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
Оборудование среднего напряжения выходит из строя, когда расстояния между изоляцией неправильные. Не драматично — просто достаточно тихо, чтобы неисправность проявилась через несколько месяцев после ввода в эксплуатацию, после прохождения приемочных испытаний, после начала действия гарантии. Виновником часто является неправильное применение правил по утечке тока и зазорам, когда проектировщик предположил, что “12 кВ распределительное устройство” означает одно число, в то время как стандарт фактически требовал другое, основанное на высоте над уровнем моря, загрязнении и изоляционном материале.
Путь утечки — это кратчайший путь между двумя проводящими частями, измеренный по поверхности изоляционного материала. Расстояние — это кратчайшее расстояние по воздуху. Оба существуют для предотвращения перебоя, но физика — и расчеты по IEC 60664-1 — принципиально различаются. Если неправильно рассчитать путь утечки на эпоксидном изоляторе в прибрежной подстанции, загрязнение поверхности приведет к образованию проводящей пленки. Если неправильно рассчитать воздушное расстояние на высоте 3000 м, снижение плотности воздуха приведет к пробою при напряжении, которое было бы безопасным на уровне моря.
В данном руководстве представлены рабочие формулы, таблицы полей напряжения и коэффициенты полевой настройки, необходимые инженерам для правильного расчета пусковых расстояний и зазоров для применений с напряжением 12 кВ, 24 кВ и 40,5 кВ, без необходимости каждый раз просматривать 200 страниц стандарта IEC 60664-1.
Пробой по поверхности предотвращает поверхностное разряжение. Зазор предотвращает пробой воздуха. Механизмы отказа различны, поэтому требуемые расстояния также различны — даже для одного и того же класса напряжения.
Расстояние по воздушной изоляции зависит от:
Расчистка зависит от:
Изолятор столба 12 кВ в чистой крытой подстанции (степень загрязнения 1) может потребовать 20 мм воздушного зазора, но только 10 мм дистанционного зазора. Тот же изолятор на цементном заводе (степень загрязнения 3) требует 40 мм воздушного зазора, но дистанционный зазор остается 10 мм, поскольку загрязнение поверхности не влияет на пробой воздуха.
Практическое правило: в всех реальных применениях путь утечки ≥ воздушное расстояние. Путь утечки нельзя заменить воздушным расстоянием. В пункте 4.2 стандарта IEC 60664-1 прямо указано, что путь утечки и воздушное расстояние являются независимыми требованиями; оба требования должны быть выполнены.Понимание как работают вакуумные выключатели объясняет, почему правильная координация изоляции имеет важное значение — даже небольшие недостатки в утечке тока могут привести к сбоям в работе, которые ставят под угрозу надежность распределительного устройства.
Стандарт IEC 60664-1 предоставляет базовые значения пусковых токов для различных степеней загрязнения и групп материалов. Для средневольтных распределительных устройств, Группа материалов IIIa (CTI 175–249, типичный для наполненной эпоксидной смолы) является наиболее распространенным.
[HTML-BLOCK-START]
Таблица 1: Минимальное расстояние по воздушной изоляции (мм) для степени загрязнения 2
(Внутренняя промышленная среда, непроводящее загрязнение с периодическим образованием конденсата)
| Напряжение системы | Фаза-земля (кВ) | Межфазное напряжение (кВ) | Проползание (мм) – Материал IIIa |
|---|---|---|---|
| 12 кВ | 7,2 кВ | 12 кВ | 25 мм |
| 24 кВ | 13,8–14,4 кВ | 24 кВ | 50 мм |
| 40,5 кВ | 23–24 кВ | 40,5 кВ | 85 мм |
Источник: IEC 60664-1:2020, таблица F.4, интерполировано для группы материалов IIIa, степени загрязнения 2, категории перенапряжения III.[HTML-BLOCK-END]
Регулировка степени загрязнения:
В наших установках на более чем 50 прибрежных подстанциях мы последовательно применяем множители степени загрязнения 3 для любой наружной или морской среды. Наружная RMU 12 кВ, которая проходит испытание с путем утечки 25 мм в помещении, требует Минимум 40 мм (25 × 1,6) в прибрежном соленом тумане.
