Застосування та інженерно-технічні основи термо-збіжних матеріалів для захисту ізоляції шин на підстанціях

Оскільки електрообладнання підстанцій розвивається в напрямку вищої напруги, більшої потужності та більш компактних конструкцій, захист ізоляції шин, точок з’єднання та інших відкритих провідників привертає все більшу увагу. У реальному робочому середовищі такі фактори, як вологість, конденсація, сольовий бризок, промислове забруднення, ожеледиця та проникнення дрібних тварин, можуть поставити під загрозу стійкість електричних проміжків та ізоляційних поверхонь, тим самим збільшуючи ризик спалаху забруднення, поверхневого розряду, короткого замикання фази-на-фазу та корозії обладнання. Для підстанцій із тривалим терміном служби та розподільних пристроїв із обмеженим простором застосування термоусадочних матеріалів-які забезпечують стабільну ізоляцію-для захисту відкритих провідників є звичайним технічним підходом до покращення робочого середовища обладнання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термоусадочні ізоляційні матеріали — це полімери, що характеризуються властивостями-пам’яті форми. Під час виробництва їх внутрішня молекулярна структура зазвичай модифікується за допомогою радіаційного або хімічного перехресного -зшивання, що дозволяє матеріалу зберігати певні розміри після розширення, схоплювання та охолодження. Під час подальшого впливу тепла при певній температурі внутрішня поперечно-структура викликає ефект відновлення, змушуючи матеріал стискатися до початкових розмірів. Використовуючи цю властивість, термозбіжну трубку або стрічку можна наклеїти на шини, провідники та точки з’єднання; контрольований нагрів потім змушує матеріал утворювати щільно прилягаючий ізоляційний шар поверх захищеного компонента.

 

У підстанціях основною функцією термоусадочних матеріалів є не зміна провідності самої шини, а створення суцільного ізоляційного захисного шару навколо провідника. Залежно від конфігурації обладнання та умов монтажу, можуть використовуватися різні форми, такі як термо{2}}збіжна шинна трубка, термо{3}}ізоляційна стрічка, ізоляційні кожухи та-конструкції для посилення трафіку. Для прямих ділянок відкритих шин вироби з труб забезпечують структурну цілісність і охайний вигляд; для збірних шин, які вже встановлені та важко розібрати, термо-збіжна стрічка дає змогу -обробити ізоляцію на місці шляхом обгортання; а для з’єднань шин, кутів і ділянок з’єднань неправильної форми слід вибирати відповідні методи захисту на основі конкретної конструктивної конфігурації.

 

З точки зору проектування електротехніки, використання термозбіжних матеріалів зменшує ризики, пов’язані з контактом провідників із зовнішнім середовищем. Наприклад, у шафах розподільних пристроїв ізоляція шин зменшує ймовірність прямого контакту між провідниками та сторонніми предметами. У компактному обладнанні належний захист ізоляції може сприяти оптимізації електричних зазорів. Однак застосування ізоляційної оболонки не означає просто необмеженого зменшення відстаней між фазами--; фактичні конструкції вимагають комплексної перевірки на основі рівнів напруги в системі, властивостей ізоляційного матеріалу, шляхів витоку, рівнів забруднення та відповідних стандартів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поєднуючи термоусадочні матеріали з мідними шинами, слід враховувати такі фактори, як стан поверхні провідника та вимоги до термоциклізму. У той час як мідні шини забезпечують чудову електро- та теплопровідність, їх поверхні схильні до окислення або корозії під час тривалого впливу вологості, сольового туману або корозійних газів. Для індивідуальних з’єднань мідної шини з термо-усадковою трубкою, призначених для тривалої-експлуатації поза приміщенням, слід звернути особливу увагу на адгезію між ізоляцією та мідним провідником, цілісність кінцевого-ущільнення та стабільність інтерфейсу після тривалого термічного циклу.

 

Ключовою функцією ізоляції шин є пом’якшення впливу факторів навколишнього середовища на електрообладнання. У прибережних регіонах сіль у повітрі має тенденцію накопичуватися на поверхнях ізоляції та поблизу провідників, створюючи струмопровідний шар забруднення; у промислових зонах кислотні або лужні гази та тверді частинки можуть прискорити корозію поверхні металу. Тривалий вплив провідників може призвести до накопичення забруднень, потенційно утворюючи локалізовані провідні шляхи. Отже, застосування термоусадочної ізоляції на мідних шинах вимагає збалансованого розгляду електричної ізоляції, стійкості до навколишнього середовища та тривалої механічної стабільності.

