Въведение
Определянето на изолационните компоненти за разпределителни шкафове за високо напрежение звучи просто - докато подстанцията не се изключи от мрежата шест месеца след пускането ѝ в експлоатация. Основната причина почти никога не е основното оборудване; почти винаги това са изолационните аксесоари, които никой не е разгледал по време на обществената поръчка.
Аксесоарите за въздушно изолирани разпределителни уредби - включително изолатори за поддържане на шини, фазови бариери, дъгови екрани и компоненти за уплътняване на кабели - определят обвивката за електрическа безопасност на всеки шкаф. Въпреки това екипите за снабдяване обичайно прилагат грешни критерии за избор, пропускат критични IEC сертификати или подценяват изискванията за околната среда на целевата подстанция.
Правилното определяне на спецификацията на компонентите на изолацията не е опция - то е в основата на безопасността и дългосрочната надеждност на шкафа. Това ръководство за подбор разглежда четирите най-вредни грешки, които инженерите допускат, и как да избегнете всяка от тях.
Съдържание
- За какви изолационни компоненти става дума при въздушно изолираните шкафове?
- Кои грешки в техническите спецификации най-често причиняват повреди при високо напрежение?
- Как средата в подстанцията влияе върху избора на изолационни компоненти?
- Как инженерите могат да създадат по-безопасен процес за избор на изолационни компоненти?
- ЧЕСТО ЗАДАВАНИ ВЪПРОСИ
За какви изолационни компоненти става дума при въздушно изолираните шкафове?
Преди да се диагностицират грешките в спецификацията, е важно да се определи обхватът. В шкафовете за въздушно изолирани разпределителни уредби аксесоарите за изолация са полимерни и композитни компоненти, които физически разделят, поддържат и защитават проводниците под напрежение от заземената метална конструкция и съседните фази.
Основните аксесоари за изолация в шкафа за високо напрежение включват:
- Поддържащи изолатори за шини - държат шините на фиксирано разстояние, като поддържат разстоянието между фазите и между фазите и земята
- Фазови бариери и дъгови екрани - предотвратяват междуфазово възпламеняване и задържат енергията на дъгата при повреди.
- Кабелни накрайници и ботуши - изолират откритите краища на проводниците в точките на въвеждане на кабела
- Изолационни опори на инструменталните трансформатори - изолират първичните клеми на CT и VT от структурата на шкафа
- Изолационни панели за щори - поддържат изолацията за безопасност, когато изтеглящият се модул е изнесен на стелаж
Всеки компонент изпълнява отделна електрическа и механична функция. IEC 62271-200 определя обхвата на действие за тези аксесоари в разпределителните устройства за променлив ток с метална обвивка1, включително изисквания за диелектрична устойчивост, механична якост при късо съединение и термична издръжливост.
Важното е, че при въздушно изолираната конструкция няма изолационен газ или течност, които да компенсират недостатъците на аксесоарите. Всеки милиметър пролука и хлабина зависи изцяло от геометрията и целостта на материала на тези компоненти.
Предварителен преглед на грешка #1: Много инженери посочват аксесоарите за изолация като една обща категория, без да правят разлика между компонентите, които са подложени на непрекъснато напрежение, и тези, които работят само при повреди или превключвания.
Кои грешки в техническите спецификации най-често причиняват повреди при високо напрежение?
Грешките в техническите спецификации са основната причина за преждевременна повреда на изолацията в шкафовете за високо напрежение. Тези грешки са систематични - повтарят се в различни проекти, защото са заложени в погрешни шаблони за обществени поръчки.
Грешка #1 - Определяне само по номинално напрежение
Номиналното напрежение е необходимо, но недостатъчно. Изолатор за поддържане на шини, оценен за 12 kV, може да се окаже напълно неподходящ за подстанция 12 kV в крайбрежна промишлена зона, ако разстоянието на пълзене не отчита условията на степен на замърсяване 3 или 4.
IEC 60664-1 дефинира четири степени на замърсяване2. Изискваното минимално разстояние за преминаване се увеличава значително:
| Клас на напрежението | Степен на замърсяване 2 | Степен на замърсяване 3 | Степен на замърсяване 4 |
|---|---|---|---|
| 12 kV | 80 мм | 125 мм | 200 мм |
| 24 kV | 160 мм | 250 мм | 400 мм |
| 40,5 kV | 270 мм | 420 мм | 670 мм |
Определянето на изолатор за 12 kV с 85 mm проходно разстояние за подстанция със степен на замърсяване 3 оставя дефицит от 40 mm - невидим в листа с данни, но катастрофален на място.
