Втулка (электрическая)
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
В электроэнергетике втулка представляет собой полый электрический изолятор , который позволяет электрическому проводнику безопасно проходить через проводящий барьер, такой как корпус трансформатора или автоматического выключателя, не вступая с ним в электрический контакт. Вводы обычно изготавливаются из фарфора , хотя используются и другие изоляционные материалы.
Объяснение
[ редактировать ]Все материалы, несущие электрический заряд , создают электрическое поле . Когда проводник под напряжением находится рядом с материалом с потенциалом земли, он может образовывать очень высокую напряженность поля, особенно там, где линии поля вынуждены резко изгибаться вокруг заземленного материала. Втулка контролирует форму и силу поля и снижает электрические напряжения в изоляционном материале.
Втулка конденсатора
[ редактировать ]Конструкция ввода должна выдерживать напряженность электрического поля, создаваемого изоляцией при наличии любого заземленного материала. По мере увеличения напряженности электрического поля внутри изоляции могут образовываться пути утечки. Если энергия пути утечки превышает диэлектрическую прочность изоляции, она может пробить изоляцию и позволить электрической энергии пройти к ближайшему заземленному материалу, вызывая возгорание и искрение.
Типичная конструкция ввода имеет проводник, обычно из меди или алюминия, иногда из другого проводящего материала, окруженный изоляцией, за исключением концов клемм.
В случае шины клеммы проводников будут поддерживать шину на ее месте. В случае ввода к изоляции также будет прикреплено фиксирующее устройство, удерживающее ее на месте. Обычно точка крепления является цельной или окружает изоляцию на части изолируемой поверхности. Изоляционный материал между точкой крепления и проводником является зоной наибольшей нагрузки.
Конструкция любого электрического ввода должна гарантировать, что электрическая прочность изоляционного материала способна противостоять проникающей «электрической энергии», проходящей через проводник через любые сильно нагруженные участки. Он также должен быть способен выдерживать длительные, случайные и исключительные моменты высокого напряжения, а также выдерживать нормальное постоянное рабочее напряжение, поскольку именно напряжение направляет и контролирует развитие путей утечки, а не ток.
Изолированные вводы могут быть установлены как внутри, так и снаружи, а выбор изоляции будет определяться местом установки и электрическими нагрузками на ввод.
Для успешной работы ввода в течение многих лет изоляция должна оставаться эффективной как по составу, так и по конструктивной форме и будет ключевым фактором его долговечности. Поэтому втулки могут значительно различаться как по материалу, так и по стилю конструкции.
Типы
[ редактировать ]Фарфоровая изоляция
[ редактировать ]В самых ранних конструкциях втулок использовался фарфор как для внутреннего, так и для наружного применения. Первоначально фарфор использовался из-за его свойств непроницаемости для влаги после запечатывания обожженной глазурью и низкой стоимости производства. Основным недостатком фарфора является то, что его небольшую величину линейного расширения приходится компенсировать за счет использования гибких уплотнений и прочных металлических фитингов, что создает производственные и эксплуатационные проблемы.
Базовая фарфоровая втулка представляет собой полую фарфоровую форму, которая проходит через отверстие в стене или металлическом корпусе, позволяя проводнику проходить через ее центр и подключаться на обоих концах к другому оборудованию. Втулки этого типа часто изготавливаются из фарфора, обожженного мокрым способом, который затем покрывается глазурью. Для выравнивания градиента электрического потенциала по длине ввода можно использовать полупроводниковую глазурь.
Внутренняя часть фарфорового ввода часто заполняется маслом для обеспечения дополнительной изоляции, и вводы такой конструкции широко используются до напряжения до 36 кВ, где допускаются более высокие частичные разряды.
Там, где требуется частичный разряд в соответствии со стандартом IEC 60137, используются проводники с бумажной и смоляной изоляцией в сочетании с фарфором для неотапливаемых внутренних и наружных применений.
Вводы с изоляцией из смолы (полимерной, полимерной, композитной) для приложений высокого напряжения широко распространены, хотя большинство высоковольтных вводов обычно изготавливаются из пропитанной смолой бумажной изоляции вокруг проводника с фарфоровыми или полимерными навесами для защиты от атмосферных воздействий, для наружного конца и иногда для внутреннего конца.
Бумажная изоляция
[ редактировать ]Другой ранней формой изоляции была бумага, однако бумага гигроскопична и впитывает влагу, что вредно и невыгодно из-за негибкой линейной конструкции. Технология литой смолы доминирует в изоляционных изделиях с 1960-х годов благодаря гибкости формы и более высокой диэлектрической прочности.
Обычно бумажную изоляцию позже пропитывают либо маслом (исторически), либо, что чаще сегодня, смолой. В случае смолы бумага покрывается пленкой из фенольной смолы, чтобы стать бумагой, пропитанной синтетической смолой (SRBP), или пропитывается после сухой намотки эпоксидными смолами, чтобы стать бумагой, пропитанной смолой, или бумагой, пропитанной эпоксидной смолой (RIP, ERIP).
