Когато инженерите и мениджърите по поръчките определят изолационни цилиндри VS1 за проекти за модернизация на мрежата, в разговора преобладават номиналните стойности на напрежението, разстоянията за преминаване и нивата на частичен разряд. Изборът на огнеустойчив материал за корпуса - решението, което определя поведението на цилиндъра при възникване на дъгова повреда или термично бягство в корпуса на разпределителното устройство - почти никога не се обсъжда със същата строгост. Това е критичен пропуск. Огнеустойчивостта на материала на корпуса на изолационния цилиндър VS1 не е второстепенна спецификация - тя е основен параметър за безопасност и надеждност, който пряко определя дали събитието на дъгова повреда ще остане ограничено или ще прерасне в катастрофален пожар в разпределителната уредба. За електроинженерите, които специфицират оборудване за средно напрежение за програми за модернизиране на мрежата, разбирането на науката за материалите, изискванията за съответствие със стандартите IEC и логиката на избора на огнеупорни корпуси е от съществено значение за осигуряването на надеждна, отговаряща на правилата инсталация, която работи безопасно през целия си експлоатационен живот. Настоящото ръководство предоставя структурирана рамка, която индустрията рядко предлага на едно място.
Съдържание
- Какви материали се използват в изолационните корпуси на бутилките VS1 и защо е важна огнеустойчивостта?
- Как се съпоставят електрическите и топлинните характеристики на различните огнезащитни материали?
- Как да изберете правилния материал за огнеустойчив корпус за вашето приложение за обновяване на мрежата?
- Какви практики за монтаж и поддръжка запазват надеждността на огнеупорните жилища?
Какви материали се използват в изолационните корпуси на бутилките VS1 и защо е важна огнеустойчивостта?
Изолационният цилиндър VS1 е структурен и диелектричен корпус, който затваря вакуумния прекъсвач във вакуумния прекъсвач за средно напрежение тип VS1. Работи при 12 kV в разпределителните табла, които могат да бъдат инсталирани в подстанции, промишлени съоръжения или инфраструктура за модернизиране на мрежата, корпусът на цилиндъра е изложен на непрекъснато електрическо напрежение, термични цикли и - в условия на повреда - на интензивна енергия на дъгата. Материалът, от който е произведен този корпус, определя не само диелектричните му характеристики при нормална работа, но и поведението му при необичайни условия, които определят надеждността в реални условия.
Основни материали за корпуса, използвани в изолационните цилиндри VS1:
1. BMC (термореактивно съединение за формоване в насипно състояние)
BMC е полиестерна термореактивна пластмаса, подсилена със стъклени влакна, и е най-широко използваният материал в традиционните корпуси на цилиндри VS1. Той предлага добра стабилност на размерите, адекватна диелектрична якост и присъщи огнезащитни свойства от халогенирани или ATH (алуминиев трихидрат) системи за пълнеж.
2. SMC - листово формовъчно съединение (термореактивно)
Подобно на BMC, но обработено под формата на лист, SMC осигурява по-високо съдържание на стъклени влакна и подобрена механична якост. Използва се в приложения, изискващи повишена структурна твърдост.
3. Епоксидна смола APG - автоматично желиране под налягане
Първокласният материал за твърда капсула на цилиндри VS1. Циклоалифатните или бисфенол-А епоксидните системи с анхидридни втвърдители осигуряват превъзходна диелектрична якост, по-висока температура на встъкляване и отлична устойчивост на проследяване на дъгата - от решаващо значение за приложенията за обновяване на мрежата, където стандартите за надеждност са безкомпромисни.
4. DMC - смес за формоване на тесто
По-евтин вариант на термореактивна пластмаса, използван в бутилките от бюджетен клас. По-лошите огнеустойчиви характеристики и по-ниската диелектрична якост го правят неподходящ за модернизиране на мрежата или за приложения с висока надеждност.
