Välkkiirte impulsside taluvuspinge: Tehniline juhend kõrgepinge jaotusseadmete jaoks

Sissejuhatus

Igal aastal hävitavad välklambid ja lülituspinged vaikselt keskpinge jaotustarvikuid - mitte sellepärast, et insenerid ignoreerivad riski, vaid sellepärast, et välkkiirte impulsspinge (LIWV) nende isolatsioonikomponentide nõudeid ei ole kunagi nõuetekohaselt arvutatud ega katsetatud. Õhusisolatsiooniga tarvikuid hankivate hankejuhtide ja keskpinge paneelide komponente täpsustavate elektriinseneride jaoks on see lõhe spetsifikatsiooni ja tegelikkuse vahel kriitiline oht usaldusväärsusele.

Otsene vastus: Keskpinge õhuga isoleeritud tarvikute puhul, mis töötavad 12kV kuni 40,5kV pingel, tuleb see väärtus rangelt arvutada ja valideerida standardite IEC 60060 ja IEC 62271 alusel, enne kui mõni komponent siseneb pinge all olevasse jaotussüsteemi.

Olenemata sellest, kas te võtate kasutusele uue alajaama, uuendate tööstusliku elektrijaotuspaneeli või kvalifitseerite isolatsioonitarvikute partii võrguprojekti jaoks, on LIWV mõistmine vältimatu.

Sisukord

• Mis on piksekiirguse impulsside taluvuspinge keskpinge tarvikutes?
• Kuidas arvutatakse LIWV ja millised standardid kehtivad?
• Kuidas valida õigeid tarvikuid vastavalt LIWV nõuetele?
• Millised on tavalised LIWV testimise vead ja kuidas neid vältida?

Mis on piksekiirguse impulsside taluvuspinge keskpinge tarvikutes?

Piksekiirguse impulsspinge (LIWV) on standardiseeritud tipppinge, mis on rakendatud 1,2/50 µs impulsslaine kujul ja mida isolatsioonikomponent peab vastu pidama ilma välgulöögi või läbilöögita. Keskpinge jaotuses kasutatavate õhuisolatsiooniga tarvikute, sealhulgas isoleerimissilindrite, isolatsioonivormide, seinapukside ja kontaktkarbi komponentide puhul on see üks kõige kriitilisemaid dielektrilisi parameetreid.

IEC 60071-1 (Isolatsiooni koordineerimine) kohaselt on LIWV määratletud kui osa Standardne vastupidavuspinge seeria, mis on otseselt seotud süsteemi kõrgeima seadmepingega (Um). Näiteks:

• Um = 12 kV → LIWV = 75 kV (tipp)
• Um = 24 kV → LIWV = 125 kV (tipp)
• Um = 40,5 kV → LIWV = 185 kV (tipp)

Peamised tehnilised parameetrid, mis määratlevad nõuetele vastava õhku isoleeritud lisaseadme, on järgmised:

• Dielektriline tugevus: Vähemalt 20 kV/mm epoksüvaiguga vormitud detailide puhul¹
• Sõiduulatus vahemaa: ≥ 25 mm/kV (reostusaste III vastavalt IEC 60815²)
• Vaba kaugus: Rangelt vastavalt IEC 62271-1 faasi ja maa ning faasi ja faasi vahelised väärtused.³
• Materjal: APG (automatiseeritud rõhu geelieritus) epoksüvaik, UL94 V-0 leegikindlusega
• Soojusklass: Klass B (130°C) või klass F (155°C) vastavalt IEC 60085-le.
• Kaitseklass: Siseruumides asuvate jaotusseadmete tarvikute puhul vähemalt IP65

Need parameetrid ei ole omavahel asendatavad - iga parameetrit tuleb sõltumatult kontrollida tüübikatsetuste abil, enne kui neid kasutatakse mis tahes elektrijaotuse rakenduses.

Kuidas arvutatakse LIWV ja millised standardid kehtivad?

LIWV arvutamine toimub kaheetapilise inseneriprotsessi alusel: isolatsiooni koordineerimine (IEC 60071), millele järgneb tüübikatsetuse valideerimine (IEC 60060-1).

1. etapp - isolatsiooni koordineerimise arvutamine:
Representatiivne ülepinge (Urp) määratakse süsteemi välkkiirte ülepingetaseme alusel, seejärel kohaldatakse koordineerimistegurit (Kc = 1,15 statistilise lähenemise puhul) ja ohutustegurit (Ks = 1,05-1,15):

$\text{Vajalik LIWV} = U_{rp} \times K_c \times K_s$

12kV süsteemi puhul, mille tüüpiline välkkiirte ülepinge on 56 kV tipp, annab see vajaliku LIWV väärtuseks ligikaudu 75 kV - IEC 60071-1 standardile vastavad isolatsioonitasemed.

