บทนำ
ในฐานะผู้อำนวยการฝ่ายขายที่มีประสบการณ์มากกว่า 12 ปีในระบบไฟฟ้าแรงดันปานกลางที่ Bepto Electric ผมมักพูดคุยกับผู้รับเหมา EPC และผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อที่กำลังเผชิญกับปัญหาความล้มเหลวของระบบที่ไม่คาดคิด สาเหตุที่ร้ายแรงที่สุด? การคายประจุบางส่วนที่ไม่สามารถควบคุมได้ (PD) เมื่อมีการใช้ฉนวนแบบหล่อที่ไม่ผ่านมาตรฐาน การคายประจุบางส่วนที่มองไม่เห็นจะค่อยๆ ทำลายโครงสร้างอีพ็อกซี่อย่างเงียบๆ จนในที่สุดจะส่งผลต่อความสมบูรณ์ของแผงทั้งหมดวิศวกรและทีมบำรุงรักษาต้องเผชิญกับปัญหาเกี่ยวกับสวิตช์เกียร์ที่ผ่านการทดสอบจากโรงงานในเบื้องต้นได้ แต่กลับล้มเหลวอย่างรุนแรงเมื่อใช้งานไปไม่กี่ปีในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมหรือระบบไฟฟ้าแรงสูง สาเหตุนี้เกิดขึ้นเพราะการทดสอบการล้มเหลวของความถี่ไฟฟ้าตามมาตรฐานทั่วไปนั้นประเมินได้เพียงการทนต่อแรงดันไฟฟ้าเกินในระยะสั้นเท่านั้น เพื่อให้ได้ความน่าเชื่อถือที่แท้จริง เราจำเป็นต้องศึกษาประสิทธิภาพการฉนวนของชิ้นส่วนฉนวนที่ถูกขึ้นรูปอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น ด้วยการควบคุมการเกิดประจุไฟฟ้าสถิต (PD) อย่างเข้มงวดในกระบวนการผลิตที่โรงงานของเราในเขตอุตสาหกรรมเซว่ไจ้ เราสามารถรับประกันความเสถียรในระยะยาวได้ให้เราสำรวจอย่างละเอียดว่าทำไมการปล่อยประจุบางส่วนจึงเกิดขึ้น และวิธีเพิ่มประสิทธิภาพระบบแรงดันปานกลางของคุณ.
สารบัญ
- อะไรเป็นสาเหตุของการเกิดการคายประจุบางส่วนในฉนวนแบบหล่อ?
- ฉนวนแบบขึ้นรูปคุณภาพสูงรักษาประสิทธิภาพการฉนวนสูงได้อย่างไร?
- วิธีการเลือกฉนวนแบบขึ้นรูปสำหรับระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง
- ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการแก้ไขปัญหาในระหว่างการติดตั้งคืออะไร?
- คำถามที่พบบ่อย
อะไรเป็นสาเหตุของการเกิดการคายประจุบางส่วนในฉนวนแบบหล่อ?
เพื่อปกป้องเครือข่ายแรงดันปานกลาง เราต้องกำหนดก่อนว่าเรากำลังต่อสู้กับอะไร ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าทนต่อความถี่ไฟฟ้าประเมินความสามารถของส่วนประกอบในการรับมือกับแรงดันไฟฟ้าสูงผิดปกติในระยะสั้น, การวัดการปลดปล่อยประจุบางส่วนเป็นการประเมินพื้นฐานเกี่ยวกับอายุการใช้งานในระยะยาวของการใช้งานของฉนวนแบบหล่อขึ้นรูป1.
ในวัสดุฉนวนโพลิเมอร์อินทรีย์ที่มีความหนาแน่นสูง เช่น เรซินอีพ็อกซี่ จะเกิดการคายประจุไฟฟ้าเฉพาะจุดผ่านช่องว่างขนาดเล็กหรือสิ่งเจือปน เมื่อเวลาผ่านไป การแตกตัวเป็นไอออนภายในช่องอากาศเหล่านี้จะนำไปสู่การกัดกร่อนทางเคมี ทำให้วัสดุอินทรีย์สลายตัว. การเสื่อมสภาพนี้ลุกลามเข้าสู่ชั้นฉนวนในรูปแบบคล้ายกิ่งก้านสาขาในระดับจุลภาค ซึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์ "ต้นไม้ไฟฟ้า" (electrical treeing)2, ในที่สุดจะส่งผลให้เกิดการแตกตัวทางไดอิเล็กทริกอย่างสมบูรณ์3.