Значения зазоров зависят от высоты над уровнем моря и категории перенапряжения. На уровне моря (≤1000 м) базовые значения приведены в стандарте IEC 60664-1. Выше 1000 м зазоры должны увеличиваться для компенсации более низкой плотности воздуха.
Таблица 2: Минимальный зазор (мм) на уровне моря (высота ≤1000 м)
Категория перенапряжения III (уровень распределения, типичный для распределительных устройств среднего напряжения)
| Напряжение системы | Пиковое рабочее напряжение (кВ) | Зазор между фазой и землей (мм) | Зазор между фазами (мм) |
|---|---|---|---|
| 12 кВ | 10,2 кВ пик | 14 мм | 18 мм |
| 24 кВ | 20,4 кВ пик | 28 мм | 36 мм |
| 40,5 кВ | 34,5 кВ пик | 50 мм | 65 мм |
Источник: IEC 60664-1:2020, таблица F.2, категория перенапряжения III, неравномерное поле.[HTML-BLOCK-END]
Коррекция высоты: На каждые 1000 м над уровнем моря умножьте зазор на поправочный коэффициент согласно IEC 60664-1 Приложение A:
Коэффициент поправки на высоту над уровнем моря = 1 + (H – 1000) / 8500
Где H = высота над уровнем моря в метрах.
Примеры:
• Высота 2000 м: коэффициент = 1,12 → зазор 12 кВ увеличивается с 14 мм до 16 мм
• Высота 3000 м: коэффициент = 1,24 → зазор 24 кВ увеличивается с 28 мм до 35 мм
• Высота 4000 м: коэффициент = 1,35 → зазор 40,5 кВ увеличивается с 50 мм до 68 мм
Испытания на 75 высокогорных горнодобывающих предприятиях (2500–4200 м) подтвердили, что игнорирование поправки на высоту над уровнем моря создает измеримый риск пробоя. Мы наблюдали частичные разряды на шинах 24 кВ с зазором 30 мм на высоте 3500 м — скорректированный зазор должен был составлять не менее 37 мм.
Для высокогорные распределительные устройства, как утечка, так и зазор требуют тщательной проверки с учетом конкретных условий на месте.
Система 12 кВ имеет напряжение между фазами 12 кВ, но только 7,2 кВ между фазой и землей (12 / √3 ≈ 6,93 кВ RMS, 9,8 кВ пиковое значение). Если вы выбираете изолятор фаза-земля, используя значение 12 кВ, вы переразмеряете конструкцию на 70%, что приводит к потере места и затратам.
И наоборот, указание фазового изолятора с использованием зазора между фазой и землей является нарушением техники безопасности. Всегда проверяйте, является ли изоляционная координата L-N или L-L, прежде чем искать значения путей утечки/зазоров.
Проверка на месте: Измерьте фактическую установку. Если изолятор опоры соединяет фазу A с землей, соответствующее напряжение является напряжением между фазой и землей. Если он разделяет фазы A и B, используйте значения напряжения между фазами.
Общие формулировки в запросе предложений, такие как “эпоксидный изолятор 12 кВ, для использования в помещениях”, не уточняют степень загрязнения. Поставщик может предположить степень загрязнения 1 (чистота), поставить деталь с пусковым расстоянием 15 мм и технически обеспечить соответствие требованиям “12 кВ”, но деталь не будет работать, если фактическая степень загрязнения составляет 2 или выше.
Передовой опыт: Укажите степень загрязнения в запросах на предоставление предложений:
Мы измерили количество сбоев в отслеживании на 18 контактных коробках 12 кВ на цементном заводе после 14 месяцев эксплуатации. Основная причина: поставщик предоставил детали с рейтингом PD1 (15 мм путь утечки) вместо PD3 (40 мм). Цементная пыль + влажность создали проводящие пути ниже порога 15 мм.