Грешка #2 - Пренебрегване на класификацията на материалите на CTI
Сравнителният индекс на проследяване (CTI) определя доколко даден изолационен материал е устойчив на повърхностно проследяване при замърсяване.3. IEC 60112 класифицира материалите в четири групи:
- Група I: CTI ≥ 600 - най-висока устойчивост, подходяща за тежки условия на работа
- Група II: CTI 400-599 - стандарт за подстанции средно напрежение
- Група IIIa: CTI 175-399 - незначителна; приемлива само в чиста и суха среда
- Група IIIb: CTI 100-174 - недопустимо за аксесоари за шкафове за високо напрежение
Много евтини изолационни аксесоари се произвеждат от некласифицирани полимерни смеси със стойности на CTI под 200. Без сертифициран протокол от изпитване по IEC 60112 няма как да се провери съответствието в момента на поръчката.
Грешка #3 - няма изискване за механична издръжливост при късо съединение
Изолаторите за поддържане на шините трябва да издържат на електромагнитните сили, генерирани при късо съединение4. За панел с номинален ток 40 kA тези сили могат да надхвърлят 8 kN на опорна точка. Изолаторите, специфицирани без протокол от изпитване за механична устойчивост, могат да се счупят при първата повреда - превръщайки възстановима повреда в катастрофално разрушаване на шината.
Случай на клиент: Изпълнител на EPC в Близкия изток е определил общи полимерни опори за шини за подстанция 33 kV само въз основа на съответствието на размерите. По време на повреда надолу по веригата две опори се счупват, което води до контакт между фазовите шини. Възникналата повреда наложи пълна подмяна на таблото, като разходите надхвърлиха първоначалния бюджет за закупуване на шкафове.
Как средата в подстанцията влияе върху избора на изолационни компоненти?
Околната среда на подстанцията е най-недооценената променлива при избора на изолационен аксесоар. Един и същ шкаф 24 kV, разположен в три различни подстанции, изисква значително различни спецификации на аксесоарите.
Градски подстанции на закрито
Вътрешните подстанции в умерен климат представляват най-щадящата среда. Основни изисквания:
- Минимален CTI група II (≥ 400)
- Разстояние на пълзене за степен на замърсяване 2
- Уплътнение IP4X на аксесоарите за въвеждане на кабели
- Минимален топлинен клас: Клас Е (120°C)
Крайбрежни подстанции и подстанции с висока влажност
Замърсеният със сол въздух и постоянната влажност значително ускоряват проследяването на повърхността на аксесоарите за изолация. Изискванията нарастват до:
- Препоръчва се CTI Group I (≥ 600)
- Разстояние на пълзене за замърсяване Степен 3 или 4
- Хидрофобна обработка на повърхността на открити изолатори
- UV стабилизиран полимерен състав за всички аксесоари в близост до вентилационни отвори
Тежки индустриални подстанции
Стоманодобивните заводи, циментовите заводи и химическите предприятия внасят проводящ прах и химически изпарения. Тези среди изискват:
- Запечатани фазови бариери без открити полимерни повърхности, обърнати към кабелната камера
- Покритие против проследяване на изолатори за поддръжка на шини
- Механични закрепвания с вибрационен клас за всички монтажи на изолацията
- Интервалите за инспекции са намалени на максимум 12 месеца
Грешка #4: Прилагане на единен шаблон за спецификация на изолационния аксесоар за всички типове подстанции без стъпка за класификация на околната среда в процеса на избор.
Последици за безопасността от несъответствието на средата
Когато аксесоарите за изолация са недостатъчно специфицирани за тяхната среда, последователността на отказите е предсказуема: замърсяване на повърхността → ток на утечка → проследяване → ескалация на частичен разряд → избухване. Всеки етап намалява границите на безопасност и увеличава риска за персонала на подстанцията и свързаната инфраструктура.
Как инженерите могат да създадат по-безопасен процес за избор на изолационни компоненти?
Структурираният процес на подбор елиминира догадките, които водят до грешки в спецификацията. Следващите стъпки представляват надеждно ръководство за избор на аксесоари за изолация във въздушно изолирани шкафове за високо напрежение.
Определяне на класа на напрежението и нивото на изолация - потвърждаване на номиналното напрежение (Ur), напрежението на издръжливост на силова честота (Ud) и напрежението на издръжливост на мълния (Up) съгласно IEC 62271-1.
Класифицирайте степента на замърсяване на подстанцията - Използвайте критериите на IEC 60664-1, за да определите степен на замърсяване от 1 до 4 въз основа на данни от проучване на обекта, а не на предположения.
Изчисляване на необходимото разстояние и хлабина - Приложете таблиците от приложение А към IEC 62271-200, като използвате потвърдения клас на напрежение и степен на замърсяване. Документирайте минималните стойности като задължителни параметри на спецификацията.
Посочете групата на CTI като изискване при възлагане на обществена поръчка - посочете минималната група на CTI (препоръчително: група II или по-висока) и изисквайте протоколи от изпитвания по IEC 60112 от всички доставчици.
Изискване за сертифициране на механичната устойчивост - за изолаторите за поддържане на шини посочете минималното разрушаващо натоварване на конзолата и изисквайте протоколи от изпитвания, съобразени с номиналния ток на късо съединение на панела.
