Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
Изоляция сборных шин служит важнейшим диэлектрическим барьером между проводниками под напряжением и землей или соседними фазами. Тепловые характеристики напрямую определяют срок службы изоляции, и когда изоляция разрушается, тепловая сигнатура становится самым ранним предупреждением. В этом руководстве выбор материала для рукавов и барьеров увязывается с пороговыми значениями инфракрасной термографии, что дает командам технического обслуживания основу для обнаружения проблем до их обострения.
Физика, определяющая тепловое поведение шин, основывается на трех механизмах теплопередачи: теплопроводность через поперечное сечение проводника, конвекция с открытых поверхностей и радиационный обмен со стенками корпуса. Медные шины выделяют тепло за счет потерь I²R, при этом сопротивление увеличивается примерно на 0,4% на каждый градус Цельсия. Этот положительный температурный коэффициент создает тепловую обратную связь - при повышении температуры увеличивается сопротивление, что приводит к увеличению потерь и дальнейшему повышению температуры.
Потери мощности определяются как P = I²R, где шина 2000 А с сопротивлением 15 мкОм/м выделяет примерно 60 Вт/м тепла в условиях полной нагрузки. Эта тепловая энергия должна эффективно рассеиваться; в противном случае температура проводников может превысить 90 °C - типичный предел непрерывной эксплуатации большинства изоляционных материалов согласно IEC 61439-1 (низковольтные распределительные устройства в сборе).
Изоляционные материалы должны выдерживать длительные рабочие температуры, сохраняя при этом диэлектрическую прочность. Согласно стандарту IEC 62271-200 для металлических закрытых распределительных устройств переменного тока, изоляционные системы классифицируются по термической стойкости: Материалы класса B рассчитаны на максимальную температуру горячей точки 130°C, класса F - 155°C, а класса H - 180°C. Превышение этих пределов всего на 10°C может сократить срок службы изоляции на 50% из-за ускоренной деградации полимерных цепей.
Мощность теплоотвода существенно зависит от конфигурации установки. Вертикально установленные шины 15-25% демонстрируют лучшее естественное конвекционное охлаждение по сравнению с горизонтальным монтажом благодаря усиленному воздушному потоку с эффектом дымохода.
По результатам полевых оценок на 80 с лишним промышленных подстанциях, примерно 65% отказов изоляции шин происходят не из-за прямых электрических повреждений, а из-за упущенных из виду зон термического напряжения. Понимание этих механизмов позволяет применять целевые протоколы осмотра.
Длительное воздействие температуры свыше 90°C ускоряет разрушение полимерной цепи. Срок службы сшитых полиолефиновых материалов сокращается примерно на 50% на каждые 10°C выше номинальной температуры непрерывной эксплуатации.
Когда в рукавах шин образуются микропустоты или отслоения - часто из-за неправильной усадки при монтаже, - при концентрации электрического поля более 3 кВ/мм возникает частичный разряд. Согласно стандарту IEC 60270 [VERIFY STANDARD: specific clause for PD threshold levels], длительная активность частичного разряда выше 10 pC ускоряет эрозию изоляции и создает карбонизированные пути слежения.
Этот механизм запускается, когда локальный нагрев в местах соединения увеличивает контактное сопротивление. Повышенное сопротивление генерирует дополнительное тепло, которое еще больше увеличивает сопротивление в цикле самоусиления. Соединения, в которых температура повышается более чем на 35 К по сравнению с окружающей средой, обычно показывают значения сопротивления, в 2-3 раза превышающие спецификацию.
Уровни влажности выше 85% RH в сочетании с загрязнением проводящей пылью создают поверхностные токи утечки, которые преодолевают изоляционные барьеры. Горнодобывающие предприятия и предприятия по переработке цемента представляют собой особенно агрессивные условия, где взвешенные в воздухе частицы снижают удельное сопротивление поверхности ниже 10⁹ Ω - порог, при котором отслеживание становится вероятным.
