Kuidas parandada korpuse IP-klassifikatsiooni ilma õhuvoolu kaotamata

Sissejuhatus

Iga insener, kes on määranud AIS-lülitusseadmeid taastuvenergia projekti või keskpinge uuendamise jaoks, seisab lõpuks silmitsi sama konfliktiga: objekt nõuab suuremat kaitset sissetungimise eest - tolm, niiskus, soolane udu -, kuid korpuse sisemine soojuskoormus nõuab õhuvoolu. Sulge kapp tihedamalt ja temperatuur tõuseb. Avage see jahutuseks ja IP-klassifikatsioon langeb.

Lahendus ei ole kompromiss - see on tehniline distsipliin: õigesti rakendatud IP-klassi ventilatsioonisüsteemid koos soojusjuhtimise disainiga võimaldavad AISi jaotusseadmete korpuste puhul saavutada IP54 või kõrgemat kaitsetaset, säilitades samal ajal kogu elutsükli vältel ohutu sisetemperatuuri.

Elektriinseneridele, kes määravad keskpinge AIS-lülitusseadmeid päikeseelektrijaamades, tuulealajaamades või rannikuvõrgu uuendamise projektides, ei ole see pinge teoreetiline. See määrab ära, kas kapis säilib viis või kakskümmend viis aastat raskes keskkonnas. Selles juhendis on lahti pakitud IEC raamistik, ventilatsioonitehnika ja uuendamise tee - nii et teie järgmine kapi spetsifikatsioon lahendaks konflikti, mitte ei lükkaks seda edasi.

Sisukord

• Mida tähendab IP-klassifikatsioon AIS-üldkaitsekappide puhul tegelikult?
• Kuidas suhtleb soojusjuhtimine keskpingesüsteemide korpuse IP-klassifikatsiooniga?
• Kuidas valida ja ajakohastada AIS-lülitusseadmete IP-klassifikatsiooni taastuvenergia rakendustes?
• Millised on kõige levinumad IP-reitingute uuendamise vead ja nende elutsükli tagajärjed?

Mida tähendab IP-klassifikatsioon AIS-üldkaitsekappide puhul tegelikult?

IP - sissetungi kaitse - on määratletud IEC 60529¹, ja see reguleerib kõiki AIS-kappe, mida müüakse tõsistes tööstuslikes või taastuvenergia rakendustes. Kahekohaline kood ei ole turundusmärgis; see on tüübikontrollitud toimivusdeklaratsioon, mis määrab täpselt kindlaks, mida kaitsekapp suudab ja mida mitte.

Esimene number (0-6) määrab tahkete osakeste kaitse. Teine number (0-9K) määratleb vedeliku sissetungi kaitse. Keskpinge AIS-lülitusseadmete puhul ulatub praktiliselt asjakohane vahemik alates IP3X - minimaalne siseruumides kasutatavate jaotusseadmete kohta IEC 62271-200² - läbi IP54 ja IP55 karmide siseruumide ja varjatud välitingimustes, kuni IP65 täielikult tolmukindlaks välitingimustes kasutamiseks.

Peamised IP-klassifikatsioonitasemed ja nende mõju AIS-lülitusseadmetele:

• IP31: Kaitstud tahkete esemete eest >2,5 mm; tilkuv vesi 15° kallakuga - standard puhtates, kliimakontrollitud siseruumides.
• IP41: Kaitstud tahkete esemete eest >1 mm; tilkuv vesi vertikaalselt - tüüpiline siseruumide AIS-lülitusseadmete baastase vastavalt IEC 62271-200 siseklassifikatsioonile.
• IP54: Tolmuga kaitstud (ei sisalda kahjulikke sademeid); pritsmete vesi igast suunast - vajalik tolmuses tööstuskeskkonnas ja enamikus taastuvenergia alajaamades.
• IP55: Tolmuga kaitstud; madala rõhuga veepihustid igast suunast - sobivad välitingimustes varjatud või pestavate keskkondade jaoks
• IP65: Täielikult tolmukindlad; madala rõhuga veepihustid - täpsustatud kõrbes asuvate päikeseparkide, rannikuäärsete tuulealajaamade ja troopiliste võrguuuendusprojektide jaoks.

