , i t i s o b v i o u s t h a t r a i n p a t t e r n i n H a m b a n t o t a i n n o t r e g u l a r b u t h a v i n g l e s s r a i n f a l l p a t t e r n f a r a s a y e a r i s c o n c e r n e d . S o t h e n a t u r a l c l e a n i n g o f i n s u l a t o r i s u n p r e d i c t a b l e a n d n e e d m o r e c o n c e r n o n a p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e p r o c e d u r e . 5 . 6 . 2 T h u n d e r D a y A n a l y s i s T h u n d e r d a y s i n H a m b a n t o t a f o r t h e l a s t t h r e e y e a r s h a v e b e e n t a b u l a t e d b a s e d o n t h e d a t a o b t a i n e d f r o m m e t r o l o g i c a l d e p a r t m e n t o f S r i L a n k a . M o n t h Y e a r 2 0 0 7 Y e a r 2 0 0 8 Y e a r 2 0 0 9 J a n u a r y 2 1 1 F e b r u a r y 2 1 0 M a r c h 1 1 4 1 0 A p r i l 1 5 2 4 M a y 0 0 5 J u n e 3 2 0 J u l y 2 2 0 T a b l e 5 . 8 T h u n d e r d a y A n a l y s i s f o r y e a r 2 0 0 7 , 2 0 0 8 a n d 2 0 0 9 T a b u l a t e d d a t a i n T a b l e 5 . 8 a r e p l o t t e d b e l o w i n F i g u r e 5 . 8 . 1 6 1 4 1 2 " ' > 1 ' 0 1 0 0 . . . q ) 8 ' 0 c : : J 6 . s : : . 1 - 4 2 0 T h u n d e r d a y a n a l y s i s V s D u r a t i o n J a n u a r y Fe b r u a r y M a r c h A p r i l M a y J u n e J u l y A u g u s t P e r i o d ( M o n t h ) F i g u r e N o . 5 . 8 T h u n d e r d a y a n a l y s i s • Y e a r 2 0 0 7 • Y e a r 2 0 0 8 Y e a r 2 0 0 9 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 3 4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - N o . o f t h u n d e r d a y s h a v e b e e n r e p o r t e d t o b e h i g h e r i n M a r c h o r A p r i l i n e a c h y e a r . 5 . 7 C a l c u l a t i o n o f S p e c i f i c C r e e p a g e D i s t a n c e S p e c i f i c C r e e p a g e D i s t a n c e ( S C D ) = C r e e p a g e D i s t a n c e / V L - L C r e e p a g e d i s t a n c e f o r 3 3 k V p i n i n s u l a t o r V L - L - 9 0 0 m m - 3 6 k V S p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e f o r 3 3 k V p i n i n s u l a t o r ( 9 0 0 / 3 6 ) = 2 5 m m / k V I E C 8 1 5 r e g u l a t i o n [ 2 ] d e s c r i b e s r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p o l l u t i o n l e v e l s a n d a r t i f i c i a l p o l l u t i o n t e s t a s f o l l o w s . P o l l u t i o n L e v e l S p e c i f i c C r e e p a g e D i s t a n c e ( m m / k V ) S D D ( m g / c m 2 ) ! - L i g h t 1 6 0 . 0 3 - 0 . 0 6 I I - M e d i u m 2 0 0 . 1 - 0 . 2 I I I - H e a v y 2 5 0 . 3 - 0 . 6 I V - V e r y h e a v y 3 1 - T a b l e 5 . 9 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n p o l l u t i o n l e v e l s a n d a r t i f i c i a l p o l l u t i o n t e s t T h e a n a l y s i s h a s b e e n d o n e u s i n g p i n t y p e i n s u l a t o r s o f 2 5 m m / k V s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e a n d r e c o m m e n d e d p o l l u t i o n s e v e r i t y c o u l d b e 0 . 3 - 0 . 6 m g / c m 2 a s p e r I E C 8 1 5 . F i g u r e 5 . 