Τι κάνουν λάθος οι μηχανικοί σχετικά με την τεχνολογία επιφανειακής θωράκισης

Εισαγωγή

Η τεχνολογία επιφανειακής θωράκισης σε διακόπτες στερεάς μόνωσης είναι ένα από τα πιο σημαντικά και λιγότερο κατανοητά στοιχεία σχεδιασμού στη μηχανική υποσταθμών μέσης τάσης - μια ημιαγώγιμη ή μεταλλική γειωμένη οθόνη που εφαρμόζεται στην εξωτερική επιφάνεια της ενθυλακωμένης με εποξειδική ρητίνη ράβδου και της μονάδας μεταγωγής που ελέγχει την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου στο όριο της στερεάς μόνωσης και παρέχει την ασφαλή για την αφή, μηδενική τάση εξωτερική επιφάνεια που καθιστά τους διακόπτες SIS θεμελιωδώς διαφορετικούς από κάθε άλλη τεχνολογία διακοπτών μέσης τάσης όσον αφορά την ασφάλεια του προσωπικού. Ωστόσο, στις προδιαγραφές έργων, στους οδηγούς επιλογής και στις αξιολογήσεις προμηθειών που εξετάστηκαν σε εκατοντάδες έργα αναβάθμισης υποσταθμών, εμφανίζεται επανειλημμένα η ίδια ομάδα εσφαλμένων αντιλήψεων των μηχανικών σχετικά με την επιφανειακή θωράκιση - εσφαλμένες αντιλήψεις που οδηγούν σε εσφαλμένες προδιαγραφές διακοπτών SIS, ανεπαρκείς αξιολογήσεις ασφάλειας και εγκαταστάσεις πεδίου όπου το σύστημα επιφανειακής θωράκισης έχει τεθεί σε κίνδυνο από σφάλματα εγκατάστασης που εξαλείφουν τα οφέλη ασφάλειας και απόδοσης μόνωσης που η τεχνολογία σχεδιάστηκε για να προσφέρει. Αυτό που οι μηχανικοί κάνουν συνήθως λάθος σχετικά με την επιφανειακή θωράκιση των διακοπτών SIS είναι ότι αντιμετωπίζουν τη γειωμένη εξωτερική θωράκιση ως μια παθητική μηχανική επίστρωση και όχι ως ένα ενεργό σύστημα ελέγχου του ηλεκτρικού πεδίου, του οποίου η ακεραιότητα, η συνέχεια και η σωστή σύνδεση γείωσης είναι εξίσου κρίσιμες για τη διηλεκτρική απόδοση του διακόπτη και την ασφάλεια του προσωπικού με την ίδια την πρωτογενή μόνωση. Για τους μηχανικούς σχεδιασμού υποσταθμών, τους υπεύθυνους για την ηλεκτρική ασφάλεια και τους υπεύθυνους προμηθειών που είναι υπεύθυνοι για την επιλογή και εγκατάσταση διακοπτών SIS σε εφαρμογές υποσταθμών υψηλής τάσης, ο οδηγός αυτός διορθώνει τις πέντε πιο σημαντικές παρανοήσεις σχετικά με την τεχνολογία επιφανειακής θωράκισης με την τεχνική ακρίβεια που σπάνια παρέχει η βιβλιογραφία των οδηγών επιλογής.

Πίνακας περιεχομένων

• Τι είναι η τεχνολογία επιφανειακής θωράκισης SIS Switchgear και πώς ελέγχει την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου;
• Ποιες είναι οι πέντε πιο σημαντικές παρανοήσεις της μηχανικής σχετικά με την απόδοση της επιφανειακής θωράκισης;
• Πώς να καθορίσετε σωστά τις απαιτήσεις επιφανειακής θωράκισης σε διακοπτικό υλικό SIS για έργα υποσταθμών υψηλής τάσης;
• Ποια σφάλματα εγκατάστασης και συντήρησης διακυβεύουν την ακεραιότητα της επιφανειακής θωράκισης κατά τη χρήση;

Τι είναι η τεχνολογία επιφανειακής θωράκισης SIS Switchgear και πώς ελέγχει την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου;

Η επιφανειακή θωράκιση στους διακόπτες SIS είναι το σύστημα αγώγιμων ή ημιαγώγιμων στρωμάτων που εφαρμόζεται στην εξωτερική επιφάνεια των ενθυλακωμένων με εποξειδική ρητίνη μονάδων, το οποίο επιτελεί δύο ταυτόχρονες και αλληλοεξαρτώμενες λειτουργίες: ελέγχει την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου εντός της στερεάς μόνωσης για να αποτρέψει τη συγκέντρωση τάσεων στο όριο εποξειδίου-αέρα, και παρουσιάζει μια συνεχώς γειωμένη εξωτερική επιφάνεια που εξαλείφει την τάση χωρητικής σύζευξης που διαφορετικά θα εμφανιζόταν στην εξωτερική επιφάνεια μιας μη θωρακισμένης στερεάς μονωτικής μονάδας σε υψηλή τάση.