Ключови технически параметри за оценка на материала на корпуса:
- Номинално напрежение: 12 kV (стандартна платформа VS1)
- Диелектрична якост: ≥ 14 kV/mm (BMC/SMC); ≥ 42 kV/mm (APG Epoxy)
- Клас на огнеустойчивост: UL 94 V-01 (задължително за приложения за обновяване на мрежата)
- Температура на запалване с нажежаема жица (GWIT): ≥ 775°C за IEC 60695-2-132
- Сравнителен индекс на проследяване (CTI): ≥ 600 V (група материали I на IEC 601123)
- Термичен клас: Клас B 130°C (BMC/SMC); Клас F 155°C (APG епоксидна смола)
- Температура на стъкловиден преход (Tg): ≥ 110°C (APG епоксидна смола по IEC 61006)
- Стандарти: IEC 62271-100, IEC 60695, UL 94, IEC 60112
Забавянето на горенето е от значение за корпусите на цилиндрите VS1, тъй като при дъгова повреда в разпределителните устройства за средно напрежение се освобождава енергия в диапазона от 10-50 kJ на повреда, достатъчни за запалване на негорими материали на корпуса и за разпространение на пожара по съседните панели. В проектите за модернизация на мрежата, където надеждността на разпределителните устройства и безопасността на персонала са основни критерии за проектиране, материалът на корпуса, който се самозагасява в рамките на 10 секунди след контакт с дъга - изискването UL 94 V-0 - е минималният приемлив стандарт.
Как се съпоставят електрическите и топлинните характеристики на различните огнезащитни материали?
Изборът на материал за огнеупорни корпуси изисква да се разбере как всеки вариант се представя в пълния спектър от електрически, термични и пожаробезопасни параметри - не само по един показател, който е най-ярко представен в информационния лист на доставчика. Следващият анализ обхваща четирите основни варианта на материали по всички параметри, свързани с надеждността на бутилките VS1 в приложения за модернизация на мрежата.
Съпротивление на дъгата и поведение при проследяване
Когато дъгова повреда възникне в непосредствена близост до корпуса на цилиндъра VS1, повърхността е изложена едновременно на интензивно ултравиолетово лъчение, горещ газ и проводящи въглеродни отлагания. Материалите с висока дъгова устойчивост и високи стойности на CTI се противопоставят на образуването на проводящи следи от канали при тези условия. Епоксидната смола APG с циклоалифатна химия осигурява най-висока устойчивост на дъга (> 180 секунди по ASTM D495) и CTI ≥ 600 V - еталон за надеждност на мрежовия клас. Стандартният BMC с халогенирани забавители на горенето постига устойчивост на дъга от 120-150 секунди и CTI от 400-500 V - приемливи за стандартни приложения, но под прага за критична мрежова инфраструктура.
Термична стабилност при продължително натоварване
В приложенията за модернизация на мрежата, където трансформаторите и разпределителните захранвания работят при високи коефициенти на натоварване, корпусът на цилиндъра VS1 изпитва продължително топлинно натоварване както от температурата на околната среда, така и от близостта до токопроводите. Материалите с по-високи стойности на Tg и термичен клас запазват стабилността на размерите и диелектричните характеристики при повишени температури - предотвратявайки омекването и пълзенето, които могат да компрометират подравняването на вакуумния прекъсвач и контактното налягане в мрежовите приложения с високо натоварване.
