Разстоянието на преминаване е един от най-съществените и най-често погрешно разбирани параметри на проектиране в корпусите на разпределителните устройства за високо напрежение. Когато инженерите определят или оценяват сглобките на контактните кутии за въздушно изолирани разпределителни табла, грешките в разстоянието на пълзене рядко са очевидни на етапа на проектиране. Те се проявяват по-късно, като събития, свързани с проследяване на повърхността, ескалация на частичен разряд или инциденти, свързани със светкавична дъга, които застрашават както надеждността на оборудването, така и безопасността на персонала.
Неправилното определяне на разстоянието на приплъзване в корпуса на контактната кутия не е незначителен проблем с допустимите отклонения - това е систематичен пропуск в проектирането, който подкопава защитата от дъга, ускорява деградацията на изолацията и може да направи инвестицията в обновяване на мрежата несъвместима със стандартите на IEC още от първия ден.
В тази статия се разглеждат най-често срещаните погрешни схващания на инженерите за разстоянията на преминаване в корпусите на контактните кутии, обясняват се инженерните принципи, които стоят зад правилната спецификация, и се предоставя структурирана рамка за избор на приложения за въздушно изолирани комутационни апарати за високо напрежение.
Съдържание
- Какво е разстоянието на пресичане и защо е важно при корпусите с контактни кутии?
- Какви са най-често срещаните инженерни заблуди относно разстоянието на приплъзване?
- Как проектите за модернизация на мрежата променят изискванията за разстоянието между отделните елементи?
- Как инженерите трябва да изберат правилното разстояние на приплъзване за защита от дъга и надеждност?
- ЧЕСТО ЗАДАВАНИ ВЪПРОСИ
Какво е разстоянието на пресичане и защо е важно при корпусите с контактни кутии?
Разстоянието на провлачване се определя като най-краткия път по повърхността на твърд изолационен материал между две проводими части.1. В контекста на въздушноизолираните контактни кутии на разпределителните устройства това е повърхностното разстояние, измерено по протежение на корпуса от епоксидна смола, между контактния възел под напрежение и най-близката заземена метална конструкция или съседен фазов проводник.
За разлика от разстоянието на преминаване, което се измерва чрез въздуха, разстоянието на преминаване определя риска от проследяване на повърхността: разстоянието на преминаване се измерва чрез прогресивно карбонизиране на изолационната повърхност, причинено от изтичане на ток по замърсени или наситени с влага пътища2. След като се образува канал за проследяване, той осигурява път с ниско съпротивление за нарастващ ток на утечка, което в крайна сметка води до прегаряне или дъгова повреда.
В корпусите на контактните кутии разстоянието на прекъсване е от решаващо значение по три причини:
- Натрупване на замърсяване: Прах, влага и проводящи замърсители се отлагат върху епоксидната повърхност с течение на времето, като намаляват ефективното повърхностно съпротивление и понижават напрежението, при което се инициира проследяване.
- Целостта на защитата от дъга: Недостатъчното разстояние за преминаване е основният инициатор на вътрешни дъгови повреди в корпусите на разпределителните устройства - събития, които съгласно приложение А към стандарта IEC-62271-200 се класифицират като най-сериозния начин на повреда в разпределителните устройства с метална обвивка.
- Концентрация на напрежение при високо напрежение: При напрежения над 24 kV градиентът на електрическото поле по повърхността на контактната кутия става достатъчен, за да инициира частичен разряд в неравностите на повърхността - предвестник на пълно разрушаване на проследяването
Управляващият стандарт за спецификация на разстоянието на пресичане при оборудване с високо напрежение е iec-60664-1, който определя минимални разстояния на пресичане въз основа на номиналното напрежение, степента на замърсяване и групата материали. За контактните кутии на комутационните апарати IEC 62271-1 и IEC 62271-200 се позовават на тези стойности като задължителни минимални стойности за проектиране.
Какви са най-често срещаните инженерни заблуди относно разстоянието на приплъзване?
