Капацитивните градиращи пръстени са сред най-неразбираемите компоненти при проектирането на стенни втулки за средно напрежение. Инженерите, които са прекарали години в специфициране на комутационни апарати, трансформатори и системи за защита, често срещат пръстените за класификация като елемент от информационния лист на втулката - метален пръстен, прикрепен към високоволтовия край на втулката - и продължават с едно от двете еднакво погрешни предположения: или че пръстенът е чисто механичен елемент без критична електрическа функция, или че присъствието му на втулката автоматично гарантира правилното класифициране на електрическото поле, независимо от геометрията на инсталацията, съседните заземени конструкции или конфигурацията на напрежението на системата. И двете предположения са погрешни и водят до един и същ резултат - преждевременна повреда на втулката, ускорена деградация на изолацията, а в проектите за модернизация на мрежата, където целите за надеждност са безкомпромисни, скъпи непланирани прекъсвания, които биха могли да бъдат предотвратени с правилното разбиране на това какво всъщност правят капацитивните пръстени за класификация и какво е необходимо, за да го правят правилно. В тази статия се разглеждат специфичните погрешни схващания, които практикуващите инженери пренасят в проектите за модернизация на мрежата, обяснява се физиката на градирането в полето на достъпен инженерен език и се предоставя рамка за избор и монтаж, която гарантира, че градиращите пръстени осигуряват проектните си характеристики през целия експлоатационен живот на стенната втулка.
Съдържание
- Какво е капацитивен пръстен за класификация и какво всъщност прави?
- Кои са най-вредните инженерни заблуди за дизайна на пръстена за класификация?
- Как да изберете и определите правилно пръстените за сортиране за приложения за втулки за стени за надграждане на решетки?
- Кои грешки при монтажа и пускането в експлоатация водят до намаляване на ефективността на пръстена за класификация?
Какво е капацитивен пръстен за класификация и какво всъщност прави?
A капацитивен пръстен за класификация - наричан още пръстен за контрол на напрежението, пръстен за корона или електрод за класифициране на полето - е тороидален метален електрод, обикновено произведен от алуминиева сплав или неръждаема стомана, монтиран в края на високоволтовия проводник на стенна втулка. Неговата функция е да променя разпределението на електрическото поле в най-натоварената геометрична област на втулката - връзката между проводника под напрежение и изолационното тяло - от опасно неравномерно разпределение към контролирано, степенувано разпределение, което поддържа локалното напрежение на полето под прага на започване на частичен разряд на изолационния материал.
Защо са необходими пръстени за класификация?
Без градиращ пръстен електрическото поле на границата между проводника и изолатора на стенна втулка се концентрира в геометричните прекъсвания - острите ръбове на проводника, ъглите на фланеца и тройното съединение, където едновременно се срещат проводник, изолатор и въздух. В тези точки локалното електрическо поле може да надвиши средното поле в обема с коефициент 3-8× в зависимост от геометрията. За 12 kV стенна втулка с номинално средно поле от 2-3 kV/mm, локалното усилване на полето създава концентрации на напрежение от 6-24 kV/mm в геометричните прекъсвания - доста над праг на частичен разряд на въздуха1 (приблизително 3 kV/mm) и се доближава до праг на разтоварване на повърхността на епоксидна смола2 (приблизително 15-20 kV/mm).
Какво прави физически пръстенът за класификация:
Пръстенът за класификация увеличава ефективния радиус на кривина на високоволтовия електрод на границата между проводника и изолатора. Като заменя геометрията на острия ръб на проводника с тороидална повърхност с голям радиус, пръстенът разпределя еквипотенциалните линии, които се концентрират в острия ръб, върху много по-голяма повърхност. Резултатът е намаляване на пиковото локално напрежение на полето с фактор 2-5× на критичната граница - така максималното локално поле се понижава под прага на възникване на частичен разряд и се елиминира активността на короната, която в противен случай би инициирала прогресивно разрушаване на изолацията.