Το πρόβλημα του ηλεκτρικού πεδίου που λύνει η επιφανειακή θωράκιση

Χωρίς επιφανειακή θωράκιση, η εξωτερική επιφάνεια μιας μονωτικής μονάδας στερεάς εποξειδικής ρητίνης στα 24 kV θα έφερε μια χωρητικά συζευγμένη επιφανειακή τάση που καθορίζεται από τον χωρητικό διαιρέτη τάσης που σχηματίζεται μεταξύ του αγωγού υψηλής τάσης και του γειωμένου περιβλήματος του διακόπτη:

$U_{επιφάνεια} = U_{φάση} \times \frac{C_{επιφάνεια αγωγού}}{C_{επιφάνεια αγωγού} + C_{επιφάνεια-εδάφους}}$

Για μια εποξειδική μονάδα 24 kV φασικής τάσης (13,9 kV) με τυπική γεωμετρία, αυτή η χωρητικά συζευγμένη επιφανειακή τάση φτάνει τα 2-6 kV - επαρκής για να προκαλέσει επικίνδυνη ηλεκτροπληξία στο προσωπικό που αγγίζει την εξωτερική επιφάνεια και επαρκής για την έναρξη μερικής εκκένωσης σε επιφανειακές ανωμαλίες όπου το τοπικό ηλεκτρικό πεδίο υπερβαίνει την τάση έναρξης μερικής εκκένωσης του αέρα στην εποξειδική επιφάνεια.

Αρχιτεκτονική συστήματος επιφανειακής θωράκισης

Η επιφανειακή θωράκιση των διακοπτών SIS εφαρμόζεται σε δύο κύριες διαμορφώσεις:

• Ημιαγώγιμη ασπίδα επικάλυψης: Επίστρωση εποξειδικής ή σιλικονούχου επίστρωσης με άνθρακα που εφαρμόζεται στην εξωτερική επιφάνεια της ενθυλακωμένης μονάδας - ειδική αντίσταση επιφάνειας 10³-10⁶ Ω/τετράγωνο¹; παρέχει συνεχή χωρητική σύζευξη με τη γη μέσω του ημιαγώγιμου στρώματος- οικονομικά αποδοτικό για εφαρμογές 12-24 kV
• Μεταλλική ασπίδα οθόνης: Ένα συνεχές φύλλο χαλκού ή αλουμινίου ή ένα πλέγμα που ενσωματώνεται ή εφαρμόζεται στην εξωτερική επιφάνεια της εποξειδικής μονάδας και συνδέεται με τη μπάρα γείωσης του διακόπτη - παρέχει γείωση μηδενικής αντίστασης της εξωτερικής επιφάνειας- απαιτείται για 40,5 kV και άνω, όπου η χωρητικά συζευγμένη τάση επιφάνειας σε μια ημιαγώγιμη επίστρωση υπερβαίνει τα όρια ασφαλούς τάσης αφής.

Βασικές τεχνικές παράμετροι των συστημάτων επιφανειακής θωράκισης

Παράμετρος	Ημιαγώγιμη επίστρωση	Μεταλλική οθόνη
Ειδική αντίσταση επιφάνειας	10³-10⁶ Ω/τετράγωνο	< 0,1 Ω/τετράγωνο
Σύνδεση γείωσης	Χωρητικό (κατανεμημένο)	Άμεση (συνδεδεμένη)
Τάση αφής στην ονομαστική τάση	< 50 V AC (IEC 61140)	< 1 V AC
Καταλληλότητα κλάσης τάσης	12-24 kV	12-40,5 kV
Ευαισθησία ζημιών	Τριβή - αφαίρεση επικάλυψης	Μηχανική - ασυνέχεια οθόνης
Συμμόρφωση IEC 62271-200	Τύπος δοκιμασμένος με άθικτη επικάλυψη	Τύπος δοκιμασμένος με οθόνη συνδεδεμένη

Καθοριστικό πρότυπο ασφάλειας

Το πρότυπο IEC 61140 - Προστασία από ηλεκτροπληξία - ορίζει το όριο τάσης αφής 50 V AC που πρέπει να διατηρεί το σύστημα επιφανειακής θωράκισης στην εξωτερική επιφάνεια των μονάδων διακοπτών SIS υπό όλες τις κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Το σύστημα επιφανειακής θωράκισης είναι ο μηχανικός έλεγχος που εξασφαλίζει τη συμμόρφωση με το πρότυπο IEC 61140 για τους διακόπτες στερεάς μόνωσης - χωρίς αυτό, οι εξωτερικές επιφάνειες των διακοπτών SIS δεν είναι ασφαλείς για την αφή σε ονομαστικές τιμές μέσης τάσης.

