По ссылкейойо шиКерамическая проходная втулка низкого напряжения представляет собой изолированный проходной узел, устанавливаемый на стенке бака распределительного трансформатора и обеспечивающий герметичный путь для выхода тока вторичной обмотки из масляного корпуса без замыкания на заземленный бак. В отличие от проходных изоляторов среднего напряжения, которые рассчитаны на сосредоточенные поля диэлектрических напряжений, основная инженерная задача этого элемента связана с тепловым режимом — он пропускает постоянный ток, как правило, в диапазоне 600–5000 А при номинальном напряжении 1,2–3,0 кВ, поэтому отвод тепла на границе раздела проводник-изоляция имеет большее значение, чем устойчивость к импульсным перенапряжениям.
Конструкция основана на центральном проводнике — обычно стержне из меди или медного сплава, обработанном таким образом, чтобы на его внешнем конце можно было установить резьбовой соединительный штифт. Этот стержень проходит через изолирующий корпус из фарфора — обожженный в печи при высокой температуре для получения плотной структуры с низкой пористостью — приклеенный или механически закрепленный на металлическом монтажном фланце. Фланец соединяется со стенкой резервуара через уплотнение с прокладкой, а в некоторых конструкциях пружинный или болтовой зажим обеспечивает постоянное сжатие при термоциклировании устройства между температурой окружающей среды и рабочей температурой при полной нагрузке.
С технической точки зрения фарфоровая оболочка выполняет исключительно функции диэлектрика и механического корпуса; она не проводит ток. Характеристики токопередачи полностью определяются площадью поперечного сечения стержня и качеством соединения клемм, поэтому контроль момента затяжки при монтаже имеет такое же значение, как и выбор материала — этот вопрос будет рассмотрен ниже.
В типовом распределительном трансформаторе мощностью 25 кВА–2500 кВА проходка данного типа устанавливается в месте соединения внутренних вторичных обмоток с внешней кабельной разводкой низкого напряжения или шиной. Это один из нескольких вариантов принадлежностей, выполняющих эту функцию наряду с проходниками HTN и проходниками из пористой смолы — выбор материала зависит от плотности тока, воздействия окружающей среды и риска механического повреждения на объекте; это различие подробно рассмотрено в следующем разделе.
Выбор между фарфором, HTN и пористой смолой сводится к подбору свойств материала с учетом плотности тока, воздействия окружающей среды и риска механических повреждений при транспортировке и монтаже. Все три материала отвечают одному и тому же функциональному требованию — изолировать стержень проводника от заземленного резервуара, — но различаются по тепловым характеристикам, ударопрочности и долговечности поверхности.
Изготавливается из обожженной смеси глины, кварца и оксида алюминия, которая подвергается витрификации при высоких температурах в печи для получения плотной, химически инертной поверхности. Это обеспечивает высокую стойкость к ультрафиолетовому износу и химическому воздействию, благодаря чему данный материал по-прежнему широко используется для наружных установок на опорах в прибрежных районах или в условиях промышленного загрязнения. Обратной стороной является хрупкость: фарфор не деформируется при ударе, поэтому падение устройства или соскользнувший гаечный ключ во время монтажа могут привести к сколам или трещинам в корпусе, в то время как у HTN в таких случаях остались бы лишь вмятины или царапины.
Термопластичный полимер, выбранный за его ударопрочность и меньший вес — важный фактор, когда полевые бригады обращаются с втулками, рассчитанными на ток до 5000 А, и устанавливают их на рабочих площадках под напряжением. HTN обычно выдерживает постоянные рабочие температуры в диапазоне 140–150 °C на поверхности изоляции, что сопоставимо с фарфором, однако его полимерная структура более подвержена длительному ультрафиолетовому выцветанию при прямом, незащищённом воздействии солнечных лучей.