Основни технически параметри, свързани с функцията на пръстена за класификация:
- Номинално напрежение: 12 kV / 24 kV / 35 kV (в зависимост от приложението)
- Издръжливост на честотата на захранване: 42 kV (клас 12 kV) / 65 kV (клас 24 kV) / 95 kV (клас 35 kV)
- Издръжливост на импулси от мълнии: 75 kV / 125 kV / 170 kV
- PD Начално напрежение (без пръстен за класификация): Обикновено 0,8-1,0 × Un при геометрични прекъсвания
- PD Начално напрежение (с пръстен за правилно класиране): ≥ 1,5 × Un (проектна цел)
- Диаметър на тръбата на пръстена за класификация: 20-80 mm (в зависимост от напрежението и геометрията)
- Общ диаметър на пръстена за класификация: 100-400 мм (в зависимост от напрежението и геометрията)
- Материал: Алуминиева сплав 6061-T6 / Неръждаема стомана 316L
- Повърхностно покритие: Гладко полирани (Ra ≤ 1,6 μm) - от решаващо значение за ефективността на класификацията на място
- Стандарти: IEC 60137, IEC 60270, IEC 60099-8
Къде пръстените за класифициране са задължителни и къде - незадължителни:
- Задължително: Всички стенни втулки с номинално напрежение ≥ 24 kV; всички втулки 12 kV, монтирани в приложения за модернизация на мрежата с нива на повреда ≥ 20 kA; всички втулки с разстояние между проводника и фланца < 150 mm
- Препоръчва се: 12 kV втулки в приложения с висока честота на превключване (възобновяема енергия, промишлено управление на двигатели); всяка втулка, при която съседните заземени конструкции намаляват ефективното разстояние под проектния минимум
- По избор: 12 kV втулки в стандартни приложения за разпределение на комунални услуги с нормални разстояния и ниска честота на превключване
Кои са най-вредните инженерни заблуди за дизайна на пръстена за класификация?
Следните погрешни схващания са най-често срещаните в спецификациите на проектите за модернизация на мрежата, практиките за инсталиране и разследванията след повреда, включващи пръстени за класификация на стенни втулки. Всяко погрешно схващане е описано с неговия физически механизъм, последиците от повредата и правилното инженерно разбиране, което го заменя.
Заблуда 1 - “Пръстенът за класификация е стандартен - всеки пръстен с приблизително подходящ размер ще работи”
Това е най-разпространената и най-вредната заблуда. Инженерите, които третират градиращия пръстен като общ хардуерен елемент - избирайки само въз основа на съвместимостта с диаметъра на проводника - постоянно инсталират пръстени, които са геометрично неправилни за конкретната конструкция на втулката. Ефективността на преразпределението на полето на градиращия пръстен се определя от три взаимозависими геометрични параметъра: диаметър на тръбата (d), общ диаметър на пръстена (D) и аксиално положение спрямо интерфейса между проводника и изолатора. Тези три параметъра трябва да се оптимизират заедно чрез симулация на електрическото поле по метода на крайните елементи за конкретната геометрия на втулката, класа на напрежение и средата на монтаж. Пръстен с правилен D, но неправилен d, или с правилни d и D, но неправилно аксиално положение, може да осигури по-малко от 30% от намаляването на напрежението в полето на правилно определен пръстен - докато визуално изглежда идентичен с правилния дизайн.
- Последици от неуспеха: Остатъчна концентрация на полето над прага за започване на PD → прогресивна ерозия на изолацията → избухване в рамките на 2-5 години
- Правилно разбиране: Геометрията на пръстена е прецизен параметър на електрическото проектиране - посочете номера на втулката и класа на напрежение, а не само диаметъра на проводника.
Заблуда 2 - “По-големият пръстен за класификация винаги осигурява по-добра класификация на полето”
Инженерите, които разбират, че пръстените за сортиране намаляват концентрацията на полето, понякога стигат до заключението, че по-големият пръстен - с по-голям общ диаметър - винаги ще осигури по-добро сортиране на полето. Това е погрешно. Прекалено големият пръстен за класификация, разположен твърде близо до съседни заземени конструкции (фланец на стената, корпус на панела или заземен проводник на съседна фаза), създава капацитивен път на свързване между пръстена за високо напрежение и заземената конструкция, който концентрира напрежението на полето в края на заземената конструкция, вместо да го елиминира. Резултатът е усилване на полето в заземената конструкция, което може да надхвърли усилването на полето, което пръстенът е предназначен да елиминира в интерфейса на проводника - чист отрицателен резултат от прекалено големия пръстен.
