Kako izolator niskog napona štiti električnu opremu?

Dielektrična čvrstoća i krutost materijala: Osnovni mehanizmi zaštite niskonaponskog izolatora

Kako dielektrična čvrstoća sprečava električni kvar u uvjetima niskog napona

Dielektrna čvrstoća materijala, mjerena u kilovoltima po milimetr (kV/mm), govori nam koliko električnog polja izolacijski materijal može podnijeti prije nego što se potpuno raspadne. Za krugove koji rade na niskim naponima ispod 1 kV, materijali s visokim dielektričnim svojstvima najbolje rade. Keramika obično ima čvrstoću između 12 i 20 kV/mm, dok stakleni ojačani plastični materijali imaju čvrstoću između 10 i 15 kV/mm. Ti materijali stvaraju dobar tampon protiv električnih struja, čak i kada postoje nagli skokovi napona koji dosežu oko 150% normalnih razina prema standardima poput IEC 60664-1. Vlaga predstavlja pravi problem. Vlaga može smanjiti učinkovitost ovih izolatora za 15 do 30%, posebno u materijalima s malenim pore. Zato inženjeri često određuju površinski zapečaćene kompozitne materijale za pouzdanu dugoročnu učinkovitost. Kada izolacija propadne zbog nedovoljne otpornosti, dolazi do opasnog praćenja. To stvara putove ugljika na površini materijala koji nikada ne nestaju, postupno uništavajući zaštitne osobine izolacije s vremenom.

Zašto mehanička krutost osigurava dugoročnu stabilnost u toplotnom ciklusu i vibracijama

Mehanska krutost komponenti igra ključnu ulogu u sprečavanju postupnog oštećenja uzrokovanog toplinskim napomenama i vibracijama, koje su glavni uzrok kvarova izolacije. Kad se materijali toplinski okreću pri promjenama temperature većim od 50 stupnjeva Celzijusa, oni se stalno šire i skupljaju, stvarajući sitne pukotine koje polako uništavaju njihova električna svojstva. Čvrsti kompozitni materijali poput mineralnih epoxija koji imaju koeficijent toplinske dilatacije ispod 30 dijelova na milijun na stupnjev Celzijusa ostaju dimenzionalno stabilni i sprečavaju daljnje širenje pukotina. Otpornost na vibracije jednako je važna, posebno za opremu testiranu prema normama kao što je IEC 60068-2-6. Industrijska okruženja često imaju posla s vibracijama između 5 i 200 hertza, ali čvrsti dizajni mogu nositi ubrzanja do 10 G sila bez savijanja ili deformacije, održavajući sigurne udaljenosti puzanja i ukupnu strukturnu čvrstoću. Komponente izgrađene na ovaj način obično traju mnogo duže od 100.000 radnih ciklusa čak i u teškim uvjetima koji se nalaze u centrima za upravljanje motorima u proizvodnim pogonima.

Izlazni sustav za izolaciju: kontrola puzanja, prolaska i curenja u niskonaponskom izolatoru

Optimiziranje udaljenosti od puzanja kako bi se oduprili površinskom praćenju u vlažnom ili zagađenom okruženju

Udaljenost puzanja odnosi se na najkraći put preko površine izolatora gdje bi struja mogla putovati. Ovo mjerenje je vrlo važno kada se pokušava spriječiti probleme s praćenjem površine na mjestima koja su vlažna ili prljava. Kada se sol iz obalnih područja pomiješa s prašinom i kemikalijama, te tvari stvaraju provodljive folije na površinama. U vrlo vlažnim uvjetima, to može značajno povećati struje curenja, ponekad i više od 60%. Zato industrijske smjernice određuju određene minimalne udaljenosti za puzanje. Za uobičajena okruženja, obično vidimo preporuke oko 20 do 25 mm po kilovolt. Ali ako je područje teško zagađeno, ti brojevi skoče na oko 31 do 40 mm po kilovolt. