Въведение
Авариите в изолацията на мрежите средно напрежение рядко се съобщават - те се натрупват тихомълком чрез несъответстващи нива на изолация, пренебрегване на стресови фактори на околната среда и аксесоари, избрани без подходяща логика на координация. Основният принцип на координацията на изолацията е да се гарантира, че всеки аксесоар в система средно напрежение издържа на пренапрежения в контролирана, предвидима йерархия - защита на оборудването преди то да се защити. За електроинженерите и мениджърите по снабдяването, които работят по разпределителна инфраструктура от 6 kV до 35 kV, грешката означава непланирани прекъсвания, скъпи замени и сериозни рискове за безопасността. Тази статия разглежда основните принципи, критериите за избор и реалното приложение на координацията на изолацията специално за мрежовите аксесоари за средно напрежение - изолатори, стенни втулки, изолационни цилиндри и формовани изолационни компоненти, които формират гръбнака на надеждното електроразпределение.
Съдържание
- Какво представлява координацията на изолацията и защо е от значение в мрежите за средно напрежение?
- Как аксесоарите MV осигуряват изолационни характеристики и надеждност?
- Как да изберете подходящото ниво на изолация за аксесоари за мрежова инфраструктура?
- Кои са най-често срещаните грешки при монтажа, които нарушават координацията на изолацията?
Какво представлява координацията на изолацията и защо е от значение в мрежите за средно напрежение?
Координацията на изолацията е систематичен процес на избор и съчетаване на диелектричната устойчивост1 на всички принадлежности в мрежата средно напрежение, така че най-слабата точка никога да не се превръща в точка на повреда при нормални или преходни условия на пренапрежение.
На практика това означава, че всеки компонент - от стенните втулки до формованите изолационни части и изолационните цилиндри - трябва да бъде оценен, тестван и позициониран в рамките на определена йерархия на издръжливост на напрежение. регулирани от IEC 60071-12 (Координация на изолацията) и IEC 60071-2 (Ръководство за кандидатстване).
Ключови параметри, определящи аксесоарите на MV
- Номинално напрежение (Um): Най-високо напрежение на системата, обикновено 7,2 kV, 12 kV, 17,5 kV, 24 kV или 40,5 kV
- Напрежение на издръжливост на честотата на захранване (PFWV): Краткотрайно променливо тестово напрежение (1 минута)
- Напрежение на издръжливост на мълния (LIWV): Максимално импулсно тестово напрежение (форма на вълната 1,2/50 μs)
- Разстояние на пълзене: Минимална дължина на повърхностния път между частите под напрежение и заземените части (mm/kV)
- Степен на замърсяване: Класификация по IEC 60815 - лека (I), средна (II), тежка (III), много тежка (IV)
Изисквания за изолация
Стандарт IECКакво ще кажете за Clearance?
Докато пълзенето се измерва по повърхността, Разчистване е най-краткото праволинейно разстояние във въздуха. Приблизителната оценка на разстоянието между фазите в системите за средно напрежение обикновено е около 220 мм (на базата на стандартните основни нива на изолация).
Използвани параметри на проектиране
Референтни данни- D = Минимално разстояние на преминаване (mm)
- Um = Най-високо системно напрежение (kV rms)
- Un = Номинално напрежение на системата (kV rms)
- Стандартен = IEC 60815 / IEC 60664-1
Стандартни нива на изолация за обичайни номинални стойности на MV
| Напрежение на системата (Um) | PFWV (kV) | LIWV (kV) | Мин. Преходно разстояние (mm) |
|---|---|---|---|
| 7,2 kV | 20 | 60 | 120 |
| 12 kV | 28 | 75 | 200 |
| 24 kV | 50 | 125 | 400 |
| 40,5 kV | 95 | 185 | 630 |
Тези параметри не са незадължителни критерии - те са минималните прагове, на които трябва да отговаря всеки аксесоар за МВ, за да участва в координирана система за изолация. Изборът на аксесоари под тези прагове, дори и минимално, въвежда слабо звено, което преходните пренапрежения неизбежно ще използват.
Как аксесоарите MV осигуряват изолационни характеристики и надеждност?
Изолационните характеристики на аксесоарите за средно напрежение зависят от два взаимосвързани фактора: избор на материал и геометричен дизайн. Заедно те определят доколко ефективно аксесоарът издържа на електрическо натоварване както при постоянно работно напрежение, така и при преходни пренапрежения.
Сравнение на материалите: Епоксидна смола срещу силиконова гума
| Параметър | Епоксидна смола | Силиконова гума |
|---|---|---|
| Диелектрична якост | 18-25 kV/mm | 20-28 kV/mm |
| Термичен клас | Клас F (155°C) | Клас H (180°C) |
| Механична твърдост | Висока | Гъвкав |
| Хидрофобност | Ниска (риск от проследяване на повърхността) | Висока (самовъзстановяваща се) |
| Устойчивост на замърсяване | Среден | Отличен |
| Типично приложение | Вътрешни табла MV, разпределителни устройства | Подстанции на открито, крайбрежна среда |
| Референция IEC | IEC 60243 | IEC 62217 |
Епоксидната смола доминира в приложенията за аксесоари за вътрешно електрозахранване - формовани изолационни части, изолационни цилиндри и компоненти за контактни кутии - поради своята стабилност на размерите и висока механична якост на натиск. Силиконовият каучук, напротив, е отличен за работа на открито или в среда с високо замърсяване когато хидрофобността и гъвкавостта при термично циклизиране са от решаващо значение3.
