В енергийните системи на промишлените предприятия изолационният цилиндър VS1 работи безшумно в панела на вакуумния прекъсвач - докато не го направи. Инженерите по поддръжката в циментовите заводи, стоманодобивните предприятия, нефтохимическите инсталации и тежките производствени предприятия постоянно съобщават за един и същ модел: показанията на изолационното съпротивление, които са били приемливи преди дванадесет месеца, сега са незначителни, нивата на частичен разряд пълзят нагоре, а основната причина винаги е една и съща - влошаване на повърхностната диелектрична якост, причинено от замърсяване, циклично въздействие на влагата и натрупаното напрежение при комутационни операции с високо напрежение. Възстановяването на диелектричната якост на повърхността на изолационен цилиндър VS1 не е просто почистване - това е прецизна процедура за поддръжка, която, когато е изпълнена правилно, може да върне влошените характеристики на изолацията на цилиндъра до почти оригиналните и да удължи експлоатационния му живот с години без подмяна. За инженерите по поддръжката, които управляват остаряващи активи средно напрежение в промишлени предприятия, и за мениджърите по снабдяването, които формират бюджети за поддръжка през целия жизнен цикъл, разбирането на науката и практиката, стоящи зад възстановяването на повърхностния диелектрик, е едно от най-ценните технически умения в инструментариума за поддръжка на средно напрежение. Тази статия предоставя пълната рамка на инженерно ниво.
Съдържание
- Какво причинява влошаване на диелектричната якост на повърхността на изолационния цилиндър VS1 в промишлени предприятия?
- Как замърсяването на повърхността физически намалява диелектричните характеристики при високо напрежение?
- Какви са най-добрите практики за възстановяване на диелектричната якост на повърхността на бутилките VS1?
- Как да създадете план за поддръжка през целия жизнен цикъл, който да запази диелектричната якост в дългосрочен план?
Какво причинява влошаване на диелектричната якост на повърхността на изолационния цилиндър VS1 в промишлени предприятия?
Изолационният цилиндър VS1 се произвежда от BMC/SMC термореактивно съединение или Епоксидна смола APG, като и двете осигуряват отлични диелектрични характеристики при чисти и контролирани условия. В условията на промишлените предприятия обаче реалността на работа е далеч от лабораторните условия. Повърхността на цилиндъра е непрекъснато изложена на комбинация от деградиращи агенти, които систематично намаляват диелектричната му якост с течение на времето.
Първични агенти на разграждане в среда на промишлени предприятия:
- Проводими прахови частици: Сажди от електродъгови пещи, метални фини частици от машинни операции, графитен прах от четки и циментов прах от шлифовъчни съоръжения - всички те се отлагат върху повърхността на цилиндъра и създават проводящи пътища през разстоянието на пълзене.
- Химически изпарения: Серен диоксид, сероводород, амоняк и хлорни съединения от химически процеси реагират с епоксидната или термореактивната повърхност, като намаляват съпротивлението на повърхността и ускоряват инициирането на проследяване1
- Циклично движение на влагата: Ежедневните температурни колебания предизвикват повтарящи се цикли на кондензация и изсъхване на повърхността на цилиндъра, като при всеки цикъл се отлага тънък слой минерална сол, който се натрупва в проводящ филм в продължение на месеци.
- Преходни процеси при превключване: Високоволтовите комутационни операции генерират преходни пренапрежения от 2-4 пъти номиналното напрежение, като всяко събитие натоварва повърхностния диелектрик и постепенно разрушава външния епоксиден слой чрез микроразряд.
- Термично стареене: Продължителната работа при повишени температури на околната среда (често срещани в промишлени предприятия с лоша вентилация) ускорява разграждането на епоксидните омрежващи връзки, намалявайки твърдостта на повърхността и увеличавайки податливостта към залепване на замърсявания.
