Zusammenfassung: Im Jahr 1987 wurde vom technischen Unterausschuss der International Electrotechnical Commission (IEC) 17D das technische Dokument mit dem Titel „Anforderungen an die Isolationskoordination in Ergänzung 1 zu IEC439“ entworfen, das die Isolationskoordination offiziell in die Niederspannungsschaltanlage und -steuerung einführte Ausrüstung.In der aktuellen Situation Chinas ist die Isolationskoordination der Geräte bei elektrischen Hoch- und Niederspannungsprodukten immer noch ein großes Problem.Aufgrund der formellen Einführung des Isolationskoordinationskonzepts in Niederspannungsschaltanlagen und -steuergeräten ist es nur eine Frage von fast zwei Jahren.Daher ist es ein wichtigeres Problem, das Isolationskoordinationsproblem im Produkt zu behandeln und zu lösen.
Schlüsselwörter: Isolierung und Isoliermaterialien für Niederspannungsschaltanlagen
Die Isolationskoordination ist ein wichtiges Thema im Zusammenhang mit der Sicherheit elektrischer Geräteprodukte und wird seit jeher in allen Aspekten berücksichtigt.Die Isolationskoordination wurde erstmals bei elektrischen Hochspannungsprodukten eingesetzt.Im Jahr 1987 wurde vom technischen Unterausschuss der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) 17D das technische Dokument mit dem Titel „Anforderungen an die Isolationskoordination in Ergänzung 1 zu IEC439“ entworfen, das die Isolationskoordination formell in die Niederspannungsschaltanlagen und -steuergeräte einführte.Was die aktuelle Situation unseres Landes betrifft, ist die Isolationskoordination von Geräten immer noch ein großes Problem bei elektrischen Hoch- und Niederspannungsprodukten.Statistiken zeigen, dass Unfälle, die durch Isoliersysteme verursacht werden, für 50–60 % der elektrischen Produkte in China verantwortlich sind.Darüber hinaus ist es erst zwei Jahre her, dass das Konzept der Isolationskoordination in der Niederspannungs-Schalt- und Steuerausrüstung offiziell zitiert wird.Daher ist es ein wichtigeres Problem, das Isolationskoordinationsproblem im Produkt zu behandeln und zu lösen.
2. Grundprinzip der Isolationskoordination
Isolationskoordination bedeutet, dass die elektrischen Isolationseigenschaften des Geräts entsprechend den Betriebsbedingungen und der Umgebung des Geräts ausgewählt werden.Nur wenn die Konstruktion des Geräts auf der Stärke der Funktion basiert, die es während seiner erwarteten Lebensdauer ausübt, kann die Isolationskoordination realisiert werden.Das Problem der Isolationskoordination entsteht nicht nur von außerhalb der Anlage, sondern auch von der Anlage selbst.Es handelt sich um ein Problem, das alle Aspekte umfasst und umfassend betrachtet werden sollte.Die Hauptpunkte sind in drei Teile gegliedert: erstens die Nutzungsbedingungen der Ausrüstung;Der zweite ist die Einsatzumgebung der Geräte und der dritte ist die Auswahl der Isoliermaterialien.
(1) Gerätebedingungen
Die Nutzungsbedingungen von Geräten beziehen sich hauptsächlich auf die von dem Gerät verwendete Spannung, das elektrische Feld und die Frequenz.
1. Zusammenhang zwischen Isolationskoordination und Spannung.Bei der Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Isolationskoordination und Spannung müssen die im System auftretende Spannung, die von Geräten erzeugte Spannung, der erforderliche Dauerspannungspegel sowie die Gefahr von Personensicherheit und Unfällen berücksichtigt werden.
1. Klassifizierung von Spannung und Überspannung, Wellenform.
a) Kontinuierliche Netzfrequenzspannung mit konstanter R-, m- und s-Spannung
b) Vorübergehende Überspannung, Überspannung der Netzfrequenz über einen längeren Zeitraum
c) Vorübergehende Überspannung, Überspannung für einige Millisekunden oder weniger, normalerweise stark gedämpfte Schwingung oder Nichtschwingung.
——Eine vorübergehende Überspannung, normalerweise einseitig, die einen Spitzenwert von 20 μs erreicht
——Schnellwellen-Vorüberspannung: Eine vorübergehende Überspannung, normalerweise in eine Richtung, die einen Spitzenwert von 0,1 μs erreicht
——Überspannung mit steiler Wellenfront: Eine vorübergehende Überspannung, normalerweise in einer Richtung, die ihren Spitzenwert bei TF ≤ 0,1 μs erreicht.Die Gesamtdauer beträgt weniger als 3 MS, es kommt zu einer Überlagerungsschwingung und die Schwingungsfrequenz liegt zwischen 30 kHz < f < 100 MHz.
d) Kombinierte (vorübergehende, langsame, schnelle, steile) Überspannung.
Gemäß dem oben genannten Überspannungstyp kann die Standardspannungswellenform beschrieben werden.
