Come prevenire i guasti all'isolamento dei quadri elettrici a isolamento solido (SIS)

introduzione

In qualità di direttore commerciale di Bepto Electric, con oltre 12 anni di esperienza nel settore dei sistemi elettrici di media tensione, mi rivolgo regolarmente ad appaltatori EPC e responsabili degli appalti che devono affrontare problemi di affidabilità. La sfida più urgente nella moderna distribuzione di energia? I guasti all'isolamento dei quadri elettrici a isolamento solido (SIS), causati da una schermatura superficiale inadeguata e dall'umidità ambientale. Quando si esegue la ricerca guasti su una rete di media tensione, scoprire che un pannello SIS appena installato si è guastato a causa di una scarica parziale rappresenta un grosso ostacolo. Gli ingegneri che operano negli impianti industriali o nelle reti intelligenti hanno bisogno di apparecchiature che garantiscano una sicurezza assoluta e un'alimentazione ininterrotta. Questo articolo si addentra nei meccanismi ingegneristici alla base dei quadri SIS, esplorando come le tecnologie avanzate di isolamento solido, i precisi trattamenti superficiali e i rigorosi controlli di qualità possano eliminare i guasti catastrofici e garantire l'affidabilità del sistema a lungo termine. 

Il colpevole più insidioso? Le scariche parziali (PD) non controllate. Quando si utilizzano isolanti stampati di qualità inferiore, le scariche parziali invisibili degradano silenziosamente il matrice epossidica¹, compromettendo, in ultima analisi, l'integrità dell'intero pannello.

Indice dei contenuti

• Quali sono le strutture di isolamento principali dei quadri SIS?
• Perché la schermatura superficiale è fondamentale per l'affidabilità?
• Come scegliere e proteggere l'isolamento solido in ambienti umidi?
• Quali sono gli errori più comuni nella risoluzione dei problemi durante l'installazione?
• FAQ

Quali sono le strutture di isolamento principali dei quadri SIS?

Per capire come prevenire i guasti nei quadri SIS, dobbiamo innanzitutto scomporre la loro complessa architettura di isolamento. A differenza delle apparecchiature tradizionali con isolamento in aria, i quadri SIS integrano diverse strategie di isolamento in un'unica unità compatta per ottenere un'elevata resistenza termica. rigidità dielettrica². 

I metodi di isolamento del nucleo utilizzati nei nostri quadri SIS includono:

• Isolamento principale: Si basa su un unico materiale isolante solido (in genere resina epossidica) che funge da percorso di scarica primario tra il conduttore ad alta tensione e la terra. 
• Isolamento superficiale: Si tratta della superficie di materiali isolanti solidi, come la resina epossidica, che funge da percorso di scarica per sostenere e fissare gli elettrodi.
• Isolamento di interfaccia: Utilizza le superfici di contatto tra diversi componenti isolanti solidi come barriera di scarica.
• Isolamento composito: Una struttura ibrida che combina aria o gas con barriere epossidiche solide per mantenere le capacità di resistenza alla tensione.

Nella produzione di questi componenti, la scelta della giusta resina epossidica è fondamentale. Mentre alcuni produttori spingono per ottenere temperature di transizione vetrosa (Tg) estremamente elevate, un temperatura di transizione vetrosa³ di circa 100°C - 110°C è in realtà ottimale per le applicazioni di media tensione. Una Tg troppo alta può rendere il materiale troppo fragile, riducendo drasticamente la sua resistenza alle cricche termiche.

Perché la schermatura superficiale è fondamentale per l'affidabilità?

La schermatura superficiale è la spina dorsale della sicurezza nei sistemi a isolamento solido. Isolando ogni fase e fornendo uno strato di messa a terra sulla superficie dell'isolamento, si prevengono i guasti fase-fase e si aumenta notevolmente la sicurezza operativa. Tuttavia, se questa schermatura è eseguita male, altera drasticamente il campo elettrico e può accelerare le scariche parziali.

Da un punto di vista tecnico, lo strato di schermatura superficiale deve possedere un'eccellente continuità, una forte adesione e controllare efficacemente le scariche parziali. Tra i vari metodi, rivestimento metallico a spruzzo⁴ è superiore perché i metalli offrono un'eccellente dissipazione del calore, che stabilizza la resina epossidica contro l'invecchiamento termico. 

Analisi comparativa dei metodi di schermatura delle superfici

Parametro	Rivestimento metallico a spruzzo	Vernice semiconduttiva
Materiale	Lega metallica conduttiva	Vernice a base di carbonio
Prestazioni termiche	Alto (eccellente dissipazione del calore)	Basso (trattiene il calore)
Affidabilità dell'isolamento	Alto (campo elettrico uniforme)	Media (tendente a un'applicazione non uniforme)
Applicazione	Quadro SIS per impieghi gravosi	Applicazioni interne leggere

Considerate l'esperienza di un responsabile degli acquisti pragmatico con cui abbiamo lavorato di recente. Stava acquistando quadri SIS per un progetto di infrastruttura critica e in precedenza aveva sofferto di guasti ai pannelli dovuti a rotture dell'isolamento. La causa principale era un'apparecchiatura più economica che utilizzava una sottile vernice semiconduttiva che si degradava con i cicli termici. Passando ai quadri SIS di Bepto Electric, dotati di una robusta schermatura metallica, il suo team ha ottenuto zero eventi di scarica parziale, garantendo l'affidabilità richiesta dalla sua politica di tolleranza zero.