 

Термо{0}}матеріали також можна застосовувати в зонах підстанцій, схильних до утворення конденсату. Конденсат може утворюватися на поверхнях провідників та ізоляційних компонентів, коли вологість висока, а температура обладнання коливається. Отримана водяна плівка значно змінює розподіл електричного поля та шляхи витоку через поверхню ізоляції, створюючи умови, які-особливо в забрудненому середовищі-можуть викликати поверхневий розряд. У той час як безперервний термо{6}}ізоляційний шар зменшує прямий контакт вологи з відкритими провідниками, середовища з високою{7}}вологістю все одно вимагають систематичних заходів контролю, включаючи герметизацію обладнання, вентиляцію, нагрівання/осушення та оптимізовану конструкцію ізоляції.

 

Для зовнішнього обладнання накопичення льоду також може змінити електричні характеристики ізоляційної структури. Комбінований вплив шарів льоду, плівок талої води та забруднюючих речовин може змінити ефективний шлях повзучого струму через поверхні ізолятора. Таким чином, для обладнання, яке потребує посиленого захисту ізоляції поверхні, можна використовувати комбінацію термоусадочних матеріалів і допоміжних ізоляційних структур для підвищення експлуатаційної надійності. У разі використання мідних шин із термоусадковою-муфтою-ізольованими мідними шинами необхідно перевірити стійкість матеріалу до атмосферних впливів, ультрафіолетового випромінювання та низьких{6}}температур на основі середовища встановлення; судження не слід приймати виключно на основі даних ізоляції, застосовних до умов експлуатації в приміщенні.

 

Конструкція шару термоусадочної ізоляції також повинна враховувати робочу температуру шини. Шинопроводи виробляють джоулеве тепло під час проходження номінального струму, і кінцеве підвищення температури залежить від таких факторів, як площа поперечного -перерізу провідника, питомий опір матеріалу, температура навколишнього середовища та умови розсіювання тепла.

 

Додавання ізоляційного шару змінює шлях теплообміну обладнання; отже, не можна просто припустити, що «герметизація ізоляційним матеріалом неминуче зменшить розсіювання тепла» або «не матиме впливу на підвищення температури». У реальній інженерній практиці перевірку слід проводити за допомогою теплових розрахунків, випробувань підвищення температури або-вимірювання температури на місці. Для нових енергетичних електричних з’єднувальних конструкцій-таких як плоскі мідні шини батареї з термо-зсадочними трубками-потрібно приділяти особливу увагу термічним циклам, спричиненим безперервною високою{6}}роботою струму, циклічним навантаженням, частим заряджанням і розряджанням.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вогнестійкість-термозбіжних матеріалів є ще одним важливим фактором у виборі компонентів енергетичного обладнання. Якщо електроізоляційні матеріали піддаються впливу локального перегріву, дугового розряду або інших джерел тепла, їх характеристики горіння безпосередньо впливають на потенційний ступінь поширення відмови обладнання. Отже, при використанні в енергетичному обладнанні таких конструкцій, як мідні плоскі квадратні шини з ПВХ-термо{4}}усадочними трубками, важливо перевірити вогнестійкість-ізоляційного шару, діапазон термостійкості та відповідність конкретним вимогам пожежної безпеки обладнання. Для закритих розподільних пристроїв також необхідно всебічно враховувати додаткові фактори, такі як утворення диму, крапання під час згоряння та тривале-термічне старіння.

 

Стійкість матеріалу до старіння також визначає фактичний термін служби системи захисту ізоляції. Після тривалого впливу комбінованих впливів температури, електричних полів, ультрафіолетового випромінювання, вологості та механічних навантажень термічні -матеріали можуть затвердіти, розтріскатися, змінити колір, знизити усадку або міжфазне розшарування. Таким чином, критерії вибору не повинні зосереджуватися лише на початковій діелектричній міцності, а також повинні враховувати зміни продуктивності внаслідок тривалого-термічного старіння, гігротермічного старіння, старіння в навколишньому середовищі та електричного старіння. Для мідних збірних шин із термоусадочною ізоляцією, призначених для тривалої-експлуатації, слід розробити відповідні протоколи перевірки матеріалів і графіки технічного обслуговування на основі очікуваного терміну служби обладнання.