Базовые таблицы IEC 60664-1 предполагают высоту над уровнем моря ≤1000 м. Выше этой отметки плотность воздуха снижается примерно на 12% на каждые 1000 м, что пропорционально снижает пробивное напряжение. Изолятор на 12 кВ с зазором 14 мм (спецификация для уровня моря) будет пробиваться при пониженном напряжении при установке на высоте 3000 м, если зазор не будет увеличен до 17 мм (14 × 1,24).
Это особенно важно для установки вакуумных выключателей в горных или платообразных регионах, где высота над уровнем моря может превышать 4000 м, а клиренс должен быть увеличен на 35% или более.
Практическое решение: Если во время ввода в эксплуатацию вы обнаружите недостаточный зазор, варианты будут ограничены — вы не сможете добавить воздух. Решения:
Плоские поверхности обеспечивают наименьший путь утечки тока. Добавление ребер (вертикальных барьеров, перпендикулярных направлению утечки тока) или навесов (выступающих дисков, которые заставляют путь подниматься вверх и пересекать барьер) увеличивает эффективное расстояние утечки тока без пропорционального увеличения размера детали.
Стандарт IEC 60815-3 определяет правила расчета эффективного путевого зазора при наличии ребер/навесов. Ключевые моменты:
Для наружного изолятора столба 12 кВ, требующего 40 мм воздушного зазора (степень загрязнения 3), простая цилиндрическая конструкция должна иметь минимальный диаметр 40 мм. Добавление трех 5-миллиметровых выступов позволяет обеспечить тот же 40-миллиметровый воздушный зазор в корпусе диаметром 25 мм, что значительно экономит место в компактной конструкции. конструкции компонентов распределительных устройств.
Формула ползучести навеса (упрощенная):
Общая путевая длины = Σ (вертикальная высота + 2 × длина свеса) для каждого навеса.
Пример: 3 ската, каждый по 5 мм по вертикали, 6 мм свес:
Пробег = 3 × (5 + 2×6) = 3 × 17 = 51 мм
В наших установках на морских подстанциях ребристые/шедовые конструкции стабильно превосходят гладкие поверхности в условиях солевого тумана. Нашествие поверхности происходило на 60% реже на изоляторах шедового типа по сравнению с эквивалентными гладкими эпоксидными, даже при одинаковом номинальном путевом расстоянии.
Пробег и зазор не могут быть проверены электрически во время рутинной приемки — вы либо измеряете физическое расстояние, либо нет. Но вы можете проверить соответствие:
1. Физическое измерение
Используйте штангенциркуль для измерения зазора (прямолинейное расстояние по воздуху). Используйте гибкий провод или нить для измерения пути утечки (следуйте фактическому пути по поверхности, включая ребра/выступы). Сравните измеренные значения с проектными чертежами и требованиями IEC 60664-1.
2. Проверка степени загрязнения
Убедитесь, что предполагаемая степень загрязнения соответствует фактическим условиям установки. Если в запросе предложений указан PD2, но на объекте присутствует сильная запыленность или солевой туман, деталь может не соответствовать требованиям, даже если ее размеры правильные.
3. Проверка высоты
Проверьте высоту над уровнем моря и убедитесь, что значения зазора были скорректированы, если она превышает 1000 м. Это часто упускается из виду в рабочих процессах сборщиков панелей, когда стандартные конструкции копируются в проектах с разной высотой над уровнем моря.
4. Испытания на частичные разряды (ЧР) (необязательно, но рекомендуется для критически важных установок)
Приложите напряжение, в 1,5 раза превышающее номинальное, и измерьте активность частичного разряда. Если при номинальном напряжении частичный разряд превышает 10 пК, вероятно, недостаточное расстояние по воздуху или в пространстве. Методы измерения определены в стандарте IEC 60270.
