Keskpingevõrkude isolatsiooni koordineerimise põhimõtted

Sissejuhatus

Keskpingevõrkude isolatsioonirikked annavad endast harva teada - need tekivad vaikselt sobimatute isolatsioonitasemete, tähelepanuta jäetud keskkonnastresside ja ilma nõuetekohase kooskõlastusloogikata valitud tarvikute tõttu. Isolatsiooni koordineerimise põhiprintsiip on tagada, et kõik keskpingesüsteemi lisaseadmed taluvad ülepingeid kontrollitud ja prognoositavas hierarhias - kaitstes seadmeid enne, kui need end ise kaitsevad. Kui elektriinsenerid ja hankejuhid töötavad 6kV kuni 35kV jaotusvõrgu infrastruktuuriga, tähendab selle valesti tegemine planeerimata katkestusi, kulukaid asendamisi ja tõsiseid ohutusriske. Selles artiklis käsitletakse isolatsiooni koordineerimise aluspõhimõtteid, valikukriteeriume ja tegelikku rakendamist spetsiaalselt keskpingevõrgu tarvikute - isolaatorite, seinapukside, isolatsiooniballoonide ja isolatsioonivormide - puhul, mis moodustavad usaldusväärse elektrijaotuse selgroo.

Sisukord

• Mis on isolatsiooni koordineerimine ja miks on see oluline keskpingevõrkudes?
• Kuidas pakuvad MV lisaseadmed isolatsiooni jõudlust ja usaldusväärsust?
• Kuidas valida õige isolatsioonitase võrguinfrastruktuuri tarvikute jaoks?
• Millised on kõige levinumad paigaldusvigad, mis kahjustavad isolatsiooni kooskõlastamist?

Mis on isolatsiooni koordineerimine ja miks on see oluline keskpingevõrkudes?

Isolatsiooni koordineerimine on süstemaatiline protsess, mille käigus valitakse ja dielektrilise vastupidavuse sobitamine¹ kõigi keskpingevõrgu tarvikute puhul, nii et nõrgim punkt ei muutuks kunagi rikkepunktiks tavalistes või ajutistes ülepingetingimustes.

Praktikas tähendab see, et iga komponent - alates seinapuksidest kuni isolatsiooni vormitud osade ja isolatsiooniballoonideni - peab olema hinnatud, testitud ja paigutatud kindlaksmääratud pingetaluvuse hierarhia piires. reguleerib IEC 60071-1² (isolatsiooni koordineerimine) ja IEC 60071-2 (rakendusjuhend).

MV lisaseadmete peamised parameetrid

• Nimipinge (Um): Süsteemi kõrgeim pinge, tavaliselt 7,2kV, 12kV, 17,5kV, 24kV või 40,5kV.
• Võimsussageduse taluvuspinge (PFWV): Lühiajaline vahelduvvoolu katsepinge (1 minut)
• Välkkiirte impulsside taluvuspinge (LIWV): Impulsskatse tipppinge (1,2/50μs lainekuju)
• Sõiduulatus vahemaa: Minimaalne pinna tee pikkus pinge all olevate ja maandatud osade vahel (mm/kV)
• Saasteasteaste: IEC 60815 klassifikatsioon - kerge (I), keskmine (II), raske (III), väga raske (IV).

Standardne isolatsioonitase tavapäraste MV-klasside puhul

Süsteemi pinge (Um)	PFWV (kV)	LIWV (kV)	Min. Lõtvumine (mm)
7,2 kV	20	60	120
12 kV	28	75	200
24 kV	50	125	400
40,5 kV	95	185	630

Need parameetrid ei ole vabatahtlikud kriteeriumid - need on minimaalsed piirmäärad, millele iga keskpinge lisaseadme kooskõlastatud isolatsioonisüsteemis osalemiseks peab vastama. Kui valitakse tarvikuid, mis jäävad alla nende piirmäärade, kasvõi vähesel määral, tekib nõrk lüli, mida mööduvad ülepinged paratamatult ära kasutavad.

Kuidas pakuvad MV lisaseadmed isolatsiooni jõudlust ja usaldusväärsust?

MV-varustuse isolatsioonivõime sõltub kahest omavahel seotud tegurist: materjali valik ja geomeetriline disain. Koos määravad need, kui tõhusalt peab tarvik vastu elektrilisele koormusele nii pideva tööpinge kui ka ajutiste ülepingejuhtumite korral.