Межфазные барьеры испытывают дифференциальное напряжение теплового расширения. Алюминиевые шины (коэффициент ~23 мкм/м-К) в паре с жесткими эпоксидными барьерами могут вызвать расслоение интерфейса после многократного циклического воздействия нагрузки, что ухудшает диэлектрические и теплопередающие свойства.
[Экспертный взгляд: полевые наблюдения за картинами отказов].
- Угловые и концевые точки выходят из строя первыми примерно в 70% случаев пробоя изоляции шин
- Воздушные карманы, возникающие при укладке термоусадки, создают места разряжения, которые разрушают изоляцию в течение 6-18 месяцев
- Термическое разрушение обычно развивается от первоначального обнаружения горячей точки до критического отказа в течение 15-45 минут под нагрузкой
- Послеаварийная проверка должна учитывать повреждения от теплового удара, даже если видимое обугливание отсутствует
Выбор подходящего метода изоляции требует соответствия свойств материала классу напряжения, тепловым требованиям и ограничениям по установке.
Стандартный полиолефин работает при температуре до 105°C непрерывно с диэлектрической прочностью 20-25 кВ/мм. Этот материал подходит для низковольтных систем с напряжением ниже 1 кВ и обеспечивает отличную возможность модернизации.
Повышенная термостойкость до 125°C делает XLPE предпочтительным выбором для среднего напряжения. компоненты изоляции распределительных устройств. Коэффициенты усадки 2:1 или 3:1 позволяют использовать различные геометрии шин.
Высокая термостойкость, достигающая 180°C в непрерывном режиме, подходит для сред с частыми термоциклированиями. Эти барьеры обеспечивают превосходную гибкость и устойчивость к тепловому удару.
Электростатическое покрытие, наносимое в заводских условиях, достигает диэлектрической прочности 15-20 кВ/мм при толщине 0,3-0,5 мм. Ограничения по ремонту в полевых условиях делают этот метод непригодным для модернизации.
| Метод | Класс напряжения | Диэлектрическая прочность | Номинальная температура | Простота модернизации | Стоимость |
|---|---|---|---|---|---|
| Термоусадочный полиолефин | До 1 кВ | 20-25 кВ/мм | 105°C | Отлично | Низкий |
| Сшитый полиолефин | До 36 кВ | 20-30 кВ/мм | 125°C | Отлично | Низкий-средний |
| Барьеры из силиконовой резины | До 36 кВ | 18-22 кВ/мм | 180°C | Хорошо | Средне-высокий |
| Эпоксидное порошковое покрытие | До 15 кВ | 15-20 кВ/мм | 130°C | Бедный | Средний |
Теплопроводность изоляции напрямую влияет на теплоотдачу. Стандартные полиолефиновые материалы обладают теплопроводностью 0,25-0,35 Вт/(м-К), что создает термическое сопротивление, препятствующее теплопередаче. Этот эффект, хотя и необходим для электрической изоляции, требует тщательного учета при тепловом проектировании.
Для систем среднего напряжения при выборе материала необходимо одновременно учитывать требования к диэлектрику, термическую совместимость и воздействие окружающей среды.
Согласно IEC 62271-1 [ПРОВЕРЬТЕ СТАНДАРТ: Таблица номинальных уровней изоляции], для шинных сборок 12 кВ требуются минимальные воздушные зазоры 125 мм между фазами и диэлектрическая стойкость 28 кВ на частоте питания. Изоляционные материалы должны поддерживать эти пределы в условиях загрязнения.
Зависимость между повышением температуры и сроком службы изоляции соответствует модели Аррениуса: на каждые 10°C выше номинальной температуры срок службы изоляции сокращается примерно на 50%. Шинопровод, рассчитанный на 40-летний срок службы при температуре 75°C, может потерять 10-летний эквивалентный срок службы, если его выдержать при температуре 95°C. Эта зависимость теплового старения непосредственно определяет пределы действия инфракрасной термографии, используемой в программах прогнозируемого технического обслуживания.
