Povzetek: Usklajevanje izolacije je pomembno vprašanje, povezano z varnostjo izdelkov električne opreme, in je bilo vedno posvečeno pozornosti z vseh vidikov.Koordinacija izolacije je bila prvič uporabljena v visokonapetostnih električnih izdelkih.Na Kitajskem nesreča, ki jo povzroči izolacijski sistem, predstavlja 50 % do 60 % električnih izdelkov na Kitajskem.Minili sta le dve leti, odkar je koncept koordinacije izolacije uradno naveden v nizkonapetostnih stikalnih napravah in krmilni opremi.Zato je pomembnejši problem pravilno obravnavati in rešiti problem koordinacije izolacije v izdelku in mu je treba posvetiti dovolj pozornosti.
Ključne besede: izolacija in izolacijski materiali nizkonapetostnih stikalnih naprav
0. Uvod
Nizkonapetostna stikalna naprava je odgovorna za nadzor, zaščito, merjenje, pretvorbo in distribucijo električne energije v nizkonapetostnem napajalnem sistemu.Ker nizkonapetostna stikalna naprava sega globoko v proizvodno lokacijo, javna mesta, stanovanja in druga mesta, lahko rečemo, da morajo biti vsa mesta, kjer se uporablja električna oprema, opremljena z nizkonapetostno opremo.Približno 80 % električne energije na Kitajskem se dobavlja prek nizkonapetostnih stikalnih naprav.Razvoj nizkonapetostnih stikalnih naprav izhaja iz materialne industrije, nizkonapetostnih električnih naprav, procesne tehnologije in opreme, gradnje infrastrukture in življenjskega standarda ljudi, zato raven nizkonapetostnih stikalnih naprav odraža gospodarsko moč, znanost in tehnologijo ter življenjski standard državo z ene strani.
1. Osnovni princip koordinacije izolacije
Usklajevanje izolacije pomeni, da so električne izolacijske značilnosti opreme izbrane glede na pogoje delovanja in okolico opreme.Usklajevanje izolacije je mogoče doseči le, če zasnova opreme temelji na moči funkcije, ki jo opravlja v pričakovani življenjski dobi.Problem koordinacije izolacije ne izvira samo iz zunanje strani opreme, temveč tudi iz same opreme.Gre za problem vseh vidikov, ki ga je treba obravnavati celovito.Glavne točke so razdeljene na tri dele: prvič, pogoji uporabe opreme;Drugo je okolje uporabe opreme, tretje pa izbira izolacijskih materialov.
1.1 pogoji uporabe opreme pogoji uporabe opreme se v glavnem nanašajo na napetost, električno polje in frekvenco, ki jo uporablja oprema.
1.1.1 razmerje med koordinacijo izolacije in napetostjo.Pri obravnavi razmerja med koordinacijo izolacije in napetostjo je treba upoštevati napetost, ki se lahko pojavi v sistemu, napetost, ki jo ustvarja oprema, zahtevano stalno napetostno delovanje ter nevarnost osebne varnosti in nesreče.
① Klasifikacija napetosti in prenapetosti, valovna oblika.
A. trajna napetost močnostne frekvence s konstantno napetostjo R, m, s;
B. začasna prenapetost, prenapetost močne frekvence za dolgo časa;
C prehodna prenapetost, prenapetost za nekaj milisekund ali manj, je običajno močno dušenje nihanja ali brez nihanja.
——Prehodna prenapetost, običajno enosmerna, ki doseže najvišjo vrednost 20 μ sTp5000 μ Med S, trajanje valovnega repa T2 ≤ 20 ms.
——Prenapetost s hitrim valom: prehodna prenapetost, običajno v eno smer, ki doseže najvišjo vrednost 0,1 μ sT120 μ s.Trajanje valovnega repa T2 ≤ 300 μs。
——Prenapetost na sprednji strani strmega vala: prehodna prenapetost, običajno v eno smer, ki doseže najvišjo vrednost pri TF ≤ 0,1 μs.Skupno trajanje je 3MS in obstaja superponirano nihanje, frekvenca nihanja pa je med 30kHz in 100MHz.
