การประสานฉนวนของสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ

บทคัดย่อ: ในปี พ.ศ. 2530 เอกสารทางเทคนิคเรื่อง "ข้อกำหนดสำหรับการประสานงานของฉนวนในภาคผนวก 1 ถึง iec439" ได้รับการร่างขึ้นโดยคณะกรรมการด้านเทคนิคย่อยของ International Electrotechnical Commission (IEC) 17D ซึ่งแนะนำการประสานงานของฉนวนอย่างเป็นทางการในสวิตช์เกียร์และตัวควบคุมแรงดันต่ำ อุปกรณ์.ในสถานการณ์ปัจจุบันของจีน ในผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ การประสานฉนวนของอุปกรณ์ยังคงเป็นปัญหาใหญ่เนื่องจากการแนะนำอย่างเป็นทางการของแนวคิดการประสานงานของฉนวนในสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำและอุปกรณ์ควบคุมจึงใช้เวลาเกือบสองปีเท่านั้นดังนั้นจึงเป็นปัญหาที่สำคัญในการจัดการและแก้ปัญหาการประสานงานของฉนวนในผลิตภัณฑ์

คำสำคัญ: วัสดุฉนวนและฉนวนสำหรับสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ
การประสานกันของฉนวนเป็นประเด็นสำคัญที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้า และได้รับความสนใจจากทุกด้านเสมอมาการประสานงานของฉนวนถูกนำมาใช้ครั้งแรกในผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าแรงสูงในปี พ.ศ. 2530 เอกสารทางเทคนิคเรื่อง "ข้อกำหนดสำหรับการประสานงานของฉนวนในภาคผนวก 1 ถึง iec439" ถูกร่างขึ้นโดยคณะกรรมการด้านเทคนิคย่อยของ International Electrotechnical Commission (IEC) 17D ซึ่งแนะนำการประสานงานของฉนวนอย่างเป็นทางการในสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำและอุปกรณ์ควบคุมเท่าที่เกี่ยวข้องกับสถานการณ์จริงในประเทศของเรา การประสานฉนวนของอุปกรณ์ยังคงเป็นปัญหาใหญ่ในผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำสถิติแสดงให้เห็นว่าอุบัติเหตุที่เกิดจากระบบฉนวนคิดเป็น 50% – 60% ของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าในจีนยิ่งไปกว่านั้น เป็นเวลาเพียงสองปีแล้วที่แนวคิดของการประสานกันของฉนวนถูกอ้างถึงอย่างเป็นทางการในสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำและอุปกรณ์ควบคุมดังนั้นจึงเป็นปัญหาที่สำคัญในการจัดการและแก้ปัญหาการประสานงานของฉนวนในผลิตภัณฑ์

2. หลักการพื้นฐานของการประสานฉนวน
การประสานกันของฉนวนหมายถึงการเลือกคุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้าของอุปกรณ์ตามเงื่อนไขการให้บริการและสภาพแวดล้อมโดยรอบของอุปกรณ์เฉพาะเมื่อการออกแบบอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของฟังก์ชันที่มีอายุการใช้งานที่คาดหวังเท่านั้น จึงจะสามารถรับรู้การประสานกันของฉนวนได้ปัญหาของการประสานกันของฉนวนไม่เพียงแต่มาจากภายนอกอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังมาจากตัวอุปกรณ์เองด้วยเป็นปัญหาที่เกี่ยวข้องกับทุกด้านซึ่งควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบด้านประเด็นหลักแบ่งออกเป็นสามส่วน ส่วนแรก สภาพการใช้งานของอุปกรณ์ประการที่สองคือสภาพแวดล้อมการใช้งานของอุปกรณ์ และประการที่สามคือการเลือกวัสดุฉนวน

(1) เงื่อนไขอุปกรณ์
เงื่อนไขการใช้งานอุปกรณ์ส่วนใหญ่อ้างอิงถึงแรงดันไฟฟ้า สนามไฟฟ้า และความถี่ที่อุปกรณ์ใช้
1. ความสัมพันธ์ระหว่างการประสานงานของฉนวนกับแรงดันไฟฟ้าในการพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างการประสานงานของฉนวนกับแรงดันไฟฟ้า ให้พิจารณาถึงแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นในระบบ แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากอุปกรณ์ ระดับแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องที่ต้องการ และอันตรายจากความปลอดภัยส่วนบุคคลและอุบัติเหตุ