- Последици от неуспеха: Усилване на полето в заземената конструкция → повърхностен разряд върху лицевата страна на стената или панела на оградата → проследяване и проблясване в заземената конструкция
- Правилно разбиране: Диаметърът на пръстена за класификация трябва да бъде оптимизиран за конкретната геометрия на инсталацията - минималното разстояние от повърхността на пръстена до всяка заземена структура трябва да бъде ≥ 1,5 × разстоянието между пръстена и проводника
Заблуда 3 - “Класификационните пръстени са необходими само при преносни напрежения - не и при 12 kV или 24 kV”
Това погрешно схващане е особено разпространено сред инженерите, чийто основен опит е в проектирането на разпределителни системи, където оборудването 12 kV исторически е било специфицирано без градиращи пръстени в стандартните приложения за комунални услуги. Това погрешно схващане не отчита специфичните условия на приложенията за модернизация на мрежата - по-високи нива на повреди, по-високи честоти на превключване, намалени разстояния при компактните конструкции на разпределителните устройства и близост на множество заземени конструкции в съвременните инсталации, прилежащи към ГИС - които повишават напрежението на местното поле на границата между проводниците над прага за започване на PD дори при 12 kV.
- Последици от неуспеха: Неоткрита активност на PD в интерфейса на проводника 12 kV → кумулативна ерозия на изолацията → повреда по време на първото събитие с голям магнитуд при услугата за модернизация на мрежата
- Правилно разбиране: Необходимостта от пръстен за класификация се определя от големината на напрежението в местното поле, а не само от класа на напрежението - изчислете пиковото местно поле на границата между проводниците за конкретната геометрия на инсталацията, преди да решите да пропуснете пръстена за класификация.
Заблуда 4 - “Повърхностната обработка на пръстена за класификация е козметична спецификация”
Повърхностното покритие на класификационния пръстен - специфицирано като Ra ≤ 1,6 μm (гладко полиран) в проектите, съответстващи на IEC - се разглежда от много инженери по снабдяването като козметично изискване или изискване за качество на външния вид, което може да бъде облекчено, за да се намалят разходите. Това е физически неправилно. Повърхностните грапавини на пръстена за класификация създават микромащабно усилване на полето в аспертите на повърхността - обработена повърхност с Ra = 6,3 μm има локални коефициенти на усилване на полето 2-4 пъти в отделните върхове на аспертите, достатъчни за иницииране на коронен разряд от самата повърхност на пръстена при работно напрежение. Короната от повърхността на градиращия пръстен е в разрез с цялото предназначение на пръстена - тя въвежда активността на PD, която е предназначена да елиминира.
- Последици от неуспеха: Корона на повърхността на пръстена → генериране на озон → ускорена деградация на епоксидната повърхност в съседство с пръстена → ескалация на PD → избухване
- Правилно разбиране: Ra ≤ 1,6 μm е функционално електрическо изискване, а не козметична спецификация - проверете качеството на повърхността с профилометрично измерване на доставените пръстени
Погрешно схващане 5 - “Веднъж монтиран, пръстенът за сортиране не изисква поддръжка или инспекция”
Пръстените за сортиране са метални компоненти, монтирани във външната или полувъншната среда на подстанцията. В промишлена и крайбрежна среда повърхността на пръстена развива корозия, отлагания от замърсяване и - при алуминиеви конструкции - натрупване на оксиден слой, който с течение на времето увеличава грапавостта на повърхността. Пръстен с Ra = 1,2 μm при монтажа може да има ефективно Ra = 4-8 μm след 5 години експлоатация на открито в крайбрежна промишлена среда - достатъчно, за да се инициира корона от повърхността на пръстена при работно напрежение. Освен това механичното разхлабване на апаратурата за монтиране на пръстена под въздействието на топлинни цикли и вибрации може да измести аксиалната позиция на пръстена от проектното му местоположение, намалявайки ефективността на класификацията на място.