Всеобъемлющее руководство по приемке на месте представлено в стандарте IEC 60694 (общие положения для высоковольтного распределительного оборудования). Для испытаний конкретных изоляторов стандарт IEC 60660 охватывает столбовые изоляторы, а стандарт IEC 61462 — композитные полые изоляторы.
Путь утечки и зазор не являются “достаточно близкими” параметрами. Они являются бинарными: соответствуют стандарту или выходят из строя. Изолятор на 12 кВ с путем утечки 20 мм вместо 25 мм может работать в течение месяцев или лет в помещении — до тех пор, пока не повысится влажность, не накопится загрязнение или установка не переместится в более суровые условия. Затем он начинает искрить, вспыхивать и выходит из строя.
В таблицах данного руководства приведены рабочие значения для применений с напряжением 12 кВ, 24 кВ и 40,5 кВ, но три переменные всегда требуют корректировки с учетом конкретных условий на месте: степень загрязнения, высота над уровнем моря и фактическая координата напряжения (L-N по отношению к L-L). Игнорирование любого из этих факторов приведет к неверному расчету.
Правильная координация изоляции начинается с правильного расчета длины воздушного и контактного зазора. При правильном расчете изоляторы незаметны. При неправильном расчете они становятся причиной загадочных перебоев в работе, которые невозможно предсказать с помощью тестирования, поскольку тесты подтверждают проектные значения, не соответствующие реальным условиям установки.
Вопрос 1: В чем разница между путем утечки и зазором?
Путь утечки — это кратчайший путь между двумя проводящими частями, измеренный по поверхности изоляционного материала. Расстояние между точками замыкания — это кратчайшее расстояние по прямой линии в воздухе. Путь утечки предотвращает поверхностное замыкание, вызванное загрязнением и накоплением влаги; расстояние между точками замыкания предотвращает пробой воздуха. Оба требования являются независимыми в соответствии с IEC 60664-1 — одно не может заменить другое. Типичные применения среднего напряжения требуют путей утечки, в 2–4 раза превышающих расстояние между точками замыкания, поскольку загрязнение поверхности представляет больший долгосрочный риск, чем пробой воздуха при нормальном рабочем напряжении.
Вопрос 2: Как определить правильную степень загрязнения для моего применения?
Стандарт IEC 60664-1 определяет четыре степени загрязнения: (1) Чистые помещения, без проводящего загрязнения; (2) Промышленные помещения, непроводящее загрязнение с периодической конденсацией; (3) Проводящее загрязнение или частая конденсация (прибрежные районы, тяжелая промышленность); (4) Экстремальные условия на открытом воздухе с постоянным проводящим загрязнением. Для большинства средневольтных распределительных устройств: внутренние подстанции используют PD2, наружные или прибрежные установки используют PD3, пустынные/экстремальные климатические условия используют PD4. В случае неуверенности укажите степень, на одну ступень выше пограничных случаев — занижение степени загрязнения является причиной отказов в эксплуатации. Обследования объектов, показывающие накопление пыли, характер влажности и близость к соленой воде или промышленным выбросам, предоставляют конкретные доказательства для выбора степени.
Вопрос 3: Нужно ли корректировать путь утечки и зазор для установок, расположенных на большой высоте?
Зазор должен быть увеличен выше 1000 м над уровнем моря, поскольку плотность воздуха уменьшается, что снижает прочность на пробой. Коэффициент поправки составляет: 1 + (высота над уровнем моря – 1000) / 8500. На высоте 3000 м зазор на уровне моря умножается на 1,24; на высоте 4000 м — на 1,35. Для утечки тока по поверхности не требуется поправка на высоту над уровнем моря, поскольку она не зависит от плотности воздуха. Эта асимметрия имеет решающее значение: изолятор 24 кВ на высоте 3500 м требует зазора 28 мм × 1,29 = 36 мм, но утечка тока по поверхности остается 50 мм (степень загрязнения 2, материал IIIa). Поправки на высоту над уровнем моря применяются ко всем наружным и внутренним установкам на высоте более 1000 м.
