Συνήθη λάθη κατά τον προσδιορισμό στοιχείων μόνωσης για ερμάρια

Εισαγωγή

Ο προσδιορισμός των στοιχείων μόνωσης για τα ερμάρια διακοπτών υψηλής τάσης ακούγεται απλός - μέχρις ότου ένας υποσταθμός τεθεί εκτός λειτουργίας έξι μήνες μετά τη θέση σε λειτουργία. Η βασική αιτία δεν είναι σχεδόν ποτέ ο πρωτογενής εξοπλισμός- είναι σχεδόν πάντα τα εξαρτήματα μόνωσης που κανείς δεν εξέτασε προσεκτικά κατά τη διάρκεια της προμήθειας.

Τα αξεσουάρ των εναέριων μονωτήρων - συμπεριλαμβανομένων των μονωτήρων στήριξης δοκών διανομής, των φραγμάτων φάσης, των προστατευτικών τόξου και των εξαρτημάτων στεγανοποίησης καλωδίων - καθορίζουν το περίβλημα ηλεκτρικής ασφάλειας κάθε ερμάριο. Ωστόσο, οι ομάδες προμηθειών εφαρμόζουν συνήθως λάθος κριτήρια επιλογής, παραλείπουν κρίσιμες πιστοποιήσεις IEC ή υποτιμούν τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις του υποσταθμού-στόχου.

Η σωστή προδιαγραφή των εξαρτημάτων μόνωσης δεν είναι προαιρετική - είναι το θεμέλιο της ασφάλειας και της μακροπρόθεσμης αξιοπιστίας των γραφείων. Αυτός ο οδηγός επιλογής εξετάζει τα τέσσερα πιο επιζήμια λάθη που κάνουν οι μηχανικοί και πώς να αποφύγετε το καθένα από αυτά.

Πίνακας περιεχομένων

• Για ποια στοιχεία μόνωσης μιλάμε στα ερμάρια με μόνωση αέρα;
• Ποια σφάλματα τεχνικών προδιαγραφών προκαλούν συχνότερα βλάβες υψηλής τάσης;
• Πώς επηρεάζει το περιβάλλον του υποσταθμού την επιλογή στοιχείων μόνωσης;
• Πώς μπορούν οι μηχανικοί να δημιουργήσουν μια ασφαλέστερη διαδικασία επιλογής εξαρτημάτων μόνωσης;
• ΣΥΧΝΈΣ ΕΡΩΤΉΣΕΙΣ

Για ποια στοιχεία μόνωσης μιλάμε στα ερμάρια με μόνωση αέρα;

Πριν από τη διάγνωση των λαθών των προδιαγραφών, είναι σημαντικό να καθοριστεί το πεδίο εφαρμογής. Στα ερμάρια εναέριου μονωτήρα, τα εξαρτήματα μόνωσης είναι τα πολυμερή και σύνθετα εξαρτήματα που διαχωρίζουν, στηρίζουν και προστατεύουν τους αγωγούς υπό τάση από τη γειωμένη μεταλλική κατασκευή και τις παρακείμενες φάσεις.

Τα κύρια εξαρτήματα μόνωσης σε ένα ερμάριο υψηλής τάσης περιλαμβάνουν:

• Μονωτήρες στήριξης δοκών μεταφοράς - συγκρατούν τις δοκούς μεταφοράς σε σταθερές αποστάσεις, διατηρώντας το διάκενο φάσης-φάσης και φάσης-γης
• Φράγματα φάσης και ασπίδες τόξου - αποτρέπουν την ανάφλεξη μεταξύ φάσεων και περιορίζουν την ενέργεια τόξου κατά τη διάρκεια σφαλμάτων
• Μανδύες και μπότες τερματισμού καλωδίων - μονώνουν τα εκτεθειμένα άκρα των αγωγών στα σημεία εισόδου του καλωδίου
• Υποστηρίγματα μόνωσης μετασχηματιστών οργάνων - απομονώστε τους πρωτεύοντες ακροδέκτες CT και VT από τη δομή του γραφείου
• Μονωτικά πάνελ κλείστρου - διατηρούν την απομόνωση ασφαλείας όταν η αποσυρόμενη μονάδα είναι έξω από το ράφι

Κάθε εξάρτημα εξυπηρετεί μια ξεχωριστή ηλεκτρική και μηχανική λειτουργία. Το IEC 62271-200 ορίζει το φάκελο επιδόσεων για τα εν λόγω εξαρτήματα εντός μεταλλικών κλειστών διακοπτών εναλλασσόμενου ρεύματος.¹, συμπεριλαμβανομένων των απαιτήσεων διηλεκτρικής αντοχής, μηχανικής αντοχής σε βραχυκύκλωμα και θερμικής αντοχής.

