Tuleja (elektryczna) - Bushing (electrical)
W energię elektryczną , A tuleja jest wydrążonym elektryczny izolator , który umożliwia przewodu elektrycznego, która bezpiecznie przejść przez barierę przewodzącego, takiego jak w przypadku transformatora lub wyłącznika bez kontaktu elektrycznego z nią. Tuleje są zazwyczaj wykonane z porcelany ; chociaż stosowane są również inne materiały izolacyjne.
Wyjaśnienie
Wszystkie materiały przenoszące ładunek elektryczny wytwarzają pole elektryczne . Gdy przewód pod napięciem znajduje się w pobliżu materiału o potencjale ziemi, może tworzyć bardzo silne pola, zwłaszcza gdy linie pola są zmuszone ostro zakrzywiać się wokół uziemionego materiału. Tuleja kontroluje kształt i siłę pola oraz zmniejsza naprężenia elektryczne w materiale izolacyjnym.
Skraplacz tulei
Przepust musi być tak zaprojektowany, aby wytrzymać natężenie pola elektrycznego wytwarzanego w izolacji, gdy obecny jest jakikolwiek uziemiony materiał. Wraz ze wzrostem natężenia pola elektrycznego w izolacji mogą powstawać ścieżki upływu. Jeżeli energia ścieżki upływu pokona wytrzymałość dielektryczną izolacji, może to spowodować jej przebicie i umożliwienie przewodzenia energii elektrycznej do najbliższego uziemionego materiału, powodując spalenie i wyładowanie łukowe.
Typowa konstrukcja przepustu ma przewodnik, zwykle miedziany lub aluminiowy, czasami z innego materiału przewodzącego, otoczony izolacją, z wyjątkiem końcówek zaciskowych.
W przypadku szyn zbiorczych, zaciski przewodów podtrzymują szynę zbiorczą w jej miejscu. W przypadku przepustu, do izolacji zostanie również przymocowane urządzenie mocujące, aby utrzymać ją na swoim miejscu. Zazwyczaj punkt mocowania jest integralny lub otacza izolację na części izolowanej powierzchni. Izolowany materiał pomiędzy punktem mocowania a przewodem jest obszarem najbardziej obciążonym.
Konstrukcja każdego przepustu elektrycznego musi zapewniać, że wytrzymałość elektryczna izolowanego materiału jest w stanie wytrzymać przenikającą „energię elektryczną” przechodzącą przez przewodnik, przez wszelkie obszary o wysokim naprężeniu. Musi być również zdolny do wytrzymania trwałych, okazjonalnych i wyjątkowych momentów wysokiego napięcia, jak również normalnego napięcia wytrzymywanego podczas pracy ciągłej, ponieważ to napięcie kieruje i kontroluje rozwój ścieżek upływu, a nie prąd.
Izolowane przepusty mogą być instalowane zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz, a dobór izolacji będzie zależał od lokalizacji instalacji i obowiązku obsługi elektrycznej przepustu.
Aby przepust działał pomyślnie przez wiele lat, izolacja musi pozostać skuteczna zarówno pod względem składu, jak i kształtu projektu i będzie kluczowym czynnikiem jej przetrwania. Dlatego tuleje mogą się znacznie różnić zarówno pod względem materiału, jak i stylu wykonania.
Rodzaje
Izolacja porcelanowa
Najwcześniejsze projekty tulei wykorzystują porcelanę zarówno do zastosowań wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Porcelana była pierwotnie używana ze względu na jej właściwości nieprzepuszczalności wilgoci po uszczelnieniu wypalaną glazurą i niski koszt produkcji. Główną wadą porcelany jest to, że jej niewielka wartość rozszerzalności liniowej musi być skompensowana przez zastosowanie elastycznych uszczelek i znacznych łączników metalowych, z których oba stwarzają problemy produkcyjne i operacyjne.
Podstawowa tuleja porcelanowa to wydrążony porcelanowy kształt, który przechodzi przez otwór w ścianie lub metalowej obudowie, umożliwiając przejście przewodnika przez jego środek i połączenie na obu końcach z innym sprzętem. Przepusty tego typu są często wykonywane z wypalanej na mokro porcelany, która jest następnie glazurowana. W celu wyrównania gradientu potencjału elektrycznego wzdłuż przepustu można zastosować szkliwo półprzewodnikowe.
Wnętrze przepustów porcelanowych jest często wypełnione olejem, aby zapewnić dodatkową izolację, a przepusty tej konstrukcji są szeroko stosowane do 36 KV, gdzie dopuszczalne są wyższe wyładowania niezupełne.
Tam, gdzie zgodnie z normą IEC60137 wymagane jest wyładowanie niezupełne, przewody izolowane papierem i żywicą są używane w połączeniu z porcelaną, do nieogrzewanych zastosowań wewnętrznych i zewnętrznych.
Stosowanie przepustów izolowanych żywicą (polimer, polimer, kompozyt) do zastosowań wysokonapięciowych jest powszechne, chociaż większość przepustów wysokonapięciowych jest zwykle wykonana z impregnowanej żywicą izolacji papierowej wokół przewodu z porcelanowymi lub polimerowymi szopami pogodowymi, na zewnątrz i czasami do końca wewnętrznego.
Izolacja papierowa
Inną wczesną formą izolacji był papier, jednak papier jest higroskopijny i pochłania wilgoć, co jest szkodliwe i jest niekorzystne z powodu nieelastycznych konstrukcji liniowych. Technologia żywicy lanej dominuje w produktach izolowanych od lat 60-tych ze względu na elastyczność kształtu i wyższą wytrzymałość dielektryczną.