Ποιες είναι οι πέντε πιο σημαντικές παρανοήσεις της μηχανικής σχετικά με την απόδοση της επιφανειακής θωράκισης;

Αυτές οι πέντε λανθασμένες αντιλήψεις εμφανίζονται στις προδιαγραφές του έργου, στις διαδικασίες εγκατάστασης και στα αρχεία συντήρησης σε έργα υποσταθμών σε κάθε γεωγραφική περιοχή - κάθε μία από αυτές παράγει έναν συγκεκριμένο, προβλέψιμο τρόπο αστοχίας, τον οποίο η σωστή κατανόηση της τεχνολογίας επιφανειακής θωράκισης θα είχε αποτρέψει.

Παρανόηση 1 - “Η επιφανειακή ασπίδα είναι απλώς μια επίστρωση βαφής”

Η πιο διαδεδομένη εσφαλμένη αντίληψη αντιμετωπίζει την ημιαγώγιμη ή μεταλλική επιφανειακή θωράκιση ως μια καλλυντική ή μηχανική προστατευτική επίστρωση - αντίστοιχη με τη βαφή στο περίβλημα ενός πίνακα διακοπτών - και όχι ως ένα λειτουργικό ηλεκτρικό εξάρτημα του οποίου η ακεραιότητα είναι εξίσου κρίσιμη με την πρωτογενή μόνωση.

Η συνέπεια: Το προσωπικό συντήρησης τρίβει, λειαίνει ή εφαρμόζει μη αγώγιμη βαφή σε κατεστραμμένες περιοχές της ημιαγώγιμης επικάλυψης κατά τη διάρκεια της συνήθους συντήρησης - δημιουργώντας μη θωρακισμένα μπαλώματα στην εποξειδική επιφάνεια, όπου το ηλεκτρικό πεδίο επανέρχεται στην ανεξέλεγκτη κατανομή, η τοπική τάση του πεδίου υπερβαίνει την τάση έναρξης της μερικής εκκένωσης και η δραστηριότητα PD ξεκινά στο όριο του μπαλώματος. Ένα μη θωρακισμένο μπάλωμα 50 mm² στην επιφάνεια μιας μονάδας SIS 24 kV παράγει τοπική τάση ηλεκτρικού πεδίου 4-8 kV/mm στην άκρη του μπάλωματος - πολύ πάνω από την Κατώφλι έναρξης PD 1-2 kV/mm για τον αέρα στην επιφάνεια του εποξειδίου².

Παρανόηση 2 - “Η γείωση επιφανειακής θωράκισης είναι προαιρετική για τις κατηγορίες χαμηλής τάσης”

Ορισμένοι μηχανικοί καθορίζουν τους διακόπτες SIS στα 12 kV χωρίς να απαιτούν τη σύνδεση γείωσης της επιφανειακής θωράκισης με τη μπάρα γείωσης του διακόπτη - με το σκεπτικό ότι η χαμηλότερη κατηγορία τάσης παράγει μια χαμηλότερη τάση χωρητικής σύζευξης στην επιφάνεια που είναι “πιθανώς αρκετά ασφαλής”.”

Η συνέπεια: Το πρότυπο IEC 61140 δεν προβλέπει εξαίρεση κατηγορίας τάσης για τα όρια τάσης αφής - το όριο είναι 50 V AC ανεξάρτητα από την τάση του συστήματος.³. Μια μονάδα SIS 12 kV με μη συνδεδεμένη ημιαγώγιμη θωράκιση επίστρωσης φέρει επιφανειακή τάση 0,8-2,5 kV υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας - 16-50 φορές το όριο τάσης αφής του IEC 61140. Η εκτίμηση “πιθανώς αρκετά ασφαλής” δεν είναι ένας μηχανικός υπολογισμός- είναι μια υπόθεση που εξαλείφει την πρωταρχική λειτουργία ασφάλειας του προσωπικού του συστήματος επιφανειακής θωράκισης.