- Последици от неуспеха: Прогресивна деградация на повърхността на пръстена → иницииране на корона от пръстена → ускорено стареене на изолацията на втулката
- Правилно разбиране: Класификационните пръстени изискват проверка на всеки 12-24 месеца - състоянието на повърхността, монтажният момент и аксиалната позиция трябва да бъдат проверени.
Погрешно схващане 6 - “Класификационните пръстени в двата края на втулката винаги са по-добри от един пръстен”
Някои инженери, които смятат, че концентрацията на полето се случва както в края на високоволтовата, така и в края на нисковолтовата втулка, определят градиращи пръстени в двата края. При стандартните стенни конструкции на втулките това е неправилно - нисковолтовият (заземен фланец) край на втулката вече е с потенциал на земя и разпределението на полето в този край е естествено степенувано от геометрията на самия фланец. Инсталирането на градиращ пръстен в заземения край въвежда допълнителен метален електрод с междинен потенциал, който може да създаде усилване на полето между пръстена и фланеца, вместо да го намали.
- Последици от неуспеха: Електрод с междинен потенциал в заземения край → усилване на полето между пръстена и фланеца → повърхностен разряд върху тялото на втулката между пръстена и фланеца
- Правилно разбиране: За стандартните стенни конструкции на втулките пръстените за класификация са определени само в края на проводника за високо напрежение - конфигурациите с два пръстена са приложими само за специфични конструкции на втулки с капацитивна класификация, когато производителят изрично ги определя.
Обобщение на въздействието на погрешното схващане
| Заблуда | Физическа грешка | Режим на неизправност | Време за провал |
|---|---|---|---|
| Общо оразмеряване на пръстена | Неправилна позиция d/D/ | PD → избухване | 2-5 години |
| По-големият винаги е по-добър | Усилване на полето на заземената структура | Следене на повърхността на стената | 1-3 години |
| Не е необходимо при 12-24 kV | Неоткрита PD на интерфейса на проводника | Превръщане в светкавица при събитие на повреда | 3-8 години |
| Повърхностното покритие е козметично | Корона на повърхността на пръстена | Разграждане на епоксидната смола | 2-4 години |
| Не се изисква поддръжка | Прогресивно разрушаване на повърхността | Ескалация на Corona | 5-10 години |
| Двойните пръстени винаги са по-добри | Повишаване на междинния потенциал на полето | Разтоварване на повърхността на тялото | 1-3 години |
История на клиента - проект за модернизиране на мрежата, Южна Азия:
Изпълнителят на EPC на национален мрежови оператор се свързва с Бепто Електрик, след като в рамките на 14 месеца след пускането в експлоатация на подстанция за модернизация на мрежата 24 kV преживява два случая на проблясване на стенни втулки. И двете повреди са настъпили на границата между проводника и изолатора на втулките, които са били специфицирани с градиращи пръстени - което е накарало екипа на проекта първоначално да заключи, че пръстените са дефектни. Разследването след повредата, проведено от техническия екип на Bepto, разкри истинската причина: градиращите пръстени са били доставени от общ доставчик на хардуер само въз основа на съвместимостта с диаметъра на проводника, без да се прави справка с геометричната спецификация на производителя на втулката. Монтираните пръстени са с правилен общ диаметър, но диаметърът на тръбата 40% е по-малък от специфицирания - осигурявайки недостатъчен радиус на кривина, за да се намали пиковото напрежение на полето под прага за започване на PD. Замяната с градиращи пръстени, специфицирани от Bepto и съответстващи на точната геометрия на втулката, елиминира всички повторни случаи през 32 месеца на последваща експлоатация на модернизацията на мрежата.
Как да изберете и определите правилно пръстените за сортиране за приложения за втулки за стени за надграждане на решетки?
Правилният избор на градиращ пръстен за приложения на стенни втулки за обновяване на мрежата изисква интегриране на геометрията на втулката, средата на инсталиране, класа на напрежение и съответствието със стандартите IEC в една съгласувана спецификация. Следната рамка осигурява цялостния процес на избор.
