По ссылкейойо шиВыбор подходящих втулок для среднего напряжения в прибрежных условиях начинается с понимания того, почему загрязнение вообще приводит к постепенному выходу изоляторов из строя.
Проходная втулка среднего напряжения редко выходит из строя в результате однократного перенапряжения. Выход из строя обычно происходит постепенно: накопившиеся загрязнения на поверхности во взаимодействии с влагой образуют проводящий путь через изолятор, который был спроектирован таким образом, чтобы поверхность оставалась непроводящей. Понимание этого механизма является отправной точкой для любого решения по выбору условий эксплуатации, поскольку выбор материалов и путей утечки, рассматриваемый далее в данном руководстве, напрямую обусловлен описанными здесь физическими явлениями.
В сухих условиях большинство загрязнений из воздуха — солевые отложения, цементная пыль, промышленные твердые частицы — оседают на поверхности втулки, не проводя значительного тока, поскольку сухая соль и пыль обладают относительно высоким удельным сопротивлением. Последовательность событий, приводящая к отказу, начинается, когда туман, роса или небольшой дождь смачивают этот слой, не смывая его. Смоченная пленка загрязнений становится проводящей, и ток утечки начинает протекать вдоль поверхности, а не через окружающий воздух.
Поскольку ток утечки концентрируется в более узких участках смачиваемой пленки, локальный нагрев приводит к тому, что эти участки высыхают в первую очередь, образуя сухие полосы. Остаточное напряжение на изоляторе затем почти полностью перераспределяется по этим сухим полосам, создавая локальное напряжение электрического поля, которое на краю полосы может превышать 3 кВ/см – 5 кВ/см, что значительно выше порога, необходимого для поддержания небольших поверхностных разрядов.
Повторное возникновение искры в сухом промежутке приводит к постепенной карбонизации поверхности изолятора (в случае органических материалов, таких как силикон или эпоксидная смола) или к эрозии глазури (в случае фарфора), в результате чего проводящая дорожка удлиняется до тех пор, пока не перекроет достаточную часть пути утечки, чтобы вызвать пробой.
Это различие имеет важное значение, поскольку эти два механизма связаны с разными физическими режимами отказа, и именно оно лежит в основе методологии оценки степени загрязнения площадки (SPS), изложенной в стандарте IEC TS 60815-1, который регулирует классификацию площадок на основе показателей ESDD/NSDD; полученный в результате класс SPS затем используется в таблицах расчета длины пути утечки, приведенных в стандартах IEC TS 60815-2 (керамические/стеклянные изоляторы) и IEC TS 60815-3 (полимерные изоляторы).
Подробнее о том, как это различие влияет на конструкцию втулок, см. в руководстве ZeeyiElec по Основы расчёта путей утечки и зазоров для вводов среднего напряжения.
Как только загрязнение рассматривается как проблема поверхностной проводимости, выбор сводится к подбору размеров пути ползучести изолятора с учетом ожидаемой степени загрязнения места установки. Стандарт IEC 60815 систематизирует эти данные по классам интенсивности загрязнения, которые соотносят условия на объекте с минимальным удельным расстоянием между токопроводящими частями, выраженным в мм/кВ от максимального напряжения системы.
Объекты, как правило, группируются следующим образом, причем на каждом уровне увеличивается конкретное расстояние утечки:
Сельские районы или районы с низкой плотностью населения, удаленные от побережья и промышленных зон, где, как правило, требуется напряжение в диапазоне 16 мм/кВ–19 мм/кВ.
Районы с умеренной промышленной деятельностью или сельскохозяйственными выжиганиями, а также прибрежные зоны, простирающиеся на несколько километров вглубь суши.
Промышленные зоны со значительными выбросами твердых частиц или прибрежные участки, расположенные на расстоянии примерно от 1 до 3 км от береговой линии и подверженные воздействию сильных ветров.
Непосредственное воздействие морской среды, зоны солевого тумана или объекты тяжелой промышленности с наличием проводящей пыли, где зачастую требуется соблюдение специального расстояния утечки 31 мм/кВ или более.
Эти диапазоны носят ориентировочный характер и не являются фиксированными универсальными значениями — фактическая классификация участка должна подтверждаться результатами обследования степени загрязнения, а не определяться исключительно на основании категории.