2 s t a t e s t h a t c u t - o f f l i m i t o f p o l l u t i o n s e v e r i t y u n d e r o p e r a t i n g v o l t a g e ( 3 3 / s q r t ( 3 ) = 1 9 k V ) i s c o n s i d e r e d a s 0 . 6 m g / c m 2 w h e r e a s F i g u r e 5 . 4 , 5 . 5 a n d 5 . 6 s t a t e t h a t i n s u l a t o r s h a v e t o b e t r e a t e d b e f o r e r e a c h i n g t h i s p o l l u t i o n s e v e r i t y . I t i s o b v i o u s f r o m a b o v e a n a l y s i s t h a t n o r e q u i r e m e n t e m e r g e t o i n c r e a s e t h e s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e f r o m 2 5 m m / k V t o t h e n e x t u p p e r l e v e l p r o v i d e d t h e i n s u l a t o r s t r e a t m e n t a r e d o n e a c c o r d i n g t o p r o p o s e d p r o c e d u r e u n d e r p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e e x p l a i n e d i n T a b l e 5 . 5 . T a b l e 5 . 9 d e s c r i b e s o n e i m p o r t a n t f a c t t h a t t h e p o s s i b i l i t y o f u s i n g l o w e r s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e s s u c h a s 1 6 a n d 2 0 f o r i n l a n d s i t e s w h e r e l o w e r s E S D D l e v e l s i s a s s u m e d . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - P a g e 3 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C h a p t e r 6 C o n c l u s i o n a n d R e c o m m e n d a t i o n s 6 . 1 C o n c l u s i o n C E B h a s n o t y e t a d o p t e d a n y s t r e a m l i n e d p r o c e s s f o r t r e a t i n g c o n t a m i n a t e d i n s u l a t o r s u n d e r p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e . U n d e r t h i s s t u d y . a n e f f o r t h a s b e e n t a k e n t o i n t r o d u c e a c e r t a i n m e c h a n i s m a s t o \ V h i c h p e r i o d i n s u l a t o r s c o u l d b e t r e a t e d a n d t h e t y p e s o f r e m e d i a l a c t i o n s t o b e t a k e n a n d t h e o p t i m a l s o l u t i o n . S c \ c r e s t p o l l u t i o n i s e x p e r i e n c e d i n t h e c o a s t a l a r e a w h i c h i s 0 - 3 0 0 m r a n g e i n t h e c o a s t a l b o u n d a r y . H o w e w r . a t s e m i - c o a s t a l a n d i n l a n d s i t e s E S D D i s a l m o s t a n o r d e r o f m a g n i t u d e l o w e r t h a n t h a t e x p e r i e n c e d i n t h e c o a s t a l b e l t . F i g u r e 5 . 1 s h o w t h a t b o t h Z o n e - 2 a n d Z o n e - 3 a r e a l m o s t o v e r l a p p i n g e a c h o t h e r . S t u d y i m p l i e s t h a t i n s u l a t o r s i n t h e Z o n e - 1 h a s t o b e t r e a t e d a f t e r 8 m o n t h s f r o m t h e d a t e o f l a s t w a s h i n g u n d e r p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e a n d s a m e h a s t o b e d o n e i n a f t e r 1 8 m o n t h s f o r Z o n e - 2 a n d / o n e - 3 . S i t e c o n d i t i o n s h a v e b e e n r e p r e s e n t e d i n l a b o r a t o r y c o n d i t i o n s b y a p p l y i n g a r t i f i c i a l p o l l u t i o n o n f i v e s a m p l e i n s u l a t o r s w h i c h w e r e s u b j e c t e d f o r p o w e r f r e q u e n c y a n d i m p u l s e t e s