D. kombinirana (začasna, počasna naprej, hitra, strma) prenapetost.
V skladu z zgornjim tipom prenapetosti je mogoče opisati standardno napetostno valovno obliko.
② Razmerje med dolgotrajno izmenično ali enosmerno napetostjo in koordinacijo izolacije mora upoštevati nazivno napetost, nazivno izolacijsko napetost in dejansko delovno napetost.Pri normalnem in dolgotrajnem delovanju sistema je treba upoštevati nazivno izolacijsko napetost in dejansko delovno napetost.Poleg izpolnjevanja zahtev standarda moramo biti pozorni na dejansko stanje kitajskega električnega omrežja.V trenutni situaciji, ko kakovost električnega omrežja na Kitajskem ni visoka, je pri načrtovanju izdelkov dejanska možna delovna napetost bolj pomembna za koordinacijo izolacije.
③ Razmerje med prehodno prenapetostjo in koordinacijo izolacije je povezano s stanjem nadzorovane prenapetosti v električnem sistemu.V sistemu in opremi je veliko oblik prenapetosti.Vpliv prenapetosti je treba obravnavati celovito.V nizkonapetostnem elektroenergetskem sistemu lahko na prenapetost vplivajo različni spremenljivi dejavniki.Zato je prenapetost v sistemu ovrednotena s statistično metodo, ki odraža koncept verjetnosti pojava, in z metodo verjetnostne statistike je mogoče določiti, ali je potreben nadzor zaščite.
1.1.2 prenapetostna kategorija opreme se razdeli v razred IV neposredno iz prenapetostne kategorije nizkonapetostne opreme za napajanje električnega omrežja v skladu z dolgoročno neprekinjeno napetostjo, ki jo zahtevajo pogoji uporabe opreme.Oprema prenapetostne kategorije IV je oprema, ki se uporablja na napajalnem koncu razdelilne naprave, kot je ampermeter in tokovna zaščitna oprema prejšnje stopnje.Oprema prenapetostnega razreda III je naloga vgradnje v razdelilno napravo, varnost in uporabnost opreme pa mora izpolnjevati posebne zahteve, kot je stikalna oprema v razdelilni napravi.Oprema prenapetostnega razreda II je energijsko potratna oprema, ki se napaja iz razdelilne naprave, kot je breme za domačo uporabo in podobne namene.Oprema prenapetostnega razreda I je povezana z opremo, ki omejuje prehodno prenapetost na zelo nizko raven, kot je elektronsko vezje s prenapetostno zaščito.Za opremo, ki ni neposredno napajana iz nizkonapetostnega omrežja, je treba upoštevati največjo napetost in resno kombinacijo različnih situacij, ki se lahko pojavijo v sistemski opremi.
|<12>>
Električno polje delimo na enakomerno in neenakomerno električno polje.V nizkonapetostnih stikalnih napravah se na splošno šteje, da je v primeru neenakomernega električnega polja.Problem frekvence je še v obravnavi.Na splošno ima nizka frekvenca majhen vpliv na koordinacijo izolacije, visoka frekvenca pa še vedno vpliva, zlasti na izolacijske materiale.
1.2 makro okolje opreme, povezano z izolacijsko koordinacijo, in okoljski pogoji vplivajo na izolacijsko koordinacijo.Glede na zahteve trenutne praktične uporabe in standardov sprememba zračnega tlaka upošteva le spremembo zračnega tlaka, ki jo povzroča nadmorska višina.Dnevna sprememba zračnega tlaka je bila zanemarjena, prav tako zanemarjeni dejavniki temperature in vlažnosti.Če pa obstajajo natančnejše zahteve, se bo zračni tlak spremenil v skladu z zahtevami standardov. Te dejavnike je treba upoštevati tudi.Iz mikro okolja makro okolje določa mikro okolje, vendar je mikro okolje lahko boljše ali slabše od opreme za makro okolje.Različne stopnje zaščite, ogrevanje, prezračevanje in prah lupine lahko vplivajo na mikrookolje.Mikrookolje ima jasne določbe v ustreznih standardih, kar predstavlja osnovo za načrtovanje izdelkov.