Παρανόηση 3 - “Μια ασυνεχής μεταλλική οθόνη εξακολουθεί να παρέχει επαρκή θωράκιση”

Οι μηχανικοί που καθορίζουν μεταλλικές οθόνες SIS στα 40,5 kV μερικές φορές αποδέχονται κενά συνέχειας της οθόνης - στις ενώσεις των μονάδων, στα σημεία εισόδου των καλωδίων ή στις θέσεις μηχανικών βλαβών - με το σκεπτικό ότι η οθόνη καλύπτει το “μεγαλύτερο μέρος” της επιφάνειας και παρέχει το “μεγαλύτερο μέρος” του οφέλους θωράκισης.

Η συνέπεια: Η θωράκιση του ηλεκτρικού πεδίου δεν είναι ανάλογη συνάρτηση της κάλυψης της οθόνης - ένα κενό 10 mm σε μια συνεχή μεταλλική οθόνη συγκεντρώνει το πλήρες μη θωρακισμένο ηλεκτρικό πεδίο στη θέση του κενού. Η τάση του πεδίου σε ένα διάκενο οθόνης σε μια μονάδα SIS 40,5 kV φτάνει τα 15-25 kV/mm - επαρκής για να ξεκινήσει μερική εκκένωση στον αέρα στο διάκενο που διαβρώνει την εποξειδική επιφάνεια και εξελίσσεται σε αστοχία ιχνηλάτησης εντός 500-2.000 ωρών λειτουργίας.

Μια περίπτωση πελάτη: Ένας μηχανικός σχεδιασμού υποσταθμού σε έναν εργολάβο EPC στην Jiangsu της Κίνας επικοινώνησε με την Bepto αφού ένας πίνακας διακοπτών SIS 35 kV εμφάνισε ορατό σημάδι παρακολούθησης στην επιφάνεια της ενθυλακωμένης μονάδας ράβδου εντός 8 μηνών από τη θέση σε λειτουργία. Η επιθεώρηση μετά την αστοχία εντόπισε ένα κενό συνέχειας της οθόνης 15 mm στην ένωση μεταξύ δύο τμημάτων ενθυλακωμένης ράβδου - το κενό είχε δημιουργηθεί κατά την εγκατάσταση, όταν η ομάδα εγκατάστασης παρέλειψε την ταινία συγκόλλησης της οθόνης στην ένωση της μονάδας. Το κανάλι παρακολούθησης είχε προχωρήσει 35 mm από την άκρη του κενού προς τον τερματισμό του καλωδίου. Η τεχνική ομάδα της Bepto προσδιόρισε τη σωστή διαδικασία συγκόλλησης της συνέχειας της οθόνης και παρείχε ταινία συγκόλλησης αντικατάστασης και αγώγιμη κόλλα για την επισκευή. Η επισκευασμένη εγκατάσταση λειτουργεί χωρίς υποτροπή εδώ και 30 μήνες.

Παρανόηση 4 - “Η επιφανειακή θωράκιση εξαλείφει την ανάγκη για δοκιμές μερικής εκφόρτισης”

Ορισμένες προδιαγραφές προμηθειών για τους διακόπτες SIS παραλείπουν τη δοκιμή θέσης σε λειτουργία μερικής εκφόρτισης με την αιτιολογία ότι το σύστημα επιφανειακής θωράκισης “αποτρέπει την PD” - συγχέοντας τη λειτουργία επιφανειακής θωράκισης (έλεγχος της εξωτερικής κατανομής του πεδίου) με την πρωταρχική λειτουργία μόνωσης (αποτροπή της εσωτερικής PD εντός του εποξειδικού χυτού).

Η συνέπεια: Η επιφανειακή θωράκιση ελέγχει το ηλεκτρικό πεδίο στο όριο εποξειδίου-αέρα - δεν εμποδίζει τη μερική εκφόρτιση μέσα σε κενά, αποκολλήσεις ή εγκλείσματα στο εσωτερικό της εποξειδικής χύτευσης. Η εσωτερική PD σε διακόπτες SIS δεν είναι ανιχνεύσιμη με οπτική επιθεώρηση και δεν αποτρέπεται από την ακεραιότητα της επιφανειακής θωράκισης - απαιτεί Μέτρηση μερικής εκφόρτισης IEC 60270 σε 1,5 × U0⁴ να ανιχνεύσει. Η παράλειψη των δοκιμών θέσης σε λειτουργία PD με βάση την παρουσία επιφανειακής θωράκισης αφήνει ανεπίγνωστα τα εσωτερικά ελαττώματα της χύτευσης.

Παρανόηση 5 - “Όλα τα συστήματα επιφανειακής θωράκισης διακοπτών SIS είναι ισοδύναμα”

Οι μηχανικοί που επιλέγουν μεταξύ προϊόντων διακοπτών SIS από διαφορετικούς κατασκευαστές αντιμετωπίζουν μερικές φορές την επιφανειακή θωράκιση ως τυποποιημένο χαρακτηριστικό - υποθέτοντας ότι οποιοδήποτε προϊόν με την ένδειξη “SIS” και “επιφανειακή θωράκιση” παρέχει ισοδύναμες επιδόσεις ελέγχου του ηλεκτρικού πεδίου και ασφάλειας αφής.

