Втулка (электрическая) - Bushing (electrical)
В электрической энергии , A втулка представляет собой полый электрический изолятор , который позволяет электрический проводник , чтобы пройти безопасно через проводящий барьер , например , как в случае трансформатора или автоматического выключателя без электрического контакта с ним. Втулки обычно изготавливаются из фарфора ; хотя используются и другие изоляционные материалы.
Объяснение
Все материалы, несущие электрический заряд, создают электрическое поле . Когда проводник под напряжением находится рядом с материалом с потенциалом земли, он может образовывать очень сильное поле, особенно там, где силовые линии вынуждены резко изгибаться вокруг заземленного материала. Проходной изолятор регулирует форму и напряженность поля и снижает электрические напряжения в изоляционном материале.
Втулка конденсаторная
Проходной изолятор должен быть спроектирован таким образом, чтобы выдерживать напряженность электрического поля, создаваемую в изоляции, когда присутствует любой заземленный материал. По мере увеличения напряженности электрического поля внутри изоляции могут возникать пути утечки. Если энергия пути утечки превышает диэлектрическую прочность изоляции, это может пробить изоляцию и позволить электрической энергии провести к ближайшему заземленному материалу, вызывая горение и искрение.
Типичная конструкция проходного изолятора имеет проводник, обычно из меди или алюминия, иногда из другого проводящего материала, окруженный изоляцией, за исключением оконечных концов.
В случае сборной шины клеммы проводника будут поддерживать сборную шину в ее месте. В случае проходного изолятора к изоляции также будет прикреплено фиксирующее устройство, чтобы удерживать его на своем месте. Обычно точка крепления является цельной или окружает изоляцию над частью изолируемой поверхности. Изолированный материал между точкой крепления и проводом является наиболее напряженной зоной.
Конструкция любого электрического ввода должна гарантировать, что электрическая прочность изолированного материала способна противостоять проникающей «электрической энергии», проходящей через проводник через любые сильно нагруженные участки. Он также должен быть способен выдерживать периодические и исключительные моменты высокого напряжения, а также выдерживать нормальное непрерывное рабочее напряжение, поскольку именно напряжение направляет и контролирует развитие путей утечки, а не ток.
Изолированные вводы могут быть установлены как внутри, так и снаружи, и выбор изоляции будет зависеть от места установки и электрических характеристик ввода.
Чтобы проходной изолятор мог успешно работать в течение многих лет, изоляция должна оставаться эффективной как по составу, так и по форме конструкции и будет ключевым фактором ее выживания. Поэтому втулки могут значительно различаться как по материалу, так и по стилю конструкции.
Типы
Фарфоровая изоляция
В самых ранних конструкциях вводов фарфор использовался как для внутреннего, так и для наружного применения. Первоначально фарфор использовался из-за его свойств непроницаемости для влаги после запечатывания обожженной глазури и низкой стоимости производства. Основным недостатком фарфора является то, что его небольшая величина линейного расширения должна компенсироваться использованием гибких уплотнений и прочных металлических фитингов, которые представляют собой производственные и эксплуатационные проблемы.
Основная фарфоровая втулка представляет собой полую фарфоровую форму, которая проходит через отверстие в стене или металлическом корпусе, позволяя проводнику проходить через его центр и подключаться на обоих концах к другому оборудованию. Втулки этого типа часто изготавливают из фарфора, полученного методом мокрого обжига, который затем покрывают глазурью. Полупроводящая глазурь может использоваться для помощи в выравнивании градиента электрического потенциала по длине втулки.
Внутренняя часть фарфорового ввода часто заполняется маслом для обеспечения дополнительной изоляции, и вводы этой конструкции широко используются до 36 кВ, где допускаются более высокие частичные разряды.
Там, где требуется частичный разряд в соответствии с IEC60137, используются проводники с бумажной и полимерной изоляцией в сочетании с фарфором для неотапливаемых внутренних и наружных применений.
Использование изоляционных вводов из смолы (полимера, полимера, композита) для высоковольтных приложений является обычным явлением, хотя большинство высоковольтных вводов обычно изготавливаются из пропитанной смолой бумажной изоляции вокруг проводника с фарфоровыми или полимерными кожухами для наружного применения и иногда. для внутреннего конца.
Бумажная изоляция
Другой ранней формой изоляции была бумага, однако она гигроскопична и впитывает влагу, что вредно и имеет недостаток из-за негибкой линейной конструкции. Технология литья под давлением преобладает в изоляционных изделиях с 1960-х годов благодаря гибкости формы и более высокой диэлектрической прочности.
