Kõrgepingeseadmete hiilimiskauguse arvutamine

Sissejuhatus

Pinnaläbimine vormitud isolatsioonikomponentidel on üks salakavalamaid rikete tekkimise viise kesk- ja kõrgepingeseadmetes - see annab harva endast teada enne, kui kahju on juba tekkinud. Elektriinseneride jaoks, kes projekteerivad jaotusseadmete paneele, ja hankejuhtide jaoks, kes määravad vormitud isolatsiooniosasid, ei ole lekkimisdistants andmelehe joonealune märkus. See on peamine projekteerimisparameeter, mis määrab, kas teie isolatsioonisüsteem elab üle kümnendi või laguneb juba esimesel monsuunihooajal.

Roomavahe on lühim tee piki tahke isolatsioonimaterjali pinda kahe juhtiva osa vahel ning selle õige arvutamine on kõige kriitilisem tegur, mis aitab vältida pinna leekimist üle valatud isolatsioonikomponentide kesk- ja kõrgepinge jaotussüsteemides. Kuid praktikas kasutavad paljud insenerid kas üldisi tabeleid, arvestamata reostusastet, või ajavad segamini sõiduulatus ja kliirens - kaks põhimõtteliselt erinevat parameetrit, millel on erinevad rikkumismehhanismid.

Selles juhendis tutvustatakse roomamisdistantsi arvutamise tehnilisi põhimõtteid, selgitatakse, kuidas vormitud isolatsiooni geomeetria mõjutab otseselt ülevoolukindlust, ning esitatakse struktureeritud valikuraamistik reaalsete elektrijaotus- ja jaotusseadmete rakenduste jaoks.

Sisukord

• Mis on hiilimisdistants ja kuidas see kehtib vormitud isolatsiooni puhul?
• Kuidas arvutatakse kesk- ja kõrgepinge vormitud isolatsiooni roomavuskaugus?
• Kuidas valida teie rakendusele ja keskkonnale sobiv hiilimiskaugus?
• Millised on valatud isolatsiooni pragude ja hooldusvigade sagedased paigaldusvigad ja hooldusvõtted?

Mis on hiilimisdistants ja kuidas see kehtib vormitud isolatsiooni puhul?

Roomavahe ja vahekaugus on kaks erinevat isolatsiooniparameetrit, mida sageli - ja ohtlikult - segi aetakse jaotusseadmete spetsifikatsioonides. Kliirens on lühim vahemaa läbi õhu kahe juhtiva osa vahel. Sõiduulatus on lühim vahemaa, mis on mõõdetud piki isolatsioonimaterjali pinda nende kahe osa vahel.

Vormitud isolatsioonikomponentide - näiteks epoksüvaigust isolaatorite, isoleerimissilindrite, kontaktkarbi korpuste ja õhksuletavate jaotusseadmete puhul kasutatavate ribakandjate - pinnakäik on koht, kus kogunevad saaste, niiskus ja reostus. See kogunenud kiht tekitab elektrit juhtiva kile, mis vähendab järk-järgult tõhusat isolatsioonitakistust, kuni tekib pinnaplahvatus ehk leek.

Miks vormitud isolatsiooni geomeetria on oluline

Vormitud isolatsioonikomponendi füüsikaline profiil kontrollib otseselt selle sõiduulatuskaugust. Projekteerijad kasutavad ribisid, vooderdusi ja sooned, et pikendada pinnariba pikkust, suurendamata seejuures komponendi üldisi füüsilisi mõõtmeid. Lapik isolaator ja identse kõrgusega sooniline isolaator võivad erineda roomava vahemaa poolest kaks korda või rohkem.

Peamised materjali- ja struktuuriparameetrid

• Alusmaterjal: Tsükloalifaasiline epoksüvaik (APG-protsess) või klaaskiududega tugevdatud epoksü (BMC/SMC)
• Dielektriline tugevus: ≥ 18 kV/mm (epoksüvaik, IEC 60243-1)¹
• Võrdlev jälgimisindeks (CTI): ≥ 600 V (materjalirühm I vastavalt IEC 60112)² - kriitiline roomikutoimivuse seisukohalt
• Soojusklass: Klass F (155°C) või klass H (180°C)
• Pinnakindlus: ≥ 10¹² Ω kuivades tingimustes (IEC 60167)³
• Kohaldatavad standardid: IEC 60071-1 (isolatsiooni koordineerimine), IEC 60664-1 (madal- ja keskpinge isolatsiooni koordineerimine), IEC 62271-1 (kõrgepinge lülitusseadmete üldnõuded).