Стъпка 1: Определете дали е необходим пръстен за класификация
Приложете следните критерии за вземане на решение за всяка позиция на втулката в проекта за модернизация на мрежата:
- Клас на напрежение ≥ 24 kV: Пръстенът за оценяване е задължителен - без изключения
- Клас на напрежение 12 kV, ниво на повреда ≥ 20 kA: Силно препоръчителен пръстен за оценяване
- Клас на напрежение 12 kV, честота на превключване > 5 000 операции/година: Препоръчва се пръстен за класификация
- Разстояние между проводника и най-близко разположената заземена конструкция < 150 mm: Класификационен пръстен, задължителен независимо от класа на напрежението
- Компактна инсталация в съседство с GIS с намалено разстояние между фазите: Проведете симулация на полето по МКЕ, преди да вземете решение - не разчитайте на стандартни таблици за разстоянията
Стъпка 2: Посочете геометрията на пръстена за класификация чрез номера на втулката
Никога не определяйте пръстените за градиране независимо от конструкцията на втулката. Правилният процес на спецификация е:
- Изберете модела на втулката за стена за приложението (клас на напрежение, номинален ток, разстояние на преминаване, степен на защита IP)
- Поискайте номера на частта на пръстена за класификация на производителя за конкретния модел втулка
- Проверете симулацията на полето по МКЕ на производителя, потвърждаваща, че началното напрежение на PD е ≥ 1,5 × Un при инсталиран определен пръстен
- Посочете втулката и градиращия пръстен като съвместни комплекти - не допускайте замяна на градиращия пръстен от друг доставчик.
Стъпка 3: Проверка на изискванията за разстоянието между монтирания пръстен
Преди да финализирате позицията за монтаж на втулката, проверете:
| Параметър на клирънс | Минимална стойност | Последици от неспазване на изискванията |
|---|---|---|
| Повърхност на пръстена към заземената повърхност на стената | ≥ 1,5 × разстоянието между пръстена и проводника | Усилване на полето при стената → повърхностен разряд |
| Повърхност на пръстена към съседния фазов проводник | ≥ Просвет от фаза до фаза съгласно IEC 62271-1 | Риск от избухване от фаза до фаза |
| Повърхност на пръстена към стената на корпуса на панела | ≥ 100 mm (12 kV); ≥ 150 mm (24 kV) | Разтоварване на повърхността на корпуса |
| Повърхност на пръстена за връзка с шината | ≥ Фазово-земно разстояние съгласно IEC 62271-1 | Риск от прегаряне от шина до пръстен |
Стъпка 4: Проверка на финиша на повърхността и спецификацията на материала
Изисквайте следното в спецификацията за възлагане на поръчки за пръстени за класификация:
- Повърхностно покритие: Ra ≤ 1,6 μm - проверете със сертификата за измерване с профилометър върху доставените пръстени
- Материал: Алуминиева сплав 6061-T6 (стандартна) или неръждаема стомана 316L (крайбрежни/химични среди)
- Обработка на повърхността: Анодизиран (алуминий) или електрополиран (неръждаема стомана) - повишава устойчивостта на корозия, без да увеличава грапавостта на повърхността
- Обработка на ръбовете: Всички ръбове и ъгли са напълно заоблени - никъде по повърхността на пръстена няма остри ръбове.
- Монтажен хардуер: Крепежни елементи от неръждаема стомана с калибрирана спецификация на въртящия момент - алуминиеви крепежни елементи не са приемливи поради риск от корозия и задиране.
Стъпка 5: Изискване на документация за съответствие с IEC
| Документ | Стандартен | Какво да проверявате |
|---|---|---|
| Сертификат за изпитване на типа | iec 601374 | PD < 5 pC при 1,2 × Un с инсталиран пръстен за класификация |
| Доклад за симулация на полето с FEM | IEC 60137 Приложение | Пиково поле < праг на започване на PD при всички интерфейси |
| Сертификат за повърхностно покритие | ISO 4287 | Ra ≤ 1,6 μm, измерено на външната повърхност на пръстена |
| Сертификат за материал | ASTM B2095 / EN 573 | Потвърждаване на класа и температурата на сплавта |
| Доклад за проверка на размерите | Рисунка на производителя | d, D и аксиална позиция в рамките на ± 1 mm от спецификацията |
Кои грешки при монтажа и пускането в експлоатация водят до намаляване на ефективността на пръстена за класификация?