1.3 Problemi koordinacije izolacije in izolacijskih materialov so precej zapleteni.Razlikuje se od plina in je izolacijski medij, ki ga po poškodbi ni več mogoče obnoviti.Tudi nenamerna prenapetost lahko povzroči trajno škodo.Pri dolgotrajni uporabi bodo izolacijski materiali naleteli na različne situacije, kot so nesreče pri praznjenju, sam izolacijski material bo pospešil svoj proces staranja zaradi različnih dejavnikov, ki so se kopičili dolgo časa, kot so toplotna obremenitev, temperatura, mehanski vplivi in drugi poudarja.Pri izolacijskih materialih zaradi raznolikosti sort lastnosti izolacijskih materialov niso enotne, čeprav je veliko indikatorjev.To povzroča določene težave pri izbiri in uporabi izolacijskih materialov, zato se trenutno ne upoštevajo druge lastnosti izolacijskih materialov, kot so toplotne obremenitve, mehanske lastnosti, delna razelektritev itd.
2. Preverjanje usklajenosti izolacije
Trenutno je optimalna metoda za preverjanje koordinacije izolacije uporaba impulznega dielektričnega preskusa, za različno opremo pa je mogoče izbrati različne nazivne vrednosti impulzne napetosti.
2.1 nazivna impulzna napetost, ki ustreza izolaciji, je 1,2/50 glede na valovno obliko preskusa nazivne impulzne napetosti μ S.
Izhodna impedanca impulznega generatorja impulznega testnega napajalnika mora biti na splošno večja od 500 Ω， Vrednost nazivne impulzne napetosti se določi glede na situacijo uporabe, prenapetostno kategorijo in napetost dolgoročne uporabe opreme ter se popravi glede na na ustrezno nadmorsko višino.Trenutno se za nizkonapetostne stikalne naprave uporabljajo nekateri preskusni pogoji.Če ni jasne določbe o vlažnosti in temperaturi, mora biti to tudi v obsegu uporabe standarda za celotno stikalno opremo.Če okolje uporabe opreme presega veljavni obseg sklopa stikalnih naprav, ga je treba popraviti.Korekcijsko razmerje med zračnim tlakom in temperaturo je naslednje:
K=P/101,3 × 293 (Δ T+293)
K - korekcijski parametri zračnega tlaka in temperature
Δ T – temperaturna razlika K med dejansko (laboratorijsko) temperaturo in T = 20 ℃
P – dejanski tlak kPa
2.2 za nizkonapetostne stikalne naprave se lahko preskus izmenične ali enosmerne napetosti uporabi za zamenjavo preizkusa impulzne napetosti za dielektrični preskus alternativne impulzne napetosti, vendar je ta vrsta preskusne metode strožja od preskusa impulzne napetosti, zato se mora z njo strinjati proizvajalec.
Trajanje poskusa je 3 cikle v primeru komunikacije.
Preizkus enosmernega toka, vsaka faza (pozitivna in negativna) je trikrat uporabila napetost, vsakokratno trajanje je 10 ms.
V trenutnih razmerah na Kitajskem, pri visoko in nizkonapetostnih električnih izdelkih, je koordinacija izolacije opreme še vedno velik problem.Zaradi formalne uvedbe koncepta koordinacije izolacije v nizkonapetostnih stikalnih napravah in krmilni opremi sta minili le skoraj dve leti.Zato je pomembnejši problem obravnavati in rešiti problem koordinacije izolacije v izdelku.
Referenca:
[1] Nizkonapetostna stikalna in krmilna oprema Iec439-1 – Del I: preskus tipa in celotna oprema za preskus tipa dela [s].
Iec890 preveri dvig temperature nizkonapetostnih stikalnih naprav in krmilne opreme z nekaterimi testnimi sklopi tipa z metodo ekstrapolacije.
Čas objave: 20. februarja 2023