Come scegliere e proteggere l'isolamento solido in ambienti umidi?

La scelta del quadro SIS corretto richiede un rigoroso allineamento con le realtà ambientali del progetto. L'umidità e la contaminazione sono i più grandi nemici dell'isolamento solido. Quando l'umidità ambientale supera le 70%, il sale e la sporcizia presenti sulla superficie dell'isolamento assorbono l'umidità e diventano conduttivi, formando canali di scarica che riducono drasticamente il rendimento dell'isolamento. tensione di innesco della scarica parziale⁵.

Ecco una guida passo passo alla scelta dei quadri SIS per gli ambienti più difficili:

Fase 1: Definizione dei requisiti elettrici

• Determinare la tensione massima del sistema e il carico di corrente continua.
• Verificare i limiti di scarica parziale richiesti (idealmente <5pC) per garantire la stabilità a lungo termine.

Fase 2: considerare le condizioni ambientali

• Valutare i picchi di umidità ambientale e le variazioni di temperatura.
• Per gli ambienti con elevata contaminazione o umidità >70%, assicurarsi che il quadro abbia una struttura altamente sigillata e riempita di aria secca per evitare la condensa interna.

Fase 3: corrispondenza con gli standard e le certificazioni

• Confermare la conformità agli standard GB e IEC per le RMU a isolamento solido.
• Esaminare i rapporti di prova che verificano la resistenza meccanica e la resilienza termica della resina epossidica.

Scenari applicativi chiave

• Industriale: Richiede una schermatura robusta per proteggere dalla polvere conduttiva e dalle vibrazioni.
• Rete elettrica: Richiede l'isolamento fase-fase definitivo per evitare guasti di rete a cascata.
• Sottostazione: Necessita di progetti modulari compatti per spazi di installazione urbani limitati.
• Solare: Deve resistere a cicli termici aggressivi dovuti a sbalzi di temperatura da giorno a notte.
• Marino: Richiede una tenuta assoluta per evitare l'ingresso di nebbia salina e la tracciabilità della superficie.

Quali sono gli errori più comuni nella risoluzione dei problemi durante l'installazione?

Anche i quadri SIS di qualità superiore possono guastarsi se installati in modo non corretto. La risoluzione dei guasti operativi spesso riconduce alle sollecitazioni meccaniche o alla manipolazione impropria durante la fase di assemblaggio. 

Fasi di installazione e manutenzione corrette

1. Verificare l'integrità dello strato di schermatura superficiale; eventuali graffi o scrostature possono creare punti di scarico localizzati.
2. Assicurarsi che l'ambiente di installazione sia completamente asciutto e pulito prima di aprire i compartimenti sigillati.
3. Collegare le sbarre e i cavi senza forzare l'allineamento per evitare sollecitazioni meccaniche.
4. Eseguire un test completo di tensione di resistenza alla frequenza di alimentazione prima dell'attivazione.

Errori comuni di risoluzione dei problemi da evitare

• Induzione di stress termico: Le drastiche variazioni di temperatura durante l'immagazzinamento o l'installazione possono causare la fessurazione dell'epossidico, soprattutto quando i coefficienti di espansione dei conduttori metallici incorporati e della resina differiscono.
• Cattivo assemblaggio delle interfacce: Se non si sigillano e assemblano correttamente le interfacce modulari, si creano dei vuoti d'aria, che diventano immediatamente un rischio di scarica parziale in caso di sollecitazione a media tensione.
• Danneggiamento dello strato di messa a terra: Una manipolazione brusca che scheggia la schermatura metallica a spruzzo distrugge il campo elettrico uniforme, garantendo un degrado accelerato dell'isolamento.

Di recente abbiamo assistito un appaltatore di energia elettrica alle prese con guasti ricorrenti. La sua squadra allineava con forza le sbarre non corrispondenti, creando microfratture nella resina epossidica a causa delle forti sollecitazioni meccaniche. Dopo aver fornito una formazione in loco per garantire un assemblaggio senza tensioni, l'integrità dell'isolamento è stata completamente ripristinata.

Conclusione

Massimizzare la durata della rete di media tensione significa prendere sul serio l'isolamento solido. Conoscendo a fondo le strutture isolanti multistrato dei quadri SIS e applicando rigorosi protocolli di schermatura superficiale, è possibile ridurre drasticamente i tassi di guasto. L'importante è investire in quadri SIS di alta qualità e adeguatamente schermati da Bepto Electric per garantire che il vostro sistema di distribuzione di energia rimanga resistente allo stress termico, all'umidità e alle scariche parziali.

Domande frequenti sui quadri SIS

1. Esplora le caratteristiche chimiche ed elettriche delle resine epossidiche utilizzate negli isolamenti solidi ad alte prestazioni. ↩

2. Esaminare i metodi di prova e i requisiti standard per la rigidità dielettrica dei materiali isolanti solidi. ↩

3. Comprendere come la temperatura di transizione vetrosa influenzi la stabilità termica e la durata meccanica dei componenti in resina epossidica. ↩

4. Scoprite i vantaggi termici ed elettrici dell'uso di rivestimenti metallici a spruzzo per una schermatura efficace delle superfici. ↩

5. Analizzare i fattori ambientali e di produzione che determinano la tensione d'innesco della scarica parziale nei sistemi a media tensione. ↩