Η συνέπεια: Ο σχεδιασμός του συστήματος επιφανειακής θωράκισης, οι προδιαγραφές του υλικού και η επαλήθευση των δοκιμών τύπου IEC διαφέρουν σημαντικά μεταξύ των κατασκευαστών - μια ημιαγώγιμη επίστρωση με ειδική αντίσταση επιφάνειας 10⁷ Ω/τετράγωνο (ανώτερο όριο του αποδεκτού εύρους) παρέχει σημαντικά μικρότερο έλεγχο του πεδίου από μια επίστρωση στα 10³ Ω/τετράγωνο και μια μεταλλική οθόνη με ασυνεχή συγκόλληση στις ενώσεις των μονάδων παρέχει σημαντικά μικρότερη προστασία από μια οθόνη με συνεχή συγκόλληση. Χωρίς να απαιτείται από τον κατασκευαστή να παράσχει την έκθεση δοκιμής τύπου IEC 62271-200 που περιλαμβάνει μέτρηση επιφανειακής τάσης με το σύστημα θωράκισης σε λειτουργία, η προδιαγραφή δεν μπορεί να επαληθεύσει ότι το προϊόν παρέχει συμμόρφωση με την τάση αφής IEC 61140.

Πώς να καθορίσετε σωστά τις απαιτήσεις επιφανειακής θωράκισης σε διακοπτικό υλικό SIS για έργα υποσταθμών υψηλής τάσης;

Βήμα 1: Καθορισμός των ηλεκτρικών απαιτήσεων και των απαιτήσεων ασφαλείας

Καθορίστε τις παραμέτρους των προδιαγραφών επιφανειακής θωράκισης από τις ηλεκτρικές απαιτήσεις και τις απαιτήσεις ασφαλείας του έργου:

• Τάση συστήματος: Καθορίζει τον ελάχιστο τύπο θωράκισης - ημιαγώγιμη επικάλυψη αποδεκτή στα 12-24 kV- μεταλλική θωράκιση απαιτείται στα 40,5 kV.
• Όριο τάσης αφής: Προσδιορίστε τη συμμόρφωση με το πρότυπο IEC 61140 - μέγιστο 50 V AC σε οποιαδήποτε προσβάσιμη εξωτερική επιφάνεια στην ονομαστική τάση λειτουργίας.
• Συχνότητα πρόσβασης του προσωπικού: Η πρόσβαση του προσωπικού σε υψηλές συχνότητες (καθημερινές διαδρομές επιθεώρησης δίπλα σε ηλεκτροφόρες μονάδες SIS) απαιτεί μεταλλική θωράκιση σε όλες τις κατηγορίες τάσης - η σύνδεση γείωσης με χαμηλότερη σύνθετη αντίσταση παρέχει μεγαλύτερο περιθώριο ασφαλείας από την ημιαγώγιμη επίστρωση.

Βήμα 2: Εξετάστε τις περιβαλλοντικές συνθήκες του υποσταθμού

• Εσωτερικός υποσταθμός ελεγχόμενου κλίματος: Ημιαγώγιμη θωράκιση της επικάλυψης αποδεκτή - σταθερή θερμοκρασία και υγρασία αποτρέπουν την υποβάθμιση της επικάλυψης
• Υποσταθμός εξωτερικού ή μη ελεγχόμενου περιβάλλοντος: Προδιαγραφές για τη θωράκιση μεταλλικών οθονών - Η υπεριώδης ακτινοβολία, οι θερμικοί κύκλοι και η υγρασία υποβαθμίζουν τις ημιαγώγιμες επιστρώσεις ταχύτερα από τις μεταλλικές οθόνες
• Υποσταθμός υψηλής ρύπανσης (κατηγορία III/IV του SPS): Μεταλλική οθόνη με σφραγισμένες ενώσεις μονάδων - αποτρέπει την αγώγιμη ρύπανση από τη γεφύρωση των κενών της οθόνης στις διεπαφές των μονάδων

Βήμα 3: Αντιστοίχιση προτύπων και πιστοποιήσεων

Απαιτούνται οι ακόλουθες επαληθεύσεις για κάθε προϊόν διακοπής SIS που υποβάλλεται για αξιολόγηση:

Απαίτηση πιστοποίησης	Ρήτρα προδιαγραφών	Έγγραφο επαλήθευσης
Δοκιμή τύπου IEC 62271-200	Πλήρης δοκιμή τύπου, συμπεριλαμβανομένης της μέτρησης τάσης επιφάνειας	Πρωτότυπη έκθεση δοκιμής - όχι συνοπτικό πιστοποιητικό
Συμμόρφωση με την τάση αφής IEC 61140	Τάση επιφάνειας ≤ 50 V AC στην ονομαστική τάση	Δεδομένα μέτρησης στην έκθεση δοκιμής τύπου
Ειδική αντίσταση ημιαγώγιμης επικάλυψης	10³-10⁶ Ω/τετράγωνο	Πιστοποιητικό δοκιμής υλικού κατασκευαστή
Συνέχεια μεταλλικής οθόνης	Μηδενική ασυνέχεια στις ενώσεις των μονάδων	Αρχείο εργοστασιακής επιθεώρησης
Δοκιμή μερικής εκφόρτισης	< 10 pC σε 1,5 × U0	Έκθεση δοκιμής IEC 60270

Σενάρια υπο-εφαρμογής

• Υποσταθμός αστικής διανομής: Μεταλλική οθόνη SIS - υψηλή συχνότητα πρόσβασης του προσωπικού- κρίσιμο συμπαγές αποτύπωμα- ασφάλεια αφής μη διαπραγματεύσιμη σε εγκαταστάσεις που γειτνιάζουν με το κοινό
• Υποσταθμός βιομηχανικών εγκαταστάσεων: Ημιαγώγιμη επίστρωση SIS στα 12-24 kV - ελεγχόμενη πρόσβαση- σταθερό εσωτερικό περιβάλλον- βελτιστοποιημένο κόστος για μεγάλο αριθμό πάνελ
• Υποσταθμός συλλογής ανανεώσιμων πηγών ενέργειας: Μεταλλική οθόνη SIS στα 35 kV - εξωτερική ή ημιεξωτερική εγκατάσταση- μεγάλα διαστήματα συντήρησης- αντοχή της οθόνης σε 25 χρόνια ζωής του περιουσιακού στοιχείου
• Υποσταθμός μεγάλου υψομέτρου (> 1.000 m): Μεταλλική οθόνη SIS - η μειωμένη πυκνότητα αέρα αυξάνει τον κίνδυνο επιφανειακής PD στις ασυνέχειες της επικάλυψης- η μεταλλική οθόνη εξαλείφει την έναρξη PD στο κενό αέρα στην επιφάνεια.

Ποια σφάλματα εγκατάστασης και συντήρησης διακυβεύουν την ακεραιότητα της επιφανειακής θωράκισης κατά τη χρήση;

Βήματα εγκατάστασης και συντήρησης

1. Επιθεώρηση ακεραιότητας θωράκισης πριν από την εγκατάσταση: Επιθεωρήστε όλες τις επιφάνειες των ενθυλακωμένων μονάδων για ζημιές στην επικάλυψη ή ασυνέχειες στην οθόνη πριν από την εγκατάσταση - απορρίψτε κάθε μονάδα με ορατή τριβή στην επικάλυψη > 25 mm² ή κενό στην οθόνη > 5 mm- τεκμηριώστε τα αποτελέσματα της επιθεώρησης με φωτογραφίες.
2. Συγκόλληση οθόνης στις ενώσεις των μονάδων: Εφαρμόστε την προδιαγραφόμενη από τον κατασκευαστή αγώγιμη ταινία συγκόλλησης σε όλες τις ενώσεις μεταξύ των μονάδων - βεβαιωθείτε ότι η επικάλυψη της ταινίας είναι ≥ 50 mm σε κάθε πλευρά της ένωσης- μετρήστε την αντίσταση της ένωσης < 1 Ω με βαθμονομημένο ωμόμετρο χαμηλής αντίστασης πριν από τη συναρμολόγηση του πίνακα.
3. Επαλήθευση της σύνδεσης γείωσης: Βεβαιωθείτε ότι η σύνδεση της επιφανειακής θωράκισης με τη μπάρα γείωσης του διακόπτη έχει γίνει με τον αγωγό που προδιαγράφεται από τον κατασκευαστή και έχει σφίξει με την καθορισμένη τιμή - μετρήστε την αντίσταση της σύνδεσης γείωσης < 0,5 Ω- καταγράψτε το στο πρωτόκολλο θέσης σε λειτουργία της εγκατάστασης.
4. Μέτρηση τάσης αφής κατά τη θέση σε λειτουργία: Μετρήστε την επιφανειακή τάση σε όλες τις προσβάσιμες επιφάνειες της ενθυλακωμένης μονάδας με ένα βολτόμετρο υψηλής αντίστασης στην ονομαστική τάση λειτουργίας - επιβεβαιώστε < 50 V AC σε όλες τις επιφάνειες- οποιαδήποτε επιφάνεια υπερβαίνει τα 50 V AC απαιτεί άμεση διερεύνηση της συνέχειας της θωράκισης και της σύνδεσης με τη γη πριν επιτραπεί η πρόσβαση του προσωπικού.