Κρίσιμο είναι ότι, σε μια αερομονωμένη κατασκευή, δεν υπάρχει μονωτικό αέριο ή υγρό για να αντισταθμίσει τις ελλείψεις των εξαρτημάτων. Κάθε χιλιοστό ερπυσμού και διακένου εξαρτάται αποκλειστικά από τη γεωμετρία και την ακεραιότητα των υλικών αυτών των εξαρτημάτων.

Λάθος #1 Προεπισκόπηση: Πολλοί μηχανικοί καθορίζουν τα εξαρτήματα μόνωσης ως μια ενιαία γενική κατηγορία, χωρίς να κάνουν διάκριση μεταξύ των εξαρτημάτων που αντιμετωπίζουν συνεχή καταπόνηση τάσης σε σχέση με εκείνα που λειτουργούν μόνο κατά τη διάρκεια σφαλμάτων ή διακοπτικών συμβάντων.

Ποια σφάλματα τεχνικών προδιαγραφών προκαλούν συχνότερα βλάβες υψηλής τάσης;

Τα σφάλματα τεχνικών προδιαγραφών είναι η κύρια αιτία πρόωρης αποτυχίας της μόνωσης σε ερμάρια υψηλής τάσης. Αυτά τα λάθη είναι συστηματικά - επαναλαμβάνονται σε όλα τα έργα επειδή ενσωματώνονται σε ελαττωματικά πρότυπα προμηθειών.

Λάθος #1 - Καθορισμός μόνο με βάση την ονομαστική τάση

Η ονομαστική τάση είναι απαραίτητη αλλά ανεπαρκής. Ένας μονωτήρας στήριξης ράβδων μπορεί να είναι εντελώς ακατάλληλος για έναν υποσταθμό 12 kV σε μια παράκτια βιομηχανική ζώνη, εάν η απόσταση ερπυσμού του δεν λαμβάνει υπόψη τις συνθήκες βαθμού ρύπανσης 3 ή 4.

Το IEC 60664-1 ορίζει τέσσερις βαθμούς ρύπανσης². Η απαιτούμενη ελάχιστη απόσταση ερπυσμού κλιμακώνεται σημαντικά:

Κατηγορία τάσης	Βαθμός ρύπανσης 2	Βαθμός ρύπανσης 3	Βαθμός ρύπανσης 4
12 kV	80 mm	125 mm	200 mm
24 kV	160 mm	250 mm	400 mm
40,5 kV	270 mm	420 mm	670 mm

Ο προσδιορισμός ενός μονωτήρα 12 kV με 85 mm ερπυσμού για έναν υποσταθμό Pollution Degree 3 αφήνει ένα έλλειμμα 40 mm - αόρατο σε ένα φύλλο δεδομένων, καταστροφικό στο πεδίο.

Λάθος #2 - Αγνόηση της ταξινόμησης υλικού CTI

Ο συγκριτικός δείκτης παρακολούθησης (CTI) προσδιορίζει πόσο ανθεκτικό είναι ένα μονωτικό υλικό στην επιφανειακή παρακολούθηση υπό μόλυνση.³. Το IEC 60112 ταξινομεί τα υλικά σε τέσσερις ομάδες:

• Ομάδα I: CTI ≥ 600 - υψηλότερη αντοχή, κατάλληλη για αυστηρά περιβάλλοντα
• Ομάδα II: CTI 400-599 - πρότυπο για υποσταθμούς μέσης τάσης
• Ομάδα IIIa: αποδεκτή μόνο σε καθαρά, ξηρά περιβάλλοντα
• Ομάδα IIIb: CTI 100-174 - απαράδεκτο για εξαρτήματα γραφείου υψηλής τάσης

Πολλά εξαρτήματα μόνωσης χαμηλού κόστους κατασκευάζονται από μη ταξινομημένα μίγματα πολυμερών με τιμές CTI κάτω από 200. Χωρίς πιστοποιημένη έκθεση δοκιμής IEC 60112, δεν υπάρχει τρόπος να επαληθευτεί η συμμόρφωση στο σημείο προμήθειας.

