Abstrakt: V roce 1987 byl podřízenou technickou komisí Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) 17D vypracován technický dokument s názvem „Požadavky na koordinaci izolace v doplňku 1 k iEC439“, který formálně zavedl koordinaci izolace do nízkonapěťových rozváděčů a řízení. zařízení.V současné situaci v Číně je u elektrických výrobků vysokého a nízkého napětí stále velkým problémem koordinace izolace zařízení.Vzhledem k formálnímu zavedení konceptu koordinace izolace v nízkonapěťových spínacích a řídicích zařízeních je to jen otázka téměř dvou let.Proto je důležitějším problémem zabývat se a vyřešit problém koordinace izolace ve výrobku.
Klíčová slova: Izolace a izolační materiály pro rozváděče nízkého napětí
Koordinace izolace je důležitou otázkou související s bezpečností výrobků elektrických zařízení a vždy byla věnována pozornost ze všech hledisek.Koordinace izolace byla poprvé použita u elektrických výrobků vysokého napětí.V roce 1987 byl podřízenou technickou komisí Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) 17D vypracován technický dokument s názvem „Požadavky na koordinaci izolace v doplňku 1 k iec439“, který formálně zavedl koordinaci izolace do nízkonapěťových spínacích a řídicích zařízení.Pokud jde o aktuální situaci v naší zemi, je stále velkým problémem koordinace izolace zařízení u elektrických výrobků vysokého a nízkého napětí.Statistiky ukazují, že nehoda způsobená izolačním systémem představuje 50 % – 60 % elektrických výrobků v Číně.Navíc jsou to teprve dva roky, co je koncept koordinace izolace formálně citován v nízkonapěťových spínacích a řídicích zařízeních.Proto je důležitějším problémem zabývat se a vyřešit problém koordinace izolace ve výrobku.
2. Základní princip koordinace izolace
Koordinace izolace znamená, že elektrické izolační charakteristiky zařízení se volí podle provozních podmínek a okolního prostředí zařízení.Koordinaci izolace lze realizovat pouze tehdy, když je návrh zařízení založen na síle funkce, kterou plní během své očekávané životnosti.Problém koordinace izolace nepochází pouze z vnějšku zařízení, ale také ze zařízení samotného.Je to problém zahrnující všechny aspekty, který by měl být zvažován komplexně.Hlavní body jsou rozděleny do tří částí: za prvé, podmínky použití zařízení;Druhým je prostředí použití zařízení a třetím je výběr izolačních materiálů.
(1) Podmínky zařízení
Podmínky použití zařízení se týkají především napětí, elektrického pole a frekvence používané zařízením.
1. Vztah mezi koordinací izolace a napětím.Při zvažování vztahu mezi koordinací izolace a napětím je třeba vzít v úvahu napětí, které se může vyskytnout v systému, napětí generované zařízením, požadovanou úroveň nepřetržitého provozu a nebezpečí osobní bezpečnosti a nehody.
1. Klasifikace napětí a přepětí, průběh.
a) Trvalé napájecí frekvenční napětí, s konstantním R, m, s napětím
b) Dočasné přepětí, přepětí výkonové frekvence po dlouhou dobu
c) Přechodné přepětí, přepětí po dobu několika milisekund nebo méně, obvykle vysoké tlumící oscilace nebo nekmitání.
——Přechodné přepětí, obvykle jednosměrné, dosahující špičkové hodnoty 20 μs
——Přepětí rychlé vlny: Přechodné přepětí, obvykle v jednom směru, dosahující špičkové hodnoty 0,1 μs
——Přepětí čela strmé vlny: Přechodné přepětí, obvykle v jednom směru, dosahující maximální hodnoty při TF ≤ 0,1 μs.Celková doba trvání je menší než 3MS a dochází k superpozičním oscilacím a frekvence oscilací je mezi 30 kHz < f < 100 MHz.
d) Kombinované (dočasné, pomalé vpřed, rychlé, strmé) přepětí.
Podle výše uvedeného typu přepětí lze popsat standardní průběh napětí.