Κοινά λάθη προς εξάλειψη

• Σφάλμα 1 - Επισκευή κατεστραμμένης ημιαγώγιμης επίστρωσης με μη αγώγιμο χρώμα ή εποξειδικό πληρωτικό υλικό: Οποιοδήποτε υλικό επισκευής που εφαρμόζεται σε μια κατεστραμμένη περιοχή επίστρωσης πρέπει να έχει ειδική αντίσταση επιφάνειας εντός του εύρους προδιαγραφών 10³-10⁶ Ω/τετραγωνικό - χρησιμοποιήστε μόνο το αγώγιμο υλικό επισκευής που παρέχεται από τον κατασκευαστή- η μη αγώγιμη επισκευή δημιουργεί ένα μη θωρακισμένο μπάλωμα που προκαλεί PD
• Σφάλμα 2 - Παράλειψη ταινίας συγκόλλησης οθόνης στις ενώσεις των μονάδων κατά την εγκατάσταση: Η ταινία συγκόλλησης του αρμού της μονάδας δεν είναι προαιρετικό υλικό - είναι το στοιχείο συνέχειας που αποτρέπει τον τρόπο αστοχίας PD του διάκενου οθόνης- η παράλειψή της είναι το πιο συνηθισμένο σφάλμα εγκατάστασης που προκαλεί αστοχίες επιφανειακής παρακολούθησης των διακοπτών SIS στην αρχή της ζωής τους.
• Σφάλμα 3 - Εκτέλεση μέτρησης τάσης αφής με ένα τυπικό πολύμετρο: Τα τυπικά πολύμετρα έχουν αντίσταση εισόδου 10 MΩ - ανεπαρκής για την ακριβή μέτρηση της χωρητικά συζευγμένης επιφανειακής τάσης σε μια ημιαγώγιμη θωράκιση επίστρωσης. ηλεκτροστατικό βολτόμετρο υψηλής αντίστασης (> 1 GΩ αντίσταση εισόδου)⁵ για τη μέτρηση τάσης αφής σε ημιαγώγιμες μονάδες με θωρακισμένη επίστρωση

Μια δεύτερη περίπτωση πελάτη: Ένας υπεύθυνος προμηθειών σε έναν περιφερειακό φορέα εκμετάλλευσης δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας στη Shandong της Κίνας επικοινώνησε με την Bepto για να αξιολογήσει δύο ανταγωνιστικές προτάσεις διακοπτών SIS για την αναβάθμιση ενός αστικού υποσταθμού διανομής 10 kV - και τα δύο προϊόντα χαρακτηρίζονταν ως “επιφανειακά θωρακισμένα SIS” στα υλικά μάρκετινγκ του κατασκευαστή. Η αξιολόγηση της Bepto ζήτησε τις εκθέσεις δοκιμών τύπου IEC 62271-200 και για τα δύο προϊόντα και διαπίστωσε ότι η έκθεση του ενός κατασκευαστή περιλάμβανε δεδομένα μέτρησης επιφανειακής τάσης που επιβεβαίωναν 38 V AC στην ονομαστική τάση - συμμόρφωση με το IEC 61140. Η έκθεση του δεύτερου κατασκευαστή δεν περιείχε δεδομένα μέτρησης της επιφανειακής τάσης - η δοκιμή τύπου είχε πραγματοποιηθεί χωρίς να έχει γίνει η σύνδεση γείωσης της επιφανειακής θωράκισης, καθιστώντας την απόδοση της ασφάλειας αφής ανεπιβεβαίωτη. Η Bepto συνέστησε το πιστοποιημένο προϊόν- ο διαχειριστής του δικτύου υιοθέτησε την απαίτηση μέτρησης της επιφανειακής τάσης κατά IEC 61140 ως υποχρεωτική ρήτρα προδιαγραφών προμήθειας για όλες τις μελλοντικές αγορές διακοπτών SIS.