Основни технически параметри на здрава повърхност на изолационен цилиндър VS1:
- Номинално напрежение: 12 kV
- Издръжливост на честотата на захранване: 42 kV (1 мин, чиста и суха повърхност)
- Устойчивост на импулси: 75 kV (1,2/50 μs)
- Повърхностно съпротивление (ново, чисто): > 10¹² Ω
- Съпротивление на изолацията (нова, чиста): > 5000 MΩ при 2,5 kV DC
- Ниво на частичен разряд (ново): < 5 pC при 1,2 × Un
- Разстояние на пълзене: ≥ 25 mm/kV (IEC 60815 Степен на замърсяване III2)
- Сравнителен индекс на проследяване (CTI): ≥ 400 V (BMC/SMC); ≥ 600 V (APG Epoxy)
- Стандарти: IEC 62271-100, IEC 60270, IEC 60815, GB/T 11022
Разбирането на това как изглежда една здрава повърхност и какви измервания я потвърждават, е съществена основа преди да се оцени успехът на всяка процедура за възстановяване.
Как замърсяването на повърхността физически намалява диелектричните характеристики при високо напрежение?
Физиката на повърхностната диелектрична деградация на изолационен цилиндър VS1 следва добре дефинирана последователност. Всеки етап е измерим и всеки етап съответства на определен праг на намеса в жизнения цикъл на поддръжката. Разбирането на тази последователност позволява на инженерите по поддръжката да се намесват в най-ранния ефективен момент - преди да настъпи трайна повреда.
Последователност на разграждане: От чиста повърхност до избухване
Етап 1 - Съпротивителен слой на замърсяване (възстановим)
Сухите отлагания на замърсяване намаляват съпротивлението на повърхността от > 10¹² Ω към 10⁹-10¹⁰ Ω.3 Измерванията на изолационното съпротивление започват да се понижават. Не протича ток на утечка. Частичният разряд остава под 10 pC. Този етап е напълно възстановим чрез правилно почистване - диелектричната якост на повърхността може да бъде възстановена до стойности, близки до първоначалните.
Етап 2 - Активирано от влагата проводимо фолио (възстановява се с интервенция)
Влажността активира слоя на замърсяване, като намалява повърхностното съпротивление до 10⁷-10⁹ Ω. По пътя на пълзене започва да тече ток на утечка от 0,1-1 mA. Нивата на PD се повишават до 10-50 pC. Изолационното съпротивление пада под 1000 MΩ. Този етап може да бъде възстановен чрез щателно почистване и обработка на повърхността, но изисква по-агресивна намеса от етап 1.
Етап 3 - Формиране на суха лента и активен PD (частично възстановим)
Токът на утечка създава сухи ленти, през които се концентрира напрежение. PD нараства до 50-200 pC. Повърхностното съпротивление в зоните на сухите ленти спада до 10⁵-10⁷ Ω. Започва микроерозия на епоксидната повърхност. Почистването може да спре по-нататъшното развитие, но увреждането от микроерозията е трайно. Проверката на PD след почистването е задължителна преди връщането в експлоатация.
Етап 4 - Проследяване на повърхността и карбонизация (не подлежи на възстановяване)
Устойчивото PD създава карбонизирани канали за проследяване. Повърхностното съпротивление в зоните за проследяване се срива до 10³-10⁵ Ω. PD надхвърля 200 pC. Рискът от избухване е висок. Този етап не може да бъде възстановен чрез почистване. Смяната на цилиндъра е задължителна.
