Abstrakt: V roku 1987 bol podriadeným technickým výborom Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC) 17D vypracovaný technický dokument s názvom „Požiadavky na koordináciu izolácie v Doplnku 1 k iEC439“, ktorý formálne zaviedol koordináciu izolácie do nízkonapäťových rozvádzačov a riadenia. zariadení.V súčasnej situácii v Číne v oblasti elektrických výrobkov vysokého a nízkeho napätia je koordinácia izolácie zariadení stále veľkým problémom.Z dôvodu formálneho zavedenia koncepcie koordinácie izolácie v nízkonapäťových rozvádzačoch a riadiacich zariadeniach je to len otázka takmer dvoch rokov.Preto je dôležitejším problémom zaoberať sa a vyriešiť problém koordinácie izolácie vo výrobku.
Kľúčové slová: Izolácia a izolačné materiály pre rozvádzače nízkeho napätia
Koordinácia izolácie je dôležitou otázkou súvisiacou s bezpečnosťou výrobkov elektrických zariadení a vždy sa jej venovala pozornosť zo všetkých hľadísk.Koordinácia izolácie bola prvýkrát použitá vo vysokonapäťových elektrických výrobkoch.V roku 1987 bol podriadeným technickým výborom Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC) 17D vypracovaný technický dokument s názvom „Požiadavky na koordináciu izolácie v Doplnku 1 k iEC439“, ktorý formálne zaviedol koordináciu izolácie do nízkonapäťových spínacích a riadiacich zariadení.Pokiaľ ide o aktuálnu situáciu v našej krajine, koordinácia izolácie zariadení je stále veľkým problémom v elektrických výrobkoch vysokého a nízkeho napätia.Štatistiky ukazujú, že nehoda spôsobená izolačným systémom predstavuje 50 % – 60 % elektrických výrobkov v Číne.Okrem toho sú to len dva roky, čo sa v nízkonapäťových rozvádzačoch a riadiacich zariadeniach formálne uvádza pojem koordinácia izolácie.Preto je dôležitejším problémom zaoberať sa a vyriešiť problém koordinácie izolácie vo výrobku.
2. Základný princíp koordinácie izolácie
Koordinácia izolácie znamená, že elektrické izolačné charakteristiky zariadenia sa vyberajú podľa prevádzkových podmienok a okolitého prostredia zariadenia.Koordináciu izolácie je možné realizovať len vtedy, keď je návrh zariadenia založený na sile funkcie, ktorú plní počas svojej predpokladanej životnosti.Problém koordinácie izolácie nepochádza len z vonkajšej strany zariadenia, ale aj zo samotného zariadenia.Je to problém zahŕňajúci všetky aspekty, ktorý by sa mal posudzovať komplexne.Hlavné body sú rozdelené do troch častí: po prvé, podmienky používania zariadenia;Druhým je prostredie použitia zariadenia a tretím výber izolačných materiálov.
(1) Podmienky vybavenia
Podmienky používania zariadenia sa týkajú hlavne napätia, elektrického poľa a frekvencie, ktoré zariadenie používa.
1. Vzťah medzi koordináciou izolácie a napätím.Pri zvažovaní vzťahu medzi koordináciou izolácie a napätím je potrebné vziať do úvahy napätie, ktoré sa môže vyskytnúť v systéme, napätie generované zariadením, požadovanú úroveň nepretržitej prevádzky napätia a nebezpečenstvo osobnej bezpečnosti a nehody.
1. Klasifikácia napätia a prepätia, priebeh.
a) Trvalé frekvenčné napätie s konštantným napätím R, m, s
b) Dočasné prepätie, prepätie výkonovej frekvencie na dlhú dobu
c) Prechodné prepätie, prepätie na niekoľko milisekúnd alebo menej, zvyčajne vysoké tlmiace oscilácie alebo nekmitanie.
——Prechodné prepätie, zvyčajne jednosmerné, dosahujúce špičkovú hodnotu 20 μs
——Prepätie rýchlej vlny: prechodné prepätie, zvyčajne v jednom smere, dosahujúce špičkovú hodnotu 0,1 μs
——Prepätie čela strmých vĺn: prechodné prepätie, zvyčajne v jednom smere, dosahujúce špičkovú hodnotu pri TF ≤ 0,1 μs.Celkové trvanie je menej ako 3MS a dochádza k superpozícii oscilácií a frekvencia oscilácií je medzi 30 kHz < f < 100 MHz.
d) Kombinované (dočasné, pomalé, rýchle, strmé) prepätie.