AIS-lülitusseadme IP-klassi määramise aluseks olevad konstruktsioonielemendid:

• Korpuse teraslehe mõõtmed: Vähemalt 2,0 mm külmvaltsitud teras konstruktsiooni jäikuseks IP55+ tihendussurve korral
• Uksetihendi materjal: EPDM (etüleenpropüleen-dieenmonomeer) kummi - temperatuurivahemik miinus 40°C kuni pluss 120°C, UV-stabiilne välitingimustes kasutamiseks.³
• Ventilatsiooniava töötlemine: Labürintpaneelid, paagutatud metallist filtrid või IP-klassifitseeritud ventilaator-filtriüksused - kriitiline kokkupuutepunkt, kus IP ja õhuvool on vastuolus.
• Kaabli sisenemise tihendamine: IEC 62444 kohased IP-klassifikatsiooniga kaablipaigaldised - sageli nõrgim punkt muidu hästi suletud korpuses.
• Reguleerivad standardid: IEC 60529 (IP-klassifikatsioon), IEC 62271-200 (keskpinge metallkattega jaotusseadmed), IEC 62271-1 (üldnõuded).

Kriitiline arusaam on see, et IP-reiting on süsteemi omadus, mitte paneeli omadus. IP55 ustega ja tihendamata kaablisisendiga kapp ei ole IP55 - see on kallite ustega IP1X-kapp.

Kuidas suhtleb soojusjuhtimine keskpingesüsteemide korpuse IP-klassifikatsiooniga?

Vastuolu IP-klassi ja õhuvoolu vahel on tingitud termodünaamikast. Iga amper, mis voolab läbi vooluahela, iga vaakumkaitselüliti lülitustoiming ja iga voolu all olev instrumentaaltrafo tekitab soojust. Standardse IP3X või IP4X AIS-lülitusseadme korpuses pääseb see soojus loomulikku konvektsiooni kaudu välja korpuse ülaosas asuvate ventilatsiooniavade kaudu. Kui need avad suletakse, et saavutada IP54 või kõrgem kaitseaste, ei ole soojusel enam kuhugi minna - sisetemperatuur tõuseb, isolatsioon vananeb kiiremini ja elutsükkel lüheneb.

Tehniline lahendus ei ole valida IP ja õhuvoolu vahel - see on see, et ümber kujundada, kuidas õhuvool toimub nii, et see oleks vastavuses nõutava IP-tasemega.

AIS-lülitusseadmete IP-klass vs. soojusjuhtimise strateegia

IP sihtmärk	Ventilatsioonimeetod	Tüüpiline ΔT tõus	Kohaldatav keskkond	IEC viide
IP31 / IP41	Avatud loomulik konvektsioon	+8-12°C üle ümbritseva õhu temperatuuri	Puhtad MV siseruumid	IEC 62271-200
IP54	Labürindi kaitseklaas + ülemine väljalaskeava	+12-18°C üle ümbritseva õhu temperatuuri	Tolmune tööstuslik, siseruumide päikeseenergia	IEC 60529 + IEC 62271-1
IP54 koos sundjahutusega	IP54 ventilaator-filtriüksus (alumine sissevool / ülemine väljavool)	+6-10°C üle ümbritseva õhu temperatuuri	Suure koormusega taastuvenergia alajaamad	IEC 60529 + IEC 60068-2
IP55	Hermeetiline korpus + sisemine soojusvaheti	+15-22°C üle ümbritseva õhu temperatuuri	Rannikuala, pesuvesi, tuulepark	IEC 60529
IP65	Hermeetiline korpus + õhk-õhk või õhk-vesi soojusvaheti	+18-25°C üle ümbritseva õhu temperatuuri	Aaviku päikeseenergia, troopilise võrgu uuendamine	IEC 60529 + IEC 60721-3-4

Tabelist on näha, et IP-klassi suurenemisega suureneb ka termiline delta-T üle ümbritseva keskkonna, kui ei kasutata aktiivset jahutust. Keskpinge AIS-lülitusseadmete puhul taastuvenergia rakendustes - kus ümbritsev temperatuur võib kõrbes või troopilistes kohtades ulatuda juba 45-50 °C-ni - ei ole see delta-T arvutus konservatiivne; see on kriitiline.

Klientide lugu - EPC-töövõtja, 50 MW kõrbes asuv päikesepark, Põhja-Aafrika:

EPC töövõtja määras standardse IP41 AIS jaotusseadme 33 kV kollektori alajaama jaoks kõrbes asuva päikeseprojekti jaoks. Esimese suve jooksul ületas kapi sisetemperatuur 65 °C, mis on tunduvalt kõrgem kui IEC 62271-200 temperatuuritõusu tüübikatsetuses eeldatav 40 °C. See on aga tunduvalt kõrgem kui IEC 62271-200 temperatuuri tõusu piirväärtus. Kolm vaakumkaitsemehhanismi töötasid aeglaselt ja ühel voolutrafol tekkis isolatsiooni värvimuutus.