Для расчета общего расстояния пробега в втулке удельное значение расстояния пробега (мм/кВ) умножается на максимальное напряжение системы, Um, в кВ. Для проходной втулки среднего напряжения класса 24 кВ, устанавливаемой в зоне с высоким уровнем загрязнения, с требованием к удельному расстоянию пробега около 25 мм/кВ, получаемое минимальное общее расстояние пробега составляет примерно 600 мм — это значение напрямую определяет профиль отвода и длину изолятора в техническом паспорте изделия.
Полевые исследования загрязнения — измерение показателя ESDD или использование направленных датчиков осаждения пыли в течение нескольких месяцев — по-прежнему остаются наиболее надежным способом подтверждения того, какой класс загрязнения действительно применим, поскольку спутниковые оценки расстояния до побережья могут занижать степень загрязнения в районах с преобладающими наземными ветрами или вблизи промышленных источников выбросов, работающих одновременно с воздействием солевой среды (Классификация степени загрязнения по стандарту IEC 60815).
Эта логика расчета расстояния ползучести напрямую связана с выбором материала, поскольку одно и то же заданное расстояние ползучести можно обеспечить с помощью различных геометрических форм изоляционных элементов в зависимости от того, какой материал выбран — фарфор, силикон или эпоксидная смола.
Достижение требуемого расстояния между проводниками — это лишь половина задачи при выборе: изоляционный материал определяет, как будет вести себя этот путь пробега при появлении загрязнений и влаги. Три основных варианта проходников среднего напряжения, предназначенных для эксплуатации в загрязнённых или прибрежных условиях, по-разному сочетают в себе гидрофобные свойства, механическую прочность и потребность в техническом обслуживании.
Глазурованный фарфор по-прежнему остается надежным материалом для проходников среднего напряжения, обеспечивая высокую механическую прочность и устойчивость к ультрафиолетовому излучению в течение типичного срока службы, составляющего 25–40 лет. Однако его поверхность по своей природе гидрофильна — вода растекается, образуя сплошную пленку, а не капли, поэтому загрязнения смачиваются равномерно, и ток утечки может возникать легче. В условиях сильного или очень сильного загрязнения фарфоровые вводы, как правило, требуют использования удлиненных линий утечки (глубоких желобов) и плановой программы промывки для поддержания утечки в пределах безопасных значений.
Корпуса из силиконовой резины обладают гидрофобностью — благодаря поверхностному натяжению влага собирается в капли, а не образует пленку, — что ограничивает образование непрерывного проводящего пути, по которому может распространяться загрязнение. Отличительной особенностью силикона является перенос и восстановление гидрофобности: низкомолекулярные силиконовые полимеры мигрируют к поверхности и могут инкапсулировать загрязнения, восстанавливая водоотталкивающие свойства даже после нескольких недель воздействия без очистки. Как правило, это позволяет снизить частоту промывки по сравнению с фарфоровыми изделиями того же класса загрязнения, хотя скорость восстановления снижается по мере старения материала и истощения запаса мигрирующего полимера в течение срока службы, который обычно оценивается в 20–30 лет.
При эксплуатации на открытом воздухе стандартная литая эпоксидная смола не обладает необходимой для условий сильного загрязнения геометрией корпуса и гидрофобной поверхностью, поэтому при использовании на побережье или в промышленных условиях на открытом воздухе обычно требуется дополнительное силиконовое покрытие или корпус, а не голая эпоксидная смола — это различие стоит уточнить на этапе запроса предложений, а не делать предположения, исходя из общего обозначения “эпоксидная смола” в технических характеристиках, поскольку устойчивость литой эпоксидной смолы к загрязнениям на открытом воздухе не регулируется единым пунктом стандарта МЭК и зависит от рецептуры конкретного производителя.
Замена оборудования на месте в рамках проектов по модернизации часто показывает, что втулка, выбранная много лет назад с учетом “среднего” уровня загрязнения, больше не соответствует реальным условиям на объекте после изменений в землепользовании в прилегающих районах.