Пълно сравнение на материалите: Варианти на корпуса на цилиндъра VS1
| Параметър | Епоксидна смола APG | BMC (халогениран FR) | SMC | DMC |
|---|---|---|---|---|
| Диелектрична якост | ≥ 42 kV/mm | 14-18 kV/mm | 16-20 kV/mm | 10-14 kV/mm |
| Клас на пламък (UL 94) | V-0 | V-0 | V-0 | V-1 / HB |
| GWIT (IEC 60695-2-13) | ≥ 960°C | ≥ 775°C | ≥ 775°C | 650-750°C |
| CTI (IEC 60112) | ≥ 600 V | 400-500 V | 450-550 V | 250-400 V |
| Устойчивост на дъга (ASTM D495) | > 180 сек | 120-150 сек. | 130-160 сек. | 80-120 сек. |
| Термичен клас | Клас F (155°C) | Клас B (130°C) | Клас B (130°C) | Клас А (105°C) |
| Температура на стъкления преход (Tg) | ≥ 110°C | 80-95°C | 85-100°C | 65-80°C |
| Абсорбиране на влага | Много ниско | Ниско и средно ниво | Нисък | Средно-висока |
| Пригодност за надграждане на мрежата | ✔ Предпочитан | ✔ Приемливо | ✔ Приемливо | ✘ Не се препоръчва |
| Съответствие с IEC 62271-100 | Пълен | Пълен | Пълен | Маргинален |
История на клиента - проект за модернизиране на мрежата, Западна Африка:
Национален изпълнител на EPC се обърна към Bepto Electric по време на фазата на спецификация на модернизация на 12 kV разпределителна мрежа, обхващаща 38 подстанции. Първоначалната им BOM специфицира цилиндри VS1 с корпус BMC въз основа на историческата практика на снабдяване. След като техническият екип на Bepto прегледа спецификацията на нивото на повреда на проекта - 25 kA симетрично - и температурния профил на околната среда (максимална температура 48°C), ние препоръчахме да се премине към епоксидни цилиндри с твърда капсула APG със сертификат UL 94 V-0 и GWIT ≥ 960°C. Инженерът по безопасност на предприятието потвърди, че при ниво на повреда 25 kA енергията на дъгата, освободена по време на най-лошия случай на повреда, надвишава прага на самозагасяване на стандартния материал BMC. Спецификацията беше преразгледана и модернизираните бутилки бяха внедрени във всички 38 подстанции. Тестовете за симулация на дъгова повреда след пускането в експлоатация потвърдиха нулево разпространение на пламъка във всички панели.
Как да изберете правилния материал за огнеустойчив корпус за вашето приложение за обновяване на мрежата?
Изборът на огнеупорен материал за изолационни цилиндри VS1 трябва да се ръководи от структурирана инженерна оценка, която интегрира нивото на неизправност, условията на околната среда, изискванията на стандартите IEC и целите за надеждност през целия жизнен цикъл. Следвайте това ръководство за избор стъпка по стъпка, за да достигнете до защитимо, съответстващо на нормите решение.
Стъпка 1: Определете нивото на повреда и излагането на енергия от дъгата
- Ток на повреда ≤ 20 kA: Приема се BMC или SMC с UL 94 V-0 и GWIT ≥ 775°C
- Ток на повреда 20-31,5 kA: Силно се препоръчва APG епоксидна смола с GWIT ≥ 960°C и CTI ≥ 600 V
- Ток на повреда > 31,5 kA или категория на дъгова заплаха ≥ 3: Епоксидна смола APG е задължителна; консултирайте се с анализ на опасността от дъгова заплаха по IEC 614824
Стъпка 2: Проверка на изискванията за съответствие със стандартите IEC
| Стандарт IEC | Изискване | Минимална приемлива стойност |
|---|---|---|
| IEC 60695-2-13 | Температура на запалване с нажежаема жица | ≥ 775°C (стандартно); ≥ 960°C (надграждане на мрежата) |
| IEC 60112 | Сравнителен индекс за проследяване | ≥ 400 V (стандартно); ≥ 600 V (надграждане на мрежата) |
| UL 94 | Класификация на пламъка | V-0 задължително за всички мрежови приложения |
| IEC 62271-100 | Изпитване на типа (включително термично) | Пълно съответствие с акредитирания лабораторен сертификат |
| IEC 61006 | Температура на стъкления преход | Tg ≥ 110°C за APG епоксидна смола |
Стъпка 3: Съобразяване на материала със средата на приложение
- Подстанция с контролиран климат на закрито: BMC/SMC V-0 приемлив със стандартен график за поддръжка
- Мрежова подстанция на открито (висока околна температура): Изисква се APG епоксидна смола - Tg ≥ 110°C предотвратява термичното омекване при максимално натоварване