Põhjuseks oli spetsifitseerimisviga: IP41 loomulik konvektsioon oli piisav temperatuuri siseruumides, kuid täiesti ebapiisav suletud, päikese käes oleva väliskeskkonna puhul 48 °C juures.

Bepto inseneriteaduskond toetas moderniseerimist IP54 standardile, kasutades sundventilatsiooniga ventilaator-filtriüksusi (alumine sissevool, ülemine väljavool, filtriklass G4 vastavalt standardile EN 779), vähendades sisemist töötemperatuuri 14 °C võrra ja viies kõik komponendid tagasi oma nimisoojuse piiridesse. Uuendatud komplekt on sellest ajast alates töötanud kaks täielikku suveperioodi ilma termiliste kõrvalekalleteta.

Kuidas valida ja ajakohastada AIS-lülitusseadmete IP-klassifikatsiooni taastuvenergia rakendustes?

AIS-lülitusseadmete IP-klasside ajakohastamine või määramine taastuvenergia ja võrgu uuendamise projektides toimub struktureeritud inseneriprotsessi alusel. Allpool kirjeldatud järjestus kehtib nii uute seadmete määramisel kui ka olemasolevate seadmete moderniseerimisel.

1. samm: iseloomustage paigalduskeskkonda

• Keskkonnatemperatuuri vahemik: Rekordiline maksimaalne suvine tipp ja minimaalne talvine madalseis - mõlemad äärmused mõjutavad materjali valikut
• Tolmu ja tahkete osakeste tase: Eristab kerget tolmu (IP5X piisav) ja juhtiv või abrasiivset tolmu (IP6X nõutav).
• Kokkupuude niiskusega: Eristada pritsimisoht (IP X4), veejuga kokkupuude (IP X5) ja kondenseerumisoht (nõuab kondenseerumisvastast küttekeha, olenemata IP-klassist).
• Saastekraad per IEC 60664-1⁴: PD3 tööstuskeskkondade puhul; PD4 välitingimustes või tugevalt saastunud kohtades - see määrab triivkauguse nõuded IP-st sõltumatult.

2. samm: Arvutage sisemine soojuskoormus

• Kõigi soojust tekitavate komponentide summa: vooluahela $I^2R$ kadusid, VCB mehhanism, CT/PT rauakadusid, relee ja mõõtepaneeli koormused
• Rakendage ümbritseva keskkonna temperatuuri parandustegurit vastavalt IEC 62271-1 punktile 4 - iga 1 °C üle 40 °C ümbritseva keskkonna kohta vähendage pideva voolu nimivoolutugevust ligikaudu 1% võrra.
• Määrata, kas sisetemperatuuri hoidmiseks allpool komponentide termilisi piirväärtusi on vaja loomulikku konvektsiooni, sundventilatsiooni või suletud soojusvahetust.

3. samm: valige IP-kompatibelne ventilatsioonilahendus

• IP54 labürindipaneelidega: Ei ole liikuvaid osi, null hooldust, sobib kerge tolmuga keskkondadesse mõõduka soojuskoormusega - parim siseruumide tööstuslikuks AIS-lülitusseadmete uuendamiseks.
• IP54 koos ventilaatorifiltriga: Aktiivne õhuvool, filtriklass G3-G4, nõuab filtri vahetamist kord kvartalis - parim suure koormusega taastuvenergia alajaamades, kus on tolmune keskkond.
• IP55/IP65 sisemise soojusvahetiga: Täielikult suletud kapp, soojus kantakse läbi korpuse seina õhu-õhuvaheti kaudu - parim rannikuäärsete tuuleparkide, kõrbe päikeseenergia ja troopiliste võrkude uuendamise projektide jaoks.

4. samm: vastavuse kontrollimine ja dokumenteerimine

• Kinnitage, et IP-klassifikatsioon on IEC 60529 kohaselt tüübikatsetatud, mitte tootja enda poolt deklareeritud.
• Kontrollida, et ventilatsiooni muutmine ei muuda algset IEC 62271-200 tüübikatsetust kehtetuks - igasugune konstruktsiooniline muudatus tüübikatsetatud korpuses nõuab tehnilist hindamist.
• Kõik soojusarvutused ja IP-uuenduse dokumentatsioon salvestatakse projekti kasutuselevõtu toimikusse, mis on mõeldud elutsükli jooksul kasutamiseks.