2. Die Beziehung zwischen langfristiger Wechsel- oder Gleichspannung und Isolationskoordination wird als Nennspannung, Nennisolationsspannung und tatsächliche Arbeitsspannung betrachtet.Im Normal- und Langzeitbetrieb des Systems sollten die Nennisolationsspannung und die tatsächliche Arbeitsspannung berücksichtigt werden.Zusätzlich zur Erfüllung der Anforderungen des Standards sollten wir der tatsächlichen Situation des chinesischen Stromnetzes mehr Aufmerksamkeit schenken.In der aktuellen Situation, dass die Qualität des Stromnetzes in China nicht hoch ist, ist bei der Produktentwicklung die tatsächlich mögliche Betriebsspannung für die Isolationskoordination wichtiger.
Der Zusammenhang zwischen transienter Überspannung und Isolationskoordination hängt mit dem Zustand kontrollierter Überspannung im elektrischen System zusammen.Im System und in den Geräten gibt es viele Formen von Überspannung.Der Einfluss von Überspannung sollte umfassend berücksichtigt werden.In Niederspannungsnetzen kann die Überspannung durch verschiedene variable Faktoren beeinflusst werden.Daher wird die Überspannung im System mit einer statistischen Methode bewertet, die ein Konzept der Eintrittswahrscheinlichkeit widerspiegelt, und es kann mit der Methode der Wahrscheinlichkeitsstatistik bestimmt werden, ob eine Schutzsteuerung erforderlich ist.
2. Überspannungskategorie des Geräts
Abhängig von den Gerätebedingungen wird das erforderliche langfristige Dauerspannungsniveau direkt in die IV-Klasse durch die Überspannungskategorie der Stromversorgungsgeräte des Niederspannungsnetzes eingeteilt.Das Gerät der Überspannungskategorie IV ist das Gerät, das am Stromversorgungsende des Verteilungsgeräts verwendet wird, wie z. B. Amperemeter und Stromschutzgeräte der vorherigen Stufe.Die Ausrüstung der Überspannungsklasse III ist die Aufgabe des Einbaus in das Verteilungsgerät, und die Sicherheit und Anwendbarkeit der Ausrüstung muss den besonderen Anforderungen entsprechen, beispielsweise der Schaltanlage im Verteilungsgerät.Bei Geräten der Überspannungsklasse II handelt es sich um energieverbrauchende Geräte, die über ein Verteilergerät mit Strom versorgt werden, beispielsweise Verbraucher für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke.Das Gerät der Überspannungsklasse I wird an Geräte angeschlossen, die die transiente Überspannung auf ein sehr niedriges Niveau begrenzen, beispielsweise eine elektronische Schaltung mit Überspannungsschutz.Bei Geräten, die nicht direkt vom Niederspannungsnetz versorgt werden, müssen die maximale Spannung und die schwerwiegende Kombination verschiedener Situationen, die in Systemgeräten auftreten können, berücksichtigt werden.
Wenn das Gerät in einer Situation höherer Überspannungskategorie betrieben werden soll und das Gerät selbst nicht über genügend zulässige Überspannungskategorie verfügt, müssen Maßnahmen zur Reduzierung der Überspannung vor Ort ergriffen werden. Folgende Methoden können angewendet werden.
a) Überspannungsschutzgerät
b) Transformatoren mit isolierter Wicklung
c) Ein Verteilersystem mit mehreren Zweigkreisen und verteilter Übertragungswelle, die Spannungsenergie durchläuft
d) Kapazität, die Überspannungsenergie absorbieren kann
e) Dämpfungsvorrichtung, die Überspannungsenergie absorbieren kann
3. Elektrisches Feld und Frequenz
Das elektrische Feld wird in ein gleichmäßiges elektrisches Feld und ein ungleichmäßiges elektrisches Feld unterteilt.Bei Niederspannungsschaltanlagen wird allgemein davon ausgegangen, dass ein ungleichmäßiges elektrisches Feld vorliegt.Das Frequenzproblem wird noch geprüft.Im Allgemeinen hat die niedrige Frequenz nur einen geringen Einfluss auf die Isolationskoordination, die hohe Frequenz hat jedoch dennoch Einfluss, insbesondere auf Isolationsmaterialien.
(2) Die Beziehung zwischen Isolationskoordination und Umgebungsbedingungen
Die Makroumgebung, in der sich das Gerät befindet, beeinflusst die Isolationskoordination.Aus den Anforderungen der aktuellen Praxis und Normen berücksichtigt die Luftdruckänderung nur die durch die Höhe verursachte Luftdruckänderung.Die tägliche Luftdruckänderung wurde ignoriert, ebenso wurden die Faktoren Temperatur und Luftfeuchtigkeit ignoriert.Wenn jedoch genauere Anforderungen vorliegen, sollten diese Faktoren berücksichtigt werden.Aus der Mikroumgebung bestimmt die Makroumgebung die Mikroumgebung, aber die Mikroumgebung kann besser oder schlechter sein als die Makroumgebungsausrüstung.Die unterschiedlichen Schutzstufen, Heizung, Belüftung und Staub der Hülle können sich auf die Mikroumgebung auswirken.Für die Mikroumgebung gibt es klare Bestimmungen in relevanten Normen.Siehe Tabelle 1, die die Grundlage für das Design des Produkts bildet.