1. การจำแนกประเภทของแรงดันและแรงดันเกิน รูปคลื่น
a) แรงดันไฟฟ้าความถี่พลังงานต่อเนื่องพร้อมแรงดัน R, m, s คงที่
b) แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว, แรงดันไฟฟ้าเกินความถี่ไฟฟ้าเป็นเวลานาน
c) แรงดันไฟเกินชั่วขณะ แรงดันไฟเกินเป็นเวลาไม่กี่มิลลิวินาทีหรือน้อยกว่า มักจะมีการสั่นแบบหน่วงสูงหรือไม่สั่น
—— แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ โดยปกติจะเป็นทางเดียว ถึงค่าสูงสุดที่ 20 μs
—— คลื่นเร็วก่อนแรงดันไฟเกิน: แรงดันไฟเกินชั่วคราว โดยปกติจะอยู่ในทิศทางเดียว โดยมีค่าสูงสุดที่ 0.1 μs
—— แรงดันไฟเกินที่ด้านหน้าคลื่นสูงชัน: แรงดันไฟเกินชั่วคราว โดยปกติจะอยู่ในทิศทางเดียว ถึงค่าสูงสุดที่ TF ≤ 0.1 μ sระยะเวลารวมน้อยกว่า 3MS และมีการสั่นแบบซ้อนทับ และความถี่ของการสั่นอยู่ระหว่าง 30kHz < f < 100MHz
d) แรงดันไฟฟ้าเกินแบบรวม (ชั่วคราว เดินหน้าช้า เร็ว สูงชัน)

ตามประเภทแรงดันไฟฟ้าเกินข้างต้น สามารถอธิบายรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานได้
2. ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้า AC หรือ DC ในระยะยาวและการประสานงานของฉนวนจะต้องพิจารณาเป็นแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าฉนวนที่กำหนด และแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานจริงในการทำงานปกติและระยะยาวของระบบ ควรพิจารณาแรงดันไฟฟ้าฉนวนที่กำหนดและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานจริงนอกเหนือจากการปฏิบัติตามข้อกำหนดของมาตรฐานแล้ว เราควรให้ความสำคัญกับสถานการณ์จริงของโครงข่ายไฟฟ้าของจีนด้วยในสถานการณ์ปัจจุบันที่คุณภาพของกริดไฟฟ้าในประเทศจีนไม่สูง เมื่อออกแบบผลิตภัณฑ์ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงมีความสำคัญต่อการประสานงานของฉนวน
ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันเกินชั่วคราวและการประสานกันของฉนวนนั้นสัมพันธ์กับสภาวะของแรงดันเกินที่ถูกควบคุมในระบบไฟฟ้าในระบบและอุปกรณ์มีแรงดันไฟฟ้าเกินหลายรูปแบบควรพิจารณาอิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าเกินอย่างครอบคลุมในระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ แรงดันไฟฟ้าเกินอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆดังนั้น แรงดันไฟฟ้าเกินในระบบจึงได้รับการประเมินโดยวิธีการทางสถิติ ซึ่งสะท้อนถึงแนวคิดของความน่าจะเป็นที่จะเกิดขึ้น และสามารถกำหนดได้โดยวิธีการทางสถิติความน่าจะเป็นว่าจำเป็นต้องมีการควบคุมการป้องกันหรือไม่

2. อุปกรณ์ประเภท Overvoltage
ตามเงื่อนไขของอุปกรณ์ ระดับการทำงานของแรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องระยะยาวที่ต้องการจะถูกแบ่งโดยตรงเป็นคลาส IV โดยหมวดหมู่แรงดันเกินของอุปกรณ์จ่ายไฟของกริดแรงดันต่ำอุปกรณ์ประเภทแรงดันเกิน IV เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ที่ส่วนท้ายของแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์จ่าย เช่น แอมมิเตอร์และอุปกรณ์ป้องกันกระแสของขั้นตอนก่อนหน้าอุปกรณ์ของแรงดันไฟฟ้าเกินระดับ III เป็นงานติดตั้งในอุปกรณ์จ่ายไฟ และความปลอดภัยและการใช้งานของอุปกรณ์ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดพิเศษ เช่น สวิตช์เกียร์ในอุปกรณ์จ่ายไฟอุปกรณ์ของแรงดันไฟฟ้าเกินระดับ II คืออุปกรณ์สิ้นเปลืองพลังงานที่ขับเคลื่อนโดยอุปกรณ์จ่ายไฟ เช่น โหลดสำหรับใช้ในบ้านและวัตถุประสงค์ที่คล้ายคลึงกันอุปกรณ์แรงดันเกินระดับ I เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่จำกัดแรงดันเกินชั่วขณะให้อยู่ในระดับต่ำมาก เช่น วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีการป้องกันแรงดันเกินสำหรับอุปกรณ์ที่ไม่ได้จ่ายโดยตรงจากกริดไฟฟ้าแรงต่ำ จะต้องคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและการรวมกันของสถานการณ์ต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้นในอุปกรณ์ระบบ
เมื่ออุปกรณ์ต้องทำงานในสถานการณ์ของประเภทแรงดันไฟฟ้าเกินในระดับที่สูงกว่า และอุปกรณ์เองไม่มีประเภทแรงดันไฟฟ้าเกินที่อนุญาตเพียงพอ จะต้องดำเนินมาตรการเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าเกิน ณ สถานที่นั้น และสามารถนำวิธีการต่อไปนี้ไปใช้ได้
ก) อุปกรณ์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน
b) หม้อแปลงที่มีขดลวดแยก
ค) ระบบจำหน่ายวงจรหลายสาขาที่มีคลื่นถ่ายโอนแบบกระจายผ่านพลังงานแรงดัน
d) ความจุที่สามารถดูดซับพลังงานแรงดันไฟกระชาก
e) อุปกรณ์ลดแรงกระแทกที่สามารถดูดซับพลังงานแรงดันไฟกระชาก