Rakendusstsenaariumid:

• Päikesefarmi MV-kogumisalajaam: Minimaalne kaitseaste IP54, kõrbealadel eelistatakse IP65; sundõhu või soojusvaheti jahutus; UV-stabiilne korpusekate
• Avamere- või rannikutuulikute alajaam: IP55 roostevabast terasest riistvara; EPDM-tihendid; korrosioonikindlad ventilaatorifiltrid
• Tööstusvõrgu uuendamine: IP54 labürindipaneelidega; kondensatsioonivastased küttekehad; III reostusastme lekkepiirded
• Troopilise taastuvenergia projekt: IP54-IP65; niiskuse jälgimine; seenevastane sisekate; suletud kaabli sisselaskeavad

Millised on kõige levinumad IP-reitingute uuendamise vead ja nende elutsükli tagajärjed?

AIS-lülitusseadmete IP-klassi tõstmine ebaõnnestub prognoositaval viisil. Järgmised vead ilmnevad korduvalt kohapealsetes uuringutes ja elutsükli rikete analüüsides - igaüks neist on välditav ja igaüks neist on kulukas, kui need juhtuvad.

Paigaldamise ja uuendamise kontrollnimekiri

1. Kontrollida, et IP-klassifikatsioon on tüübikontrollitud, mitte ise deklareeritud. - nõuda IEC 60529 katsesertifikaati; tootja andmeleht, milles väidetakse IP54 ilma katsearuandeta, ei ole vastavusdokument.
2. Kontrollida kõiki kaabli sisselaskeavad enne voolu sisselülitamist. - IP-klassifikatsiooniga korpused, mille kaablipaigaldised ei ole IP-klassifikatsiooniga, saavutavad nõrgima läbitungi IP-klassifikatsiooni, mitte korpuse klassifikatsiooni.
3. Komisjoni kondensatsioonivastased kütteseadmed kõigil IP55+ korpustel - suletud korpused püüavad niiskust temperatuuritsükli ajal; kütteseadmed tuleb pingestada enne põhiringi, mitte pärast seda.
4. Filtri hooldusgraafiku kehtestamine projekti üleandmisel - IP54 ventilaatorifiltriga seadmed, mille G4-filtrid on ummistunud, ei paku piisavat IP-kaitset ega piisavat õhuvoolu; mõlemad ei toimi koos.
5. Termiline korduvkontroll pärast mis tahes korpuse muutmist - kaabli sissekannete, releepaneelide või mõõteseadmete lisamine pärast algset termilist projekteerimist suurendab sisemist soojuskoormust ja võib nõuda ventilatsiooni uuendamist

Levinumad vead ja nende mõju elutsüklile

• Ventilatsiooniavade tihendamine ilma soojusvahetust lisamata: Sisetemperatuur tõuseb 15-25 °C; isolatsiooni termiline vananemine kiireneb Arrheniuse lagunemismudeli järgi 2-4 korda.⁵; AIS-lülitusseadmete elutsükkel vähenes 25 aastalt alla 12 aasta.
• PVC-uksetiheduse kasutamine EPDM-i asemel välitingimustes: PVC kõveneb ja praguneb alla miinus 10°C ja üle 70°C; tihendi rike võimaldab niiskuse sissetungi; IP-klass langeb kokku 3-5 aasta jooksul taastuvenergiakohtades.
• Ignoreerides kondenseerumist IP65 korpuste sees: Täielikult suletud korpused, mille temperatuuritsüklid on muutlikud, koguvad sisepindadele kondensaadi; ilma kondenseerimisvastaste kütteseadmeteta algab MV isolatsioonikomponentide pindade jälgimine ühe märja hooaja jooksul.
• IP-uuenduste moderniseerimine ilma IEC 62271-200 tehnilise ülevaatuseta: Tüübikatsetatud AIS-üleslülitusseadmete korpuste konstruktsioonilised muudatused võivad muuta kehtetuks kaarlahenduse toimivuse - see on ohutusega seotud tagajärg, mis ulatub kaugemale IP-vastavusest.