t s t o a n a l y z e t h e f l a s h o v e r v o l t a g e s . T h e d e c r e a s e o f p o l l u t i o n w i l l d e p e n d o n t h e t y p e o f i n s u l a t o r . t h e m a i n t e n a n c e . t h e i n c r e a s e o f t h e c r e e p a g e d i s t a n c e . a b e t t e r d e s i g n o f t h e i n s u l a t o r s e t c . T h e y a r e s u b j e c t e d t o c o n d i t i o n s t h a t d e p e n d o n t h e p l a c e i n w h i c h t h e y a r e i n s t a l l e d . T h e s e c o n d i t i o n s c a n v a r y e x t e n s i v e l y f r o m a p l a c e t o a n o t h e r . d e p e n d i n g o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e r e g i o n c o n s i d e r e d . T h e s e c h a r a c t e r i s t i c s m a k e p o s s i b l e t h a t t h e l e v e l o f i n s u l a t i o n r e q u i r e d c a n v a r y i n t h e s a m e l i n e . d u e t o t h e c o n d i t i o n s o f t h e p o l l u t i o n a r e d i f f e r e n t f o r a l l t h e l i n e . T h e w e a t h e r f a c t o r s i n f l u e n c e i n a v e r y i m p o r t a n t \ Y a y o n t h e g r o w t h o f t h e p o l l u t i o n l e v e l s i n a r e g i o n . P a g e 3 6 6 . 2 F u t u r e R e c o m m e n d a t i o n s l n s u l a t o r c o a t i n g o n t o p o f t h e i n s u l a t o r c o u l d b e r e c o m m e n d e d t o t r e a t t h e i n s u l a t o r s u n d e r p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e . b u t \ \ h i c h h a s t o b e p r o v e n w i t h a c o m p r e h e n s i \ e s t u d y . G r e a s i n g i s n o t r e c o m m e n d e d a s i t r e q u i r e s r e g u l a r m a i n t e n a n c e f o r r e m o v i n g g r e a s e a n d r e c o a t i n g a n d i s e x p e n s i v e . . \ n I n s u l a t o r P o l l u t i o n M o n i t o r i n g R e l a y ( l P M R ) h a s b e e n d e v e l o p e d t o m o n i t o r t h e s e \ e r i t y o f p o l l u t i o n o n i n s u l a t o r s b y m e a s u r i n g t h e s u r f a c e c o n d u c t i v i t y . T h e I P M R m e a s u r e m e n t s c a n t h e n b e u t i l i z e d t o i n d i c a t e w h e t h e r t h e s u r r o u n d i n g i n s u l a t o r s h o u l d b e c l e a n e d [ 1 0 J . T a b l e 5 . 5 s t a t e s r e c o m m e n d e d p r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e p e r i o d u n d e r t h i s s t u d y . 1 - l o v , e v e r e x p o s i n g i n s u l a t o r s f o r a t l e a s t 2 y e a r s i s n e c e s s a r y t o t u n e u p t h e r e s u l t s . I n t h a t r e g a r d . 3 3 k V p o l e l i n e o f 2 k m d i s t a n c e v , · h i c h r u n s i n t h e c o a s t a l z o n e e x p o s i n g t o t h e s e a b r e e z e i s s u g g e s t e d t o b e s e l e c t e d a s a s a m p l e a r e a . E a c h p o \ c l i n e c o n s i s t s o f 3 i n s u l a t o r s f o r t h r e e p h a s e s a n d p o l e s a r e g e n e r a l l y l o c a t e d i n 6 0 m s p a n . F o r 2 k m l e n g t h . t h e r e w o u l d b e a r o u n d 9 6 i n s u l a t o r s . A t t h e e n d o f e a c h m o n t h . 