Правилно специфициран пръстен за класификация, който е неправилно монтиран, не осигурява значима полза за класификацията на полето, а в някои конфигурации неправилно монтираният пръстен създава по-лошо разпределение на полето, отколкото липсата на пръстен изобщо. Следният протокол за монтаж и пускане в експлоатация предотвратява най-често срещаните грешки при монтажа.
Контролен списък за проверка преди инсталиране
- Потвърдете номера на пръстена съответства на модела на втулката, която се монтира - отхвърлете всеки пръстен, който не може да бъде проследен до спецификацията на производителя на втулката за точно този модел втулка
- Проверка на повърхността на пръстена при подходящо осветление - да се отхвърлят всички пръстени с драскотини по повърхността, следи от обработка или корозия, които биха увеличили ефективната грапавост на повърхността над Ra 1,6 μm
- Проверка на геометрията на пръстена по чертежа на производителя - измерване на диаметъра на тръбата (d) и общия диаметър на пръстена (D) с калибрирани шублери - отхвърляне, ако някой от размерите е извън ± 1 mm от спецификацията
- Проверка на монтажния хардуер - проверка на крепежни елементи от неръждаема стомана, правилна форма на резбата и липса на повреди по резбата
- Измерване на разстоянията за монтаж преди монтажа на пръстена - потвърдете, че всички разстояния до заземените конструкции отговарят на минималните стойности от стъпка 3 по-горе
Процедура за инсталиране стъпка по стъпка
Стъпка 1: Аксиално позициониране
- Позиционирайте пръстена на определеното от производителя аксиално място спрямо интерфейса между проводника и изолатора - този размер е критичен и трябва да се провери с калибрирана линийка или дълбокомер.
- Максимално допустимо отклонение на аксиалната позиция: ± 2 mm от спецификацията на производителя
- Не оценявайте аксиалната позиция на око - измерете и запишете
Стъпка 2: Монтаж на пръстена
- Монтирайте монтажните скрепителни елементи първо със затягане на пръстите - проверете дали пръстенът е центриран върху проводника, преди да приложите въртящ момент.
- Завийте въртящия момент на монтажните скрепителни елементи според спецификацията на производителя с помощта на калибриран динамометричен ключ - обикновено 8-15 N-m за неръждаеми скрепителни елементи M8
- Нанесете маркер за проверка на въртящия момент върху всички глави на скрепителните елементи след окончателното потвърждаване на въртящия момент.
- Проверете концентричността на пръстена след затягане - пръстенът трябва да бъде центриран върху проводника в рамките на ± 1 мм.
Стъпка 3: Проверка на пропускателния режим след инсталацията
- Измерване и записване на всички разстояния от повърхността на пръстена до съседните заземени конструкции, когато пръстенът е в окончателно монтирано положение.