ปัจจัยเฉพาะหลายประการในการผลิตและสิ่งแวดล้อมมีผลโดยตรงต่อพฤติกรรมการปลดปล่อยบางส่วนของฉนวนแบบหล่อ:
- ช่องว่างภายใน: ความชื้นในวัตถุดิบ, อากาศที่ถูกบีบอัด, หรือระดับสุญญากาศที่ไม่เพียงพอในระหว่างการผสมสามารถสร้างช่องอากาศขนาดเล็กภายในอีพ็อกซี่ได้.
- สิ่งเจือปน: ฝุ่นหรืออนุภาคโลหะที่แทรกซึมเข้ามาในระหว่างกระบวนการหล่อจะบิดเบือนสนามไฟฟ้า ทำให้เกณฑ์การไอออไนซ์ลดลงอย่างมาก.
- ระดับการบ่ม: อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้วสะท้อนถึงการเชื่อมโยงข้ามโมเลกุลของอีพ็อกซี4; เวลาหรืออุณหภูมิในการบ่มที่ไม่เพียงพอจะส่งผลโดยตรงให้ค่า PD สูงขึ้น.
- รอยแตกร้าวจากความเครียดทางความร้อน: แม่พิมพ์ที่ออกแบบไม่ดีโดยไม่มีรัศมีการเปลี่ยนผ่านที่เหมาะสมสามารถทำให้เกิดการรวมตัวของแรงเครียด ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กภายในหลังจากเย็นตัว.
ฉนวนแบบขึ้นรูปคุณภาพสูงรักษาประสิทธิภาพการฉนวนสูงได้อย่างไร?
ความลับของประสิทธิภาพการฉนวนที่ไม่มีใครเทียบได้ในฉนวนแบบหล่ออยู่ที่การเชี่ยวชาญกระบวนการอัตโนมัติ-การอัดแรงดัน-การเจล (APG) เนื่องจากการปล่อยประจุบางส่วนเกิดจากข้อบกพร่องภายใน โปรโตคอลการผลิตของเราจึงมุ่งเน้นไปที่การกำจัดจุดอ่อนขนาดเล็กเหล่านั้นทั้งหมด เพื่อให้มั่นใจในการนำกระแสไฟฟ้าและการจัดการความร้อนที่เหมาะสมที่สุด.
โดยการกดทับอย่างต่อเนื่องในระหว่างขั้นตอนการบ่ม APG ส่วนผสมอีพ็อกซี่จะยังคงมีความหนาแน่นสูงมาก ป้องกันการเกิดฟองอากาศ นอกจากนี้ สำหรับส่วนประกอบที่ต้องการการป้องกัน การจัดแนวแกนร่วมระหว่างตัวนำแรงดันสูงกับตาข่ายกราวด์เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง การจัดแนวที่ดีขึ้นจะส่งผลให้เกิดสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอมากขึ้นและค่า PD ที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ. มาตรฐานอุตสาหกรรมที่ยอมรับได้กำหนดให้ต้องน้อยกว่า 10pC ที่ 1.1 เท่าของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด5, แต่การควบคุมภายในโรงงานระดับพรีเมียมมักต้องการน้อยกว่า 3pC เพื่อรับประกันอายุการใช้งานสูงสุด.
