Zusammenfassung: 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.In China sind 50 bis 60 % der elektrischen Produkte in China auf Unfälle zurückzuführen, die durch Isoliersysteme verursacht werden.Es ist erst zwei Jahre her, dass das Konzept der Isolationskoordination in Niederspannungs-Schaltanlagen und -Steuergeräten offiziell zitiert wird.Daher ist es ein wichtigeres Problem, das Problem der Isolationskoordination im Produkt richtig zu behandeln und zu lösen, und ihm sollte genügend Aufmerksamkeit geschenkt werden.
Schlüsselwörter: Isolierung und Isoliermaterialien von Niederspannungsschaltanlagen
0. Einführung
Die Niederspannungsschaltanlage ist für die Steuerung, den Schutz, die Messung, die Umwandlung und die Verteilung elektrischer Energie im Niederspannungsnetz zuständig.Da die Niederspannungs-Schaltanlage tief in der Produktionsstätte, an öffentlichen Orten, in Wohngebieten und an anderen Orten vorkommt, kann gesagt werden, dass alle Orte, an denen elektrische Geräte verwendet werden, mit Niederspannungsgeräten ausgestattet sein müssen.Etwa 80 % der elektrischen Energie in China werden über Niederspannungsschaltanlagen geliefert.Die Entwicklung von Niederspannungs-Schaltanlagen basiert auf der Materialindustrie, Niederspannungs-Elektrogeräten, Verarbeitungstechnologie und -ausrüstung, dem Infrastrukturbau und dem Lebensstandard der Menschen. Daher spiegelt das Niveau von Niederspannungs-Schaltanlagen die Wirtschaftskraft, Wissenschaft und Technologie sowie den Lebensstandard von a wider Land von einer Seite.
1. 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.
1.1 Die Nutzungsbedingungen von Geräten Die Nutzungsbedingungen von Geräten beziehen sich hauptsächlich auf die Spannung, das elektrische Feld und die Frequenz, die von dem Gerät verwendet werden.
1.1.1 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-, s-Spannung;
B. vorübergehende Überspannung, Netzfrequenzüberspannung über einen längeren Zeitraum;
Bei einer vorübergehenden Überspannung von C, einer Überspannung für einige Millisekunden oder weniger, handelt es sich normalerweise um eine stark dämpfende Schwingung oder Nichtschwingung.
——Eine vorübergehende Überspannung, normalerweise einseitig, die einen Spitzenwert von 20 μ sTp5000 μ erreicht. Zwischen S beträgt die Dauer des Wellenschwanzes T2 ≤ 20 ms.
——Schnellwellen-Vorüberspannung: eine vorübergehende Überspannung, normalerweise in eine Richtung, die einen Spitzenwert von 0,1 μ sT120 μ s erreicht.Wellenschweifdauer T2 ≤ 300 μ s。
——Überspannung mit steiler Wellenfront: eine vorübergehende Überspannung, normalerweise in einer Richtung, die ihren Spitzenwert bei TF ≤ 0,1 μs erreicht.Die Gesamtdauer beträgt 3MS, es liegt eine überlagerte Schwingung vor und die Schwingungsfrequenz liegt zwischen 30kHz und 100MHz.
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 der Isolationskoordination sollte Nennspannung, Nennisolationsspannung und tatsächliche Arbeitsspannung berücksichtigen.Im Normal- und Langzeitbetrieb des Systems sollten die Nennisolationsspannung und die tatsächliche Arbeitsspannung berücksichtigt werden.Neben der Erfüllung der Anforderungen der Norm sollten wir auch auf die tatsächliche Situation des chinesischen Stromnetzes achten.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.
③ Die Beziehung zwischen transienter Überspannung und Isolationskoordination hängt mit dem Zustand der kontrollierten 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.
1.1.2 Die Überspannungskategorie der Geräte wird entsprechend dem langfristigen Dauerspannungsbetriebsniveau, das für die Einsatzbedingungen der Geräte erforderlich ist, direkt aus der Überspannungskategorie der Niederspannungsnetz-Stromversorgungsgeräte in die IV-Klasse 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 Aufgabe des Betriebsmittels der Überspannungsklasse III ist der Einbau in das Verteilergerät und die Sicherheit und Anwendbarkeit des Betriebsmittels muss den besonderen Anforderungen genügen, wie beispielsweise die Schaltanlage im Verteilergerät.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.
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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.
1.2 Die Makroumgebung der Ausrüstung im Zusammenhang mit der Isolationskoordination und den Umgebungsbedingungen beeinflusst die Isolationskoordination.Aufgrund der 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, wird der Luftdruck entsprechend den Anforderungen der Normen geändert. Diese Faktoren sollten ebenfalls 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.Die Mikroumgebung verfügt über klare Bestimmungen in relevanten Normen, die die Grundlage für die Gestaltung der Produkte bilden.
1.3 Die Probleme der Isolationskoordination und der Isolationsmaterialien sind recht komplex.Es unterscheidet sich von Gas und ist ein isolierendes Medium, das nach einer Beschädigung nicht wiederhergestellt werden kann.Selbst ein versehentliches Überspannungsereignis kann zu dauerhaften Schäden führen.Im Langzeitgebrauch werden die Isoliermaterialien verschiedenen Situationen ausgesetzt sein, wie z. B. Entladungsunfällen. Das Isoliermaterial selbst beschleunigt seinen Alterungsprozess aufgrund verschiedener Faktoren, die sich über einen langen Zeitraum angesammelt haben, wie z. B. thermische Belastung, Temperatur, mechanische Einwirkung und andere betont.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.
2. 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.
2.1 Die Isolationsanpassung der Nennstoßspannung des Geräts beträgt 1,2/50 gemäß der Nennstoßspannungsprüfung 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( Δ T+293)
K – Korrekturparameter für Luftdruck und Temperatur
Δ T – Temperaturdifferenz K zwischen der tatsächlichen (Labor-)Temperatur und T = 20 ℃
P – tatsächlicher Druck kPa
2.2 Für Niederspannungsschaltanlagen kann die Wechselstrom- oder Gleichstromprüfung als Ersatz für die Stoßspannungsprüfung zur dielektrischen Prüfung alternativer Stoßspannungen 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.
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.
Referenz:
[1] IEC439-1 Niederspannungs-Schalt- und Steuergeräte – Teil I: Typprüfung und Teiltypprüfung der kompletten Ausrüstung [s].
Iec890 prüft den Temperaturanstieg von Niederspannungsschaltanlagen und -steuergeräten mithilfe einiger Typprüfsätze durch Extrapolationsmethode.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. Februar 2023