Λάθος #3 - Δεν υπάρχει απαίτηση μηχανικής αντοχής σε βραχυκύκλωμα

Οι μονωτήρες στήριξης των γραμμών μεταφοράς πρέπει να αντέχουν στις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια ενός συμβάντος βραχυκυκλώματος⁴. Για έναν πίνακα ονομαστικής ισχύος 40 kA, οι δυνάμεις αυτές μπορεί να υπερβούν τα 8 kN ανά σημείο στήριξης. Οι μονωτήρες που καθορίζονται χωρίς έκθεση δοκιμής μηχανικής αντοχής μπορεί να σπάσουν με το πρώτο σφάλμα - μετατρέποντας ένα ανακτήσιμο σφάλμα σε καταστροφική κατάρρευση του συλλέκτη.

Μια περίπτωση πελάτη: Για έναν υποσταθμό 33 kV, ένας εργολάβος EPC στη Μέση Ανατολή προσδιόρισε γενικά πολυμερή στηρίγματα για ράβδους με βάση μόνο τη διαστατική προσαρμογή. Κατά τη διάρκεια ενός κατάντη σφάλματος, δύο στηρίγματα έσπασαν, προκαλώντας επαφή μεταξύ φάσεων. Η προκύπτουσα βλάβη απαιτούσε πλήρη αντικατάσταση του πίνακα με κόστος που υπερέβαινε τον αρχικό προϋπολογισμό για την προμήθεια του γραφείου.

Πώς επηρεάζει το περιβάλλον του υποσταθμού την επιλογή στοιχείων μόνωσης;

Το περιβάλλον του υποσταθμού είναι η πιο υποβαθμισμένη μεταβλητή στην επιλογή των εξαρτημάτων μόνωσης. Το ίδιο ερμάριο 24 kV που αναπτύσσεται σε τρία διαφορετικά περιβάλλοντα υποσταθμών απαιτεί σημαντικά διαφορετικές προδιαγραφές εξαρτημάτων.

Εσωτερικοί αστικοί υποσταθμοί

Οι εσωτερικοί υποσταθμοί σε εύκρατα κλίματα αποτελούν το πιο επιεικές περιβάλλον. Βασικές απαιτήσεις:

• Ελάχιστο CTI Group II (≥ 400)
• Απόσταση ερπυσμού ανά βαθμό ρύπανσης 2
• Σφράγιση IP4X στα εξαρτήματα εισόδου καλωδίων
• Ελάχιστη θερμική κλάση: (120°C)

Παράκτιοι υποσταθμοί και υποσταθμοί υψηλής υγρασίας

Ο αλατούχος αέρας και η επίμονη υγρασία επιταχύνουν δραματικά την επιφανειακή παρακολούθηση των μονωτικών εξαρτημάτων. Οι απαιτήσεις κλιμακώνονται σε:

• Ομάδα CTI I (≥ 600) συνιστάται ανεπιφύλακτα
• Απόσταση ερπυσμού ανά ρύπανση Βαθμός 3 ή 4
• Υδρόφοβη επεξεργασία επιφάνειας σε εκτεθειμένους μονωτήρες
• Σχηματισμός πολυμερούς σταθεροποιημένου με υπεριώδη ακτινοβολία για κάθε αξεσουάρ κοντά σε ανοίγματα εξαερισμού

Βαριές βιομηχανικές υποσταθμοί

Οι χαλυβουργίες, τα εργοστάσια τσιμέντου και οι χημικές εγκαταστάσεις εισάγουν αγώγιμη σκόνη και χημικούς ατμούς. Αυτά τα περιβάλλοντα απαιτούν:

• Στεγανοποιημένα φράγματα φάσης χωρίς εκτεθειμένες επιφάνειες πολυμερούς προς το θάλαμο καλωδίων
• Επίστρωση κατά της τροχιάς σε μονωτήρες στήριξης των ράβδων λεωφορείων
• Μηχανικές στερεώσεις με προστασία από κραδασμούς σε όλες τις μονώσεις
• Μείωση των διαστημάτων επιθεώρησης σε 12 μήνες κατ' ανώτατο όριο

Λάθος #4: Εφαρμογή ενός ενιαίου προτύπου προδιαγραφών εξαρτημάτων μόνωσης σε όλους τους τύπους υποσταθμών χωρίς βήμα περιβαλλοντικής ταξινόμησης στη διαδικασία επιλογής.