Для промышленной среды, классифицируемой как степень загрязнения 3, IEC 60664-1 предписывает минимальные расстояния ползучести 12,5 мм для систем 690 В, увеличивая их до 25 мм для систем 1000 В. Почтовые изоляторы для систем шинных опор должны удовлетворять этим требованиям, обеспечивая при этом механическую стабильность.
Эффективный тепловой мониторинг требует наличия соответствующего оборудования и стандартизированных условий проведения исследований.
Разрешение 320×240 пикселей обеспечивает достаточную детализацию для общих исследований распределительных устройств; разрешение 640×480 позволяет обнаруживать более мелкие аномалии. Тепловая чувствительность (NETD) ниже 50 мК обеспечивает сохранение видимости тонких температурных перепадов.
Голая медь и алюминий со значениями излучательной способности 0,05-0,15 создают трудности при измерениях. Эти полированные поверхности отражают тепловое излучение окружающей среды, что приводит к недостоверным показаниям. Изолированные поверхности с излучательной способностью 0,9-0,95 обеспечивают надежные измерения. Для неизолированных проводников применяйте эталонные мишени с эмиссионной способностью или измеряйте соседние изолированные участки.
Минимальная нагрузка в 40% номинального тока необходима - ниже этого порога разность температур может быть слишком мала для обнаружения развивающихся неисправностей. Документируйте температуру окружающей среды и условия нагрузки при каждом обследовании, чтобы можно было составить значимый тренд. Отношение расстояния к пятну определяет наименьший размер обнаруживаемой аномалии на заданном расстоянии.
Данные о температуре могут быть использованы только при сопоставлении с конкретными протоколами реагирования. Различие между дельта-Т (дифференциальными) и абсолютными измерениями определяет, как оценивается степень тяжести.
ΔT сравнивает температуру подозрительной точки с температурой контрольной точки в идентичных условиях - как правило, при таком же подключении фазы в другом месте или соседней фазы с аналогичной нагрузкой. Этот дифференциальный метод компенсирует изменение нагрузки и условий окружающей среды, обеспечивая более надежную оценку серьезности, чем только абсолютные значения.
| ΔT Выше эталона | Тяжесть | Рекомендуемые действия | График реагирования |
|---|---|---|---|
| 1-10°C | Minor | Документирование и динамика | Следующая плановая проверка |
| 11-20°C | Промежуточный | Расследование первопричины | 1-3 месяца |
| 21-40°C | Серьезный | Приоритетное планирование ремонта | 1-4 недели |
| >40°C | Критический | Требуется немедленное вмешательство | 24-72 часа |
| Абсолютное значение >90°C при подключении | Аварийная ситуация | Оценка обесточивания | Срочно |
Пороговые значения приведены в соответствие с NETA MTS и руководством NFPA 70B. Фактические пределы варьируются в зависимости от номиналов оборудования и критичности объекта.
Высокоомные соединения, вызванные ослаблением крепления или окислением, вызывают локальный нагрев в местах болтовых соединений. Перегруженные проводники демонстрируют повышенную температуру по всей длине. Дисбаланс фаз приводит к асимметричному нагреву трех фаз. Поверхностный нагрев изоляции указывает на следы загрязнения или внутреннюю деградацию.
При осмотре первичные соединения вакуумного выключателя, Примените эти же пороговые значения к точкам сопряжения шин с выключателями.
[Экспертный взгляд: практические рекомендации по проведению опроса].
- Определение базовых тепловых профилей в условиях документированной нагрузки в течение 6 месяцев после ввода в эксплуатацию
- Периодичность обследования для критически важных объектов: минимум раз в квартал; для стандартных промышленных объектов: раз в полгода
- Опросы по событию после устранения неисправности, изменения нагрузки или обслуживания соединения
- Корреляция результатов тепловых измерений с ультразвуковыми испытаниями на частичный разряд для комплексной диагностики
От правильной техники монтажа зависит, достигнет ли изоляция расчетного срока службы или преждевременно выйдет из строя.