Опитът в полеви условия и одитите на прегледите на проектите постоянно разкриват едни и същи категории грешки в разстоянието на приплъзване в инженерните екипи - от младши проектанти до опитни инженери по спецификациите на разпределителните устройства.
Погрешно схващане 1: Просвет и разстояние са взаимозаменяеми
Най-основната грешка е разглеждането на разстоянието на хлабина и разстоянието на провисване като еквивалентни параметри. Инженерите, които проверяват въздушния просвет между контактната кутия и заземените стени на корпуса и приемат, че разстоянието между тях е автоматично изпълнено, обикновено създават несъответстващи проекти.
Просветът определя импулсната издръжливост и диелектричната якост на мощната честота във въздуха. Просветът определя съпротивлението на проследяване на повърхността при продължително напрежение в замърсени условия. Една контактна кутия може едновременно да има напълно съвместим въздушен просвет и критично недостатъчно разстояние за преминаване - особено при компактни корпуси, където епоксидният повърхностен път следва сложен геометричен маршрут.
Погрешно схващане 2: Степента на замърсяване 2 винаги е правилното предположение
IEC 60664-1 дефинира четири степени на замърсяване3. Много инженери избират по подразбиране степен на замърсяване 2 (непроводимо замърсяване, случайна кондензация) за всички приложения на разпределителни устройства на закрито, без да оценяват действителната среда на инсталацията.
Контактни кутии, монтирани в:
- Крайбрежни подстанции с въздух, натоварен със сол → Степен на замърсяване 3
- Промишлени съоръжения с тоководещ прах → Степен на замърсяване 3 или 4
- Инсталации за обновяване на мрежата в съществуващи замърсени разпределителни помещения → Степен на замърсяване 3
Прилагането на стойностите за пълзящо разстояние от степен на замърсяване 2 в среда със степен на замърсяване 3 намалява ефективния марж на безопасност с 30-50%, което директно увеличава риска от защита от дъга.
Заблуда 3: Минималните стойности на производителя са цели на дизайна
Стойностите на IEC и на производителя за минимално разстояние на пълзене представляват праг, под който конструкцията не отговаря на изискванията, а не оптималната точка на конструкцията. Инженерите, които определят контактни кутии с точно минималното разстояние на провлачване, оставят нулев резерв за:
- Вариации на производствения толеранс (обикновено ±2-3% за размерите на епоксидните форми)
- Натрупване на повърхностни замърсявания по време на експлоатационния цикъл
- Преходни процеси на напрежение по време на превключване на мрежата, които временно повишават напрежението на повърхността
При надеждната конструкция се прилага минимален 25% марж над минималното разстояние на пълзене по IEC за определената степен на замърсяване и клас на напрежение.
Грешно схващане 4: Дължината на пътя на промъкване е равна на разстоянието до повърхността по права линия
Инженерите често измерват разстоянието на приплъзване като разстоянието по права линия на повърхността между две точки на контактната кутия, като пренебрегват геометричната сложност на действителния път на повърхността. IEC 60664-1 определя специфични правила за измерване на прехода през канали, ребра и вдлъбнатини:
- По-тесни от 1 mm канали се прескачат при измерването на прехода - пътят прескача през тях
- Ребрата и преградите увеличават пътя на пълзене само ако отговарят на минималните изисквания за височина и геометрия.
- Паралелните пътища на повърхността се оценяват независимо - най-краткият път определя съответствието
Пренебрегването на тези правила за измерване води до надценяване на ефективното разстояние на пълзене с 15-40% при геометрии с оребрени или вдлъбнатини на контактната кутия - систематична неконсервативност, която е невидима, докато не започне проследяването на повърхността.
Погрешно схващане 5: Промените в класа на напрежението при обновяване на мрежата не изискват преоценка на пълзящото разстояние
Когато съществуващите разпределителни уредби се модернизират от 12 kV на 24 kV или от 24 kV на 36 kV като част от програмите за модернизация на мрежата, инженерите понякога запазват оригиналната спецификация на контактната кутия. Това е критична грешка.