Случай от реалния свят: повреда на изолацията от несъответстващи аксесоари
Един от нашите клиенти, регионален изпълнител на EPC, който управлява модернизация на 35kV разпределителна мрежа в Югоизточна Азия, преживя многократни случаи на прегаряне на съединенията на панелите в рамките на 18 месеца след пускането в експлоатация. Основната причина: стенни втулки с номинално напрежение 24kV (Um) са били монтирани в система 35kV (Um) поради грешка при снабдяването - недостиг на номинално напрежение 40%. Резервът на LIWV е бил напълно изразходван от нормалните комутационни пренапрежения, оставяйки нулев толеранс за събития, свързани с мълнии.
След замяната на всички втулки и формовани изолационни компоненти с правилно съгласувани аксесоари с номинално напрежение 40,5 kV - проверени по таблиците за издръжливост на IEC 60071-1 - системата работи без повреди през два пълни сезона на мусоните. Надеждността не е характеристика на отделни компоненти, а резултат от координиран подбор на целия набор от аксесоари.
Как да изберете подходящото ниво на изолация за аксесоари за мрежова инфраструктура?
Изборът на нива на изолация за мрежови аксесоари за средно напрежение изисква структуриран, поетапен подход, който отчита напрежението в системата, излагането на околната среда и приложимите стандарти. Ето рамката, която препоръчваме в Bepto Electric.
Стъпка 1: Определяне на класа на напрежението на системата
- Идентифицирайте най-високо системно напрежение (Um) - не номинално напрежение
- Карта Um към стандартната таблица за нивото на изолация (IEC 60071-1, таблица 2)
- Потвърдете дали се прилагат нивата на устойчивост от Списък I или Списък II въз основа на защитата на пренапрежението
Стъпка 2: Оценка на условията на околната среда и замърсяването
- Чиста среда на закрито: Степен на замърсяване I-II → стандартно разстояние за преминаване
- Индустриален или крайбрежен външен: Степен на замърсяване III → повишено провисване (+25%)
- Тежък индустриален / пустинен / тропически: Степен на замърсяване IV → разширено провиране (+50%), помислете за аксесоари от силиконов каучук
- Температурен диапазон: потвърдете, че топлинният клас на изолационния материал съответства на околната среда + нагряването на товара
Стъпка 3: Съобразяване на аксесоарите със сценария на приложение
- Вътрешни разпределителни табла MV: Изолация от епоксидни форми, изолационни цилиндри, компоненти на контактната кутия - оценени до пълен панел Um
- Свързване на външна подстанция: Стенни втулки с удължено разстояние, силиконови навеси за зони на замърсяване
- Електроразпределителни захранвания: Изолатори на сензори и опорни изолатори, съобразени с класа на напрежение на захранващия блок
- Модернизиране на мрежовата инфраструктура: Всички аксесоари за замяна трябва да съответстват или да надвишават оригиналния дизайн за координация на изолацията
Стъпка 4: Проверка на сертификатите и докладите за изпитване
- Съответствие с IEC 60071-1 / IEC 60071-2
- Протоколи от изпитване на типа: PFWV + LIWV + частичен разряд тест (< 5 pC при )
- Степен на защита IP за аксесоарите на корпуса: IP65 минимум за външни условия, IP67 за рискови зони с потапяне
- Съответствие с RoHS и REACH за експортни проекти
Кои са най-често срещаните грешки при монтажа, които нарушават координацията на изолацията?
Дори перфектно специфицираните аксесоари могат да се повредят, ако липсва дисциплина при монтажа. Това са четирите най-вредни грешки, които виждаме в мрежовите проекти на MV.
Контролен списък за инсталиране и поддръжка
- Проверете номиналните параметри преди монтажа - кръстосана проверка на Um, LIWV и разстоянието на приплъзване спрямо спецификациите за проектиране на системата
- Проверка на допълнителните повърхности - всяка микропукнатина, замърсяване или проникване на влага върху епоксидните повърхности трябва да бъдат отхвърлени преди монтажа.
- Прилагане на правилен въртящ момент на механичните закрепвания - прекомерното затягане на епоксидните компоненти води до вътрешни напрежения, които се превръщат в места за частичен разряд
- Извършване на тест за съпротивление на изолацията преди пускане в експлоатация — минимум 1000 MΩ при 2,5 kV DC за аксесоари от клас 12 kV4
- Извършване на измерване на частичен разряд - потвърждаване < 5 pC при работно напрежение преди включване на захранването
Често срещани грешки, които трябва да избягвате
- Подценяване по клас напрежение: Инсталиране на аксесоари с номинално напрежение 12 kV в система с напрежение 17,5 kV, защото “това е достатъчно близо” - не е.