 

Якість встановлення термоусадочного матеріалу також безпосередньо впливає на кінцеві характеристики системи ізоляції. Надмірно низькі температури нагрівання можуть призвести до недостатньої усадки матеріалу, створюючи локальні зазори між провідником та шаром ізоляції; навпаки, надмірно високі температури можуть спричинити перегрів поверхні, локальне пошкодження або навіть зміни властивостей матеріалу. Тому під час встановлення температуру джерела тепла, відстань нагріву та швидкість руху необхідно контролювати відповідно до специфікацій матеріалу, щоб забезпечити рівномірний процес усадки.

 

Під час монтажу термозбіжної трубки особливу увагу слід приділяти торцям і кутам. У той час як рівномірної усадки порівняно легко досягти на прямих ділянках, такі ділянки, як вигини шин, болтові з’єднання та неправильна геометрія, схильні до групування матеріалу або неповної усадки. Неналежна обробка кінців може дозволити волозі та забрудненням проникнути через край ізоляційного шару, створюючи довгострокові-експлуатаційні ризики. Отже, торцева герметизація, перехід ізоляції та методи механічної фіксації повинні бути чітко визначені в плані встановлення.

 

З’єднання шин є критичними ділянками для захисту ізоляції. Оскільки ці з’єднання полегшують як механічне з’єднання, так і передачу струму, вони часто мають болти, шайби та контактні інтерфейси, що призводить до більш складної конструкції, ніж прямі секції шин. Покриваючи з’єднання термоусадочними матеріалами, слід бути обережним, щоб не погіршити герметичність з’єднання, контактний опір або доступ до майбутнього технічного обслуговування. Для з’єднань, які потребують періодичного демонтажу, придатна для обслуговування ізоляційна захисна конструкція є кращою, ніж повна герметизація та фіксація всієї області.

 

Для електричних з’єднувальних виробів матеріал провідника та обробка поверхні також впливають на придатність схеми захисту від термічної-усадки. Наприклад, незважаючи на те, що шини з чистої суцільної міді забезпечують чудову провідність, ступінь окислення, чистота та шорсткість поверхні міді впливають на те, наскільки добре прилипає ізоляційний матеріал. Якщо провідник має обробку поверхні, як-от лудіння або нікелювання, необхідно перевірити сумісність між покриттям і термоусадковим матеріалом, а також оцінити ризик розшарування поверхні розділу після термічного циклу.

 

У нових енергетичних системах застосування шин-з термоусадочною ізоляцією вийшло за межі традиційних підстанцій і охопило електромобілі, системи накопичення енергії, зарядну інфраструктуру та силову електроніку. Нове енергетичне обладнання характеризується великими струмами, високою щільністю потужності та компактними конструкціями; отже, струмопровідні з’єднувачі мають відповідати не лише вимогам до-проведення струму, але також стосуватися ізоляції,-запобігання короткому замиканню, механічного встановлення та використання простору. Тому провідники-ізоляційні вузли-такі як мідні шини з олов’яними-термо-термоусадочними трубками-пропонують чудову адаптацію для електричних з’єднань у нових сферах застосування енергії.

 

В електричних транспортних засобах і системах накопичення енергії шини зазвичай мають сприяти передачі електроенергії між батареями, конденсаторами, інверторами та іншими високо-компонентами напруги в обмеженому просторі. Порівняно з оголеними мідними шинами шини з ізоляційним термоусадочним шаром зменшують ризик випадкового контакту між провідниками або між провідниками та металевими корпусами, а також забезпечують структуроване розташування, адаптоване до внутрішнього простору обладнання. У разі використання мідних з’єднувачів шин з ізольованою термоусадочною трубкою інженерно-технічні проекти повинні комплексно оцінювати такі фактори, як структура клем, орієнтація установки, мінімальний радіус вигину та відстань ізоляції.