Изискванията за разстоянието на приплъзване се увеличават нелинейно с напрежението. На минималното разстояние на пълзене за система 36 kV в степен на замърсяване 3 е приблизително 2,4 пъти по-голямо от стойността, изисквана за система 12 kV4 в същата среда. Запазването на контактни кутии с номинално напрежение 12 kV при модернизация за 36 kV е пряка повреда на дъговата защита, която чака да се случи.
Обобщение на често срещаните погрешни схващания
| Заблуда | Действително изискване | Риск при пренебрегване |
|---|---|---|
| Свободно пространство = Пълзене | Измерване на пътя на повърхността съгласно IEC 60664-1 | Следене на повърхността, повреда на дъгата |
| Винаги използвайте степен на замърсяване 2 | Оценка на действителния клас на замърсяване на обекта | 30-50% намален марж на безопасност |
| Минимална стойност = проектна цел | Прилагане на марж ≥25% над минималния IEC | Нулева толерантност към стареене или преходни процеси |
| Праволинейна повърхност = проход | Прилагане на правилата на IEC за измерване на жлебове/ребра | 15-40% надценяване на пълзящото разстояние |
| Надграждането на напрежението не се нуждае от преоценка | Преизчисляване на пълзящото разстояние за нов клас напрежение | Несъответствие с изискванията за защита от дъга |
Как проектите за модернизация на мрежата променят изискванията за разстоянието между отделните елементи?
Програмите за модернизация на мрежата, които се дължат на интегрирането на възобновяемата енергия, нарастването на натоварването и подмяната на остарялата инфраструктура, са сред най-рисковите сценарии за неспазване на разстоянието на пълзене. Комбинацията от ескалация на класа на напрежението, съществуваща замърсена среда и времеви натиск създава условия, при които е най-вероятно да възникнат грешки в разстоянието на пълзене, а отстраняването им е най-скъпо.
Въздействие на ескалацията на класа на напрежението
Минималното разстояние за преминаване по IEC 60664-1 се променя в зависимост от напрежението между фазите на системата. Когато една разпределителна мрежа се модернизира от 11 kV на 33 kV, необходимото разстояние на преминаване за степен на замърсяване 3, материална група IIIa (стандартна епоксидна смола) се увеличава от приблизително 14 mm на 36 mm - увеличение от 157%, което не може да бъде съобразено с първоначалната геометрия на контактната кутия.
Инженерите, които специфицират контактни кутии за проекти за модернизация на мрежата, трябва да:
- Преизчисляване на изискванията за пълзящо преминаване от първи принципи, като се използва новото напрежение на системата
- Уверете се, че геометрията на контактната кутия за замяна осигурява необходимия път на провлачване, а не само необходимия въздушен просвет.
- Потвърждаване на класификацията на степента на замърсяване за обновената среда на инсталацията, която може да се е влошила след първоначалното инсталиране
Съществуващи ограничения на геометрията на корпуса
Проектите за модернизация на мрежата често включват инсталиране на нови контактни кутии в съществуващи рамки на табла, предназначени за по-ниски класове напрежение. Геометрията на корпуса - монтажни позиции, междуфазни разстояния и разстояния между корпуса и рамката - е оптимизирана за първоначалния клас на напрежение. Инсталирането на контактна кутия за по-високо напрежение с по-големи физически размери в тази ограничена геометрия може по невнимание да намали разстоянията за преминаване към съседните метални конструкции под новите минимални изисквания.
Прекласификация на защитата от дъга
IEC 62271-200 класифицира вътрешната дъгова защита в категории за достъпност (A, B, C) и съответно определя изискванията за издръжливост на дъгова повреда. Модернизация на мрежата, която увеличава наличния ток на повреда - както често се случва при свързване към преносна мрежа с по-голям капацитет - може да изисква прекласифициране на категорията на дъгозащита, което от своя страна налага по-строги изисквания за разстоянието на проход за всички изолационни компоненти в корпуса, включително контактната кутия.