Kliendi lugu - hankejuht, tuuleparkide võrgu uuendamine, Põhja-Euroopa:

66 kV/11 kV tuulepargi alajaama uuendamist juhtiv hankejuht võttis meiega ühendust pärast seda, kui ta avastas, et eelmise tarnija tarnitud AIS-lülitusseadmetel olid IP54 märgised, kuid puudusid tõendavad tüübikatsetuse dokumendid. Kohapeal toimunud kontrollimisel leiti, et kõikidel ustel on standardsed vahtpolüstüreenid - mitte EPDM - ja kaabli sisselaskekohad, mis on suletud IP-sertifikaadiga tihendite asemel mittekinnitatud kittidega.

Pärast kaheksateistkümne kuu pikkust rannikuäärset kasutamist oli niiskuse sissetungimine põhjustanud pinnakorrosiooni vooluahela kandjatel ja osalise tühjenemise näitu kahes kaabliotsas. Tegelik saavutatud IP-klass oli hinnanguliselt IP32 - see on katastroofiline erinevus ettenähtud IP54-st.

Bepto tarnitakse asendussarja, millel on täielik IEC 60529 tüübikatsetuse sertifikaat, EPDM-uksetihed, IP55-klassiga kaablipaigaldised ja integreeritud kondenseerumisvastased küttekehad. Asenduspaigaldis on nüüdseks läbinud kolm täielikku iga-aastast kontrollitsüklit, ilma et oleks tuvastatud niiskuse sissetung.

Kokkuvõte

AIS-keskuste kaitseklassi parandamine ilma õhuvoolu ohverdamata on tehniline probleem, mille lahendused on täpselt määratletud - labürintpaneelid, IP-klassi ventilaator-filtriüksused ja suletud soojusvahetid on kõik suunatud konkreetsele punktile IP- ja soojusspektri vahelisel spektril. Taastuvenergia ja keskpingevõrgu uuendamise projektide puhul, mis toimivad karmides tingimustes, on õige IP-spetsifikatsioon, mida toetavad IEC 60529 tüübikatsetused ja distsiplineeritud soojusjuhtimise projekteerimine, 25-aastase elutsükli aluseks. Sulge see õigesti, jahuta seda õigesti ja dokumenteeri see - see on ainus IP-uuendusstrateegia, mis peab paika.

Korduma kippuvad küsimused AIS-lülitusseadmete IP-klassifikatsiooni ja õhuvoolu juhtimise kohta

1. “IEC 60529:1989”, https://webstore.iec.ch/en/publication/2452. See allikas toetab rahvusvahelist IP-koodide raamistikku kaitsekordade kohta, mida pakuvad korpused. Tõendite roll: general_support; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC 60529 kaitse määratlust. ↩

2. “IEC 62271-200:2021”, https://webstore.iec.ch/en/publication/63466. See allikas toetab IEC 62271-200 kui standardit vahelduvvoolu metallist suletud jaotusseadmete ja juhtimisseadmete jaoks, mis on üle 1 kV ja kuni 52 kV (kaasa arvatud). Tõendite roll: general_support; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC 62271-200 viide keskpinge metallkattega jaotusseadmetele. ↩

3. “Etüleenpropüleen-dieenkautšuk”, https://www.arlanxeo.com/en/families/epdm. See allikas toetab EPDM-i kasutamist välistingimustes ja kõrgendatud temperatuuriga tööstuslikes rakendustes. Tõendi roll: material_property; Allikatüüp: tööstus. Toetab: EPDM-tihendi sobivus välitingimustes kasutatavate korpuste tihendamiseks. ↩

4. “IEC 60664-1:2020”, https://webstore.iec.ch/en/publication/7449. See allikas toetab IEC 60664-1 kui isolatsiooni koordineerimise standardit, mida kasutatakse vahekauguste, roomikute ja tahke isolatsiooni kriteeriumide puhul. Tõendite roll: general_support; Allikatüüp: standard. Toetab: reostusaste ja isolatsiooni koordineerimise viide. ↩

5. “Arrheniuse lähenemine kontsentraator-fotogalvaaniliste süsteemide kapsulantide termilise eluea hindamiseks”, https://www.nist.gov/publications/arrhenius-approach-estimating-thermal-lifetime-encapsulants-concentrator-photovoltaic. See allikas toetab Arrheniusel põhinevate meetodite kasutamist termilise vananemise ja eluea hindamiseks kõrgel temperatuuril. Tõendusmaterjali roll: mehhanism; Allikatüüp: valitsus/uuringud. Toetab: termilise vananemise kiirenemine kõrgematel sisemistel korpuse temperatuuridel. ↩