4 i n s u l a t o r s t o b e w a s h e d a t f o u r d i f f e r e n t p l a c e s o f t h e s a m e p o w e r l i n e a n d t h e n s u b j e c t e d f o r c o n d u c t i v i t y t e s t . T h e r e b y 9 3 r d . 9 4 t h . 9 5 t h a n d 9 6 t h i n s u l a t o r s w o u l d b e w a s h e d a t t h e e n d o f 2 n d y e a r . I n s u c h a m a n n e r , a n a v e r a g e E S D D v a l u e w o u l d b e c a l c u l a t e d i n e a c h m o n t h b a s e d o n t h e f o u r c o n d u c t i v i t y r e a d i n g s . T h e a v e r a g e E S D D v a l u e s a r e p l o t t e d n v e r t h e e x p o s u r e p e r i o d o f 2 y e a r t o o b t a i n a c l e a r p i c t u r e w i t h r e s p e c t t o s a l i n e \ a r i a t i o n p a t t e r n i n t h e a r e a . I n c l a u s e 5 . 7 . s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e o f t h e 3 3 k V p i n t y p e i n s u l a t o r i s d e r i v e d a s 2 5 m m / k V . I f i n s u l a t o r s a r e t r e a t e d a s p e r t h e r e c o m m e n d e d s c h e d u l e ( B e f o r e r e a c h i n g 0 . 6 m g / c m 2 E S D D l e v e l ) . n e e d o f i n c r e a s i n g c r e e p a g e d i s t a n c e i s n o t e m e r g e d t o g e t m v a y f r o m i n s u l a t o r f l a s h o v e r . C E B i s i n s t a l l i n g 2 5 m m / K V i n s u l a t o r s i n d i s t r i b u t i o n n e t w o r k i n i n l a n d s i t e s i r r e s p e c t i v e o f p o l l u t i o n s e v e r i t y . H e n c e . r e q u i r e m e n t o f h i g h e r s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e l i k e 2 5 m m / k V f o r i n l a n d s i t e s w h e r e p o l l u t i o n s e v e r i t y i s m i n i m u m , h a s t o b e r e v i e w e d t h r o u g h a c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s v v h i c h c o u l d b e e x e r c i s e d e x p o s i n g i n s u l a t o r s w i t h d i f f e r e n t s p e c i f i c c r e e p a g e d i s t a n c e s ( 1 6 . 2 0 a n d 2 5 m m / k V ) a t r e a l s i t e c o n d i t i o n f o r w e l l o v e r 2 y e a r s . I f r e q u i r e d l e v e l o f s p e c i f i c P a g e 3 7 : r c e p a g e d i s t a n c e f o r i n l a n d s i t e s c o u l d b e r e d u c e d t o 1 6 o r 2 0 . \ V i t h w h i c h : \ m s i d e r a b l c s a v i n g s c a n b e a c h i e v e d o n i n s u l a t o r s . 1 1 i s i n d e e d e s s e n t i a l t o s t u d y t h e a n t i p o l l u t i o n p e r f o r m a n c e s o f g l a s s i n s u l a t o r s o v e r p o r c e l a i n i n s u l a t o r s w i t h t h e s a m e p r o f i l e a n d f o r t h i s a c o m p r e h e n s i v e s t u d y i s n e e d e d t l ) f i n d t h e o p t i m u m s o l u t i o n h a v i n g e x p o s e d b o t h t y p e s o f i n s u l a t o r s u n d e r s a m e f i e l d c o n d i t i o n f o r a r e a s o n a b l e p e r i o d . / ' > · . I , ' J · · ~' - . o r " ' -~ ua~uJn -~ ~ . . _ P a g e 3 8 R e f e r e n c e s : 1 ] I E C P u b l i c a t i o n 6 0 5 0 7 . · · A r t i f i c i a l P o l l u t i o n T e s t s o n H V I n s u l a t o r s t o b e u s e d o n A C S y s t e m s · · . S e c o n d E d i t i o n . 