- Свързване към промишлена мрежа (химическа/петрохимическа): APG епоксидна смола с химически устойчив състав - халогенираните BMC могат да се разрушат при излагане на пари от разтворител
- Градска подземна подстанция: APG Epoxy задължително - противопожарната защита в затворени пространства е изискване за безопасност на живота
- Крайбрежна мрежова инфраструктура: Епоксидна смола APG с хидрофобна обработка на повърхността - солената мъгла ускорява проследяването на материали с по-ниска CTI
Стъпка 4: Изискване на пълна документация за сертифициране по IEC
Преди да одобрите какъвто и да е материал за корпуса на цилиндъра VS1 за проект за модернизация на мрежата, изисквайте:
- Сертификат за изпитване UL 94 V-0 със специфична идентификация на класа на материала
- Доклад за изпитване на GWIT по IEC 60695-2-13 от акредитирана лаборатория
- Доклад за изпитване на CTI по IEC 60112, показващ ≥ 600 V за спецификация за мрежови клас
- Доклад за изпитване на Tg по IEC 61006 (DSC метод) за APG епоксидни единици
- Пълен сертификат за изпитване на типа съгласно IEC 62271-1005 включително термични и диелектрични тестове
Стъпка 5: Оценка на надеждността през целия жизнен цикъл спрямо целите за модернизация на мрежата
Програмите за модернизация на мрежата обикновено определят 25-30-годишен живот на активите при минимална намеса. Съобразете избора на материали с надеждността на жизнения цикъл:
- DMC: 8-12 години реалистичен експлоатационен живот - несъвместим с целите на жизнения цикъл на модернизацията на мрежата
- BMC/SMC: 15-20 години експлоатационен живот в контролирана среда - приемлив при структурирана поддръжка
- Епоксидна смола APG: 25-30-годишен експлоатационен живот при всякакви условия - единственият материал, който е напълно съобразен с изискванията за надеждност на мрежата
Какви практики за монтаж и поддръжка запазват надеждността на огнеупорните жилища?
Определянето на правилния материал на корпуса, който е огнеупорен, е необходимо, но не е достатъчно. Качеството на монтажа и практиката на текуща поддръжка определят дали проектираните огнеустойчиви характеристики на материала се запазват през целия жизнен цикъл на актива.
Контролен списък за инсталиране на огнеупорни бутилки VS1
- Проверете повърхността на корпуса при получаване - отхвърляне на всяка единица с повърхностни начупвания, пукнатини или промяна на цвета, които могат да показват влошаване на качеството на материала по време на транспортиране.
- Проверка на маркировката UL 94 V-0 върху корпуса на бутилката - тази маркировка трябва да е налична и четлива; липсата ѝ показва, че материалът не отговаря на изискванията
- Потвърждаване на стойностите на GWIT и CTI в сертификата за изпитване да съответстват на спецификацията на проекта преди монтажа
- Избягвайте механични въздействия по време на работа - епоксидните и термореактивните корпуси са крехки; повредите при удар създават микропукнатини, които застрашават диелектричните и огнезащитните характеристики.
- Извършване на тест PD преди включване на захранването - базовото измерване на PD по IEC 60270 потвърждава целостта на корпуса преди панелът да бъде пуснат в експлоатация в мрежата
График за поддръжка на инсталациите за обновяване на мрежата
- На всеки 6 месеца: Визуална проверка за промяна на цвета на повърхността, карбонизация или механични повреди - ранни индикатори за термичен стрес или излагане на дъга
- На всеки 12 месеца: Измерване на изолационното съпротивление (> 1000 MΩ при 2,5 kV DC) и термовизионно изображение по време на работа под напрежение за откриване на горещи точки, показващи влошаване на изолацията
- На всеки 3 години: Изпитване за пълен частичен разряд при 1,2 × Un по IEC 60270 - PD > 10 pC за APG епоксидни модули или > 20 pC за BMC/SMC модули изисква незабавно проучване
- Незабавно: Заменете всяка бутилка, която показва следи по повърхността, дълбочина на карбонизация > 0,5 mm или следи от излагане на пламък, независимо от планирания срок за подмяна.