2. Vztah mezi dlouhodobým střídavým nebo stejnosměrným napětím a koordinací izolace se považuje za jmenovité napětí, jmenovité izolační napětí a skutečné pracovní napětí.Při normálním a dlouhodobém provozu systému je třeba vzít v úvahu jmenovité izolační napětí a skutečné pracovní napětí.Kromě splnění požadavků normy bychom měli věnovat větší pozornost skutečné situaci čínské energetické sítě.V současné situaci, kdy kvalita elektrické sítě v Číně není vysoká, je při navrhování produktů pro koordinaci izolace důležitější skutečné možné pracovní napětí.
Vztah mezi přechodným přepětím a koordinací izolace souvisí se stavem řízeného přepětí v elektrickém systému.V systému a zařízení existuje mnoho forem přepětí.Vliv přepětí je třeba posuzovat komplexně.V nízkonapěťových energetických systémech může být přepětí ovlivněno různými proměnnými faktory.Proto se přepětí v systému vyhodnocuje statistickou metodou, odrážející pojem pravděpodobnosti výskytu, a metodou pravděpodobnostní statistiky lze určit, zda je potřeba řízení ochrany.
2. Kategorie přepětí zařízení
Dle podmínek zařízení bude požadovaná úroveň dlouhodobého nepřetržitého provozu přímo rozdělena do IV třídy podle kategorie přepětí napájecího zařízení sítě nízkého napětí.Zařízení IV. kategorie přepětí je zařízení používané na napájecím konci distribučního zařízení, jako je ampérmetr a proudová ochrana předchozího stupně.Zařízení přepěťové třídy III je úkolem instalace do distribučního zařízení a bezpečnost a použitelnost zařízení musí splňovat zvláštní požadavky, jako je rozváděč v distribučním zařízení.Zařízení přepěťové třídy II je energeticky náročné zařízení napájené distribučním zařízením, jako je zátěž pro domácí použití a podobné účely.K zařízení I. třídy přepětí se připojuje zařízení, které omezuje přechodné přepětí na velmi nízkou úroveň, např. elektronický obvod s přepěťovou ochranou.U zařízení, která nejsou přímo napájena z nízkonapěťové sítě, je třeba vzít v úvahu maximální napětí a vážnou kombinaci různých situací, které mohou nastat v systémovém zařízení.
Pokud má zařízení pracovat v situaci vyšší kategorie přepětí a samotné zařízení nemá dostatečnou povolenou kategorii přepětí, musí být přijata opatření ke snížení přepětí v místě a lze použít následující metody.
a) Ochranné zařízení proti přepětí
b) Transformátory s izolovaným vinutím
c) Vícevětvový distribuční systém s distribuovanou přenosovou vlnou procházející napěťovou energií
d) Kapacita schopná absorbovat rázovou přepěťovou energii
e) Tlumicí zařízení schopné absorbovat rázovou přepěťovou energii
3. Elektrické pole a frekvence
Elektrické pole se dělí na stejnoměrné elektrické pole a nerovnoměrné elektrické pole.V nízkonapěťových rozváděčích se to obecně považuje za nerovnoměrné elektrické pole.Problém s frekvencí se stále zvažuje.Obecně platí, že nízká frekvence má malý vliv na koordinaci izolace, ale vysoká frekvence má stále vliv, zejména na izolační materiály.
(2) Vztah mezi koordinací izolace a podmínkami prostředí
Makroprostředí, kde se zařízení nachází, ovlivňuje koordinaci izolace.Z požadavků současné praktické aplikace a norem změna tlaku vzduchu zohledňuje pouze změnu tlaku vzduchu způsobenou nadmořskou výškou.Denní změna tlaku vzduchu byla ignorována a faktory teploty a vlhkosti byly také ignorovány.Pokud však existují přesnější požadavky, je třeba tyto faktory vzít v úvahu.Z mikroprostředí makroprostředí určuje mikroprostředí, ale mikroprostředí může být lepší nebo horší než zařízení makroprostředí.Různé úrovně ochrany, vytápění, větrání a prašnost pláště mohou ovlivnit mikroprostředí.Mikroprostředí má jasná ustanovení v příslušných normách.Viz tabulka 1, která poskytuje základ pro návrh výrobku.