Проверете UV и топлинните класове за средата на инсталиране - Аксесоарите за външно или вентилирано вътрешно приложение трябва да имат сертификат за UV устойчивост и топлинен клас, подходящ за максималната температура на околната среда.
Одит на документацията за изпитване на типа на доставчика преди поръчката за покупка - Пълното представяне на аксесоара трябва да включва: IEC 62271-200 протокол от изпитване на типа, сертификат за CTI, протокол от проверка на размерите и лист с данни за безопасност на материала.
Следването на това ръководство за избор в седем стъпки превръща закупуването на аксесоари за изолация от последваща мисъл, свързана с разходите, в инженерно решение, което е от решаващо значение за безопасността - точно каквото е то.
Заключение
Аксесоарите за изолация във въздушно изолираните шкафове за високо напрежение са тихите пазители на безопасността на подстанциите. Четирите грешки в спецификациите, описани в това ръководство - пренебрегване на степента на замърсяване, пропускане на изискванията за CTI, пропускане на критериите за механична устойчивост и прилагане на еднакви спецификации в различни среди - са напълно предотвратими. Като разглеждат избора на изолационни компоненти като структуриран, основан на доказателства инженерен процес, екипите по снабдяването могат да елиминират скритите рискове от повреди, които застрашават целостта на шкафа много преди изобщо да възникне повреда.
В Bepto Electric всеки аксесоар AIS, който доставяме, е подкрепен с пълна документация за типово изпитване по IEC, сертифицирани оценки на CTI и доклади за съответствие на размерите - това дава на инженерите увереността в спецификациите, която изискват техните подстанции.
Често задавани въпроси относно спецификацията на изолационния компонент за шкафове
В: Кой е най-критичният параметър при определяне на изолаторите за поддържане на шини за шкафове за високо напрежение?
О: Разстоянието на слизане е най-критичният параметър. То трябва да бъде изчислено въз основа на класа на напрежението и степента на замърсяване на обекта съгласно IEC 60664-1, а не само на номиналното напрежение.
Въпрос: Коя група CTI се препоръчва за изолационни принадлежности в подстанции?
О: Група CTI II (≥ 400 по IEC 60112) е минималната препоръчителна стойност за стандартни подстанции. За крайбрежни или силно замърсени места трябва да се посочи група I (≥ 600).
Въпрос: Необходимо ли е изолационните аксесоари да се подлагат на механично изпитване на късо съединение?
О: Да. Изолаторите за поддържане на шините трябва да бъдат тествани за механична якост на конзолата, съответстваща на номиналния ток на късо съединение на панела, за да се предотврати структурна повреда по време на повреди.
В: Как класификацията на средата в подстанцията влияе върху изискванията за безопасност на аксесоарите?
О: По-високите степени на замърсяване изискват по-дълги разстояния на промъкване, материали с по-висока CTI и допълнителна обработка на повърхността. Несъответстващите спецификации пряко увеличават риска от избухване и безопасността на персонала.
В: Каква документация трябва да предоставят доставчиците за сертифицирани аксесоари за изолация?
О: Доставчиците трябва да предоставят протоколи от изпитвания на типа по IEC 62271-200, сертификати за CTI по IEC 60112, протоколи от проверки на размерите и сертификати за термичен клас като минимален пакет за представяне.
-
“IEC 62271-200:2021 Комутационна апаратура и апаратура за управление на високо напрежение”,
https://webstore.iec.ch/publication/60723. Представя международните нормативни изисквания за комутационни апарати за променлив ток с метално покритие до 52 kV. Evidence role: general_support; Source type: standard. Поддържа: Нормативното определяне на обхвата на експлоатационните характеристики на принадлежностите на разпределителните устройства. ↩ -
“IEC 60664-1:2020 Координация на изолацията на оборудването в системите за ниско напрежение”,
https://webstore.iec.ch/publication/63442. Описва принципите за координиране на изолацията, включително класификациите на степента на замърсяване, използвани в среди с високо и ниско напрежение. Роля на доказателството: статистическо; Вид на източника: стандарт. Подкрепя: Категоризирането на замърсяването на околната среда в четири различни степени на замърсяване. ↩ -
“Сравнителен индекс за проследяване”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Comparative_Tracking_Index. Обяснява стандартизирания метод за изпитване за оценка на устойчивостта на материала на проследяване. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: - Извършване на проверка на качеството на материалите, които се използват за целите на проверката: Механизмът, по който CTI оценява устойчивостта на изолатора на повърхностно проследяване при замърсени условия. ↩ -
“Електромагнитни сили върху шини”,
https://electrical-engineering-portal.com/electromagnetic-forces-on-busbars. Подробно описание на електродинамичните напрежения върху носещите конструкции при пикови токове на късо съединение. Роля на доказателството: механизъм; Вид на източника: промишленост. Поддържащи елементи: Изискването изолаторите на шините да издържат механично на силите на късо съединение. ↩