(3) Isolationskoordination und Isolationsmaterialien
Das Problem des Isoliermaterials ist ziemlich komplex, es unterscheidet sich von Gas, es ist ein Isoliermedium, das nach einer Beschädigung nicht wiederhergestellt werden kann.Selbst ein versehentliches Überspannungsereignis kann zu dauerhaften Schäden führen.Im Langzeitgebrauch werden Isoliermaterialien verschiedenen Situationen ausgesetzt sein, wie z. B. Entladungsunfällen usw., und das Isoliermaterial selbst ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, die sich über einen langen Zeitraum angesammelt haben, wie z. B. thermische Belastung, Temperatur, mechanische Stöße und andere Belastungen, die sich beschleunigen der Alterungsprozess.Bei Dämmstoffen sind die Eigenschaften der Dämmstoffe aufgrund der Sortenvielfalt nicht einheitlich, obwohl es viele Indikatoren gibt.Dies bringt einige Schwierigkeiten bei der Auswahl und Verwendung von Isoliermaterialien mit sich, weshalb andere Eigenschaften von Isoliermaterialien, wie z. B. thermische Belastung, mechanische Eigenschaften, Teilentladung usw., derzeit nicht berücksichtigt werden.Der Einfluss der oben genannten Beanspruchung auf Isoliermaterialien wurde in IEC-Veröffentlichungen diskutiert, die in der praktischen Anwendung eine qualitative Rolle spielen können, es ist jedoch noch nicht möglich, quantitative Leitlinien zu geben.Gegenwärtig werden viele elektrische Niederspannungsprodukte als quantitative Indikatoren für Isoliermaterialien verwendet, die mit dem CTI-Wert des Leckmarkenindex, der in drei Gruppen und vier Typen unterteilt werden kann, und dem Widerstand gegen Leckmarkenindex PTI verglichen werden.Der Leckmarkierungsindex wird verwendet, um eine Leckspur zu bilden, indem die mit Wasser verunreinigte Flüssigkeit auf die Oberfläche des Isoliermaterials getropft wird.Der quantitative Vergleich ist gegeben.
Dieser bestimmte Mengenindex wurde auf das Design des Produkts angewendet.
3. Überprüfung der Isolationskoordination
Derzeit ist die optimale Methode zur Überprüfung der Isolationskoordination die Verwendung eines Impuls-Dielektrizitätstests. Für verschiedene Geräte können unterschiedliche Nennimpulsspannungswerte ausgewählt werden.
1. Überprüfen Sie die Isolationskoordination der Geräte mit einer Nennstoßspannungsprüfung
1,2/50 der Nennstoßspannung μ S-Wellenform.
Die Ausgangsimpedanz des Impulsgenerators des Impulstest-Netzteils sollte im Allgemeinen mehr als 500 Ω betragen. Der Nennimpulsspannungswert muss entsprechend der Einsatzsituation, der Überspannungskategorie und der Langzeitgebrauchsspannung des Geräts bestimmt und entsprechend korrigiert werden auf die entsprechende Höhe.Derzeit gelten einige Testbedingungen für Niederspannungsschaltanlagen.Sofern es keine eindeutige Festlegung zu Feuchte und Temperatur gibt, sollte diese auch im Anwendungsbereich der Norm für komplette Schaltanlagen liegen.Wenn die Einsatzumgebung des Geräts außerhalb des anwendbaren Anwendungsbereichs des Schaltanlagensatzes liegt, muss eine Korrektur in Betracht gezogen werden.Die Korrekturbeziehung zwischen Luftdruck und Temperatur ist wie folgt:
K=P/101,3 × 293( ΔT+293)
K – Korrekturparameter von Luftdruck und Temperatur
Δ T – Temperaturdifferenz K zwischen der tatsächlichen (Labor-)Temperatur und T = 20 ℃
P – tatsächlicher Druck kPa
2. Spannungsprüfung der alternativen Stoßspannung
Bei Niederspannungs-Schaltanlagen kann anstelle der Stoßspannungsprüfung eine Wechselstrom- oder Gleichstromprüfung verwendet werden. Diese Art der Prüfmethode ist jedoch strenger als die Stoßspannungsprüfung und sollte mit dem Hersteller vereinbart werden.
Die Versuchsdauer beträgt bei Kommunikation 3 Zyklen.
DC-Test, jede Phase (positiv und negativ) wird jeweils dreimal mit Spannung versorgt, die Dauer beträgt jeweils 10 ms.
1. Bestimmung typischer Überspannungen.
2. Koordinieren Sie die Bestimmung der Spannungsfestigkeit.
3. Bestimmung des Nennisolationsgrads.
4. Allgemeines Verfahren zur Isolationskoordination.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. Februar 2023