2. etapp - tüübikatsetus vastavalt IEC 60060-1:
1,2/50 µs impulsi lainekuju on rakendatakse 15 korda positiivse ja 15 korda negatiivse polaarsusega.⁴. Läbimise kriteeriumid: null häirivat laengut isoleerimisel või ≤ 2 laengut isoleerimisel, mis ei ole isoleeritud.

LIWV võrdlus: Epoksüvaik vs. silikoonkummist tarvikud: Epoksüvaik vs. silikoonkummist tarvikud

Parameeter	Epoksüvaik (APG)	Silikoonkumm
Dielektriline tugevus	18-22 kV/mm	15-18 kV/mm
LIWV võimekus	Kõrge jäikus, suurepärane	Paindlik, mõõdukas
Soojustõhusus	Klass B/F (130-155°C)	Klass H (180°C)
Saastekindlus	Mõõdukas (vajalik IP65 korpus)	Suurepärane (hüdrofoobne)
Tüüpilised rakendused	Siseruumide keskpinge jaotusseadmed	Väljas asuv karm keskkond
IEC standard	IEC 62271-1	IEC 60815

Klientide lugu - Kvaliteedile orienteeritud töövõtja Kagu-Aasias:
Malaisias asuv elektrienergia EPC-töövõtja võttis meiega ühendust pärast seda, kui kolmanda osapoole epoksüisolatsioonitsilindrite partii ebaõnnestus LIWV tüübikatsetes ainult 60 kV juures - mis on tunduvalt madalam kui 75 kV nõue nende 12kV jaotusseadmete projekti jaoks. Põhjus: ebakvaliteetne APG (automatiseeritud rõhu geelimine) sisemiste tühimikega vaik, mis põhjustab impulsi korral osalise tühjenemise. Pärast üleminekut Bepto IEC-sertifitseeritud vormitud isolatsioonitarvikutele koos täielike tehase katsearuannetega läbisid kõik 15 impulsslööki 75 kV juures nullilähedase tühjenemisega. Projekt viidi lõpule ajakava kohaselt ilma igasuguse järeltöötluseta.

Kuidas valida õigeid tarvikuid vastavalt LIWV nõuetele?

Õige LIWV-klassifikatsiooniga tarvikute valimine nõuab struktureeritud insenerlikku lähenemist. Siin on esitatud Bepto tehnilise meeskonna kasutatav samm-sammuline valikuprotsess:

1. samm: Elektriliste nõuete määratlemine

• Kinnitage süsteemi pinge Um (12 kV / 24 kV / 40,5 kV).
• Määrake nõutav LIWV vastavalt IEC 60071-1 standardi isolatsioonitaseme tabelile.
• Määrake kindlaks nimivoolu ja lühisvoolu taluvusnõuded

2. samm: Keskkonnatingimuste arvestamine

• Siseruumides asuvad alajaamad: Standardne reostusaste II, IP65 tarvikud piisavad
• Rannikualad / tööstuspiirkonnad: Reostuskategooria III-IV, suurendage sõiduulatuskaugust 20-30% võrra.
• Kõrge (>1000m): Kohaldada kõrguse parandustegurit vastavalt IEC 60071-2 (vähendada LIWV-i ~1,1% võrra 100 m kohta üle 1000 m kõrgusel.⁵)
• Ekstreemsed temperatuurid: Valige F- või H-klassi termiline hinnang, kui ümbritsev temperatuur on üle 40 °C.

3. samm: Sobitamine standardite ja sertifikaatide vahel

• Kontrollida IEC 62271-1 tüübikatsetuse sertifikaati (LIWV + võimsussageduse taluvus).
• Kinnitage akrediteeritud laboratooriumi IEC 60060-1 impulsskontrolli aruanne.
• Kontrollige materjali vastavust: UL94 V-0, RoHS, REACH

Alamrakenduse stsenaariumid:

• Tööstuslik elektrijaotus: 12kV/75kV LIWV epoksü lisaseadmed MCC ja mootorite juhtimiskeskuste jaoks
• Elektrivõrgu alajaamad: 24kV/125kV või 40,5kV/185kV nimiväärtusega komponendid esmaseks jaotamiseks
• Päikesepaneelid + salvestusjaamad: IP65 klassifikatsiooniga tarvikud, mis on tugevdatud UV-kindlusega DC/AC ühenduspaneelidele
• Mere- ja avameretööstus: Silikoonhübriid-tarvikud, millel on soolase udukoguse katse sertifikaat (IEC 60068-2-52).

Millised on tavalised LIWV testimise vead ja kuidas neid vältida?