Влияние прибрежной среды формирует характерную картину загрязнения, отличающуюся от промышленного загрязнения во внутренних районах — осаждение солевого тумана обусловлено ветром, носит направленный характер и тесно связано с расстоянием до береговой линии, что делает общие “прибрежные” технические условия менее надежными, чем обследование загрязнения с учетом конкретных условий объекта.
Концентрация солевого тумана, как правило, резко снижается по мере удаления вглубь суши — на объектах, расположенных на расстоянии примерно до 500 м от места разбивающихся волн, показатели ESDD зачастую бывают значительно выше, чем на объектах, находящихся всего на 2–3 км дальше вглубь суши, даже вдоль той же самой береговой линии. Преобладающее направление ветра имеет такое же значение, как и простое расстояние: втулка, установленная на наветренной стороне корпуса или сооружения, может накапливать заметно более толстый слой солевых отложений, чем идентичное устройство на подветренной стороне, поскольку солевой аэрозоль переносится и осаждается направленно, а не распределяется равномерно. Высота над уровнем моря и воздействие непосредственных брызг прибоя по сравнению с отфильтрованным туманом дополнительно разграничивают на бумаге классификацию загрязнения от “очень сильного” до просто “сильного”.
При модернизации прибрежных подстанций часто встречается следующая картина: в проходниках, выбранных в соответствии с общим классом “сильное загрязнение” согласно техническим характеристикам, в течение 12–18 месяцев после ввода в эксплуатацию появляются следы дугового разряда в сухом диапазоне, причём эти следы сосредоточены именно на наветренных сторонах навеса, а не распределены равномерно по всей поверхности изолятора — это свидетельствует о том, что при первоначальном обследовании объекта была недооценена направленная солевая нагрузка, а не о том, что сам материал был дефектным. Такой вид асимметричного износа трудно предсказать, исходя только из расстояния до берега, и, как правило, он проявляется только после того, как установка проработала как минимум один полный цикл влажного сезона.
В случаях, когда преобладающие ветра и воздействие прибоя приводят к тому, что объект попадает в верхнюю часть классификации «очень высокая степень загрязнения», инженеры обычно сочетают использование корпусов из силиконовой резины с дополнительным увеличением длины пути утечки — до 31 мм/кВ–35 мм/кВ — вместо того, чтобы полагаться исключительно на смену материала. Подтверждение фактического уровня отложения соли посредством краткосрочного мониторинга ESDD перед окончательным заказом втулок по-прежнему является более надёжным подходом, чем непосредственное применение стандартных диапазонов классов, поскольку два объекта, расположенные на одинаковом расстоянии от берега, могут иметь существенно разные уровни загрязнения в зависимости от местных ветровых потоков и защитного воздействия рельефа местности.
Промышленное загрязнение отличается от прибрежного солевого тумана по составу и характеру воздействия, но приводит к тому же основному механизму разрушения — образованию проводящей пленки в условиях повышенной влажности. Участки, расположенные вблизи цементных заводов, химических предприятий или зон тяжелой промышленности, зачастую сочетают в себе сразу несколько источников загрязнения, что затрудняет определение класса загрязнения в большей степени, чем в случае прибрежных участков с одним источником загрязнения.
Отложения цементной и минеральной пыли, как правило, являются щелочными и гигроскопичными, то есть они активно поглощают влагу из влажного воздуха, а для приобретения электропроводности не нуждаются в прямом воздействии дождя или тумана. На объектах, расположенных в радиусе примерно 1–2 км от действующих предприятий по переработке цемента или заполнителей, часто регистрируются значения плотности нерастворимых отложений (NSDD), значительно превышающие показатели, предполагаемые для общего класса “сильного” загрязнения, поскольку NSDD измеряет нагрузку твердых частиц отдельно от компонента растворимых солей, улавливаемого показателем ESDD. В таких условиях размеры втулки, рассчитанные исключительно на основе данных ESDD, могут оказаться заниженными, даже если показатель солевого эквивалента выглядит умеренным, поскольку сам слой твердых частиц повышает поверхностную проводимость при увлажнении, независимо от содержания соли.