Materjalide võrdlus: Epoksüvaik vs. silikoonkummi

Parameeter	Epoksüvaik	Silikoonkumm
Dielektriline tugevus	18-25 kV/mm	20-28 kV/mm
Termiline klass	Klass F (155°C)	Klass H (180°C)
Mehaaniline jäikus	Kõrge	Paindlik
Hüdrofoobsus	Madal (pinnalähedase jälgimise oht)	Kõrge (isereguleeruv)
Saastekindlus	Keskmine	Suurepärane
Tüüpilised rakendused	Siseruumide MV-paneelid, jaotusseadmed	Väljas olevad alajaamad, rannikukeskkonnad
IEC viide	IEC 60243	IEC 62217

Epoksüvaik domineerib siseruumides kasutatavates MV lisaseadmetes - valatud isolatsiooniosad, isolatsioonitsilindrid ja kontaktkarbi komponendid - oma mõõtmete stabiilsuse ja suure mehaanilise tugevuse tõttu kokkusurumisel. Silikoonkummi seevastu paistab silma välitingimustes või kõrge saastetasemega keskkondades. kus hüdrofoobsus ja paindlikkus termotsüklites on kriitilise tähtsusega³.

Reaalne juhtum: Isolatsiooni rike sobimatute tarvikute tõttu

Ühel meie kliendil, piirkondlikul EPC-töövõtjal, kes juhtis 35kV maapiirkondade jaotusvõrgu uuendamist Kagu-Aasias, esines 18 kuu jooksul pärast kasutuselevõtmist korduvaid väljalöögi juhtumeid paneelide ühenduskohtades. Põhjus: hanke vea tõttu - 40% pingekategooria puudumise tõttu - olid 35kV (Um) süsteemi paigaldatud 24kV (Um) nimiväärtusega seinapuksid. LIWV varu oli täielikult ära tarbitud tavaliste lülituspingete tõttu, jättes nulltolerantsi äikesesündmuste suhtes.

Pärast kõigi pukside ja valatud isolatsioonikomponentide asendamist õigesti kooskõlastatud 40,5kV-klassifikatsiooniga tarvikutega - mida kontrolliti IEC 60071-1 taluvustabelite alusel - töötas süsteem rikkevabalt kaks täielikku monsuunihooaega. Usaldusväärsus ei ole üksikute komponentide omadus; see on kogu lisaseadmete komplekti kooskõlastatud valiku tulemus.

Kuidas valida õige isolatsioonitase võrguinfrastruktuuri tarvikute jaoks?

Keskpingevõrgu tarvikute isolatsioonitaseme valimine nõuab struktureeritud, järkjärgulist lähenemist, mis võtab arvesse süsteemi pinget, keskkonnaga kokkupuudet ja kohaldatavaid standardeid. Siin on raamistik, mida me Bepto Electricus soovitame.

Samm 1: Määrake süsteemi pingeklass

• Määrake kindlaks süsteemi kõrgeim pinge (Um) - mitte nimipinge
• Kaart Um standardse isolatsioonitaseme tabeliga (IEC 60071-1, tabel 2).
• Kinnitage, kas kohaldatakse I või II nimekirja vastupidavustasemed, mis põhinevad liigpingekaitseallikate kaitsel.

2. samm: Keskkonna- ja saastetingimuste hindamine

• Siseruumides, puhas keskkond: Saasteklass I-II → standardne sõidu kaugus
• Tööstus- või rannikuala välistingimustes: Saastatuse aste III → tugevdatud pragu (+25%)
• Raske tööstuslik / kõrbe / troopiline: Saasteklass IV → laiendatud roomavus (+50%), kaaluda silikoonkummist tarvikuid.
• Temperatuurivahemik: kinnitage, et isolatsioonimaterjali soojusklass vastab ümbritsevale keskkonnale + koormuse soojendusele.

3. samm: sobitage tarvikud rakendusskenaariumiga

• Siseruumide MV jaotusseadmete paneelid: Epoksiidist valatud isolatsioon, isoleerivaid silindreid, kontaktkarbi komponendid - arvestatud kogu paneelile Um
• Välitingimustes asuvad alajaamade ühendused: Pikendatud roomikutega seinaümbrised, silikoonist kaitsed reostustsoonide jaoks
• Elektrijaotussööturid: Andurisolaatorid ja tugiisolaatorid, mis on sobitatud toitepingeklassile
• Võrguinfrastruktuuri uuendamine: Kõik asendustarvikud peavad vastama või ületama originaalisele isolatsiooni koordineerimise konstruktsioonile.

4. samm: Sertifikaatide ja katsearuannete kontrollimine

• IEC 60071-1 / IEC 60071-2 nõuetele vastavus
• Tüübikatsetuse aruanded: PFWV + LIWV + osaline tühjendamine test (< 5 pC at $1.1 \times U_m / \sqrt{3}$)
• Korpuse lisaseadmete IP-klassifikatsioon: IP65 minimaalselt välitingimustes, IP67 sukeldumisohtlikes tsoonides.
• RoHS ja REACH vastavus ekspordiprojektidele

Millised on kõige levinumad paigaldusvigad, mis kahjustavad isolatsiooni kooskõlastamist?