การวิเคราะห์เปรียบเทียบคุณภาพฉนวนแบบขึ้นรูป
| พารามิเตอร์ | ฉนวนกันความร้อนแบบขึ้นรูปพรีเมียม (เบปโต) | ฉนวนกันความร้อนต่ำกว่ามาตรฐาน |
|---|---|---|
| การแปรรูปวัสดุ | ผสมด้วยระบบสุญญากาศ ปราศจากความชื้น | การผสมในบรรยากาศมาตรฐาน |
| ประสิทธิภาพของฉนวน | มีความหนาแน่นสูง, PD < 3pC | มีแนวโน้มเกิดช่องว่าง, PD > 10pC |
| ประสิทธิภาพทางความร้อน | Tg ที่บ่มสมบูรณ์และปรับให้เหมาะสมแล้ว | การบ่มไม่สมบูรณ์, มีแนวโน้มที่จะแตกร้าว |
| การสมัคร | สถานีย่อยไฟฟ้าแรงสูงใต้ดินที่มีความเครียดสูง | ใช้ภายในอาคารเท่านั้นสำหรับงานเบา |
พิจารณาคดีล่าสุดที่เกี่ยวข้องกับผู้จัดการจัดซื้อจัดจ้างเชิงปฏิบัติที่กำลังจัดหาอุปกรณ์สำหรับโรงงานอัตโนมัติอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เขาเคยซื้อฉนวนที่ราคาถูกกว่าซึ่งดูเหมือนกันทุกอย่างบนกระดาษ อย่างไรก็ตาม ทีมของเขาประสบปัญหาความล้มเหลว 15% ระหว่างการทดสอบการใช้งานเนื่องจากความล้มเหลวของฉนวนที่เกิดจากช่องว่างภายในที่ซ่อนอยู่ เมื่อเขาเปลี่ยนมาใช้ฉนวนที่ผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดของเรา การประมวลผล APG ที่เหนือกว่าและข้อจำกัดการปล่อยประจุ <3pC ที่เข้มงวดทำให้ไม่มีการทำงานซ้ำในโครงการเลย ช่วยประหยัดเงินของบริษัทของเขาหลายพันจากการปรับล่าช้าของ EPC.
วิธีการเลือกฉนวนแบบขึ้นรูปสำหรับระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง
การเลือกฉนวนกันความร้อนแบบหล่อที่เหมาะสมไม่ใช่แค่การจับคู่ขนาดเท่านั้น แต่ยังต้องใช้วิธีการทางวิศวกรรมอย่างเป็นระบบเพื่อป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต นี่คือคู่มือที่ชัดเจนและเป็นขั้นตอน.
ขั้นตอนที่ 1: กำหนดความต้องการทางไฟฟ้า
- แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด: ระบุแรงดันไฟฟ้าของระบบที่ใช้งานปกติและสูงสุด.
- โหลดปัจจุบัน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวนำที่ฝังอยู่สามารถรองรับกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องได้โดยไม่เกินขีดจำกัดความร้อน.
- ขีดจำกัดการคายประจุบางส่วน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์การทดสอบจากโรงงานสอดคล้องกับความต้องการเฉพาะของระบบกริดของคุณ เพื่อให้มั่นใจในความแข็งแรงของฉนวนในระยะยาว.
ขั้นตอนที่ 2: พิจารณาสภาพแวดล้อม
- อุณหภูมิ: อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงขึ้นเพิ่มความเสี่ยงต่อความเครียดทางความร้อนต่อเมทริกซ์อีพ็อกซี่.
- ความชื้น: ความชื้นบนพื้นผิวจะเพิ่มการปล่อยประจุบนพื้นผิวอย่างมาก; สภาพแวดล้อมที่มีความชื้น >80% จำเป็นต้องมีการบำบัดพื้นผิวเฉพาะทางหรือควบคุมสภาพอากาศภายในอาคาร.
- ระดับการปนเปื้อน: ฝุ่นละอองและละอองเกลือในเขตอุตสาหกรรมส่งผลต่อระยะห่างการลัดวงจร.
ขั้นตอนที่ 3: การจับคู่มาตรฐานและการรับรอง
- มาตรฐาน IEC / GB: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเป็นไปตามโปรโตคอลการทดสอบที่ได้รับการยอมรับ (เช่น GB 3906-2006 สำหรับอุปกรณ์สวิตช์เกียร์).
- รายงานการทดสอบประเภท: ต้องการแผนภูมิข้อมูลจริงที่แสดงประสิทธิภาพของฉนวนภายใต้การทดสอบที่เข้มงวด.
สถานการณ์การใช้งานที่สำคัญ
- สถานีย่อย: ต้องการความแข็งแรงทางไดอิเล็กทริกสูงสุดเพื่อทนต่อแรงดันกระชากจากการสลับระดับกริด.
- อุตสาหกรรม: ต้องการความแข็งแรงทางกลที่ทนทานเพื่อทนต่อการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องจากเครื่องจักรหนัก.
- โครงข่ายไฟฟ้า: ต้องการความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่ยอดเยี่ยมเพื่อป้องกันการหยุดชะงักในวงกว้าง.
- พลังงานแสงอาทิตย์: ต้องทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิในแต่ละวันอย่างรุนแรงโดยไม่เกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็ก.