 

У -високовольтних електричних системах транспортних засобів, які працюють на нових джерелах енергії, шини часто утворюють міцні з’єднання з такими компонентами, як плівкові конденсатори, контактори, запобіжники та акумуляторні модулі. Ці системи висувають суворі вимоги щодо електричного зазору, здатності витримувати напругу та управління температурою; отже, вибір ізоляційного шару не може ґрунтуватися виключно на зовнішньому вигляді чи досвіді роботи зі звичайними низько-напругами. Такі параметри, як діелектрична міцність матеріалу, робоча температура, стійкість до полум’я, хімічна стійкість і довгострокова -електрична стабільність, мають бути включені в процес технічної перевірки.

 

З точки зору технічного обслуговування термо{0}}ізоляційний захист зменшує ймовірність зовнішнього забруднення, що впливає на оголені провідники, але не усуває потреби в перевірці обладнання. Експлуатаційний та обслуговуючий персонал все одно повинен регулярно перевіряти поверхню ізоляції на наявність аномалій, таких як тріщини, старіння, зміна кольору, опуклість, абляція або розшарування країв. Для збірних шин, які піддаються дії струмів короткого-замикання, перевантажень або сильного термічного удару, особливу увагу слід приділяти перевірці термічних пошкоджень під шаром ізоляції та в точках з’єднання провідників.

 

Шлях витоку й електричний зазор — це два різні поняття, які слід чітко розрізняти під час застосування термоусадочних матеріалів. Електричний зазор означає найкоротшу відстань у повітрі між провідниками з різними потенціалами, тоді як шлях витоку — це найкоротший шлях уздовж поверхні ізоляційного матеріалу.

 

У той час як термоусадочні матеріали змінюють стан впливу провідника та поверхневу структуру ізоляції, їхня фактична ізоляційна ефективність залежить від товщини матеріалу, стану поверхні, рівня забруднення та конструкції конструкції. Для високовольтного-обладнання просте збільшення товщини термоусадочного-шару не може замінити комплексну конструкцію ізоляції. Вибираючи термоусадочні матеріали для спеціальних середовищ, слід враховувати екологічну класифікацію.

 

Наприклад, обладнання в прибережних районах потребує зосередженості на соляних туманах і спекотних-вологих умовах; промислові зони вимагають розгляду корозійних газів; холодні регіони вимагають низько{1}}температурної гнучкості та-термічної усадки; і вуличне обладнання вимагає стійкості до ультрафіолетового випромінювання та тривалого-погодження. Формули та структури ізоляційних матеріалів повинні бути адаптовані до конкретних умов експлуатації кожного сценарію застосування.

 

Оскільки тенденція до мініатюризації та високої питомої потужності в електрообладнанні зберігається, цінність термоусадочної ізоляції вийде за межі традиційної модернізації підстанцій у такі сектори, як нові транспортні засоби, накопичувачі енергії, силова електроніка, залізничний транспорт і промисловий розподіл електроенергії. Майбутня технологія термозбіжної ізоляції приділятиме більше уваги температурним показникам, вогнетривкості, стійкості до дуги, стабільності навколишнього середовища та автоматизованим процесам встановлення, переходячи від простого захисту ізоляції до інтегрованих конструкцій, які поєднують електропровідність, ізоляцію, механічну фіксацію та системну інтеграцію.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Загалом термоусадочні матеріали пропонують гнучке рішення для ізоляції оголених шин і точок електричного з’єднання. Їх інженерна цінність полягає насамперед у зниженні електричних ризиків, пов’язаних із забрудненням навколишнього середовища, контактом дрібних тварин, конденсацією та випадковим контактом, а також у забезпеченні більшої гнучкості конструкції для ізоляційних структур компактного електричного обладнання. Вибір матеріалу має ґрунтуватися на напрузі системи, робочій температурі, -пропускній здатності за струмом, класі ізоляції, умовах навколишнього середовища та вимогах до обслуговування; Довгострокова-надійність роботи має бути забезпечена шляхом стандартизованого встановлення та необхідної перевірки електричних і теплових характеристик.

 

Для проектів електричних з’єднань, які вимагають одночасної відповідності стандартам щодо електропровідності, ізоляції, відповідності розмірів і масового виробництва, етап інженерних закупівель повинен надавати пріоритет перевірці специфікацій міді, обробки поверхні,Мідна збірна шина з термоусадочною трубчастою ізоляцієювластивості матеріалу, товщину ізоляції та конфігурацію клем, а також перевірку прототипу в реальних умовах експлуатації.