Zazwyczaj izolacja papierowa jest później impregnowana olejem (historycznie) lub częściej dzisiaj żywicą. W przypadku żywicy papier jest powlekany żywicą fenolową, aby stać się papierem wiązanym żywicą syntetyczną (SRBP), lub impregnowany po nawinięciu na sucho żywicami epoksydowymi, aby stać się papierem impregnowanym żywicą lub papierem impregnowanym żywicą epoksydową (RIP, ERIP).
Izolowane przepusty SRBP są zwykle używane do napięć około 72,5 kV. Jednak powyżej 12 kV istnieje potrzeba kontrolowania zewnętrznego pola elektrycznego i wyrównania wewnętrznego magazynu energii, który marginalizuje wytrzymałość dielektryczną izolacji papierowej.
Aby poprawić wydajność tulei izolowanych papierem, podczas procesu nawijania można włożyć folie metalowe. Działają one w celu stabilizacji generowanych pól elektrycznych, homogenizując energię wewnętrzną z wykorzystaniem efektu pojemności. Ta cecha spowodowała powstanie tulei kondensatora/kondensatora.
Tuleja skraplacza jest wykonana poprzez wprowadzenie bardzo cienkich warstw folii metalicznej do papieru podczas procesu nawijania. Włożone folie przewodzące wytwarzają efekt pojemnościowy, który bardziej równomiernie rozprasza energię elektryczną w izolowanym papierze i zmniejsza naprężenie pola elektrycznego między przewodem pod napięciem a dowolnym uziemionym materiałem.
Przepusty skraplacza wytwarzają pola naprężeń elektrycznych, które są znacznie słabsze wokół kołnierza mocującego niż konstrukcje bez folii, a w połączeniu z impregnacją żywicą wytwarzają przepusty, które mogą być z dużym powodzeniem stosowane przy napięciach roboczych powyżej miliona.
Izolacja z żywicy
Od 1965 roku materiały żywiczne są stosowane we wszystkich typach przepustów do najwyższych napięć. Elastyczność stosowania odlewanej formy izolacji zastąpiła izolację papierową w wielu obszarach produktów i zdominowała istniejący rynek izolowanych tulei.
Podobnie jak w przypadku izolacji papierowej, kontrola pól naprężeń elektrycznych pozostaje ważna. Izolacja żywiczna ma większą wytrzymałość dielektryczną niż papier i wymaga mniejszej kontroli naprężeń przy napięciach poniżej 25 kV. Jednak niektóre konstrukcje rozdzielnic kompaktowych i o wyższych wartościach znamionowych mają uziemione materiały bliżej przepustów niż w przeszłości, a konstrukcje te mogą wymagać ekranów kontroli naprężeń w przepustach żywicznych pracujących tak nisko, jak 12 kV Punkty mocowania są często zintegrowane z główną postacią żywicy, a obecnie mniej problemów z uziemionymi materiałami niż metalowe kołnierze stosowane w papierowych tulejach. Należy jednak zachować ostrożność w przypadku konstrukcji tulei izolowanych żywicą, w których stosuje się ekrany odlewane wewnętrznie, tak aby korzyści z kontroli pola naprężeń elektrycznych nie były niwelowane przez zwiększenie wyładowań niezupełnych spowodowanych trudnościami w usuwaniu mikropustek w żywicy wokół ekranów podczas odlewania proces. Konieczność wyeliminowania pustych przestrzeni w żywicy staje się bardziej wrażliwa wraz ze wzrostem napięcia i normalnym jest powrót do impregnowanej żywicą, foliowanej izolacji papierowej dla przepustów o napięciu znamionowym powyżej 72,5 kV.
Przepusty na małym transformatorze ferrorezonansowym
Przepusty na jednofazowym transformatorze rozdzielczym
Przepusty 20 kV na transformatorach i kablach
Przepusty 110 kV w ścianie budynku
Przepusty 110 kV i 220 kV
Przepusty na transformatorze 380 kV i połączeniu GIS
Przepust na transformatorze sieciowym 1 MV AEG, Niemcy, 1932
Awaria tulei
Przepusty czasami zawodzą z powodu częściowego rozładowania . Czasami jest to spowodowane powolną i postępującą degradacją izolacji przez wiele lat pracy pod napięciem; może to być jednak również gwałtowna degeneracja, która w ciągu kilku godzin niszczy dobry tuleję. Obecnie istnieje duże zainteresowanie branży elektroenergetycznej monitorowaniem stanu przepustów wysokiego napięcia. Jednak niektóre izolatory przepustowe uszkadzają się na wczesnym etapie eksploatacji z powodu awarii sterowania napięciem lub wykonywania niezbędnej konserwacji, podczas gdy inne odnoszą się do początkowych mechanizmów awarii wbudowanych w produkcji. Pogląd ten potwierdza mniejszość awarii przepustów na całym świecie.
Bibliografia
- Centralna Rada Wytwarzania Energii Elektrycznej (1982). Nowoczesna praktyka elektrowni . Pergamon. Numer ISBN 0-08-016436-6.
- IEC60137-2008, Raport techniczny BAIRA Q/T123-1952 Projektowanie przepustów i kondensatorów skraplacza sterowanego naprężeniami wysokiego napięcia, Raport techniczny BAIRA Q/T125-1952 Naprężenia w przepustach skraplacza wysokiego napięcia, BSEN 50180, 50181, 50386