Podľa vyššie uvedeného typu prepätia možno opísať štandardný priebeh napätia.
2. Vzťah medzi dlhodobým striedavým alebo jednosmerným napätím a koordináciou izolácie sa považuje za menovité napätie, menovité izolačné napätie a skutočné pracovné napätie.Pri normálnej a dlhodobej prevádzke systému by sa malo brať do úvahy menovité izolačné napätie a skutočné pracovné napätie.Okrem splnenia požiadaviek normy by sme mali venovať väčšiu pozornosť aktuálnej situácii v čínskej elektrickej sieti.V súčasnej situácii, keď kvalita elektrickej siete v Číne nie je vysoká, pri navrhovaní produktov je pre koordináciu izolácie dôležitejšie skutočné možné pracovné napätie.
Vzťah medzi prechodným prepätím a koordináciou izolácie súvisí so stavom riadeného prepätia v elektrickom systéme.V systéme a zariadeniach existuje mnoho foriem prepätia.Vplyv prepätia treba posudzovať komplexne.V nízkonapäťovom energetickom systéme môže byť prepätie ovplyvnené rôznymi premenlivými faktormi.Preto sa prepätie v systéme vyhodnocuje štatistickou metódou, ktorá odráža koncepciu pravdepodobnosti výskytu, a metódou pravdepodobnostnej štatistiky možno určiť, či je potrebná kontrola ochrany.
2. Kategória prepätia zariadenia
Požadovaná úroveň dlhodobej nepretržitej prevádzky bude podľa podmienok zariadenia priamo rozdelená do IV triedy podľa kategórie prepätia napájacieho zariadenia siete nízkeho napätia.Zariadenia IV. kategórie prepätia sú zariadenia používané na napájacom konci distribučného zariadenia, ako je ampérmeter a prúdová ochrana predchádzajúceho stupňa.Zariadenie triedy prepätia III je úlohou inštalácie do rozvodného zariadenia a bezpečnosť a použiteľnosť zariadenia musí spĺňať špeciálne požiadavky, ako je rozvádzač v rozvodnom zariadení.Zariadenia II. triedy prepätia sú energeticky náročné zariadenia napájané rozvodným zariadením, ako je záťaž pre domáce použitie a podobné účely.K zariadeniu I. triedy prepätia sa pripája zariadenie, ktoré obmedzuje prechodové prepätie na veľmi nízku úroveň, ako je elektronický obvod s prepäťovou ochranou.Pri zariadeniach, ktoré nie sú priamo napájané z nízkonapäťovej siete, je potrebné vziať do úvahy maximálne napätie a vážnu kombináciu rôznych situácií, ktoré môžu nastať v systémových zariadeniach.
Ak má zariadenie pracovať v situácii vyššej kategórie prepätia a samotné zariadenie nemá dostatočnú povolenú kategóriu prepätia, musia sa prijať opatrenia na zníženie prepätia v danom mieste a môžu sa použiť nasledujúce metódy.
a) Ochranné zariadenie proti prepätiu
b) Transformátory s izolovaným vinutím
c) Viacvetvový distribučný systém s distribuovanou prenosovou vlnou prechádzajúcou energiou napätia
d) Kapacita schopná absorbovať energiu nárazového prepätia
e) Tlmiace zariadenie schopné absorbovať rázovú prepäťovú energiu
3. Elektrické pole a frekvencia
Elektrické pole je rozdelené na rovnomerné elektrické pole a nehomogénne elektrické pole.V nízkonapäťových rozvádzačoch sa to všeobecne považuje za nerovnomerné elektrické pole.Problém s frekvenciou sa stále zvažuje.Vo všeobecnosti má nízka frekvencia malý vplyv na koordináciu izolácie, ale vysoká frekvencia má stále vplyv, najmä na izolačné materiály.
(2) Vzťah medzi koordináciou izolácie a podmienkami prostredia
Makroprostredie, v ktorom sa zariadenie nachádza, ovplyvňuje koordináciu izolácie.Z požiadaviek súčasnej praktickej aplikácie a noriem zmena tlaku vzduchu zohľadňuje len zmenu tlaku vzduchu spôsobenú nadmorskou výškou.Denná zmena tlaku vzduchu bola ignorovaná a boli ignorované aj faktory teploty a vlhkosti.Ak však existujú presnejšie požiadavky, mali by sa tieto faktory zvážiť.Z mikroprostredia makro prostredie určuje mikroprostredie, ale mikroprostredie môže byť lepšie alebo horšie ako zariadenie makro prostredia.Rôzne úrovne ochrany, vyhrievanie, vetranie a prach škrupiny môžu ovplyvniť mikroprostredie.Mikroprostredie má jasné ustanovenia v príslušných normách.Pozri tabuľku 1, ktorá poskytuje základ pre návrh produktu.