Често срещани грешки, които влошават огнеустойчивостта
- Замяна на материали с клас V-1 или HB за намаляване на разходите при закупуване на материали за модернизация на мрежата: Материалът V-1 се самозагасява за 60 секунди в сравнение с 10 секунди за V-0 - в затворен корпус на подстанция тези 50 допълнителни секунди горене представляват риск за безопасността на живота.
- Пренебрегване на спецификацията на GWIT в тропическа среда или среда с висока температура на околната среда: При температури на околната среда над 40°C ефективният марж между работната температура и GWIT се стеснява значително - материал GWIT с температура 775°C, който е подходящ при 25°C околна температура, може да бъде незначителен при 48°C пикова околна температура в тропически мрежови инсталации.
- Нанасяне на силиконова грес върху огнеупорни повърхности без проверка на съвместимостта: Някои силиконови съединения намаляват огнезащитната ефективност на повърхността на BMC материалите, като променят химическия състав на повърхността - винаги използвайте само одобрени от производителя съединения.
- Неизвършване на повторно изпитване след всяко събитие, свързано с дъгова повреда: Корпусът на цилиндър VS1, който е бил изложен на въздействието на електродъга, може да изглежда външно неповреден, но да е претърпял вътрешни микропукнатини и изчерпване на огнезащитния пълнител - задължителна PD след повреда и визуална проверка преди връщане в експлоатация.
Заключение
Изборът на огнеустойчив материал за корпуса на изолационните цилиндри VS1 е прецизно инженерно решение с преки последици за надеждността на мрежата, безопасността на персонала и дългосрочната ефективност на активите. От класификацията по UL 94 V-0 и праговете на GWIT до стойностите на CTI и съответствието с IEC 62271-100 за изпитване на типа - всеки параметър в матрицата за избор съществува, за да гарантира, че корпусът на цилиндъра работи безопасно както при нормални условия, така и при повреди през целия 25-30-годишен живот на активите за модернизация на мрежата. В Бепто Електрик всеки изолационен цилиндър VS1, който доставяме, се произвежда с напълно сертифицирани материали за огнеустойчив корпус, пълна документация по стандартите IEC и инженерна поддръжка за приложение - защото в инфраструктурата за модернизиране на мрежата няма приемлив компромис между разходите за материали и показателите за безопасност.
Често задавани въпроси относно избора на огнеустойчив материал за корпуса на изолационните цилиндри VS1
Въпрос: Каква е минималната класификация за огнеустойчивост, изисквана за корпуса на изолационния цилиндър VS1, използван в подстанция за модернизация на мрежата за средно напрежение?
A: UL 94 V-0 е задължителният минимум за всички приложения за обновяване на мрежата. V-0 изисква самозагасване в рамките на 10 секунди след отстраняване на пламъка - материалите с клас V-1 или HB не са приемливи за разпределителни устройства за средно напрежение в мрежовата инфраструктура поради риска от разпространение на пожар в затворените корпуси на подстанциите.
Въпрос: Как влияе сравнителният индекс на проследяване (CTI) на материала на корпуса на цилиндъра VS1 върху надеждността на проектите за модернизация на мрежата в съответствие с IEC?
A: CTI определя устойчивостта на проводящото проследяване при електрическо натоварване и замърсяване. За надеждност на мрежовия клас се изисква група материали I по IEC 60112 (CTI ≥ 600 V). Материалите с по-нисък CTI развиват по-бързо канали за проследяване при замърсяване и излагане на влага, като намаляват ефективното разстояние на провлачване и ускоряват разрушаването на изолацията.