Въздействие на замърсяването върху диелектричните параметри на цилиндъра VS1
| Етап на деградация | Съпротивление на повърхността | IR при 2,5 kV DC | Ниво на PD | Ток на изтичане | Възстановяване чрез почистване |
|---|---|---|---|---|---|
| Етап 1 - Сухо замърсяване | 10⁹-10¹² Ω | 1000-5000 MΩ | < 10 pC | Няма | ✔ Пълно възстановяване |
| Етап 2 - Активиране на влагата | 10⁷-10⁹ Ω | 200-1000 MΩ | 10-50 pC | 0,1-1 mA | ✔ Възстановяване с лечение |
| Етап 3 - Активен PD / сухи ленти | 10⁵-10⁷ Ω | 50-200 MΩ | 50-200 pC | 1-10 mA | ⚠ Частично - Проверка на PD след почистване |
| Етап 4 - Проследяване / карбонизация | < 10⁵ Ω | < 50 MΩ | > 200 pC | > 10 mA | ✘ Заменете незабавно |
История на клиента - Нефтохимически завод, Близък изток:
Инженер по поддръжката в голяма рафинерия се свързва с Bepto Electric, след като рутинно годишно тестване разкрива стойности на IR от 180-320 MΩ в четири цилиндъра VS1 в подстанция за управление на двигатели 12 kV - всички те са доста под минималния праг от 1000 MΩ. Измерванията на PD потвърдиха деградация на етап 2-3 при 35-85 pC. Вместо незабавно да подмени всичките четири блока, техническият екип на Bepto насочи екипа по поддръжката чрез структурирана процедура за почистване и възстановяване на повърхността. Тестовете след възстановяването потвърдиха стойности на IR от 2800-4200 MΩ и нива на PD от 6-12 pC в три от четирите цилиндъра - всички те бяха върнати в експлоатация. Четвъртият цилиндър, който при визуална проверка показа карбонизация на етап 4, беше заменен. Обща икономия на разходи в сравнение с пълната подмяна: приблизително 75%, с документирано 36-месечно удължаване на експлоатацията на възстановените блокове.
Какви са най-добрите практики за възстановяване на диелектричната якост на повърхността на бутилките VS1?
Възстановяването на диелектричната повърхност на изолационен цилиндър VS1 е структурирана, последователна процедура. Всяка стъпка се основава на предишната и пропускането на която и да е стъпка крие риск от непълно възстановяване или от въвеждане на ново замърсяване, което обезсмисля усилията за почистване.
Протокол за оценка преди възстановяване
Преди да започнете почистването, установете текущия етап на разграждане чрез измерване:
- Визуална проверка: Изследвайте цялата повърхност на пълзящия елемент при подходящо осветление - идентифицирайте всички карбонизации, канали за проследяване, повърхностни вдлъбнатини или механични повреди.
- IR измерване: Приложете постоянен ток 2,5 kV за 60 секунди с помощта на калибриран мегер - запишете 60-секундната стойност на IR и индекса на поляризация ()
- Измерване на PD: Провеждане на тест за частичен разряд при 1,2 × Un по IEC 602704 - запис на пиковата стойност на PD в pC
- Врата за вземане на решения: Ако етап 4 (видимо проследяване/карбонизация, IR 200 pC) - спрете, не почиствайте, незабавно сменете бутилката.
Процедура за възстановяване на повърхността стъпка по стъпка
Стъпка 1: Безопасна изолация и блокиране
- Потвърждаване на пълното изключване на напрежението и блокиране/изключване съгласно процедурата за безопасност на обекта
- Проверете липсата на напрежение с калибриран HV тестер на трите фази
- Оставете панела да достигне температурата на околната среда, преди да го отворите - не почиствайте термично натоварена бутилка.
Стъпка 2: Сухо предварително почистване
- Отстранете свободните замърсявания на повърхността със сух, безмаслен сгъстен въздух с налягане ≤ 3 бара - насочете въздушния поток по протежение на ребрата за приплъзване, а не перпендикулярно на повърхността
- Използвайте мека четка с естествен косъм (непроводима, неметална) за упорити сухи отлагания във вдлъбнатините на ребрата.
- Никога не използвайте метални четки, абразивни подложки или телена вълна - микродраскотините по повърхността, получени при абразивно почистване, ускоряват бъдещото залепване на замърсяването.
Стъпка 3: Почистване с разтворител (за етапи 2-3)
- Направете заявка на изопропилов алкохол (IPA, ≥ 99,5% чистота) върху нетъкан плат без власинки - никога не нанасяйте разтворител директно върху повърхността на цилиндъра
- Избършете по протежение на пътя на провлачване от високоволтовия до заземения край с единични, припокриващи се движения - не търкайте с кръгови движения.
- Заменете кърпата, когато е видимо замърсена - повторната употреба на замърсена кърпа преразпределя проводящия материал по повърхността.