1 9 9 1 . ~~] I E C P u b l i c a t i o n 6 0 8 1 5 . " " G u i d e f o r t h e S e l e c t i o n o f I n s u l a t o r s i n r e s p e c t o f p o l l u t e d C o n d i t i o n s ' ' , F i r s t E d i t i o n . 1 9 8 6 . i ~ j f . Z e d a n . M . A k b a r . A . F a r a g a n d H . Z a r z o u r a . " " I n s u l a t o r C o n t a m i n a t i o n R e s e a r c h i n S a u d i A r a b i a . . . M a r c h 1 9 8 9 . ] - + ] R . W i l k i n s . ' · f l a s h o v e r v o l t a g e o f h i g h v o l t a g e i n s u l a t 0 r s w i t h u n i f o r m suri~lCe p o l l u t i o n f i l m s . . . P r o c e e d i n g s o f t h e I E E E . 1 1 6 . 4 5 7 - 4 6 5 . 1 9 6 9 . ] 5 ] A . R u m e l i a n d S . M . E l - d e b e i k y . " " P o l l u t i o n F l a s o v e r p e r f o r m a n c e o f H i g h V o l t a g e I n s u l a t o r s a r o u n d J e d d a h R e g i o n ' ' . M e d i c a l J o u r n a l o f I s l a m i c A c a d e m y o f s c i e n c e 3 : 1 . 1 - 5 . 1 9 9 0 . t 6 J P . L a m b e t h . H . A u x e l a n d M . V e r m a . " " M e t h o d s o f M e a s u r i n g t h e S e v e r i t y o f n a t u r a l P o l l u t i o n a s i t A f f e c t s H V I n s u l a t o r P e r f o r m a n c e . . . E l e c t r a N o . 2 0 . p p . 3 7 - 5 2 . 1 9 7 2 . [ 7 ] M d . A . S a l a m . Z . N a d i r . M . A k b a r a n d M d . S I s l a m . " " S t u d y t h e E f f e c t s o f D i t T e r e n t t y p e s o f C o n t a m i n a n t s o n t h e I n s u l a t o r R e s i s t a n c e . . . S e c o n d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n E l e c t r i c a l a n d C o m p u t e r E n g i n e e r i n g I C E C E 2 0 0 2 . D h a k a . B a n g l a d e s h . 2 6 - 2 8 D e c e m b e r 2 0 0 2 . [ 8 ] I E C P u b l i c a t i o n 7 1 - 2 . ' · A p p l i c a t i o n G u i d e . . . P a r t 2 . T h i r d E d i t i o n . 1 9 9 6 . l 9 ] S . R a y . A n I n t r o d u c t i o n t o H i g h V o l t a g e E n g i n e e r i n g . P a n t n a g a r . I n d i a . 2 0 0 4 . [ I 0 ] W . H . S c h w a r d t , J . P . H o l t z h a u s c n . W . L . V o s l o o . " " A c o m p a r i s o n b e t w e e n m e a s u r e d L e a k a g e C u r r e n t a n d S u r f a c e C o n d u c t i v i t y d u r i n g S a l t F o g T e s t s . . . S t e l l e n b o s c h . S o u t h A f r i c a . P a g e 3 9 J \ n n c x - 1 3 3 K V P i n t y p e I n s u l a t o r f l a s h o v e r - H a m b a n t o t a i n y e a r 2 0 0 9 - - - - - - - - - - r - · I N o s o f 1 L o c a t i o n 1 I n s u l a t o r \ f l a s h o v e r l o 8 \ - 1 I a m b a n t o t a I I a b o L J - r --------~ . . o~ . . \ 1 1 · 1 . l \ p r i l ~I 0 9 - B a n k o f C c y l o n / H a m b a n t o t a 1 0 5 1 ! 