Επιπτώσεις της αναντιστοιχίας περιβάλλοντος στην ασφάλεια

Όταν τα εξαρτήματα μόνωσης δεν πληρούν τις προδιαγραφές για το περιβάλλον τους, η ακολουθία βλάβης είναι προβλέψιμη: επιφανειακή μόλυνση → ρεύμα διαρροής → παρακολούθηση → κλιμάκωση μερικής εκκένωσης → αναζωπύρωση. Κάθε στάδιο μειώνει τα περιθώρια ασφαλείας και αυξάνει τον κίνδυνο για το προσωπικό του υποσταθμού και τη συνδεδεμένη υποδομή.

Πώς μπορούν οι μηχανικοί να δημιουργήσουν μια ασφαλέστερη διαδικασία επιλογής εξαρτημάτων μόνωσης;

Μια δομημένη διαδικασία επιλογής εξαλείφει τις εικασίες που οδηγούν σε σφάλματα προδιαγραφών. Τα παρακάτω βήματα αποτελούν έναν αξιόπιστο οδηγό επιλογής για τα εξαρτήματα μόνωσης σε ερμάρια υψηλής τάσης με μόνωση αέρα.

1. Καθορίστε την κατηγορία τάσης και το επίπεδο μόνωσης - Επιβεβαιώστε την ονομαστική τάση (Ur), την τάση αντοχής σε συχνότητα ισχύος (Ud) και την τάση αντοχής σε κεραυνικό παλμό (Up) σύμφωνα με το πρότυπο IEC 62271-1.

2. Ταξινόμηση του βαθμού ρύπανσης του υποσταθμού - Χρησιμοποιήστε τα κριτήρια IEC 60664-1 για την ανάθεση του βαθμού ρύπανσης 1 έως 4 με βάση τα δεδομένα της επιτόπιας έρευνας και όχι υποθέσεις.

3. Υπολογίστε την απαιτούμενη απόσταση ερπυσμού και απόστασης - Εφαρμόστε τους πίνακες IEC 62271-200 παράρτημα Α χρησιμοποιώντας την επιβεβαιωμένη κατηγορία τάσης και το βαθμό ρύπανσης. Τεκμηριώστε τις ελάχιστες τιμές ως υποχρεωτικές παραμέτρους προδιαγραφών.

4. Καθορίστε την ομάδα CTI ως απαίτηση προμήθειας - Αναφέρετε την ελάχιστη ομάδα CTI (συνιστάται: ομάδα II ή ανώτερη) και απαιτήστε εκθέσεις δοκιμών IEC 60112 από όλους τους προμηθευτές.

5. Απαιτείται πιστοποίηση μηχανικής αντοχής - Για τους μονωτήρες στήριξης ράβδων, καθορίστε το ελάχιστο φορτίο θραύσης του προβόλου και απαιτήστε εκθέσεις δοκιμών ευθυγραμμισμένες με το ονομαστικό ρεύμα βραχυκυκλώματος του πίνακα.

6. Επαληθεύστε τις αξιολογήσεις UV και θερμικής κλάσης για το περιβάλλον εγκατάστασης - Τα εξαρτήματα για εξωτερικούς ή αεριζόμενους εσωτερικούς χώρους πρέπει να διαθέτουν πιστοποίηση αντοχής στην υπεριώδη ακτινοβολία και αξιολόγηση θερμικής κλάσης κατάλληλη για τη μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

7. Έλεγχος της τεκμηρίωσης δοκιμών τύπου προμηθευτή πριν από την παραγγελία αγοράς - Μια πλήρης υποβολή αξεσουάρ πρέπει να περιλαμβάνει: 62271-200, πιστοποιητικό CTI, έκθεση ελέγχου διαστάσεων και δελτίο δεδομένων ασφάλειας υλικού.