Как инженерите трябва да изберат правилното разстояние на приплъзване за защита от дъга и надеждност?
Структурираният процес на подбор елиминира погрешните схващания, посочени по-горе, и води до спецификация на контактната кутия, която е съвместима, надеждна и с подходящ марж за целия жизнен цикъл на услугата.
Определяне на класа на напрежение на системата
Определете номиналното напрежение (Ur) на разпределителната уредба - не номиналното напрежение на мрежата. За проекти за модернизация на мрежата използвайте класа на напрежението след модернизацията. Удостоверете дали системата е ефективно заземена или изолирана с нулево напрежение, тъй като това влияе на напрежението между фазите и земята, използвано при изчисленията на пълзящото разстояние.Класифициране на степента на замърсяване на инсталацията
Извършете оценка на обекта съгласно IEC 60664-1, клауза 6.1. Документирайте източниците на замърсяване на околната среда, нивата на влажност и близостта до промишлени процеси. Присвоете степен на замърсяване 2, 3 или 4 въз основа на измерените условия - не приемайте степен на замърсяване 2 без проверка.Идентифициране на група епоксидни материали
IEC 60664-1 класифицира изолационните материали в групи I, II, IIIa и IIIb въз основа на техния сравнителен индекс на проследяване (CTI). Стандартните епоксидни смоли за разпределителни устройства обикновено попадат в материална група II (CTI 400-600) или материална група IIIa (CTI 175-400).5. Материалите с по-високо CTI позволяват по-къси разстояния на пълзене - проверете групата на материала на определената контактна кутия със сертификата за изпитване на CTI на производителя съгласно IEC-60112.Изчисляване на минималното разстояние на приплъзване
Като използвате таблица F.4 на IEC 60664-1 (за оборудване с високо напрежение), определете минималното разстояние на пълзене за комбинацията от номинално напрежение, степен на замърсяване и група материали. Приложете инженерен марж 25% над тази минимална стойност като целева стойност на спецификацията.Проверка на геометричния път на пълзене
Поискайте от производителя чертежа с размерите на контактната кутия. Измерване на действителния път на пълзене по епоксидната повърхност, като се използват правилата за измерване по IEC 60664-1 и се отчитат жлебовете, ребрата и вдлъбнатините. Потвърдете, че измереното трасе отговаря или надвишава целевата стойност на спецификацията.Потвърждаване на съответствието със защитата от дъга
Уверете се, че избраната контактна кутия е включена в типово тестван комплект разпределително устройство съгласно приложение А към IEC 62271-200 за класификация на вътрешната дъга. Съответствието с изискванията за защита от дъга изисква целият комплект - а не изолираната контактна кутия - да бъде изпитан при номиналния ток на дъгова повреда и продължителност.Документиране и преглед
Запишете всички изчисления на пълзящото преминаване, оценки на степента на замърсяване, сертификати за групите материали и измервания за геометрична проверка в проектното досие. За проектите за модернизация на мрежата включете официален запис за повторна оценка на пълзящото преминаване, в който се сравняват първоначалните и модернизираните изисквания за клас на напрежение.
Заключение
Грешките, свързани с разстоянието на приплъзване в корпусите на контактните кутии, са систематични, предвидими и предотвратими - но само когато инженерите надхвърлят петте най-често срещани погрешни схващания и прилагат структуриран процес на избор, съобразен с IEC. Особено при проектите за модернизация на мрежата комбинацията от повишаване на класа на напрежението и съществуващата замърсена среда прави стриктната преоценка на пълзящото разстояние задължителна. В Bepto Electric нашите контактни кутии са проектирани с оптимизирана геометрия на пълзене, епоксидни формули с високо съдържание на CTI и пълно изпитване на типа защита от дъга по IEC 62271-200 - което дава на инженерите проверените данни за експлоатационните характеристики, необходими за уверено определяне на типа.
Често задавани въпроси относно разстоянието на приплъзване в корпусите на контактните кутии
Въпрос: Каква е разликата между разстоянието между контактите и разстоянието между тях в корпуса на контактната кутия?