Вводы с изоляцией SRBP обычно используются до напряжения около 72,5 кВ. Однако при напряжении выше 12 кВ необходимо контролировать внешнее электрическое поле и выравнивать внутренний запас энергии, что снижает диэлектрическую прочность бумажной изоляции.
Чтобы улучшить характеристики вводов с бумажной изоляцией, в процессе намотки можно вставлять металлическую фольгу. Они действуют для стабилизации генерируемых электрических полей, гомогенизируя внутреннюю энергию, используя эффект емкости. Эта особенность привела к созданию конденсаторной/конденсаторной втулки.
Конденсаторная втулка изготавливается путем вставки очень тонких слоев металлической фольги в бумагу в процессе намотки. Вставленная проводящая фольга создает емкостный эффект, который более равномерно рассеивает электрическую энергию по изолирующей бумаге и снижает напряжение электрического поля между проводником, находящимся под напряжением, и любым заземленным материалом.
Конденсаторные вводы создают поля электрических напряжений, которые значительно менее сильны вокруг крепежного фланца, чем конструкции без фольги, и при использовании в сочетании с пропиткой смолой создают вводы, которые с большим успехом можно использовать при рабочем напряжении более одного миллиона.
Изоляция из смолы
[ редактировать ]С 1965 года смолы используются для всех типов вводов вплоть до самых высоких напряжений. Гибкость использования литой изоляции заменила бумажную изоляцию во многих областях продукции и доминирует на существующем рынке изолированных вводов.
Как и в случае с бумажной изоляцией, контроль полей электрического напряжения остается важным. Изоляция из смолы имеет большую диэлектрическую прочность, чем бумага, и требует меньшего контроля напряжения при напряжении ниже 25 кВ. Однако в некоторых компактных конструкциях распределительных устройств с более высокими номинальными нагрузками заземляемые материалы расположены ближе к вводам, чем в прошлом, и для этих конструкций могут потребоваться экраны для контроля напряжения в пластмассовых вводах, работающих при напряжении до 12 кВ. Точки крепления часто являются неотъемлемой частью основной смоляной формы и представляют собой меньше проблем с заземленными материалами, чем с металлическими фланцами, используемыми на бумажных втулках.
Однако следует соблюдать осторожность при разработке втулок с изоляцией из смолы, в которых используются отлитые внутри экраны, чтобы преимущества контроля поля электрических напряжений не сводились на нет из-за увеличения частичного разряда, вызванного трудностями устранения микропустот в смоле вокруг экранов во время литья. процесс. Необходимость устранения пустот в смоле становится более чувствительной по мере увеличения напряжения, и вполне нормально вернуться к пропитанной смолой фольгированной бумажной изоляции для вводов с номиналом выше 72,5 кВ.
Вводы на малом феррорезонансном трансформаторе
Вводы на однофазном распределительном трансформаторе
Вводы 20 кВ на трансформаторах и кабелях
Вводы 110 кВ в стене здания
Вводы на 110 кВ и 220 кВ
Вводы на трансформатор 380 кВ и КРУЭ подключение
Ввод на трансформаторе сети AEG 1 МВ, Германия, 1932 г.
Неисправность втулки
[ редактировать ]
Втулки иногда выходят из строя из-за частичного разряда . Иногда это происходит из-за медленного и прогрессирующего разрушения изоляции в течение многих лет эксплуатации под напряжением; однако это также может быть быстрая дегенерация, которая разрушает исправную втулку за считанные часы. В настоящее время наблюдается большой интерес со стороны электроэнергетической отрасли к контролю за состоянием высоковольтных вводов. Однако некоторые вводы выходят из строя на ранних этапах эксплуатации из-за невозможности контролировать напряжение или не выполнять необходимое техническое обслуживание, в то время как другие связаны с механизмами зарождающегося отказа, встроенными в производство. Об этой точке зрения свидетельствует незначительное число отказов втулок во всем мире.
Электрический и структурный анализ
[ редактировать ]Анализ метода конечных элементов обычно выполняется перед аттестацией ввода для использования в новом оборудовании/месте. Особенно это касается вводов вокруг высоковольтных проводников. Электрический анализ обычно фокусируется на создании электрического поля вокруг проводника и на том, как форма ввода влияет на это поле. При структурном анализе учитываются нагрузки (ветер, снег, землетрясения, дождь и т. д.), которые, как ожидается, выдержит ввод.
Ссылки
[ редактировать ]- Центральное электроэнергетическое управление (1982 г.). Практика современных электростанций . Пергамон. ISBN 0-08-016436-6 .
- IEC 60137:2008, Технический отчет BEAIRA Q/T123-1952 «Проектирование конденсаторных вводов и конденсаторов с контролем напряжения под высоким напряжением», Технический отчет BEAIRA Q/T125-1952 «Напряжения в конденсаторных вводах высокого напряжения», BS EN 50180, 50181, 50386
трансформаторов Темы |
|---|