- Документиране на измерванията на клирънса в протокола за въвеждане в експлоатация - тези стойности са отправна точка за сравнение при бъдещи проверки
Стъпка 4: Тест за предварителна енергизация PD
- Извършване на измерване на частичен разряд на iec 602703 при 1,2 × Un преди включване на веригата за модернизация на мрежата
- Критерий за приемливост: PD < 5 pC (епоксидна втулка APG с правилно монтиран класификационен пръстен)
- PD > 10 pC при нова инсталация с пръстен за сортиране показва неправилна геометрия на пръстена, неправилна аксиална позиция или недостатъчно разстояние до заземена конструкция - изследвайте преди включване на захранването
Протокол за текуща поддръжка на инсталираните пръстени за сортиране
| Дейност по поддръжка | Интервал | Критерий за приемане | Действие при неуспех |
|---|---|---|---|
| Визуална проверка на повърхността | На всеки 12 месеца | Без корозия, питинг или повреди по повърхността | Почистете или сменете пръстена |
| Проверка на въртящия момент на монтиране | На всеки 24 месеца | В рамките на ± 10% от определения въртящ момент | Възстановяване на затягането според спецификацията |
| Измерване на аксиална позиция | На всеки 24 месеца | В рамките на ± 2 мм от определената позиция | Повторно позициониране и затягане |
| Измерване на разстоянието | На всеки 24 месеца | Всички разстояния ≥ минималните стойности | Проучване на структурното движение |
| Измерване на PD | На всеки 24 месеца | < 5 pC при 1,2 × Un | Изследване на състоянието и позицията на пръстена |
| Оценка на грапавостта на повърхността | На всеки 5 години | Ra ≤ 3,2 μm (граница в експлоатация) | Заменете пръстена, ако Ra > 3,2 μm |
Критични грешки при инсталирането, които намаляват ефективността на пръстена за класификация
- Монтиране на пръстена в осева позиция, която се оценява на око, а не се измерва: Грешка от 5 мм в аксиалната позиция може да намали ефективността на класификацията на полето с 40-60% - винаги измервайте и записвайте аксиалната позиция спрямо размера, посочен от производителя.
- Допускане на отлагане на боя, уплътнител или замърсяване върху повърхността на пръстена по време на монтажа: Всяко покритие върху повърхността на пръстена, което увеличава ефективната грапавост на повърхността над Ra 1,6 μm, инициира корона от пръстена - маскирайте повърхността на пръстена по време на всякакви операции по боядисване или уплътняване в близост.
- Затягане на скрепителните елементи за монтаж на пръстена с помощта на гайковерт: Ударното затягане създава неравномерна сила на затягане, която променя концентричността на пръстена - винаги използвайте калибриран динамометричен ключ за монтиране на пръстена.
- Пропускане на предварителното изпитване на PD след монтиране на пръстена: Тестът PD е единственото измерване при въвеждане в експлоатация, което пряко потвърждава правилното функциониране на пръстена за класификация - пропускането му означава, че първият признак за неправилна инсталация ще бъде повреда на място.
Заключение
Капацитивните градиращи пръстени са прецизни електрически компоненти, чиято производителност се определя от геометрията, обработката на повърхността, аксиалното положение и монтажния просвет - не от размера, външния вид или от самия факт на присъствието им върху втулката. Погрешните схващания, които инженерите пренасят в проектите за модернизация на мрежата - третиране на пръстените като общ хардуер, приемане, че по-големият винаги е по-добър, вярване, че повърхностното покритие е козметично, и пропускане на проверката на PD след инсталиране - са пряка причина за преждевременни повреди на стенните втулки в инфраструктурата на мрежата, която е била специфицирана и инсталирана добросъвестно. В Bepto Electric всяка стенна втулка, която доставяме за приложения за модернизация на мрежата, се доставя като съвпадащ комплект втулка и пръстен за класификация, с потвърждение за полева симулация по FEM, сертификат за изпитване на типа по IEC 60137, документация за повърхностното покритие и пълни указания за монтаж - защото пръстен за класификация, който не е правилно определен, правилно инсталиран и правилно поддържан, не осигурява защитата от дъга, която инфраструктурата за модернизация на мрежата изисква.
Често задавани въпроси относно дизайна на пръстена за капацитивно класифициране за приложения за обновяване на стенни втулки
Въпрос: При какъв клас напрежение капацитивният пръстен за класификация става задължителен за инсталации на стенни втулки в подстанции за модернизация на мрежи средно напрежение?
A: Градиращите пръстени са задължителни за всички инсталации на стенни втулки при напрежение 24 kV и по-високо. При 12 kV класификационните пръстени са задължителни, когато нивата на повредите надвишават 20 kA, когато разстоянието между проводника и заземената конструкция е по-малко от 150 mm или когато честотата на превключване надхвърля 5000 операции годишно - условия, които са често срещани при приложения за модернизация на мрежата, дори при нива на разпределително напрежение.
В: Защо диаметърът на тръбата на пръстена за класификация е толкова важен, колкото общият диаметър на пръстена за правилното класифициране на електрическото поле на стенна втулка?