- Изчакайте пълното изпаряване на разтворителя - минимум 30 минути при стайна температура, преди да продължите; не използвайте топлинни пистолети, за да ускорите съхненето
Стъпка 4: Проверка след почистването
- Повторете IR измерването при 2,5 kV DC - цел > 1000 MΩ минимум; > 3000 MΩ потвърждава успешно възстановяване
- Повторение на PD теста при 1,2 × Un - цел < 10 pC за APG епоксидни цилиндри; < 20 pC за BMC/SMC цилиндри
- Ако IR остане под 500 MΩ или PD над 50 pC след почистване - цилиндърът е повреден в стадий 3-4 и трябва да се замени.
Стъпка 5: Нанасяне на защитна повърхностна обработка
- Нанесете тънък, равномерен слой от хидрофобна диелектрична грес на силиконова основа (съвместим с епоксидни и термореактивни повърхности) към почистената повърхност за провлачване
- Използвайте апликатор без власинки - нанасяйте по посока на ребрата, за да осигурите пълно покритие, без да се натрупва във вдлъбнатините на ребрата.
- Хидрофобното третиране намалява адхезията на влагата, забавя натрупването на бъдещи замърсявания и удължава интервала до следващото необходимо почистване с 40-60% в индустриална среда.
- Документиране на използвания продукт - при повторно нанасяне трябва да се използва същият състав, за да се избегне химическа несъвместимост
Ръководство за съвместимост с почистващи препарати
| Почистващ агент | Съвместим с APG Epoxy | Съвместимост с BMC/SMC | Бележки |
|---|---|---|---|
| IPA (чистота ≥ 99,5%) | ✔ Да | ✔ Да | Предпочитан стандартен почистващ препарат |
| Ацетон | ⚠ Ограничена употреба | ✘ Не | Може да атакува повърхността на BMC - избягвайте |
| Почистващи препарати на водна основа | ✘ Не | ✘ Не | Оставя следи от влага - никога не използвайте |
| Петролни разтворители | ✘ Не | ✘ Не | Оставете въглеводороден филм - увеличава риска от проследяване |
| Само сух сгъстен въздух | ✔ Да (Етап 1) | ✔ Да (Етап 1) | Достатъчно само за сухо замърсяване |
Как да създадете план за поддръжка през целия жизнен цикъл, който да запази диелектричната якост в дългосрочен план?
Една успешна процедура за възстановяване има ограничена стойност без структуриран план за поддръжка през целия жизнен цикъл, който предотвратява бързото повторно влошаване и проследява тенденцията на състоянието на бутилката през целия ѝ експлоатационен живот. За мениджърите на активи на промишлени предприятия следната рамка интегрира почистването, мониторинга и вземането на решения за подмяна в съгласувана стратегия за жизнения цикъл.
График за поддръжка през целия жизнен цикъл според индустриалната среда
| Дейност по поддръжка | Лека промишленост (степен II) | Стандартен промишлен сектор (степен III) | Тежка промишленост (степен IV) |
|---|---|---|---|
| Визуална проверка | На всеки 12 месеца | На всеки 6 месеца | На всеки 3 месеца |
| IR измерване (2,5 kV DC) | На всеки 12 месеца | На всеки 6 месеца | На всеки 3 месеца |
| PD тест (IEC 60270) | На всеки 24 месеца | На всеки 12 месеца | На всеки 6 месеца |
| Химическо чистене | На всеки 24 месеца | На всеки 12 месеца | На всеки 6 месеца |
| Пълно IPA почистване + обработка | На всеки 5 години | На всеки 2-3 години | На всеки 12-18 месеца |
| Хидрофобно повторно третиране | На всеки 5 години | На всеки 2-3 години | На всеки 12-18 месеца |
| Преглед на решението за замяна | На всеки 10 години | На всеки 5-7 години | На всеки 3-5 години |
Критерии за вземане на решение за замяна
Не изчаквайте повреда - заменете проактивно, когато бъде достигнат някой от следните прагове:
- IR стойност < 200 MΩ след пълно почистване и 24-часово сушене
- Ниво на PD > 50 pC след пълно почистване и обработка на повърхността
- Видима карбонизация или канали за проследяване на повърхността на пълзене
- Поляризационен индекс (PI) < 1,5 (показва дълбоко проникване на влагата в епоксидната матрица)5
- Възраст на цилиндъра > 15 години в среда със степен на замърсяване IV, независимо от резултатите от теста
- Всякакви следи от механично напукване, разслояване или излагане на дъга
Често срещани грешки по време на жизнения цикъл, които ускоряват деградацията на диелектрика
- Почистване само при задействане на IR аларми: Когато инфрачервеният сигнал падне под алармения праг, цилиндърът вече е в етап 2-3 на деградация. Проактивното планирано почистване на етап 1 винаги е по-рентабилно от реактивното възстановяване на етап 2-3
- Пропускане на проверката след почистване на PD: Само IR измерването не може да потвърди успешното възстановяване - задължително е да се направи PD изпитване, за да се потвърди, че на повърхността на пълзене няма активни места за разряд преди повторното включване на захранването.