(3) Koordinácia izolácie a izolačné materiály
Problém izolačného materiálu je pomerne zložitý, líši sa od plynu, je to izolačné médium, ktoré sa po poškodení nedá obnoviť.Dokonca aj náhodné prepätie môže spôsobiť trvalé poškodenie.Pri dlhodobom používaní sa izolačné materiály stretávajú s rôznymi situáciami, ako sú havárie s výronom atď. a samotný izolačný materiál sa v dôsledku rôznych faktorov akumuluje dlhú dobu, ako je tepelné namáhanie Teplota, mechanické vplyvy a iné namáhania sa zrýchlia proces starnutia.Pokiaľ ide o izolačné materiály, vzhľadom na rozmanitosť odrôd nie sú vlastnosti izolačných materiálov jednotné, hoci existuje veľa ukazovateľov.To prináša určité ťažkosti pri výbere a použití izolačných materiálov, čo je dôvod, prečo sa v súčasnosti neberú do úvahy iné charakteristiky izolačných materiálov, ako je tepelné namáhanie, mechanické vlastnosti, čiastočný výboj atď.Vplyv vyššie uvedeného namáhania na izolačné materiály bol diskutovaný v publikáciách IEC, ktoré môžu zohrávať kvalitatívnu úlohu v praktickej aplikácii, ale zatiaľ nie je možné urobiť kvantitatívne usmernenie.V súčasnosti existuje veľa nízkonapäťových elektrických výrobkov používaných ako kvantitatívne ukazovatele pre izolačné materiály, ktoré sa porovnávajú s hodnotou CTI indexu značky úniku, ktorú možno rozdeliť do troch skupín a štyroch typov, a indexom značky odolnosti voči úniku PTI.Index značky netesnosti sa používa na vytvorenie stopy netesnosti kvapkaním kvapaliny kontaminovanej vodou na povrch izolačného materiálu.Uvádza sa kvantitatívne porovnanie.
Tento určitý index množstva bol aplikovaný na dizajn produktu.
3. Overenie koordinácie izolácie
V súčasnosti je optimálnou metódou na overenie koordinácie izolácie použitie impulzného dielektrického testu a pre rôzne zariadenia je možné zvoliť rôzne hodnoty menovitého impulzného napätia.
1. Overte koordináciu izolácie zariadenia pomocou testu menovitého impulzného napätia
1,2/50 menovitého impulzného napätia μ S tvar vlny.
Výstupná impedancia impulzného generátora impulzného skúšobného napájacieho zdroja by mala byť všeobecne väčšia ako 500 Ω， Menovitá hodnota impulzného napätia sa určí podľa situácie použitia, kategórie prepätia a napätia pri dlhodobom používaní zariadenia a upraví sa podľa do zodpovedajúcej nadmorskej výšky.V súčasnosti sú na nízkonapäťové rozvádzače aplikované niektoré skúšobné podmienky.Ak nie je jasné ustanovenie o vlhkosti a teplote, malo by to byť tiež v rozsahu aplikácie normy pre kompletné rozvádzače.Ak prostredie používania zariadenia presahuje použiteľný rozsah rozvádzača, musí sa považovať za opravené.Korekčný vzťah medzi tlakom vzduchu a teplotou je nasledujúci:
K=P/101,3 × 293 (Δ T＋293)
K – korekčné parametre tlaku a teploty vzduchu
Δ T – teplotný rozdiel K medzi aktuálnou (laboratórnou) teplotou a T = 20 ℃
P – skutočný tlak kPa
2. Dielektrický test alternatívneho impulzného napätia
Pre nízkonapäťové rozvádzače sa namiesto testu impulzným napätím môže použiť test striedavým alebo jednosmerným prúdom, ale tento druh testovacej metódy je náročnejší ako test impulzným napätím a mal by byť odsúhlasený výrobcom.
Trvanie experimentu je 3 cykly v prípade komunikácie.
DC test, každá fáza (kladná a záporná) aplikované napätie trikrát, každá doba trvania je 10 ms.
1. Stanovenie typického prepätia.
2. Koordinujte s určením výdržného napätia.
3. Stanovenie menovitej úrovne izolácie.
4. Všeobecný postup koordinácie izolácie.
Čas odoslania: 20. februára 2023