A: Диаметърът на тръбата определя радиуса на кривина на повърхността на пръстена - параметър, който пряко контролира пиковото локално електрическо поле на повърхността на пръстена. Пръстен с правилен общ диаметър, но с недостатъчен диаметър на тръбата, има повърхност с малък радиус, която концентрира напрежението на полето, вместо да го разпределя, и потенциално може да инициира корона от самия пръстен. Както диаметърът на тръбата, така и общият диаметър трябва да съответстват на спецификацията на производителя за конкретната конструкция на втулката.
Въпрос: Кое ниво на частичен разряд след инсталиране потвърждава, че пръстенът за градиране е правилно позициониран и изпълнява проектираната си функция за градиране на полето върху втулка за надграждане на стената на мрежата?
A: PD < 5 pC при 1,2 × Un по IEC 60270 потвърждава правилното функциониране на пръстена за класификация върху втулка с епоксидна стена APG. PD над 10 pC при нова инсталация с монтиран градиращ пръстен показва неправилна геометрия на пръстена, неправилно аксиално положение или недостатъчно разстояние до съседна заземена конструкция - всички те изискват изследване и корекция преди включване под напрежение.
Въпрос: Как грапавостта на повърхността на градиращия пръстен влияе върху работата на стенната втулка и каква е максимално допустимата стойност на Ra за градиращ пръстен в приложение за обновяване на мрежата?
A: Повърхностната грапавост създава микромащабно усилване на полето в асперитите на повърхността на пръстена. Ra > 1,6 μm въвежда локално напрежение на полето, достатъчно за иницииране на коронен разряд от повърхността на пръстена при работно напрежение - генериране на озон, който ускорява разграждането на епоксидната смола и въвежда активността на PD, която пръстенът е проектиран да елиминира. Ra ≤ 1,6 μm е задължителната спецификация за нови пръстени за класификация; Ra ≤ 3,2 μm е максимално приемливата стойност при експлоатация, преди да се наложи подмяна на пръстена.
Въпрос: Правилно ли е да се посочат пръстени за сортиране в двата края на високоволтовата и нисковолтовата втулка за стена, за да се подобри производителността на сортиране в полето при приложение за модернизиране на мрежата?
A: Не - при стандартните конструкции на стенни втулки пръстените за класификация са определени само в края на проводника за високо напрежение. Краят на ниско напрежение (заземен фланец) вече е на потенциала на земята и разпределението на полето му се управлява от геометрията на фланеца. Инсталирането на пръстен в заземения край въвежда електрод с междинен потенциал, който създава усилване на полето между пръстена и фланеца, вместо да го намалява. Конфигурациите с два пръстена се прилагат само за специфични конструкции на втулки с капацитивна градация, когато производителят изрично ги посочва.
-
“Диелектрична якост”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength. Статия в Уикипедия, в която подробно е описано пробивното напрежение на различни изолационни материали, включително въздух. Evidence role: general_support; Source type: research. Подкрепя: праг на зараждане на частичен разряд на въздуха. ↩ -
“Характеристики на повърхностния разряд на епоксидна смола”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/7444654. Изследвания на IEEE върху характеристиките на възпламеняване на твърди диелектрици. Роля на доказателство: механизъм; Тип източник: изследване. Поддържа: праг на повърхностен разряд на епоксидна смола. ↩ -
“IEC 60270:2000 Техники за изпитване с високо напрежение - Измервания на частични разряди”,
https://webstore.iec.ch/publication/1218. Базовата спецификация за измерване на PD в електрически апарати. Evidence role: general_support; Source type: standard. Поддържа: iec 60270. ↩ -
“IEC 60137:2017 Изолирани втулки за променливи напрежения над 1000 V”,
https://webstore.iec.ch/publication/5961. Изчерпателен международен стандарт за високоволтови втулки. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепа: iec 60137. ↩ -
“ASTM B209 - Стандартна спецификация за листове и плочи от алуминий и алуминиеви сплави”,
https://www.astm.org/b0209-14.html. Технически спецификации за алуминиеви сплави, използвани в електрическия хардуер. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепа: ASTM B209. ↩