- Използване на една и съща кърпа за почистване на няколко цилиндъра: Кръстосаното замърсяване между цилиндрите пренася проводящ материал от силно деградирала повърхност към слабо деградирала, което ускорява деградацията на целия панел.
- Пропускане на хидрофобна обработка на повърхността след почистване: Прясно почистената епоксидна повърхност има по-висока повърхностна енергия от обработената повърхност и привлича замърсяването по-бързо - пропускането на етапа на защитна обработка намалява ефективния интервал на почистване с 40-60%
История на клиента - Циментова фабрика, Южна Азия:
Мениджър по снабдяването, отговарящ за бюджетирането на поддръжката в голямо съоръжение за смилане на цимент, се свързва с Bepto Electric, след като екипът му заменя 11 цилиндъра VS1 за три години - всички те се дължат на “нормално износване” в прашна среда. След като преглежда записите по поддръжката на съоръжението, Bepto установява, че екипът е извършвал само годишни IR проверки, без PD тестове и без планирана програма за почистване. Между годишните проверки бутилките са достигали до етап 3-4 на деградация, без да се предприема междинна намеса. Bepto въведе 6-месечен график за визуални проверки и сухо почистване, 12-месечен цикъл за почистване и хидрофобна обработка с IPA и 12-месечна програма за мониторинг на PD. През 30-те месеца след въвеждането на програмата не се е наложила никаква непланирана подмяна на бутилки - в сравнение със средно 3,7 годишно преди това - което е довело до документирано намаление на разходите за поддръжка с над 60%.
Заключение
Възстановяването на диелектричната якост на повърхността на изолационен цилиндър VS1 е прецизна дисциплина за поддръжка, която дава измерими и документирани резултати, когато се изпълнява с правилната процедура, подходящите материали и структурирана рамка за жизнения цикъл. В среда на промишлени предприятия, където замърсяването, влагата и напрежението при превключване с високо напрежение се комбинират, за да влошават непрекъснато повърхностите на цилиндрите, разликата между проактивната програма за поддръжка и реактивния цикъл на подмяна се измерва както в разходите, така и в безопасността. В Bepto Electric доставяме изолационни цилиндри VS1, проектирани за максимална диелектрична издръжливост на повърхността - и подкрепяме всяка инсталация с пълна документация за техническа поддръжка, специфични за приложението указания за почистване и поддръжка през целия жизнен цикъл, за да гарантираме, че вашите активи средно напрежение ще имат пълния си проектиран експлоатационен живот.
Често задавани въпроси относно възстановяването на диелектричната повърхност на изолационния цилиндър VS1
Въпрос: Кой е правилният разтворител, който трябва да се използва при почистване на повърхността на изолационен цилиндър VS1 за възстановяване на диелектричната якост при прекъсване на поддръжката на промишлена инсталация?
A: Изопропиловият алкохол (IPA) с чистота ≥ 99,5%, нанесен върху кърпа без власинки, е подходящият почистващ агент както за епоксидната смола APG, така и за повърхностите на цилиндрите BMC/SMC. Избягвайте ацетон върху повърхности BMC и никога не използвайте почистващи препарати на водна основа или петролни разтворители - и двете оставят остатъци, които ускоряват бъдещото проследяване на повърхността.
Въпрос: Как да определите дали влошената изолационна бутилка VS1 може да бъде възстановена чрез почистване или трябва да бъде заменена незабавно в промишлена инсталация с високо напрежение?