(3) Koordinace izolace a izolační materiály
Problematika izolačního materiálu je poměrně složitá, liší se od plynu, jedná se o izolační médium, které nelze po poškození obnovit.Dokonce i náhodné přepětí může způsobit trvalé poškození.Při dlouhodobém používání se izolační materiály setkají s různými situacemi, jako jsou havárie s výbojem atd. a samotný izolační materiál je vlivem různých faktorů akumulován po dlouhou dobu, jako je tepelné namáhání Teplota, mechanické rázy a další namáhání zrychlí proces stárnutí.U izolačních materiálů nejsou vlastnosti izolačních materiálů vzhledem k rozmanitosti odrůd jednotné, i když existuje mnoho ukazatelů.To přináší určité potíže při výběru a použití izolačních materiálů, což je důvod, proč se v současnosti nebere v úvahu jiné vlastnosti izolačních materiálů, jako je tepelné namáhání, mechanické vlastnosti, částečný výboj atd.Vliv výše uvedeného namáhání na izolační materiály byl diskutován v publikacích IEC, které mohou hrát kvalitativní roli v praktické aplikaci, ale zatím není možné provést kvantitativní vodítko.V současné době existuje mnoho nízkonapěťových elektrických výrobků používaných jako kvantitativní indikátory pro izolační materiály, které jsou porovnávány s hodnotou CTI indexu značky úniku, kterou lze rozdělit do tří skupin a čtyř typů, a indexem značky odolnosti proti úniku PTI.Index značky úniku se používá k vytvoření stopy úniku kapáním kapaliny kontaminované vodou na povrch izolačního materiálu.Je uvedeno kvantitativní srovnání.
Tento určitý množstevní index byl aplikován na design produktu.
3. Ověření koordinace izolace
V současnosti je optimální metodou pro ověření koordinace izolace použití impulsního dielektrického testu a pro různá zařízení lze zvolit různé hodnoty jmenovitého impulsního napětí.
1. Ověřte koordinaci izolace zařízení pomocí testu jmenovitého impulsního napětí
1,2/50 jmenovitého impulsního napětí μ S tvar vlny.
Výstupní impedance impulsního generátoru impulsního testovacího napájecího zdroje by měla být obecně vyšší než 500 Ω， Jmenovitá hodnota impulsního napětí musí být určena podle situace použití, kategorie přepětí a napětí dlouhodobého používání zařízení a musí být korigována podle do odpovídající nadmořské výšky.V současné době jsou na nízkonapěťové rozváděče aplikovány některé zkušební podmínky.Pokud není jasné ustanovení o vlhkosti a teplotě, mělo by to být také v rozsahu aplikace normy pro kompletní rozváděče.Pokud prostředí použití zařízení přesahuje platný rozsah rozváděče, musí být považováno za opravené.Korekční vztah mezi tlakem vzduchu a teplotou je následující:
K=P/101,3 × 293 (Δ T＋293)
K – korekční parametry tlaku a teploty vzduchu
Δ T – teplotní rozdíl K mezi aktuální (laboratorní) teplotou a T = 20 ℃
P – skutečný tlak kPa
2. Dielektrický test alternativního impulsního napětí
U nízkonapěťových rozvaděčů lze místo testu impulsním napětím použít test střídavým nebo stejnosměrným napětím, ale tento druh testovací metody je přísnější než test impulsním napětím a měl by být schválen výrobcem.
Doba trvání experimentu je v případě komunikace 3 cykly.
DC test, každá fáze (kladná a záporná) respektive aplikované napětí třikrát, každá doba trvání je 10 ms.
1. Stanovení typického přepětí.
2. Koordinujte se stanovením výdržného napětí.
3. Stanovení jmenovité úrovně izolace.
4. Obecný postup pro koordinaci izolace.
Čas odeslání: 20. února 2023