Paigaldamise ja katse-eelne kontrollnimekiri

1. Kontrollida pinge nimiväärtuse märgistust vastab IEC tüübikatsetuse sertifikaadile enne paigaldamist
2. Kontrollida, et pinnal ei oleks pragusid või tühimikke - isegi juuksekarva defektid epoksiidis põhjustavad LIWV rikkeid
3. Puhtad kontaktpinnad - saastumine vähendab efektiivset hiilimiskaugust kuni 40% võrra.
4. Kinnitage pöördemomendi väärtused - epoksüdetailide ülepingutamine tekitab mehaanilist pinget, mis vähendab dielektrilist tugevust.
5. Tehke võimsussageduse taluvuskatse kohapeal enne elektrivoolu sisselülitamist kui kasutuselevõtueelne kontroll

LIWVi tavalised veamudelid ja nende algpõhjused

• Sisemine tühjendus: Põhjuseks on halb APG protsessi kontroll - juba 0,5 mm väikesed tühimikud võivad 1,2/50 µs impulsi all algatada osalise tühjenemise, mis viib isolatsiooni järkjärgulise lagunemiseni.
• Pinnaläbivus: Tegeliku saastetaseme jaoks ebapiisav hiilimiskaugus - kriitiliste rakenduste puhul tuleb alati määrata lisaseadmed ühe saasteklassi võrra kõrgemaks kui nominaalne saasteallikas.
• Termiline lagunemine: Kasutades tarvikuid üle nimisoojusklassi põhjustab vaigu hapnemist, mis vähendab LIWV-i 15-25% võrra 5 aasta jooksul.
• Vale paigaldusorientatsioon: Mõnel valatud tarvikul on suunatud isolatsiooni geomeetria - tagurpidi paigaldamine vähendab faasi ja maa vahelist kaugust

Kliendi lugu - hankejuht, Lähis-Ida võrgu projekt:
Hankejuht, kes hankis tarvikuid 40,5kV AIS alajaama laiendamiseks, küsis meilt enne tellimuse esitamist kolmanda osapoole LIWV katsearuandeid. Esitasime CESI (Itaalia) täielikud IEC 60060-1 tüübikatsetuste aruanded, mis näitasid 185kV LIWV läbimise tulemusi. Ta ütles meile: “See on esimene tarnija, kes andis mulle tegeliku testlaine vormi andmed, mitte ainult sertifikaadi numbri.” See läbipaistvus kõrvaldas täielikult tema kvalifikatsiooniriski.

Kokkuvõte

Keskpinge elektrijaotuses kasutatava õhuga isoleeritud lisaseadme puhul ei ole piksekiirguse impulssitaluvusega pinge märkeruut - see on süsteemi töökindluse tehniline alus. IEC 60071 kohase LIWV korrektse arvutamise, IEC 60060-1 kontrollitud tüübikatsetuse tulemustega tarvikute valimise ja struktureeritud paigaldusmeetodite järgimise abil saavad insenerid ja hankemeeskonnad kõrvaldada kõige sagedasema isolatsioonirikke põhjuse keskpinge jaotusseadmetes. Bepto Electricul on iga tarvikuga kaasas täielik dokumentatsioon dielektriliste katsete kohta, sest kõrgepingejaotuses ei ole usaldusväärsus vabatahtlik.

Korduma kippuvad küsimused piksekiirguse impulssitaluvuse pinge kohta keskpinge tarvikutes

1. “APG epoksiidi dielektriline tugevus”, https://ieeexplore.ieee.org/document/6573210. Analüüsib kõrgepinge rakenduste jaoks valatud epoksüvaikude dielektrilisi omadusi. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: Vähemalt 20 kV/mm epoksüvaigust vormitud osade puhul. ↩

2. “IEC/TS 60815-1:2008”, https://webstore.iec.ch/publication/3820. Saastunud tingimustes kasutamiseks mõeldud kõrgepinge isolaatorite valik ja dimensioneerimine. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: III reostusaste vastavalt IEC 60815. ↩

3. “IEC 62271-1:2017”, https://webstore.iec.ch/publication/60758. Kõrgepingejaotusseadmed ja juhtimisseadmed - Osa 1: Üldised spetsifikatsioonid. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: rangelt vastavalt IEC 62271-1 faasi ja maa ning faasi ja faasi vahelised väärtused. ↩

4. “IEC 60060-1:2010”, https://webstore.iec.ch/publication/2622. Kõrgepinge katsetamise meetodid - Osa 1: Üldised määratlused ja katsetusnõuded. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetused: rakendatakse 15 korda positiivse ja 15 korda negatiivse polaarsusega. ↩

5. “Pascheni seadus”, https://en.wikipedia.org/wiki/Paschen%27s_law. Selgitab seost õhutiheduse, kõrguse ja läbilöögipinge vahel. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: vähendada LIWV-i ~1,1% võrra 100m kohta üle 1000m. ↩