Корпус из литой эпоксидной смолы, по механической прочности занимающий промежуточное положение между фарфором и HTN. Смола хорошо переносит термоциклирование и обладает большей устойчивостью к растрескиванию при механических ударах, чем фарфор, однако с течением времени её диэлектрическая поверхность может становиться более восприимчивой к поглощению влаги в случае повреждения внешнего покрытия — этот фактор следует учитывать при эксплуатации на подстанциях в условиях высокой влажности.
| Недвижимость | Керамика (фарфор) | ГБ | Пористая смола |
|---|---|---|---|
| Ударопрочность | Низкий — хрупкость, риск сколов и трещин | Высокий | Умеренный |
| Устойчивость к УФ-излучению и химическим веществам | Высокий | Умеренный | От умеренного до высокого |
| Типичный вес | Самый тяжелый | Самый лёгкий | Средний ценовой диапазон |
| Оптимальные условия | Прибрежные районы, промышленное загрязнение, стационарные объекты | Объекты с высокой вибрацией, на которых работы ведутся в полевых условиях | Подстанции с регулируемой влажностью |
[Expert Insight]
- В прибрежных районах или в условиях высокого уровня загрязнения химическая инертность фарфора является преимуществом по сравнению с полимерными альтернативами
- В системе HTN лучше работают детали с высокой оборачиваемостью или заменяемые на месте, поскольку она хорошо переносит удары при обращении
- Никогда не следует исходить из взаимозаменяемости материалов в запросе предложений — необходимо уточнить, какой именно материал фактически указан в позиции “ВН-втулка” в предложении
Для правильной оценки данного типа втулки необходимо учитывать три взаимосвязанных параметра — класс номинального напряжения, непрерывный ток и базовый уровень импульсной изоляции (BIL) — а не рассматривать какой-либо один показатель в отдельности как достаточный.
Как правило, устройства рассчитаны на максимальное напряжение в системе 1,2 кВ или 3,0 кВ, хотя фактическое напряжение на вторичной обмотке трансформатора может быть значительно ниже этого предела. Такой запас предусмотрен в связи с тем, что проходная втулка должна выдерживать не только стационарное рабочее напряжение, но и переходные перенапряжения, возникающие в результате коммутационных операций и близневых разрядов.
Номинальный постоянный ток обычно колеблется в диапазоне от 600 А до 5000 А, причем практический верхний предел определяется площадью поперечного сечения проводника, а не корпуса из фарфора. Устройство, рассчитанное на 3000 А, при фактической нагрузке всего 1200 А нагревается меньше, и в зоне уплотнения наблюдается меньшее термическое старение, что является одной из причин, по которой инженеры-эксплуатационники в установках с высоким коэффициентом загрузки предпочитают выбирать устройства с немного завышенным номиналом, а не точно соответствовать номинальному току, указанному на заводской табличке.
Базовый уровень импульсной изоляции определяет пиковое напряжение, которое проходник должен выдерживать при стандартной форме импульса без пробоя. Керамические вводы низкого напряжения, как правило, рассчитаны на выдерживание импульсных напряжений в диапазоне от 10 кВₚ до 30 кВₚ, однако эту величину всегда следует сверять с результатами расчёта изоляционной координации конкретного трансформатора, а не определять исходя исключительно из класса напряжения.
Выбор втулки с показателем BIL ниже согласованного уровня выдерживаемости системы приводит к появлению слабого звена в цепи изоляции — при переходных явлениях напряжением более примерно 15 кВₚ–20 кВₚ устройство с заниженными номинальными параметрами может подвергнуться пробою до срабатывания защиты, расположенной выше по цепи.
Методы импульсных испытаний проходников распределительного класса напряжением до 34,5 кВ регламентируются стандартом IEEE C57.12.00, однако монтажники должны уточнить точное сочетание напряжения и тока, сверяясь с соответствующей таблицей в действующей редакции стандарта.
Методы импульсных испытаний проходников распределительного класса напряжением до 34,5 кВ регулируются Стандарт IEEE C57.12.00, однако монтажники должны уточнить точное сочетание напряжения и тока, сверяясь с соответствующей таблицей в текущем издании.
Полную классификацию по классам напряжения и номинальным значениям тока для всего ассортимента проходных изоляторов компании ZeeyiElec см. в аксессуары для трансформаторов линейка продукции.
От качества монтажа зависит, будет ли эта втулка работать с номинальным током на протяжении десятилетий или же в течение первого года эксплуатации в ней возникнет перегрев вывода. Основное значение имеют два фактора: плотность прилегания прокладки и контроль момента затяжки.