О: Просветът е най-краткият път през въздуха между два проводника, който определя издръжливостта на импулсите. Преходът е най-краткият път по повърхността на изолацията, който определя съпротивлението при проследяване. И двете трябва да бъдат проверени независимо - съответният клиренс не гарантира съответствие на пълзящото разстояние.
Въпрос: Кой стандарт на IEC определя минималните разстояния на прекъсване за приложения на контактни кутии за високо напрежение?
О: IEC 60664-1 определя минимални разстояния на пресичане в зависимост от напрежението, степента на замърсяване и групата материали. IEC 62271-1 и IEC 62271-200 се позовават на тези стойности като задължителни минимални стойности за проектиране на контактни кутии на разпределителни устройства и за изпитване на типа.
В: Как степента на замърсяване влияе върху изискванията за разстоянието между контактите?
О: Преминаването от степен на замърсяване 2 към степен на замърсяване 3 увеличава изискваното минимално разстояние на пълзене с 30-50% за същия клас напрежение. Промишлените обекти и обектите за модернизация на крайбрежната мрежа трябва да бъдат оценени за действителната степен на замърсяване - задаването по подразбиране на степен на замърсяване 2 в замърсена среда е критична грешка в спецификацията.
Въпрос: Променят ли се изискванията за разстоянието на преминаване при модернизиране на разпределителните устройства от 12 kV на 36 kV?
О: Да - значително. Минималното разстояние на пълзене по IEC за 36 kV при степен на замърсяване 3 е приблизително 2,4 пъти по-голямо от изискваното за 12 kV. Проектите за модернизация на мрежата трябва да преизчислят предпазното разстояние от първите принципи, като използват новия клас напрежение, и да преоценят геометрията на контактната кутия за съответствие.
Въпрос: Какъв инженерен марж трябва да се приложи над минималното разстояние на приплъзване по IEC?
О: Приложете минимален марж 25% над минималната стойност по IEC. Този марж се съобразява с производствените толеранси, натрупването на повърхностно замърсяване по време на експлоатационния цикъл и преходните процеси на напрежение по време на превключването на мрежата, които временно повишават електрическото напрежение на повърхността.
-
“Електрическа изолация”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_insulation. Обяснява основополагащото определение на разстоянието на пълзене по изолационна повърхност. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: Дефинира разстоянието на пълзене като най-краткия път по повърхността между две проводящи части. ↩ -
“Проследяване на повърхността в изолатори за високо напрежение”,
https://electricalacademia.com/high-voltage/surface-tracking-high-voltage-insulators/. Описва механизма на проследяване чрез карбонизация, причинена от токове на утечка. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: Подробно описва как прогресивната карбонизация води до проследяване по замърсени пътища. ↩ -
“Координация на изолацията”,
https://www.nema.org/standards/view/insulation-coordination. Предоставя стандартните класификации за замърсяване на околната среда, използвани при проектирането на разпределителни устройства. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепя: Потвърждава четирите различни степени на замърсяване, определени от IEC 60664-1. ↩ -
“Разстояние и просвет”,
https://www.electrical-engineering-portal.com/creepage-distance-and-clearance. Анализира как изискванията за разстоянието на пресичане се увеличават с нарастването на напрежението на системата. Роля на доказателството: статистическо; Тип на източника: индустрия. Поддържа: Количествено изразява 2,4-кратното увеличение на изискваното минимално разстояние на пресичане от 12 kV до 36 kV. ↩ -
“Електроизолационни системи”,
https://www.ul.com/services/electrical-insulation-systems-eis. Подробности за сравнителните оценки на индекса на проследяване за различните групи изолационни материали. Роля на доказателството: статистика; Тип на източника: индустрия. Подкрепя: - Връзката между двата вида изолационни материали е в рамките на една година: Утвърждава диапазона на CTI, характерен за стандартните епоксидни смоли за разпределителни устройства. ↩