Isegi suurepäraselt määratletud tarvikud võivad ebaõnnestuda, kui puudub paigaldusdistsipliin. Need on neli kõige kahjulikumat viga, mida me näeme MV-võrgu projektides.

Paigaldamise ja hoolduse kontrollnimekiri

1. Kontrollige enne paigaldamist nimiparameetrid - ristkontrollige Um, LIWV ja sõiduulatuskaugust süsteemi projekteerimisnäitajate suhtes.
2. Kontrollida lisapindu - mis tahes mikropragud, saastumine või niiskuse sissetung epoksiidpindadele tuleb enne paigaldamist tagasi lükata.
3. Rakendage mehaanilistele kinnitustele õiget pöördemomenti - epoksiidkomponentide liigne pingutamine põhjustab sisemisi pingemurdeid, mis muutuvad osalise tühjendamise kohtadeks
4. Käivitamiseelse isolatsioonitakistuse katse läbiviimine — vähemalt 1000 MΩ 2,5kV alalisvoolu juures 12kV klassi tarvikute puhul⁴
5. Teostage osalise tühjendamise mõõtmine - kinnitage < 5 pC tööpinge juures enne voolu sisselülitamist

Üldised vead, mida vältida

• Alahindamine pingeklasside kaupa: 12kV pingega tarvikute paigaldamine 17,5kV süsteemi, sest “see on piisavalt lähedal” - see ei ole seda
• Reostuse astme eiramine: Rannikuäärses tööstuspiirkonnas standardse roomiku määramine viib 2-3 aasta jooksul pinna jälgimisele.
• Materjalitüüpide segamine ilma kooskõlastamiseta: Erinevate soojuspaisumiskoefitsientidega epoksiid- ja silikoontarvikute kombineerimine tekitab mehaanilisi pingeid liideste juures.
• Osalise tühjendamise testimise vahelejätmine: PD-tasemed üle 10 pC näitavad sisemisi tühimikke, mis laienevad impulsspinge korral täieliku isolatsiooni lagunemiseni.
• Puudub perioodiline hooldusgraafik: MV-lisaseadmed vajavad iga-aastast visuaalset kontrolli ja 3-aastast dielektrilist katsetamist, et säilitada isolatsiooni koordineerimise terviklikkus süsteemi eluea jooksul.

Kokkuvõte

Isolatsiooni koordineerimine ei ole ühekordne spetsifikatsioon - see on distsipliin, mis kestab alates algsest lisaseadmete valikust kuni paigaldamise, kasutuselevõtu ja pikaajalise hoolduse ajani. Keskpingevõrkude puhul tuleb iga seinapuks, vormitud isolatsioonikomponent, isoleerimissilinder ja andurisolaator valida ühtses pingetaluvuse hierarhias, mis on kooskõlas IEC 60071 standarditega. Teie elektrijaotuse infrastruktuuri usaldusväärsus on ainult nii tugev kui nõrgim isolatsioonitase ahelas. Bepto Electric pakub täielikult kooskõlastatud keskpinge lisaseadmete komplekte koos täieliku tüübikatsetuse dokumentatsiooniga - sest isolatsiooni kooskõlastamine esimesel korral on alati odavam kui selle parandamine pärast tõrget.

Korduma kippuvad küsimused keskpingevõrgu tarvikute isolatsiooni koordineerimise kohta

1. “Dielektriline vastupidavuskatse”, https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_withstand_test. Selgitab komponentide dielektrilise tugevuse hindamise katsemeetodit. Tõendusmaterjali roll: general_support; Allikatüüp: uurimistöö. Toetab: dielektrilise vastupidavuse võime sobitamine. ↩

2. “IEC 60071-1:2019 Isolatsiooni koordineerimine”, https://webstore.iec.ch/publication/313. Määratleb määratlused, põhimõtted ja reeglid standardsete isolatsioonitasemete kohta. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: reguleerib IEC 60071-1. ↩

3. “Hüdrofoobsus”, https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrophobe. Üksikasjalikud andmed vee tõrjumise füüsikalise omaduse kohta, mis on oluline tugevate välitingimustes kasutatavate isolaatorite toimimiseks. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetused: hüdrofoobsus ja painduvus termilise tsüklilisuse korral on kriitilise tähtsusega. ↩

4. “Isolatsioonitakistuse test”, https://electrical-engineering-portal.com/insulation-resistance-test. Kirjeldatakse alalispinge testimise põhiparameetrid keskpingeseadmete isolatsiooni terviklikkuse kinnitamiseks. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: tööstus. Toetab: vähemalt 1000 MΩ 2,5kV alalisvoolu juures 12kV klassi tarvikute puhul. ↩