3. สนามไฟฟ้าและความถี่
สนามไฟฟ้าแบ่งออกเป็นสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและสนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอในสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ โดยทั่วไปจะถือว่าเป็นกรณีของสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอปัญหาความถี่ยังอยู่ระหว่างการพิจารณาโดยทั่วไป ความถี่ต่ำมีอิทธิพลเพียงเล็กน้อยต่อการประสานกันของฉนวน แต่ความถี่สูงยังคงมีอิทธิพล โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวัสดุฉนวน
(2) ความสัมพันธ์ระหว่างการประสานงานของฉนวนกับสภาพแวดล้อม
สภาพแวดล้อมขนาดใหญ่ที่อุปกรณ์ตั้งอยู่ส่งผลต่อการประสานกันของฉนวนจากข้อกำหนดของการใช้งานจริงและมาตรฐานในปัจจุบัน การเปลี่ยนแปลงความกดอากาศจะคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงความกดอากาศที่เกิดจากระดับความสูงเท่านั้นการเปลี่ยนแปลงความกดอากาศรายวันถูกละเว้น และปัจจัยของอุณหภูมิและความชื้นก็ถูกละเว้นเช่นกันอย่างไรก็ตาม หากมีความต้องการที่ถูกต้องมากขึ้น ควรพิจารณาปัจจัยเหล่านี้จากสภาพแวดล้อมไมโคร สภาพแวดล้อมมาโครกำหนดสภาพแวดล้อมไมโคร แต่สภาพแวดล้อมไมโครอาจดีกว่าหรือแย่กว่าอุปกรณ์สภาพแวดล้อมมาโครระดับการป้องกัน ความร้อน การระบายอากาศ และฝุ่นละอองที่แตกต่างกันของเชลล์อาจส่งผลต่อสภาพแวดล้อมในระดับจุลภาคสภาพแวดล้อมระดับจุลภาคมีข้อกำหนดที่ชัดเจนในมาตรฐานที่เกี่ยวข้องดูตารางที่ 1 ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์
(3) การประสานงานของฉนวนและวัสดุฉนวน
ปัญหาของวัสดุฉนวนค่อนข้างซับซ้อน แตกต่างจากก๊าซตรงที่เป็นสื่อฉนวนที่เสียหายแล้วไม่สามารถกู้คืนได้แม้แต่เหตุการณ์แรงดันไฟฟ้าเกินโดยไม่ตั้งใจก็อาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างถาวรได้ในการใช้งานระยะยาว วัสดุฉนวนจะประสบกับสถานการณ์ต่างๆ เช่น อุบัติเหตุจากการรั่วไหล เป็นต้น และตัววัสดุฉนวนเองก็เกิดจากปัจจัยต่างๆ ที่สะสมมาเป็นเวลานาน เช่น ความเค้นจากความร้อน อุณหภูมิ ผลกระทบทางกล และความเครียดอื่นๆ จะเร่งให้เร็วขึ้น กระบวนการชราสำหรับวัสดุฉนวนเนื่องจากความหลากหลายของพันธุ์ลักษณะของวัสดุฉนวนจึงไม่เหมือนกันแม้ว่าจะมีตัวบ่งชี้มากมายก็ตามสิ่งนี้นำมาซึ่งความยากลำบากในการเลือกและการใช้วัสดุฉนวน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมคุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุฉนวน เช่น ความเค้นจากความร้อน สมบัติเชิงกล การคายประจุบางส่วน ฯลฯ ไม่ได้รับการพิจารณาในปัจจุบันอิทธิพลของความเค้นข้างต้นที่มีต่อวัสดุฉนวนได้รับการกล่าวถึงในเอกสารเผยแพร่ของ IEC ซึ่งอาจมีบทบาทเชิงคุณภาพในการใช้งานจริง แต่ยังไม่สามารถให้คำแนะนำเชิงปริมาณได้ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าแรงดันต่ำจำนวนมากที่ใช้เป็นตัวบ่งชี้เชิงปริมาณสำหรับวัสดุฉนวน โดยเปรียบเทียบกับค่า CTI ของดัชนีการรั่วไหลซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่มและสี่ประเภท และดัชนีความต้านทานการรั่วไหลของเครื่องหมาย PTIดัชนีเครื่องหมายการรั่วไหลใช้เพื่อสร้างร่องรอยการรั่วไหลโดยการหยดน้ำที่ปนเปื้อนของเหลวลงบนพื้นผิวของวัสดุฉนวนมีการเปรียบเทียบเชิงปริมาณ
ดัชนีปริมาณบางอย่างนี้ถูกนำไปใช้กับการออกแบบผลิตภัณฑ์