Ακολουθώντας αυτόν τον οδηγό επιλογής επτά βημάτων, η προμήθεια εξαρτημάτων μόνωσης μετατρέπεται από μια μεταγενέστερη σκέψη με γνώμονα το κόστος σε μια κρίσιμη για την ασφάλεια μηχανική απόφαση - που είναι ακριβώς αυτό που είναι.

Συμπέρασμα

Τα εξαρτήματα μόνωσης σε ερμάρια υψηλής τάσης με μόνωση αέρα είναι οι σιωπηλοί φύλακες της ασφάλειας των υποσταθμών. Τα τέσσερα λάθη προδιαγραφών που περιγράφονται σε αυτόν τον οδηγό - αγνόηση του βαθμού ρύπανσης, παράλειψη απαιτήσεων CTI, παράλειψη κριτηρίων μηχανικής αντοχής και εφαρμογή ομοιόμορφων προδιαγραφών σε διαφορετικά περιβάλλοντα - μπορούν να αποφευχθούν πλήρως. Αντιμετωπίζοντας την επιλογή εξαρτημάτων μόνωσης ως μια δομημένη, τεκμηριωμένη μηχανική διαδικασία, οι ομάδες προμηθειών μπορούν να εξαλείψουν τους κρυμμένους κινδύνους αστοχίας που θέτουν σε κίνδυνο την ακεραιότητα των γραφείων πολύ πριν από την εμφάνιση σφάλματος.

Στην Bepto Electric, κάθε εξάρτημα AIS που προμηθεύουμε υποστηρίζεται από πλήρη τεκμηρίωση δοκιμών τύπου IEC, πιστοποιημένες βαθμολογίες CTI και εκθέσεις συμμόρφωσης με τις διαστάσεις - δίνοντας στους μηχανικούς την εμπιστοσύνη προδιαγραφών που απαιτούν οι υποσταθμοί τους.

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την προδιαγραφή στοιχείων μόνωσης για γραφεία

1. “IEC 62271-200:2021 Διακόπτες και συσκευές ελέγχου υψηλής τάσης”, https://webstore.iec.ch/publication/60723. Παρέχει τις διεθνείς κανονιστικές απαιτήσεις για μεταλλικούς κλειστούς διακόπτες εναλλασσόμενου ρεύματος έως 52 kV. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: Τον κανονιστικό ορισμό του φακέλου επιδόσεων για τα εξαρτήματα των διακοπτών. ↩

2. “IEC 60664-1:2020 Συντονισμός μόνωσης για εξοπλισμό σε συστήματα χαμηλής τάσης”, https://webstore.iec.ch/publication/63442. Περιγράφει τις αρχές για το συντονισμό της μόνωσης, συμπεριλαμβανομένων των ταξινομήσεων βαθμού ρύπανσης που χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα υψηλής και χαμηλής τάσης. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: Την κατηγοριοποίηση της περιβαλλοντικής μόλυνσης σε τέσσερις διαφορετικούς βαθμούς ρύπανσης. ↩

3. “Συγκριτικός δείκτης παρακολούθησης”, https://en.wikipedia.org/wiki/Comparative_Tracking_Index. Εξηγεί την τυποποιημένη μέθοδο δοκιμών για την αξιολόγηση της αντίστασης του υλικού στην τροχιά. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: Ο μηχανισμός με τον οποίο η CTI αξιολογεί την αντίσταση ενός μονωτήρα στην επιφανειακή τροχιοδρόμηση υπό ρυπασμένες συνθήκες. ↩

4. “Ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις στις ράγες μεταφοράς”, https://electrical-engineering-portal.com/electromagnetic-forces-on-busbars. Αναφέρει λεπτομερώς τις ηλεκτροδυναμικές τάσεις που ασκούνται στις δομές στήριξης κατά τη διάρκεια μέγιστων ρευμάτων βραχυκύκλωσης. Τύπος πηγής: βιομηχανία. Υποστηρίξεις: Η απαίτηση για τους μονωτήρες των γραμμών μεταφοράς να αντέχουν μηχανικά στις δυνάμεις βραχυκυκλώματος. ↩