Как правило, бумажная изоляция позже пропитывается либо маслом (исторически), либо, что чаще встречается сегодня, смолой. В случае смолы на бумагу наносится пленка, покрытая фенольной смолой, чтобы стать бумагой, склеенной синтетической смолой (SRBP), или пропитанной после сухой намотки эпоксидной смолой, чтобы стать пропитанной смолой бумагой или пропитанной эпоксидной смолой бумагой (RIP, ERIP).
Изолированные вводы SRBP обычно используются до напряжений около 72,5 кВ. Однако при напряжении выше 12 кВ необходимо контролировать внешнее электрическое поле и выравнивать внутренний накопитель энергии, что снижает электрическую прочность бумажной изоляции.
Чтобы улучшить характеристики вводов с бумажной изоляцией, во время намотки можно вставить металлическую фольгу. Они стабилизируют генерируемые электрические поля, гомогенизируя внутреннюю энергию за счет эффекта емкости. Результатом этой особенности стал конденсатор / конденсаторный ввод.
Втулка конденсатора изготавливается путем вставки очень тонких слоев металлической фольги в бумагу в процессе наматывания. Вставленные проводящие фольги создают емкостный эффект, который более равномерно рассеивает электрическую энергию по изолированной бумаге и снижает напряжение электрического поля между проводником под напряжением и любым заземленным материалом.
Конденсаторные вводы создают поля электрического напряжения, которые вокруг крепежного фланца значительно менее сильны, чем конструкции без фольги, и при использовании в сочетании с пропиткой смолой производят вводы, которые могут с большим успехом использоваться при рабочем напряжении более одного миллиона.
Смола изоляция
С 1965-х годов полимерные материалы использовались для всех типов вводов вплоть до самых высоких напряжений. Гибкость использования литой формы изоляции заменила бумажную изоляцию во многих областях продукции и доминирует на существующем рынке изоляционных 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 некоторые компактные конструкции распределительных устройств с более высокими номинальными характеристиками имеют заземленные материалы, более близкие к вводам, чем в прошлом, и для этих конструкций могут потребоваться экраны контроля напряжения в изоляционных изоляторах, работающие при напряжении до 12 кВ. меньше проблем с заземленными материалами, чем с металлическими фланцами, используемыми на бумажных вводах. Тем не менее, необходимо соблюдать осторожность при проектировании вводов с изоляцией из смолы, в которых используются экраны, литые внутри, так, чтобы преимущество контроля поля электрических напряжений не сводилось на нет из-за увеличения частичного разряда, вызванного трудностями устранения микропустот в смоле вокруг экранов во время литья. процесс. Потребность в устранении пустот в смоле становится более чувствительной по мере увеличения напряжения, и нормальным явлением является использование пропитанной смолой фольгированной бумажной изоляции для вводов с номинальным напряжением более 72,5 кВ.
Вводы на малом феррорезонансном трансформаторе
Вводы на однофазном распределительном трансформаторе
Вводы 20 кВ на трансформаторы и кабели
Вводы 110 кВ в стену здания
Вводы на 110 кВ и 220 кВ
Вводы на трансформатор 380 кВ и присоединение КРУЭ
Проходной изолятор на силовом трансформаторе AEG 1 МВ, Германия, 1932 г.
Выход из строя втулки
Втулки иногда выходят из строя из-за частичного разряда . Иногда это происходит из-за медленной и прогрессирующей деградации изоляции в течение многих лет работы под напряжением; однако это также может быть быстрое разрушение, которое разрушает хорошую втулку за считанные часы. В настоящее время электроэнергетика проявляет большой интерес к мониторингу состояния высоковольтных вводов. Однако некоторые вводы выходят из строя на ранних этапах эксплуатации из-за неспособности контролировать напряжение или выполнять необходимое техническое обслуживание, в то время как другие относятся к механизмам зарождающегося отказа, встроенным при изготовлении. Об этой точке зрения свидетельствует незначительное количество отказов вводов во всем мире.
использованная литература
- Центральное электрогенерирующее управление (1982 г.). Практика современной электростанции . Пергамон. ISBN 0-08-016436-6.
- IEC60137-2008, Технический отчет BEAIRA Q / T123-1952 Проектирование высоковольтных вводов и конденсаторов с контролируемым напряжением, Технический отчет BEAIRA Q / T125-1952 Напряжения в высоковольтных вводах конденсатора, BSEN 50180, 50181, 50386