- ทางทะเล: ต้องการความต้านทานสูงสุดต่อความชื้นและการเกิดรอยติดตามผิวจากเกลือ.
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการแก้ไขปัญหาในระหว่างการติดตั้งคืออะไร?
แม้แต่ฉนวนกันความร้อนที่ขึ้นรูปอย่างแม่นยำที่สุดก็อาจล้มเหลวได้หากถูกจัดการอย่างไม่ถูกต้องในระหว่างการประกอบขั้นสุดท้าย การแก้ไขปัญหาหลังการติดตั้งมักชี้ให้เห็นถึงข้อผิดพลาดง่าย ๆ ที่สามารถหลีกเลี่ยงได้.
ขั้นตอนการติดตั้งและการบำรุงรักษาที่ถูกต้อง
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าตรงกับข้อกำหนดของแผงอย่างสมบูรณ์.
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสภาพแวดล้อมในการติดตั้งแห้งสนิทและปราศจากฝุ่นจากการก่อสร้าง.
- จัดวางส่วนประกอบให้ตรงกันอย่างแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดแรงดัดทางกลบนตัวเรซินอีพ็อกซี่.
- ดำเนินการทดสอบความถี่ไฟฟ้าและการทดสอบการคายประจุบางส่วนเบื้องต้นอย่างละเอียดก่อนการเดินเครื่อง.
ข้อผิดพลาดทั่วไปในการแก้ไขปัญหา
- การละเลยการปนเปื้อนบนพื้นผิว: การพยายามทำการทดสอบแรงดันสูงในขณะที่พื้นผิวของฉนวนสกปรกหรือชื้นจะทำให้เกิดการคายประจุที่พื้นผิวอย่างรุนแรง ซึ่งจะบดบังข้อบกพร่องภายในและอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้.
- การต่อสายดินไม่ถูกต้อง: การไม่สร้างการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยสำหรับชั้นพื้นดินสามารถนำไปสู่ศักย์ไฟฟ้าลอยและการเกิดประกายไฟที่ทำลายได้.
- การช็อกความร้อน: การนำชิ้นส่วนอีพ็อกซี่ที่ผลิตหรือติดตั้งใหม่ไปสัมผัสกับความเย็นจัดอย่างฉับพลัน อาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวภายใน ส่งผลให้ประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อนลดลง.
สรุป
การรักษาโครงสร้างพื้นฐานแรงดันปานกลางของคุณให้ปลอดภัยนั้นต้องการความใส่ใจอย่างไม่ประนีประนอมต่อการเกิดการคายประจุบางส่วน การระบุฉนวนแบบหล่อที่มีความหนาแน่นสูงและผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวด จะช่วยขจัดช่องว่างขนาดเล็กและแรงดันความร้อนที่ก่อให้เกิดการเกิดต้นไม้ไฟฟ้าล่วงหน้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ข้อสรุปที่สำคัญ: การลงทุนในฉนวนที่ผลิตโดย APG ด้วยความแม่นยำสูงที่มีการควบคุม PD ที่ได้รับการพิสูจน์และสนับสนุนด้วยข้อมูล คือการป้องกันขั้นสูงสุดสำหรับความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของระบบของคุณ.
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการคายประจุบางส่วนของฉนวนแบบหล่อขึ้นรูป
ถาม: การปลดปล่อยประจุบางส่วนในฉนวนแบบหล่อคืออะไรกันแน่?
A: เป็นการเสื่อมสภาพทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเฉพาะที่ภายในช่องว่างขนาดเล็กหรือสิ่งเจือปนภายในเรซินอีพ็อกซี่ ซึ่งไม่ได้ทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างขั้วไฟฟ้าในทันที แต่จะค่อยๆ ทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพลงเมื่อเวลาผ่านไป.
ถาม: ทำไมการปลดปล่อยประจุบางส่วนจึงอันตรายกว่าการลัดวงจรที่ความถี่ไฟฟ้า?
A: การเสื่อมสภาพของความถี่ไฟฟ้าเกิดขึ้นทันทีภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก การคายประจุบางส่วนเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องภายใต้แรงดันไฟฟ้าปกติในสภาวะการทำงานปกติ ซึ่งทำให้เกิดการกัดกร่อนทางเคมีและนำไปสู่ความล้มเหลวที่ไม่คาดคิดในที่สุด.