Kaldumine vs. kliirens: Kriitiline erinevus

Parameeter	Sõiduulatus vahemaa	Kliirens
Mõõdetud tee	Mööda isolaatori pinda	Läbi õhu
Esmane oht	Pinna saastumine, niiskus	Ülepinge, impulss
Mõjutatud	Saasteasteaste, materjali CTI	Kõrgus, ülepingekategooria
Disainitööriist	Ribi/varjendi geomeetria, materjal CTI	Õhuvahe mõõtmine
Reguleeriv standard	IEC 60664-1, IEC 60071-1	IEC 60071-1

Selle erinevuse mõistmine on lähtepunkt iga korrektse roomava vahemaa arvutamise jaoks vormitud isolatsiooni projekteerimisel.

Kuidas arvutatakse kesk- ja kõrgepinge vormitud isolatsiooni roomavuskaugus?

Nõutava sõiduulatuskauguse arvutamisel järgitakse struktureeritud metoodikat, mis on määratletud dokumendis IEC 60071-1 (isolatsiooni koordineerimine) ja IEC 60815 (reostuse all olevate välisisolaatorite puhul). Õhusolatsiooniga jaotusseadmete siseruumides kasutatava vormitud isolatsiooni puhul on esmane viide järgmine IEC 60664-1 koos seadmespetsiifiliste standarditega, nagu IEC 62271-1.

Põhiarvutuse valem

Minimaalne nõutav hiilimiskaugus määratakse kindlaks järgmiselt:

$L_{creepage} = \frac{U_{max}}{\rho_{min}}$

Kus:

• $L_{creepage}$ = minimaalne nõutav hiilimiskaugus (mm)
• $U_{max}$= maksimaalne faasi ja maa vaheline pinge (kV rms) =$\frac{U_r}{\sqrt{3}}$
• $\rho_{min}$ = konkreetne hiilimiskaugus⁴ (mm/kV), mis on määratud reostusastmega

Spetsiifiline hiilimiskaugus reostusastme järgi (IEC 60815 / IEC 62271-1)

Saasteasteaste	Keskkonna kirjeldus	Spetsiifiline roomavahe (mm/kV)
PD1 - Valgus	Puhtad siseruumid, kliimakontrollitud	16 mm/kV
PD2 - Keskmine	Tööstuslik siseruumides, aeg-ajalt kondensatsioon	20 mm/kV
PD3 - raske	Rannikuala, kõrge õhuniiskus, kokkupuude kemikaalidega	25 mm/kV
PD4 - väga raske	Raske tööstuslik, soolane udu, tugev reostus	31 mm/kV

Näide: 12 kV siseruumide lülitusseadmed

12 kV süsteemi puhul, mis on paigaldatud rannikuäärsesse tööstusrajatisse (saasteklass 3):

$U_{max} = \frac{12}{\sqrt{3}} \approx 6.93 \text{ kV}$

$L_creepage} = 6.93 \ korda 25 = 173 \text{ mm}$

See tähendab, et vormitud isolatsioonikomponent peab tagama minimaalse pinnaläbipääsu pikkusega 173 mm faasi ja maa vaheliste juhtide vahel. Selle pingeklassi standardne lame epoksü-tugiisolaator annab tavaliselt ainult 120-140 mm - ilma ribilise geomeetria või täiustatud materjalivalikuta ei ole see sellises keskkonnas piisav.

Tõeline insenerijuhtum

Kagu-Aasia rannikulinnas 12 kV alajaama laiendamisel töötav elektrijaotuse töövõtja võttis meiega ühendust pärast seda, kui 14 kuu jooksul pärast kasutuselevõtmist esines korduvaid pinnase jälgimise tõrkeid nende olemasolevatel vormitud isolatsioonikandjatel. Nende esialgne spetsifikatsioon oli kasutanud PD2 roomavuse väärtusi (20 mm/kV), mille puhul oli tegemist selgelt PD3 keskkonnaga - 20% puudujäägiga pinnasetee pikkuses.

Pärast üleminekut Bepto ribitud epoksiidvalu isolatsioonikomponentidele, mis on mõeldud PD3 jaoks, mille spetsiifiline hiilimiskaugus on 25 mm/kV ja CTI ≥ 600 V (materjalirühm I), läbisid asendusüksused IEC 62271-1 kuiva ja märja leekkekatse. Kaheksateist kuud hiljem ei ole uuendatud paneelide puhul täheldatud ühtegi pinnakatkestusjuhtumit.

Õppetund: reostusastmete klassifitseerimine ei ole konservatiivne insener - see on täpne insener.

Kuidas valida teie rakendusele ja keskkonnale sobiv hiilimiskaugus?