- Пренебрегване на степента на замърсяване: Определянето на стандартно пълзене в крайбрежна промишлена зона води до проследяване на повърхността в рамките на 2-3 години
- Смесване на видове материали без координация: Комбинирането на епоксидни и силиконови аксесоари с различни коефициенти на термично разширение създава механично напрежение на интерфейсите
- Пропускане на изпитването за частичен разряд: Нивата на PD над 10 pC показват вътрешни кухини, които при импулсно натоварване ще ескалират до пълно разрушаване на изолацията.
- Няма график за периодична поддръжка: Аксесоарите за НН изискват ежегодна визуална проверка и тригодишно диелектрично изпитване, за да се запази целостта на координацията на изолацията през целия живот на системата.
Заключение
Координирането на изолацията не е еднократно упражнение по спецификацията - това е дисциплина, която обхваща периода от първоначалния избор на аксесоари до монтажа, пускането в експлоатация и дългосрочната поддръжка. За мрежите средно напрежение всяка стенна втулка, формован изолационен компонент, изолационен цилиндър и изолатор на сензор трябва да бъдат избрани в рамките на съгласувана йерархия на издръжливост на напрежение, приведена в съответствие със стандартите IEC 60071. Надеждността на вашата електроразпределителна инфраструктура е толкова силна, колкото е най-слабото ниво на изолация във веригата. В Bepto Electric доставяме напълно координирани комплекти аксесоари за НН с пълна документация за изпитване на типа - защото правилното координиране на изолацията от първия път винаги е по-евтино, отколкото поправянето ѝ след повреда.
Често задавани въпроси относно координацията на изолацията за мрежови аксесоари за средно напрежение
Въпрос: Каква е разликата между координацията на изолацията и простото избиране на номинално високо напрежение за аксесоарите MV?
A: Координирането на изолацията е подход на системно ниво, който гарантира, че всички аксесоари имат еднаква йерархия на издръжливост. Простото завишаване на оценката на един компонент, без да се координират другите, все още оставя слаби места, които ще бъдат засегнати от свръхнапрежения.
Въпрос: Как да определя правилното разстояние на приплъзване за аксесоарите MV в крайбрежна индустриална среда?
A: Прилагане на класификацията IEC 60815 Степен на замърсяване III или IV. За 12kV Um в зони с тежко замърсяване минималното разстояние за преминаване трябва да бъде 25-31 mm/kV, като общото разстояние за преминаване се увеличава до 300-372 mm за този клас напрежение.
В: Може ли аксесоарите от епоксидна смола MV да се използват на открито в тропическа среда с висока влажност?
A: Епоксидната смола е подходяща за употреба на открито само с подходящи корпуси с клас IP. За открити външни приложения в тропически или крайбрежни зони силно се препоръчват аксесоари от силиконов каучук със самовъзстановяваща се хидрофобност.
Въпрос: Какво ниво на частичен разряд е приемливо за изолационни принадлежности от клас 12kV по време на изпитването за въвеждане в експлоатация?
A: Съгласно IEC 60270 частичният разряд не трябва да надвишава 5 pC при 1,1 × Um/√3 (приблизително 7,6 kV за система 12 kV). Стойности над 10 pC показват вътрешни дефекти, изискващи незабавна подмяна на аксесоара.
Въпрос: Колко често трябва да се проверява целостта на координацията на изолацията за принадлежностите за СН в експлоатация?
A: Ежегодна визуална проверка за замърсяване на повърхността, проследяване или механични повреди; повторно тестване на пълна диелектрична устойчивост и частичен разряд на всеки 3 години или след всяка повреда в системата.
-
“Тест за диелектрична устойчивост”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_withstand_test. Обяснява метода за изпитване за оценка на диелектричната якост на компонентите. Evidence role: general_support; Source type: research. Подкрепя: съпоставяне на възможностите за диелектрична устойчивост. ↩ -
“IEC 60071-1:2019 Координация на изолацията”,
https://webstore.iec.ch/publication/313. Определя дефинициите, принципите и правилата за стандартните нива на изолация. Роля на доказателството: стандарт; Тип на източника: стандарт. Подкрепя: регулира се от IEC 60071-1. ↩ -
“Хидрофобност”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrophobe. Подробности за физическото свойство да отблъсква водата, което е от съществено значение за надеждната работа на изолатора на открито. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: хидрофобността и гъвкавостта при термични цикли са от решаващо значение. ↩ -
“Изпитване на съпротивлението на изолацията”,
https://electrical-engineering-portal.com/insulation-resistance-test. Описва базовите параметри за изпитване с постоянно напрежение за потвърждаване на целостта на изолацията на оборудване за средно напрежение. Роля на доказателство: стандарт; Вид източник: индустрия. Поддържа: минимум 1000 MΩ при 2,5 kV DC за принадлежности от клас 12 kV. ↩