Συμπέρασμα

Η τεχνολογία επιφανειακής θωράκισης στους υποσταθμούς SIS δεν είναι μια παθητική επίστρωση - είναι ένα ενεργό σύστημα ελέγχου του ηλεκτρικού πεδίου, του οποίου η ακεραιότητα, η συνέχεια και η σωστή σύνδεση γείωσης καθορίζουν τόσο τη διηλεκτρική αξιοπιστία της στερεάς μόνωσης όσο και την ασφάλεια αφής του υποσταθμού για κάθε άτομο που εργάζεται στον υποσταθμό. Οι πέντε λανθασμένες αντιλήψεις που διορθώνονται σε αυτόν τον οδηγό - αντιμετώπιση της θωράκισης ως καλλυντικού χαρακτήρα, παράλειψη της γείωσης σε χαμηλότερες τάσεις, αποδοχή ασυνεχειών της οθόνης, αντικατάσταση της θωράκισης με δοκιμή PD και παραδοχή ότι όλα τα συστήματα θωράκισης SIS είναι ισοδύναμα - η καθεμία παράγει συγκεκριμένες, αποτρέψιμες αστοχίες, τις οποίες εξαλείφει η σωστή πειθαρχία προδιαγραφών και εγκατάστασης. Απαιτήστε εκθέσεις δοκιμών τύπου IEC 62271-200 με δεδομένα μέτρησης επιφανειακής τάσης που επιβεβαιώνουν τη συμμόρφωση με το πρότυπο IEC 61140, καθορίστε τη μεταλλική θωράκιση οθόνης για εφαρμογές 40,5 kV και υψηλής συχνότητας πρόσβασης, επιβάλλετε την εγκατάσταση ταινίας συγκόλλησης οθόνης σε κάθε ένωση μονάδων, επαληθεύστε την αντίσταση σύνδεσης με τη γη κατά τη θέση σε λειτουργία και μετρήστε την τάση αφής σε κάθε προσβάσιμη επιφάνεια πριν επιτραπεί η πρόσβαση του προσωπικού - επειδή το σύστημα θωράκισης επιφάνειας που καθορίζεται σωστά, εγκαθίσταται πλήρως και επαληθεύεται κατά τη θέση σε λειτουργία είναι το σύστημα που παρέχει την απόδοση ασφάλειας υποσταθμού υψηλής τάσης που σχεδιάστηκε για να παρέχει ο διακοπτικός εξοπλισμός SIS.

Συχνές ερωτήσεις σχετικά με την τεχνολογία επιφανειακής θωράκισης διακοπτών SIS

1. “Ηλεκτρικές ιδιότητες των ημιαγώγιμων επικαλύψεων για διακοπτικούς μηχανισμούς στερεάς μόνωσης”, https://ieeexplore.ieee.org/document/8343187. Μελέτη IEEE για τις παραμέτρους αγωγιμότητας του στρώματος θωράκισης. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: επιφανειακή ειδική αντίσταση 10³-10⁶ Ω/τετράγωνο. ↩

2. “Μηχανισμοί έναρξης μερικής εκφόρτισης στα όρια εποξειδικού αέρα”, https://ieeexplore.ieee.org/document/7988352. Τεχνικό έγγραφο που περιγράφει λεπτομερώς τα όρια ηλεκτρικής διάσπασης στις διεπιφάνειες στερεού-αερίου. Τύπος πηγής: έρευνα. Υποστηρίζει: Όριο έναρξης PD 1-2 kV/mm για τον αέρα στην επιφάνεια του εποξειδικού. ↩

3. “IEC 61140:2016 Προστασία από ηλεκτροπληξία - Κοινές πτυχές για την εγκατάσταση και τον εξοπλισμό”, https://webstore.iec.ch/publication/26027. Διεθνές πρότυπο που καθορίζει τα όρια τάσης ασφαλούς αφής. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: Το IEC 61140 δεν διαθέτει εξαίρεση κατηγορίας τάσης για τα όρια τάσης αφής - 50 V AC είναι το όριο ανεξάρτητα από την τάση του συστήματος. ↩

4. “IEC 60270:2000 Τεχνικές δοκιμών υψηλής τάσης - Μετρήσεις μερικής εκφόρτισης”, https://webstore.iec.ch/publication/1213. Πρότυπο που καθορίζει διαδικασίες δοκιμής για την ανίχνευση μερικής εκφόρτισης. Τύπος πηγής: πρότυπο. Υποστηρίζει: IEC 60270 μέτρηση μερικής εκφόρτισης σε 1,5 × U0. ↩

5. “Τεχνικές μέτρησης ηλεκτροστατικής τάσης για επιφάνειες υψηλής εμπέδησης”, https://ieeexplore.ieee.org/document/10398321. Μηχανικός οδηγός για την αξιολόγηση χωρητικά συνδεδεμένων επιφανειακών τάσεων. Evidence role: general_support; Source type: research. Υποστηρίζει: ηλεκτροστατικό βολτόμετρο υψηλής αντίστασης (> 1 GΩ αντίσταση εισόδου). ↩