Фланец прилегает к стенке резервуара через сжимаемую прокладку, расчетная температура которой, как правило, охватывает широкий диапазон температур окружающей среды — примерно от -30 °C до 105 °C на уплотняющей поверхности. Персонал, осуществляющий ввод в эксплуатацию установок на опорных площадках, должен убедиться в равномерном прижатии по всей окружности фланца — неравномерное прилегание, часто вызванное деформацией монтажной поверхности или затяжкой болтов не в указанной последовательности, создает локальный зазор, который при многократных термоциклах становится путем проникновения влаги. В частности, в случае с фарфоровыми агрегатами неравномерная нагрузка на фланец сопряжена с дополнительным риском: поскольку керамика не обладает механической упругостью, сосредоточение напряжения в одной точке может привести к появлению микротрещины, которая проявится только спустя несколько месяцев под воздействием вибрации или термоциклирования.
Контактное сопротивление в болтовом соединении клемм зависит от фактической площади контакта «металл-металл», которая увеличивается с ростом зажимного усилия — вплоть до момента, когда материал клеммы начинает поддаваться деформации. Недостаточный момент затяжки приводит к остаточному сопротивлению, которое при непрерывной нагрузке 3000–4000 А может вызвать нагрев по формуле I²R, достаточный для видимого изменения цвета клеммы в течение одного рабочего цикла. Чрезмерный момент затяжки создает риск деформации резьбы шпильки или, в случае фарфоровых изделий, передачи избыточного механического напряжения на керамико-металлическое уплотнение у основания штока.
Опыт, накопленный в ходе ввода в эксплуатацию оборудования, установленного на опорных площадках, показывает, что значения момента затяжки всегда следует брать из конкретного технического паспорта, а не принимать из общих таблиц для низковольтного оборудования — диаметр шпилек и шаг резьбы у разных производителей настолько различаются, что при использовании общей таблицы затяжка соединения может оказаться недостаточной или избыточной. По возможности следует повторно проверить момент затяжки после первого термического цикла, так как при первоначальной установке соединение может слегка ослабнуть.
[Expert Insight]
- Проверяйте степень затяжки фланца равномерно по всей окружности, а не только в зоне одного ряда болтов
- Сведения о моменте отрыва следует брать из конкретного технического паспорта, а не из общей таблицы характеристик оборудования LV
- После первого термического цикла необходимо повторно проверить момент затяжки клемм, так как затяжка может слегка ослабнуть
Повреждения керамических элементов имеют характер, достаточно отличающийся от повреждений, возникающих при высокой температуре (HTN) или при использовании смолы, поэтому диагностика на месте обычно начинается с определения того, какой именно механизм лежит в основе повреждения: термическое растрескивание, повреждение в результате физического воздействия или образование треков из-за загрязнения поверхности.
Повторные переходы от рабочей температуры при полной нагрузке к холодным условиям окружающей среды создают нагрузку на линию соединения, где фарфоровый корпус соприкасается с металлическим фланцем и штоком. В течение многих лет эксплуатации — как правило, в течение 15–25 лет до появления первых признаков неисправности — это может привести к появлению микротрещин в уплотнении, особенно на устройствах, которые ранее подвергались механическим нагрузкам, например, при неравномерной установке фланца. Трещина в этом месте редко приводит к немедленному выходу из строя; вместо этого она открывает путь для медленного проникновения влаги, что в конечном итоге приводит к износу внутреннего уплотнения.
Поскольку фарфор практически не обладает механической упругостью, повреждения от ударов, полученные во время транспортировки, погрузочно-разгрузочных работ или монтажа, как правило, проявляются в виде заметных сколов, а не царапин, характерных для корпусов HTN. Скол вблизи токопроводящего стержня представляет большую опасность, чем скол на внешней юбке, поскольку он может сократить путь поверхностного пробега и увеличить риск пробоя в переходных режимах. Любой поврежденный элемент, обнаруженный во время осмотра перед монтажом, следует отбраковать, а не устанавливать, полагая, что он “выдержит”.”
Образование следов происходит, когда поверхностный ток утечки воздействует на загрязнения и влагу на юбке, постепенно формируя обугленный проводящий путь. Этот процесс протекает медленно и является одним из наиболее предотвратимых видов отказов — поддержание чистоты и проведение осмотров с интервалом 12–24 месяца в загрязненных или прибрежных условиях, как правило, позволяют выявить его до достижения критической стадии. Любое видимое изменение цвета или мелкие углеродистые полосы следует рассматривать как ранний предупреждающий признак, поскольку после начала образования следов процесс ускоряется.