Õige roomava vahekaugusega valatud isolatsiooni valimine nõuab kolme üksteisest sõltuva teguri süstemaatilist hindamist: elektrilised nõuded, keskkonnatingimused ja materjali omadused. Ükskõik millise neist etappidest vahelejätmine toob isolatsioonisüsteemi sisse riski.

1. samm: Elektriliste nõuete määratlemine

• Süsteemi pinge: Määrake nimipinge Ur ja arvutage maksimaalne faasipinge maa suhtes. $U_{max} = U_r / \sqrt{3}$
• Ülepinge kategooria: Kinnitage piksekiirguse impulsspinge (LIWV) ja lülitusimpulsside nõuded.
• Sagedus: Standard 50/60 Hz; kõrgemad sagedused nõuavad täiendavat pinna isolatsiooni vähendamist.

2. samm: reostuskeskkonna klassifitseerimine

• PD1: Suletud, kliimakontrollitud siseruumid (tööstuslikus praktikas haruldased)
• PD2: Tavalised tööstuslikud siseruumid mõõduka tolmu ja aeg-ajalt tekkiva kondensaadiga.
• PD3: Rannikualad, keemiatehased, tsemenditehased, kõrge õhuniiskusega troopilised keskkonnad.⁵
• PD4: Avamereplatvormid, soolapritsmete tsoonid, raskete kemikaalide töötlemise rajatised

3. samm: valige materjal CTI grupp

Vormitud isolatsioonimaterjali võrreldav jälgimisindeks (CTI) mõjutab otseselt seda, kui suur on nõutav hiilimiskaugus. Kõrgem CTI-materjalid seisavad tõhusamalt vastu pinna jälgimisele, võimaldades sama reostusastme puhul lühemaid roomamisteid.

CTI vahemik	Materjalide rühm	Creepage Reduction Factor (vähendatud libisemise tegur)	Tüüpiline materjal
CTI ≥ 600 V	I rühm	1,0 (baastase)	Tsükloalifaatiline epoksü
400 ≤ CTI < 600 V	II rühm	1,25× (vajalik suurendamine)	Standardne epoksüvaik
175 ≤ CTI < 400 V	IIIa rühm	1,6× (märkimisväärne kasv)	polüester, mõned BMC

Keskpinge vormitud isolatsioonile elektrijaotusseadmetes, I materjalirühm (CTI ≥ 600 V) on tehniline standard - mitte lisavõimalus.

Rakendusstsenaariumid ja soovitatavad spetsifikatsioonid

Taotlus	Saasteasteaste	Spetsiifiline roomavus (mm/kV)	Soovitatav materjal
Siseruumide tööstuslikud lülitusseadmed	PD2	20 mm/kV	Epoksüvaik, CTI ≥ 600
Rannikualajaam	PD3	25 mm/kV	Tsükloalifaatiline epoksü, CTI ≥ 600
Päikesefarmi DC/AC jaotusseadmed	PD2-PD3	20-25 mm/kV	UV-stabiliseeritud epoksü
Mere / avamerepaneel	PD4	31 mm/kV	Silikoon või kõrge CTI sisaldusega epoksü
Kaevandamise maa-alused lülitusseadmed	PD3	25 mm/kV	Jälgimisvastane epoksü, IP54+

Millised on valatud isolatsiooni pragude ja hooldusvigade sagedased paigaldusvigad ja hooldusvõtted?

Paigaldamise protseduur

1. Paigaldamiseelne kontroll: Kinnitage, et andmelehel esitatud komponentide roomavuskaugus vastab konkreetse reostusastme jaoks arvutatud miinimumnõudele.
2. Pinnakontroll: Kontrollige enne paigaldamist, kas isolatsioonikorpusel on transpordikahjustusi, mikropragusid või pinnasaastet.
3. Orienteerumise kontroll: Ribitud isolaatorid tuleb paigaldada nii, et ribid oleksid orienteeritud nii, et oleks maksimaalselt efektiivne roomikutee - vale orientatsioon võib vähendada efektiivset roomikut 30-40% võrra.
4. Pöördemomendi kontroll: Kinnitusriistade liigne pingutamine tekitab mehaanilisi pingekontsentratsioone, mis aja jooksul põhjustavad mikrokragusid mööda roomepinda.
5. Plommimise kontroll: Kinnitage, et paneeli IP-klassifikatsioon säilib pärast paigaldamist, et säilitada roomikuarvutuses kasutatud reostusastme eeldus.