1 0 \ - M a h a n a g a p u r a \ 0 I i ~-------- j _ _ _ t - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - r ' ----~ I I I 1 1 i 0 : 2 I - 1 H a m b a n t o t a I l a b o u r I 0 2 1 I 1 , ! \ l a : i 0 5 - \ M i r i j j m \ i l a I 0 1 : , I 2 0 1 - I M i r i j j a \ \ i l a \ 0 1 I li------~-----+-----~----- ------~ ~ \ J u n c I 0 8 \ - \ I l a m b a n t o t a H o s p i t a l 1 0 1 I I I I I I - - - - - - - - - + - - - - - --~-- - - - - - - - - , - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ J _ _ _ _ _ _ _ _ I I J u l y I 2 5 I · l l l a m b a n t o t a T o \ \ 1 1 0 1 \ I _ _ _ _ _ L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ j M o n t h D a t e r - - - - - - 1 O b s e r n d T i m e P a g e 4 0 A n n c x - 1 U K Y P i n t y p e I n s u l a t o r F l a s h o v e r - T i s s a m a h a r a m a y a i n y e a r 2 0 0 9 N o s o f 1 I n s u l a t o r \ ~ O b s e n e d \ . M o n t h D a t e -1------fl_a_sh_OYC~ 1 \ I r · I L o c a t i O n ----~----__L_ _ H _ n _ e _ _ ~ 2 5 \ 3 . 3 0 p . m J K i r i n d a \ p r i l \ l a y J u h - - + - - - 2 _ 8 _ 2 5 0 ~~-- K i r i n d a 1 2 \ 5 . 1 5 p . m \ K o n w a l a n a I -~ 1 1 5 1 6 I I 7 . 3 0 a . m . 1 8 . 0 0 a . m . \ 4 . 0 0 p . m . I 7 . 3 0 p . m . 1 9 1 1 0 . 0 0 a . m . 2 0 \ 7 . 3 0 a . m . 2 1 I 1 0~30 a . m . I 1 8 . . 1 0 p . m . Y a l a Y a l a W a l a d o r a M o d a r a p e l c s s a Y a l a I I 0 1 0 1 0 3 0 1 1 \ V a l a d o r a \ 0 I 1 Y a l a I 0 2 I V v ' a 1 a d o r a 0 1 0 1 K a s i n g a m a I 0 1 I - - - - - - - - - [ - - - - - - - - - ---~ . I ) I l 3 0 I 9 . 5 0 p . m . ---------~~------------+------- 1 i \ u g u s l i l 0 8 I 4 . 3 0 p . m . \ 2 1 1 7 . 3 0 a . m . - - - - - - - - - + _ _ _ _ _ _ _ _ [ _ _ _ _ _ _ _ S e p t e m b e r 1 o 9 \ 1 0 I 1 " 7 . 3 0 a . m . 9 . 1 5 a . m . 4 . 3 0 p . m . 9 . 1 0 p . m . 7 . 0 0 a . m . I _ ) I ~~ I P a g e 4 1 K a s t n g a m a l 1 ( l . 1 Y a l a O l I - - - - - - - - - - 1 I D o d a n a \ W a l a d o r a I Y a l a K a s i n g a m a I ' 0 / a l a d o r a o 1 I o 1 I o 1 I o 1 1 _ _ o 4 I A n n e x - 3 ~- S P E C I F I C A T I O N S C O N 5 1 0 - - C o n d u c t i v i t y R a n g e 0 t o 2 0 . 0 0 , 2 0 0 . 0 . 2 0 0 0 f . 1 S i c m : 0 t o 2 0 . 0 0 , 2 0 0 . 0 m S / c m - - - - - - - - - · - - l - - I T D S R a n g e 0 t o 1 0 . 0 0 , 1 0 0 . 0 . 1 0 0 0 p p m : 0 t o 1 0 . 0 0 . 1 0 0 . 0 . I I 1 0 0 p p t I ( m a x . 2 0 0 p p t d e p e n d i n g o n f a c t o r s e t t i n g ) -~ I I 1 . 1 R e s o u t w n 0 . 0 5 % F u l l S c a l e ~- I A c c u r a c y + - 1 % F u l l S c a l e 0 . 0 t o 1 0 0 . 0 ° C : 3 2 . 0 t o 2 1 2 ' 1 F - - - - T e m p e r a t u r e R a n g e , T e m p e r a t u r e R e s o l u t i o n / A c c u r a c y 0 . 1 / 0 . 5 ° C o r 0 . 9 ° F - - \ C e l l C o n s t a n t 0 . 1 , 1 . 0 , 1 0 . 0 ( S e l e c t a b l e ) A u t o m a t i c / M a n u a l ( f r o m 0 t o 1 0 0 ° C ) - - - - T e m p e r a t u r e C o m p e n s a t i o n 0 . 0 t o 1 O . O % f C --~-- T e m p e r a t u r e C o e f f i c i e n t , N o r m a l i z a t i o n T e m p e r a t u r e 1 5 . 0 t o 3 0 . 0 ° C ( a d j u s t a b l e ) ~Conductivity t o T D S C o n v e r s i o n f a c t o r 0 . 4 0 t o 1 . 