A: Извършване на инфрачервено измерване и визуална проверка преди почистване. Ако IR > 50 MΩ и не се вижда карбонизация или проследяващи канали, възстановяването на почистването е възможно. Ако IR 200 pC или визуално се потвърди проследяване на повърхността, цилиндърът има повреда от етап 4 и трябва да се замени - почистването няма да възстанови диелектричната цялост.
В: Колко време обикновено трае възстановяването на диелектричната повърхност на изолационен цилиндър VS1, преди да се наложи повторно почистване в индустриална среда със степен на замърсяване IV?
A: В среда със степен на замърсяване IV, като например стоманодобивни заводи или циментови фабрики, пълното IPA почистване с хидрофобна обработка на повърхността обикновено поддържа приемливи диелектрични характеристики в продължение на 12-18 месеца. Без хидрофобна обработка повторното замърсяване настъпва значително по-бързо - обикновено в рамките на 6-9 месеца при същите условия.
Въпрос: Какво ниво на частичен разряд след почистване потвърждава, че диелектричната якост на повърхността на изолационен цилиндър VS1 е успешно възстановена за продължителна работа при високо напрежение?
A: Измерването на PD след почистването по IEC 60270 при 1,2 × Un трябва да потвърди < 10 pC за цилиндри с твърда капсула от епоксидна смола APG и < 20 pC за традиционни цилиндри BMC/SMC. Стойности над тези прагове след почистването показват остатъчни подповърхностни повреди, изискващи допълнително изследване или замяна.
Въпрос: Безопасно ли е да се нанесе хидрофобна силиконова грес върху повърхността на изолационен цилиндър VS1 веднага след почистване с IPA, без да се изчаква пълното изпаряване на разтворителя?
A: Не. Пълното изпаряване на IPA - минимум 30 минути при стайна температура - е задължително преди нанасяне на хидрофобна обработка. Остатъчният разтворител, попаднал под слоя силиконова смазка, създава локализирана зона с ниско съпротивление върху повърхността на пълзене, която може да инициира ток на утечка при повторно включване на бутилката под високо напрежение.
-
“IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/841235. Обсъжда механизмите на химическо разграждане на повърхности от епоксидна смола в промишлена среда. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: химически изпарения, които реагират с епоксидната смола, за да намалят съпротивлението и да ускорят проследяването. ↩ -
“IEC/TS 60815-1:2008 Избор и оразмеряване на изолатори за високо напрежение, предназначени за използване в замърсени условия”,
https://webstore.iec.ch/publication/3554. Посочва минималните специфични разстояния на приплъзване, изисквани за различни среди на замърсяване. Роля на доказателството: стандарт; Тип на източника: стандарт. Поддържа: Изискване за разстояние на приплъзване 25 mm/kV за степен на замърсяване III. ↩ -
“Деградация на повърхностното съпротивление на изолатори”,
https://www.mdpi.com/1996-1073/12/18/3550. Оценява физическото въздействие на сухото замърсяване върху съпротивлението на повърхността на високоволтови изолатори. Роля на доказателството: статистическо; Тип на източника: изследване. Подкрепя: намаляване на съпротивлението от 10^12 на 10^9 ома в резултат на натрупване на сухо замърсяване. ↩ -
“IEC 60270:2000 Техники за изпитване с високо напрежение - Измервания на частични разряди”,
https://webstore.iec.ch/publication/1202. Подробно описание на процедурите за изпитване и необходимите параметри за измерване на частичен разряд. Роля на доказателство: стандарт; Тип източник: стандарт. Подкрепя: извършване на методология за изпитване на PD при 1,2 x Un. ↩ -
“IEEE 43-2013 - Препоръчителна практика на IEEE за изпитване на съпротивлението на изолацията”,
https://standards.ieee.org/ieee/43/4791/. Определя приемливи стойности на индекса на поляризация за различни изолационни системи и конструкции. Роля на доказателство: стандарт; Тип на източника: стандарт. Поддържа: Стойност на PI, по-малка от 1,5, показваща дълбоко проникване на влага. ↩