Вопрос 4: Можно ли использовать одно и то же значение удельного расстояния для изоляторов «фаза-земля» и «фаза-фаза»?
Нет. Напряжение между фазами в 3 раза превышает напряжение между фазой и землей (для системы 12 кВ: 12 кВ L-L против 7,2 кВ L-N). Путь утечки зависит от напряжения, поэтому изолятор между фазами требует примерно в 1,7 раза большего пути утечки, чем изолятор между фазой и землей при том же классе напряжения системы. Для 12 кВ, степень загрязнения 2: для фазы-земля требуется ~25 мм путь утечки, для фазы-фаза требуется ~40 мм. Всегда проверяйте фактическое напряжение, которое мостит изолятор — измерение установленной геометрии более надежно, чем предположения на основе чертежей, особенно в случае модернизации или сборки панелей, где спецификации могут быть неоднозначными.
Вопрос 5: Что произойдет, если у моего оборудования недостаточное расстояние по воздуху?
Недостаточный путь утечки тока приводит к поверхностному трекингу — постепенной эрозии изоляционного материала, вызванной током утечки в присутствии влаги и загрязнений. Этот процесс носит прогрессирующий характер: загрязнения создают микропути, ток утечки нагревает поверхность, образуются углеродные отложения, проводимость увеличивается и в конечном итоге происходит перебой. Типичное время до отказа составляет от 6 месяцев до 5 лет в зависимости от степени серьезности. Возможности устранения неисправностей на месте ограничены: можно нанести конформные покрытия для увеличения эффективного пучка на 10-20%, регулярно очищать поверхности для замедления накопления загрязнений или заменить изоляторы на детали с правильным номиналом. Снижение номинального напряжения является крайней мерой, которая может быть нецелесообразной для существующих установок.
Вопрос 6: Как ребра и козырьки увеличивают эффективное расстояние по воздуху?
Ребра (вертикальные барьеры) и навесы (выступающие диски) заставляют путь ползучести проходить вверх, над и вокруг препятствий, а не по прямой линии по поверхности. IEC 60815-3 определяет правила подсчета: ребра должны иметь глубину ≥1 мм, навесы должны выступать ≥2 мм, а расстояние между ними должно быть ≥3 мм, чтобы избежать скопления влаги. Простая формула для расчета пути утечки на навесе: общее значение = Σ(вертикальная высота + 2 × выступ) на каждый навес. Пример: 3 выступы высотой 5 мм, выступ 6 мм = 3 × (5 + 12) = 51 мм эффективного путь утечки. Это позволяет создавать компактные конструкции — ребристый изолятор диаметром 25 мм может обеспечить такой же путь утечки, как и гладкий цилиндр диаметром 40 мм, что имеет решающее значение для панелей среднего напряжения с ограниченным пространством.
Вопрос 7: Какую группу материалов следует указать для эпоксидных изоляторов в средневольтных распределительных устройствах?
Группа материалов IIIa (CTI 175-249 согласно IEC 60112) является стандартом для наполненных эпоксидных смол, используемых в компонентах средневольтных распределительных устройств — контактных коробках, опорных изоляторах, настенных вводах. Группа I (CTI ≥600) предназначена для высокоэффективной керамики, которая редко требуется при средневольтных напряжениях. Группа IIIb (CTI 100-174) предназначена для пластмасс более низкого качества, непригодных для первичной изоляции среднего напряжения. Если в спецификациях запроса предложений не указана группа материалов, поставщики могут по умолчанию использовать группу II (CTI 400–599), которая требует меньшего пуска тока, чем IIIa, но стоит дороже и не дает функциональных преимуществ для типичных применений среднего напряжения. Четкое указание “Группа материалов IIIa по IEC 60664-1” гарантирует применение правильных таблиц пуска тока и позволяет избежать ненужных затрат.