На предприятиях химической переработки — заводах по производству удобрений, нефтеперерабатывающих заводах и аналогичных объектах — возникает дополнительный фактор: выбросы в атмосферу могут иметь кислую природу или вступать в реакцию с некоторыми материалами изоляторов, помимо того, что они способствуют образованию проводящей загрязняющей пленки. Отчеты с подстанций, расположенных рядом с нефтехимическими предприятиями, свидетельствуют об ускоренной эрозии поверхности силиконовых корпусов, подвергающихся длительному воздействию углеводородных или кислотных паров: за период эксплуатации примерно от 3 до 5 лет наблюдается заметное увеличение шероховатости поверхности, которое происходит быстрее, чем это обычно характерно для того же материала в среде, подверженной воздействию исключительно солевого тумана. Это не обязательно исключает возможность использования силиконовой резины, но означает, что состав корпуса и любое дополнительное покрытие следует проверять на соответствие конкретному профилю химического воздействия, а не считать их совместимыми по умолчанию.
В случаях, когда пересекаются несколько источников загрязнения — например, в прибрежном промышленном парке — класс загрязнения следует определять с использованием того показателя степени загрязнения (ESDD или NSDD), который предусматривает более высокие требования к длине пути утечки, а не на основе среднего значения этих двух показателей. Именно на таких объектах со смешанными источниками загрязнения группы по закупкам чаще всего устанавливают недостаточно строгие технические требования, поскольку в типовой позиции запроса предложений редко учитываются обе переменные — этот пробел более подробно освещается в материале ZeeyiElec Шаблон запроса предложений на втулки MV.
Даже правильно подобранные втулки со временем загрязняются, поэтому именно программа технического обслуживания и промывки позволяет не допустить того, чтобы запас пробега в установленном оборудовании исчерпался быстрее, чем это предусмотрено в проекте. Метод и периодичность промывки зависят от степени загрязнения, типа материала, а также от того, можно ли безопасно отключить оборудование от питания для проведения технического обслуживания.
Промывка в отключенном состоянии позволяет проводить очистку непосредственно водой или с использованием низкого давления, не опасаясь возникновения перенапряжения в ходе самого процесса, и, как правило, предпочтительна в тех случаях, когда имеется окно для проведения технического обслуживания.
Мойка под напряжением — с использованием деминерализованной воды через изолированное моечное оборудование — позволяет энергокомпаниям избежать отключения электроснабжения, но требует строгого контроля удельного сопротивления воды (обычно устанавливается на уровне выше 3 000 Ом·см–5 000 Ом·см для среднего напряжения), а также соблюдения безопасного расстояния распыления от находящихся под напряжением частей, поскольку сама по себе проводящая промывочная вода может стать траекторией пробоя во время очистки.
Корпуса из силиконовой резины, как правило, хорошо переносят промывку под напряжением благодаря своим гидрофобным свойствам, в то время как для старого фарфора с сильными углеродными следами может потребоваться предварительный осмотр в отключенном состоянии, чтобы убедиться, что поверхность еще не изношена настолько, что одной промывки будет недостаточно для восстановления надлежащих эксплуатационных характеристик.
Частота мойки и осмотра должна зависеть от класса загрязнения, а не определяться по фиксированному графику для всего автопарка. На участках с низким уровнем загрязнения интервал между плановыми мойками часто составляет 12 месяцев или более, тогда как на участках с очень сильным загрязнением в прибрежных или промышленных зонах может потребоваться ежеквартальная мойка или более частый визуальный осмотр, особенно после первого сезона дождей после ввода в эксплуатацию, когда следы ранней дуговой разрядки на сухих полосах легче всего обнаружить, прежде чем они перерастут в следы от дуговой разрядки. Один из повторяющихся уроков, извлеченных из опыта реализации программ технического обслуживания вводных муфт и вкладышей, заключается в том, что при одном лишь визуальном осмотре часто упускаются следы на ранней стадии на нижней стороне кожухов, где отложения накапливаются вне прямой видимости — именно по этой причине некоторые прибрежные энергетические компании перешли к периодической инфракрасной термографии в качестве дополнительной проверки, а не полагаются исключительно на графики мойки.