0 0 - - - 1 N u m b e r o f c a l i b r a t i o n p o i n t s ( A u t o m a t i c ) 4 ; M a x i m u m 1 p e r r a n g e r - ~-- l N u m b e r o f c a l i b r a t i o n p o i n t s ( M a n u a l ) 1 : M a x i m u m 1 p e r r a n g e - - - - - I A u t o - r a n g i n g Y e s I H o l d F u n c t i o n Y e s M e m o r y 5 0 d a t a s e t s 1 A v e r a g i n g / S t a b i l i t y ( R E A D Y ) / A u t o - h o l d S e l e c t a b l e ~ - - · - 1 I n p u t 6 - p i n r o u n d c o n n e c t o r - - - - - - - D i s p l a y C u s t o m D u a l L C D ~---------- ~ P o v v e r R e q u i r e m e n t s 1 1 0 / 2 2 0 V A C m a i n s , 5 0 / 6 0 H z - - - - - - ! D i m e n s i o n 2 3 0 x 1 8 0 x 6 3 m m ( m e t e r o n l y ) : 3 9 5 x 2 6 0 x 9 0 I m m ( b o x e d ) I W e i g h t - - - - - - - - - j 7 5 0 g m ( u n i t ) ; 1 2 5 0 g m ( b o x e d ) P a g e 4 2 A n n e x - 4 R a i n f a l l D a t a - H a m b a n t o t a , - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -----~ ~- M o n t h _ _ _ 1 ! ) 0 7 _ _ _ t - 2 0 0 8 2 0 0 9 _ _ _ _ [ 1 1 : _ _ m u w : r _ 2 3 0 . 2 _ _ _ _ 2 3 . 2 3 I . l _ _ _ _ I 1 F e h r z t w ) ' 1 5 . 2 1 8 . 5 9 . 3 l l } f c t r c h - - i 2 0 . 3 - - r - - 2 3 7 " . - 1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ 3 0 . - 1 - - - - - l ~--1P0/-------r-----yy8_ 8 - t-~---------JSh----1 f~:,':;~ I . . 2~- =-]~-------~,:-; - - :~: ~~I , , I , ; - - 7 - ; _ - - - - - i - ' ) ' ) - - - - r - - ' ) - ' l : J u l y ~ . . 6 I 6 - . - \ - J . - ' [ r~i u g u \ 1 _ j _ _ . ? 3 0 . i - - - +-1-----~~~---L___ 3 1 - . I - - - - _ - l S c ; J t e m h e r ] / 5 . 2 I g 5 9 . 3 - - j hJclc;r;;:;------~--- - - - _ ? 0 . 3 - - ----~-----23--: _ _ i _ _ _ _ I _ _ _ . i o T _ _ _ _ j l l ~------~-r--------------J--~-- - - - - - - = l l _ . \ ' m e m h e r [ _ 198.~-----i------~(j·~-----+----2~:~----- 1 D e c e m h a L : Z . 5 1 1 . - 1 1 5 5 . 6 • - - - - · - - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ j C l i m a t e D i Y i s i o n . D e p a r t m e n t O f M e t e o r o l o g y . C o l o m b o . 2 9 . 0 9 . 2 0 0 9 P a g e 4 3 A n n e x - 5 N o . o f T h u n d e r d a y s - H a m b a n t o t a --~-~ 2~ 7 2__ I r~- ' . . -~ M o n t h - - - 1 - _ _ 1 . J a m t W T - - r . __ ? _ 0 0 7 ~--~ _ _ _ - . - - 0 2 -----i~ _ _ _ 2 0 0 8 1 7 l · u u n · - - - - - _ ! 0 l . - ( ) 7 · . . \ l a r c h - I - - f-.--~ - - 0 I - - 1 - J . - --~ - - - - I 0 0 2 --~~ T o _ _ _ _ _ - - - l ---~--_ 0 5 ---~- 1 . l u l l ~- _ J _ _ _ _ _ _ 1 f--~---- _ 0 2 1 _ _ I ( ) { ) - - . - - - I - - i . l u g u s t _ - - --~ - _ _ ' _ 0 2 t - - - - - - - ~~ .;;;,~"' ~=-l=- ;~~-- - F _ _ ~ ~~-=1=~~ f \ - - - I O J r - - I I I · o r e m h e r _ --~ - - _ _ _ _ 1 _ 0 5 - - -: 1 ~-- ----~ ----~-J J e r _ _ _ _ _ _ - - - - _ _ _ _ I 0 8 - - - - - - t - - - - - - - ~ i - - t I I , - - - I - - - - - - - - - - _ _ _ l 0 3 ---1---------------J-~ ---~- - · - - - - - - l 0 - J --~--- - - - - - - - --~ - I - - - -~- - - - - - - - - - _ j . -~ - _ _ _ _ j C l i m a t e D i \ i s i o n . D e p a r t m e n t O f M e t e o r o l o g y . C o l o m b o . 2 9 . 0 9 . 2 0 0 9 P a g e 4 4 F ' · . l . , l . . . ~., ~ . . . . . , . 1 • • • ' > . ~.,. ·~ . . - t ! 1 ' 1 1 1 ' e;~· \ ~ . i'){"\.~:u r : ; : i ' - - - - . * '~~