Въпрос: Могат ли изолационните цилиндри VS1, монтирани на BMC, да отговарят на изискванията на IEC 62271-100 за подстанция за модернизация на мрежата с номинален ток на повреда 25 kA?
A: BMC с UL 94 V-0 и GWIT ≥ 775°C отговаря на изискванията на IEC 62271-100 за изпитване на типа при 25 kA. Въпреки това, за инфраструктурата на критичните мрежи, където излагането на енергия от дъгата е максимално, APG Epoxy с GWIT ≥ 960°C и CTI ≥ 600 V осигурява значително по-висок резерв на безопасност и е предпочитаната спецификация за нива на повреда 25 kA и повече.
Въпрос: Кой стандарт на IEC урежда изпитването на температурата на запалване на нажежаемата жица за изолационни материали за корпуси на бутилки VS1 в мрежови приложения?
A: IEC 60695-2-13 урежда изпитването на температурата на запалване на нажежен проводник (GWIT). За стандартни приложения със средно напрежение минималната стойност на GWIT е ≥ 775°C. За проекти за модернизация на мрежата с високи нива на повреди или ограничена среда на инсталиране посочете GWIT ≥ 960°C и изисквайте сертификат за изпитване от акредитирана лаборатория на трета страна.
Въпрос: Как влияе температурата на околната среда в тропическите райони на мрежата върху избора на огнеустойчив материал за изолационните бутилки VS1?
A: В тропическа среда с максимални температури на околната среда над 40°C термичният марж между работната температура и GWIT на материала се стеснява значително. В тези условия е задължително да се използва APG епоксидна смола с термичен клас F (155°C) и GWIT ≥ 960°C - BMC материалите, класифицирани в клас B (130°C) с GWIT 775°C, осигуряват недостатъчен запас от безопасност при продължително високи температури на околната среда.
-
“Стандарт UL 94 за безопасност на запалимостта на пластмасови материали”,
https://en.wikipedia.org/wiki/UL_94. Подробно описание на изискванията за изпитване на вертикално горене за самозагасящи се пластмасови материали. Роля на доказателството: стандарт; Тип източник: стандарт. Подкрепа: UL 94 V-0 Класификация на огнеустойчивостта. ↩ -
“IEC 60695-2-13: Изпитване на пожарна опасност - Температура на запалване на нажежен проводник”,
https://webstore.iec.ch/publication/2764. Определя методите за изпитване за оценка на запалването на материали от нагряти елементи. Роля на доказателство: стандарт; Тип източник: стандарт. Подкрепя: GWIT параметри и прагове на изпитване. ↩ -
“IEC 60112: Метод за определяне на доказателствените и сравнителните индекси на проследяване”,
https://webstore.iec.ch/publication/429. Определя метода за оценка на съпротивлението на повърхността при проследяване на твърди изолационни материали. Роля на доказателство: стандарт; Тип източник: стандарт. Подкрепа: Метрики на CTI и класификация на група материали I. ↩ -
“IEC 61482: Защитно облекло срещу термични опасности от електрическа дъга”,
https://webstore.iec.ch/publication/63473. Описва изискванията за анализ на опасността от дъгова заплаха и защита. Роля на доказателство: стандарт; Тип източник: стандарт. Подкрепя: оценка на опасността от дъгова заплаха при високи нива на повреда. ↩ -
“IEC 62271-100: Комутационна и управляваща апаратура за високо напрежение - Прекъсвачи за променлив ток”,
https://webstore.iec.ch/publication/60721. Установява задължителните изпитвания на типа за прекъсвачи за средно и високо напрежение. Роля на доказателство: стандарт; Тип източник: стандарт. Подкрепя: изисквания за изпитване на типа на разпределителни устройства. ↩