ถาม: ความชื้นในอากาศส่งผลต่อประสิทธิภาพของฉนวนกันความร้อนที่ขึ้นรูปอย่างไร?
A: ความชื้นสูง (เกิน 80%) ทำให้การปล่อยประจุที่ผิวหน้าแย่ลงอย่างมาก ความชื้นผสมกับสิ่งสกปรกบนผิวหน้าเพื่อสร้างเส้นทางนำไฟฟ้า ซึ่งเร่งการติดตามของฉนวนและลดความแข็งแรงของไดอิเล็กทริก.
ถาม: อะไรทำให้กระบวนการผลิตของ APG ดีกว่าสำหรับส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง?
A: กระบวนการเจลลี่อัตโนมัติด้วยแรงดันคงที่ช่วยรักษาแรงดันให้คงที่ระหว่างการบ่ม ซึ่งช่วยลดฟองอากาศภายในได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ได้เมทริกซ์อีพ็อกซี่ที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น และมีอัตราการเกิดการคายประจุบางส่วนต่ำมาก.
ถาม: เราจะแก้ไขปัญหาค่า PD ที่สูงขึ้นระหว่างการทดสอบระบบสวิตช์เกียร์ได้อย่างไร?
ก: ประการแรก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวฉนวนที่ขึ้นรูปนั้นสะอาดและแห้งสนิท จากนั้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อสายดินทั้งหมดแน่นหนาเพื่อขจัดศักยภาพที่อาจเกิดขึ้นก่อนที่จะทำการทดสอบซ้ำ.
-
“การปลดปล่อยประจุบางส่วนในอุปกรณ์ไฟฟ้า”,
https://cigre.cz/dokumenty_komise/d1/WG%20D1.37_TB_Final.pdf. รายละเอียดวิธีการทดสอบสำหรับฉนวนแรงดันไฟฟ้าปานกลาง บทบาทของหลักฐาน: กลไก; ประเภทแหล่งที่มา: งานวิจัย สนับสนุน: ยืนยันว่าการประเมินการปลดประจุบางส่วนช่วยประเมินอายุการใช้งานในระยะยาวของส่วนประกอบ. ↩ -
“การเกิดไฟฟ้าสถิตบนต้นไม้”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_treeing. อธิบายปรากฏการณ์ก่อนการเสื่อมสภาพในตัวกลางไฟฟ้าที่เป็นของแข็ง บทบาทของหลักฐาน: กลไก; ประเภทแหล่งข้อมูล: งานวิจัย สนับสนุน: ยืนยันว่ารูปแบบคล้ายกิ่งไมโครสโคปิกบ่งชี้การเสื่อมสภาพภายใน. ↩ -
“พื้นฐานการแตกตัวไดอิเล็กทริก”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/4080730. ตรวจสอบรูปแบบความล้มเหลวของฉนวนโพลิเมอร์ชนิดแข็ง บทบาทของหลักฐาน: กลไก; ประเภทแหล่งข้อมูล: งานวิจัย สนับสนุน: อธิบายว่ากระบวนการติดตามภายในสะสมนำไปสู่ความล้มเหลวของตัวนำไฟฟ้าในที่สุดอย่างไร. ↩ -
“การเปลี่ยนสถานะของเรซินอีพ็อกซี”,
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836815001729. ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติทางความร้อนกับการเกิดการเชื่อมโยงข้ามของพอลิเมอร์ บทบาทของหลักฐาน: กลไก; ประเภทแหล่งข้อมูล: งานวิจัย สนับสนุน: สัมพันธ์อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้วกับระดับการบ่มและโครงสร้างโมเลกุล. ↩ -
“IEC 60270 เทคนิคการทดสอบแรงดันสูง – การวัดการปลดปล่อยประจุบางส่วน”,
https://webstore.iec.ch/publication/1213. ระบุขีดจำกัดที่ยอมรับได้มาตรฐานสำหรับขนาดการปล่อย บทบาทของหลักฐาน: สถิติ; ประเภทแหล่งที่มา: มาตรฐาน. สนับสนุน: กำหนดเกณฑ์ขั้นต่ำที่น้อยกว่า 10pC ที่ 1.1 เท่าของแรงดันไฟฟ้าตามชื่อเรียกสำหรับการปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรม. ↩