Удалите оксидные слои с медных и алюминиевых поверхностей с помощью соответствующих абразивных материалов. Обезжирьте совместимыми растворителями - остаточное загрязнение под оболочкой создает пустоты, которые приводят к частичному разряду. Поддерживайте минимальный радиус кромки 3 мм на всех углах шин, чтобы предотвратить прокол изоляции во время усадки.
Расположите рукав с нахлестом не менее 25 мм на стыках. Нагревайте от центра наружу, чтобы устранить воздушные карманы. Контролируйте температуру тепловой пушки в диапазоне 120-200°C в зависимости от марки материала - чрезмерный нагрев повреждает полимерную матрицу, а недостаточный нагрев приводит к неполной усадке. Проверьте равномерность восстановления, отсутствие пузырьков и полную адгезию.
Проектируйте корпуса с ИК-прозрачными окнами, расположенными в критических точках соединения. Фторид кальция и селенид цинка обеспечивают превосходное пропускание; полимерные альтернативы предлагают более низкую стоимость при достаточных характеристиках для рутинных исследований. Маркируйте места расположения окон, чтобы обеспечить постоянство точек измерения при многократных исследованиях.
Компания XBRELE производит изоляционные компоненты, предназначенные для сборки распределительных устройств среднего напряжения, включая опорные изоляторы, настенные втулки и системы фазовых барьеров, соответствующие стандартам IEC и GB.
Наша техническая команда оказывает поддержку в выборе изоляции шин для всех классов напряжения от 3,6 кВ до 40,5 кВ. Как при разработке новых распределительных устройств, так и при поиске запасных компонентов для программ технического обслуживания, свяжитесь с нашими специалистами по компонентам распределительных устройств чтобы обсудить требования к вашему проекту.
Какая минимальная нагрузка необходима для точной ИК-термографии шин?
Большинство стандартов рекомендуют для получения измеримых перепадов температуры использовать ток нагрузки не менее 40% от номинального. Обследования при меньшей нагрузке могут пропустить развивающиеся неисправности, поскольку эффект нагрева I²R зависит от квадрата тока.
Как часто следует проводить ИК-тепловизионное обследование шин распределительных устройств?
Критически важные объекты обычно требуют ежеквартальных обследований, в то время как стандартные промышленные установки лучше проверять раз в полгода. Дополнительные обследования должны проводиться после любого сбоя, серьезного изменения нагрузки или работ по техническому обслуживанию соединений.
Почему шины из голой меди дают неточные показания ИК-температуры?
Полированная медь имеет излучательную способность от 0,05 до 0,15, в результате чего камера считывает отраженное излучение окружающей среды, а не фактическую температуру поверхности. Окисленные или изолированные поверхности с излучательной способностью выше 0,8 обеспечивают надежные измерения.
При какой температуре соединение шин должно вызывать немедленные действия?
Соединения с ΔT более чем на 40°C выше эталонной или абсолютной температурой более 90°C обычно требуют немедленной оценки. Точные пороговые значения зависят от теплового класса изоляции и номинальных характеристик оборудования.
Можно ли применять термоусадочные манжеты на шинах под напряжением?
Для работы без установки требуется обесточенное оборудование с надлежащими процедурами блокировки и тагаута. Процесс нанесения тепла и необходимость тщательной подготовки поверхности делают работу под напряжением непрактичной и небезопасной.
Что вызывает неравномерный нагрев трехфазных шинных сборок?
Дисбаланс фаз в подключенных нагрузках приводит к появлению асимметричных тепловых режимов. Неодинаковое сопротивление соединений между фазами - из-за дифференциального крутящего момента или окисления - также создает разницу температур, которую легко обнаружить с помощью ИК-обследования.
Как класс теплоизоляции влияет на пределы температурного воздействия?
Изоляция класса B (номинальная температура 130°C) требует более консервативных пороговых значений, чем класс H (номинальная температура 180°C). Применяйте процентное соотношение в таблице тяжести в зависимости от номинальной температуры непрерывной работы конкретной изоляции, а не используйте абсолютные значения для всех случаев.