Выбор проходных изоляторов среднего напряжения для прибрежных условий сводится к трем взаимосвязанным решениям: правильной классификации степени загрязнённости места установки, расчёту длины пути утечки с учётом этой классификации, а не исходя из стандартных значений для определённого класса напряжения, а также подбору материала — фарфора, силиконовой резины или эпоксидной смолы — конкретному профилю загрязнения, будь то солевой туман, цементная пыль или выбросы химических веществ. Ошибка в любом из этих моментов, как правило, проявляется не при вводе в эксплуатацию, а через 12–36 месяцев эксплуатации, когда первый полный сезон дождей проверит запас прочности.
В случае проектов, охватывающих несколько классов напряжения или характеризующихся смешанными условиями воздействия прибрежной и промышленной среды, документально подтвержденные результаты обследования уровня загрязнения (показания ESDD/NSDD), представленные вместе с запросом предложений, как правило, позволяют определить более точные технические характеристики проходников, чем оценки, основанные исключительно на расстоянии от берега.
ZeeyiElec обеспечивает подбор проходных изоляторов среднего напряжения в диапазоне напряжений от 12 кВ до 52 кВ с вариантами интерфейсов по стандартам ANSI, DIN и с эпоксидным покрытием, разработанными с учетом различных требований к степени загрязненности окружающей среды, в рамках более широкой аксессуары для трансформаторов и кабельные аксессуары портфолио. Ознакомьтесь с полной версией Полная карта выбора аксессуаров для трансформаторов чтобы получить рекомендации по путевому расстоянию и подбору материалов для всего ассортимента аксессуаров, либо напрямую предоставить данные о загрязнении на объекте для получения индивидуальных рекомендаций по втулкам и поддержки при подготовке запросов на предложение.
Прибрежные объекты, как правило, относятся к классам сильной или очень сильной загрязнённости согласно стандарту IEC 60815, поэтому конкретное расстояние утечки обычно должно быть больше, чем для объектов, расположенных в глубине суши, причём точное значение зависит от интенсивности солевого тумана и расстояния от берега — оно всегда подтверждается данными обследования уровня загрязнённости на объекте, а не определяется исходя исключительно из близости к берегу.
Силиконовая резина, как правило, демонстрирует лучшие характеристики в условиях сильного загрязнения, поскольку её гидрофобная поверхность отталкивает загрязнённые плёнки влаги, снижая накопление тока утечки; при этом фарфор по-прежнему остается приемлемым вариантом в тех случаях, когда уже налажены процедуры очистки и приоритет отдаётся механической прочности.
Частота промывки зависит от интенсивности отложения солей в данном регионе и типа материала: она варьируется от нескольких раз в год в условиях умеренного воздействия прибрежной среды до более частых циклов вблизи зон с сильным прибоем или в зонах, где промышленные объекты пересекаются с прибрежной зоной — фактический интервал между промывками следует определять на основе мониторинга загрязнения объекта, а не руководствоваться фиксированным календарным графиком.
Литые эпоксидные втулки, как правило, лучше подходят для использования в помещениях или в прибрежных условиях с умеренной степенью воздействия, поскольку эпоксидные изделия, предназначенные для наружной установки, обычно требуют дополнительных покрытий или кожухов, чтобы обеспечить такие же характеристики ползучести, как у силиконовых изделий или фарфора с выраженной рельефной поверхностью при непосредственном воздействии солевого тумана.
Классы светового загрязнения предполагают минимальное промышленное или прибрежное воздействие и предусматривают меньшее требуемое расстояние утечки, тогда как классы «сильное» и «очень сильное» загрязнение применяются к объектам с постоянным солевым, промышленным или сельскохозяйственным загрязнением и требуют пропорционально большего расстояния утечки, а зачастую и выбора других материалов.
Силиконовые покрытия RTV могут улучшить гидрофобные свойства существующих фарфоровых втулок, однако они лишь дополняют, а не заменяют правильный расчет длины пути утечки — изоляторы с заниженными номинальными параметрами, установленные в зонах с высоким уровнем загрязнения, по-прежнему сопряжены с повышенным риском пробоя, даже если на них нанесено покрытие.
English English
한국어
العربية
Español
हिन्दी
தமிழ்
Deutsch (Sie)
Français
Português do Brasil
Русский