3. การตรวจสอบการประสานงานของฉนวน
ในปัจจุบัน วิธีการที่เหมาะสมที่สุดในการตรวจสอบการประสานกันของฉนวนคือการใช้การทดสอบอิมพัลส์ไดอิเล็กตริก และสามารถเลือกค่าแรงดันอิมพัลส์จัดอันดับที่แตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ ได้
1. ตรวจสอบการประสานงานของฉนวนของอุปกรณ์ด้วยการทดสอบแรงดันอิมพัลส์ที่กำหนด
1.2/50 ของแรงดันอิมพัลส์ที่กำหนด รูปแบบคลื่น μ S
อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของเครื่องกำเนิดอิมพัลส์ของแหล่งจ่ายไฟทดสอบอิมพัลส์ควรมากกว่า 500 โดยทั่วไป Ω ค่าแรงดันอิมพัลส์ที่กำหนดจะต้องพิจารณาตามสถานการณ์การใช้งาน หมวดแรงดันเกินและแรงดันใช้งานระยะยาวของอุปกรณ์ และต้องแก้ไขตาม ตามความสูงที่สอดคล้องกันในปัจจุบัน เงื่อนไขการทดสอบบางอย่างใช้กับสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำหากไม่มีข้อกำหนดที่ชัดเจนเกี่ยวกับความชื้นและอุณหภูมิ ควรอยู่ในขอบเขตของการใช้มาตรฐานสำหรับสวิตช์เกียร์ทั้งหมดหากสภาพแวดล้อมการใช้อุปกรณ์อยู่นอกเหนือขอบเขตที่บังคับใช้ของชุดสวิตช์ ต้องถือว่ามีการแก้ไขความสัมพันธ์ที่ถูกต้องระหว่างความกดอากาศและอุณหภูมิมีดังนี้:
K=P/101.3 × 293( Δ T＋293)
K – พารามิเตอร์การแก้ไขความกดอากาศและอุณหภูมิ
Δ T – ความแตกต่างของอุณหภูมิ K ระหว่างอุณหภูมิจริง (ห้องปฏิบัติการ) และ T = 20 ℃
P – ความดันจริง kPa
2. การทดสอบไดอิเล็กตริกของแรงดันอิมพัลส์ทางเลือก
สำหรับสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ สามารถใช้การทดสอบ AC หรือ DC แทนการทดสอบแรงดันอิมพัลส์ แต่วิธีการทดสอบประเภทนี้รุนแรงกว่าการทดสอบแรงดันอิมพัลส์ และผู้ผลิตควรตกลงร่วมกัน
ระยะเวลาในการทดลอง 3 รอบ ในกรณีของการสื่อสาร
การทดสอบ DC แต่ละเฟส (บวกและลบ) ใช้แรงดันไฟฟ้าตามลำดับสามครั้ง ระยะเวลาแต่ละครั้งคือ 10ms
1. การกำหนดแรงดันไฟฟ้าเกินทั่วไป
2. ประสานงานกับการกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ทนได้
3. การกำหนดระดับฉนวนที่กำหนด
4. ขั้นตอนทั่วไปสำหรับการประสานฉนวน