Hooldusgraafik

• Iga 6 kuu tagant: visuaalne kontroll pinna jälgimisjälgede (pruunid või mustad söestunud jäljed), kriidistumise või niiskuse sissetungi suhtes
• Igal aastal: Puhastage isolatsioonipinnad kuiva vildivaba lapiga või heakskiidetud lahustiga; mõõtke pinna isolatsioonitakistus (eesmärk ≥ 500 MΩ 1 kV DC juures).
• Iga 3-5 aasta tagant: Täielik dielektriline vastupidavuskatse vastavalt IEC 62271-1, et kinnitada, et isolatsiooni terviklikkus ei ole halvenenud.

Üldised spetsifikatsiooni- ja paigaldusvigad

• Vaba ruumi väärtuste kasutamine roomaväärtuste asemel isolatsioonikomponentide määramisel - need on erinevad parameetrid ja ei ole omavahel asendatavad.
• Siseruumide reostusastme kohaldamine välisõhus asuvate rajatiste suhtes: Seadmed ventilatsiooniavade, kaabli sissekandepunktide läheduses või troopilises kliimas, kus ei ole suletud korpus, kannatavad sageli PD3-tingimuste all, kuigi nad on nominaalselt “siseruumides”.”
• CTI grupi ignoreerimine tarnijate võrdlemisel: Kahe komponendi puhul, millel on identsed roomava vahemaa mõõtmed, kuid erinevad CTI väärtused, on põhimõtteliselt erinev leekkekindlus - tavaline rikkeallikas, kui minnakse üle odavamatele alternatiividele.
• Rippide orientatsiooni unarusse jätmine paigaldamise ajal: Vertikaalselt paigaldatud isolaatoril olevad horisontaalsed ribid ei pruugi niiskust tõhusalt ära juhtida, mis teeb tühiseks ribide geomeetriast tuleneva triibu laiendamise eelise.

Kokkuvõte

Roomava vahemaa arvutamine ei ole kontrollkastide tegemine - see on kesk- ja kõrgepinge elektrijaotussüsteemide usaldusväärse isolatsiooni toimivuse tehniline alus. Õhusolatsiooniga jaotusseadmete vormitud isolatsioonikomponentide puhul on reostusastme õige klassifitseerimine, õige spetsiifilise roomava vahemaa kasutamine ja I materjalirühma epoksüvaikuse valimine CTI ≥ 600 V-ga kolm mittekohustuslikku sammu, mis eristavad 20-aastase isolatsioonisüsteemi sellest, mis rikub juba teisel aastal. Bepto Electricu iga valatud isolatsioonikomponent on projekteeritud vastavalt IEC 62271-1-le koos täieliku roomava vahemaa dokumentatsiooni, CTI-sertifikaadi ja reostusastme klassifikatsiooniga - sest pinnaläbimise vältimine algab juba spetsifitseerimise etapis.

Korduma kippuvate vahemaade arvutamine kõrgepingeseadmete puhul

1. “Epoksüvaikude dielektrilised omadused”, https://ieeexplore.ieee.org/document/871329. Uurimustöö, milles kirjeldatakse üksikasjalikult epoksüisolaatorite läbilöögitugevust. Tõendusmaterjali roll: statistika; Allikatüüp: uurimistöö. Toetused: ≥ 18 kV/mm (epoksüvaik, IEC 60243-1). ↩

2. “IEC 60112:2020 Meetod tahkete isolatsioonimaterjalide katsekindluse ja võrdleva jälgimisindeksi määramiseks”, https://webstore.iec.ch/publication/504. Rahvusvaheline standard, mis määratleb CTI mõõtmist ja materjalide rühmitamist. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: ≥ 600 V (materjalirühm I vastavalt IEC 60112). ↩

3. “IEC 60167:1964 Katsemeetodid tahkete isolatsioonimaterjalide isolatsioonitakistuse määramiseks”, https://webstore.iec.ch/publication/704. Standard, mis määrab kindlaks pinna- ja mahukindluse katsetamise. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: ≥ 10¹² Ω kuivades tingimustes (IEC 60167). ↩

4. “IEC TS 60815-1:2008 Saastunud tingimustes kasutamiseks ettenähtud kõrgepinge isolaatorite valik ja mõõtmine”, https://webstore.iec.ch/publication/3807. Tehniline spetsifikatsioon, milles määratakse kindlaks reostuse raskusaste ja roomamisparameetrid. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: konkreetne roomavahe (mm/kV). ↩

5. “Kõrgepingeisolaatorite saastatuse raskusastme kaardistamine”, https://ieeexplore.ieee.org/document/6339185. Keskkonna saastatuse tasemeid klassifitseeriv väliuuring. Tõendusmaterjali roll: general_support; Allikatüüp: uurimus. Toetab: Rannikukohad, keemiatehased, tsemenditehased, kõrge õhuniiskusega troopilised keskkonnad. ↩