Чтобы ознакомиться со структурированным подходом к выявлению этих видов отказов на объекте, см. рабочий процесс диагностики отказов в полевых условиях.Фарфор по-прежнему остается оптимальным выбором в определённой области применения — в первую очередь при установке стационарных конструкций на открытом воздухе, подвергающихся длительному воздействию ультрафиолета или химических веществ, где его инертная поверхность служит дольше, чем у полимерных аналогов.
Данный материал демонстрирует наилучшие эксплуатационные характеристики в трансформаторах на опорах в прибрежных зонах, в условиях промышленного загрязнения или при высокой интенсивности ультрафиолетового излучения, где устройство будет находиться под воздействием внешних факторов в течение всего срока службы (20–30 лет) без частого технического обслуживания. Химическая инертность предотвращает деградацию поверхности, приводящую к постепенному появлению мелового налета или потускнению полимерных корпусов при постоянном воздействии солнечных лучей, а диэлектрическая устойчивость сохраняется во всём диапазоне номинальных напряжений от 1,2 кВ до 3,0 кВ без необходимости специального ухода за покрытием.
HTN лучше подходит для случаев, когда втулки подвергаются многократному обращению — например, в распределительных пунктах с высокой оборачиваемостью, в устройствах, заменяемых на месте, или на объектах с повышенной вибрацией из-за находящегося поблизости тяжелого оборудования, — поскольку его ударопрочность позволяет избежать риска образования сколов и трещин, присущего фарфору. Пористая смола подходит для подстанций с контролируемой влажностью, где умеренная механическая прочность имеет большее значение, чем устойчивость к ультрафиолетовому излучению.
Заблаговременный подбор материала с учетом условий эксплуатации позволяет избежать дорогостоящих последствий несоответствия: поврежденный сколами или трещинами фарфоровый элемент на объекте с высокой вибрацией зачастую требует замены задолго до истечения номинального срока службы, в то время как HTN в загрязненных прибрежных условиях может начать мелотиться раньше, чем фарфор. Если вы подбираете низковольтные вводы для нового проекта распределительной сети, инженерная команда ZeeyiElec поможет подобрать класс напряжения, номинальный ток и материал с учетом условий вашей площадки — обратитесь к нам за помощью в подготовке запроса предложений и получением технических чертежей, прежде чем окончательно утвердить спецификацию аксессуаров.
Срок службы керамических втулок низкого напряжения при нормальных термоциклических нагрузках обычно составляет 20–30 лет, однако в прибрежных районах или в условиях сильного загрязнения этот срок может сократиться, если не обеспечивать регулярную очистку поверхности.
Керамика обладает более высокой устойчивостью к воздействию ультрафиолета и химических веществ, в то время как HTN отличается меньшим весом и большей ударопрочностью при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке — выбор оптимального варианта зависит от условий монтажа и механических рисков на объекте.
Эти изделия, как правило, выпускаются в том же диапазоне токов от 600 А до 5000 А+, что и другие материалы для проходников низкого напряжения, причем практический предел определяется скорее размерами стержня проводника, чем самим фарфоровым корпусом.
Треснувшую или отколотую фарфоровую втулку нельзя оставлять в эксплуатации, поскольку даже мельчайшие трещины могут стать каналом для проникновения влаги и образование следов под нагрузкой — после подтверждения повреждения более безопасным решением будет ее замена.
Термические циклы, при которых устройство переходит от состояния горячей нагрузки к холодной температуре окружающей среды, создают напряжения на границе раздела «фарфор-металл», и многолетнее повторение таких циклов может в конечном итоге привести к появлению микротрещин, особенно на устройствах, ранее подвергавшихся механическим нагрузкам.
Как правило, значения момента затяжки зависят в первую очередь от конструкции крепежных шпилек и соединительных элементов, а не от материала изолирующего корпуса; однако монтажникам всё же следует уточнять значения момента затяжки, указанные конкретным производителем, поскольку конструкция фланцев может различаться в линейках изделий из керамики и полимерных материалов.
English English
한국어
العربية
Español
हिन्दी
தமிழ்
Deutsch (Sie)
Français
Português do Brasil
Русский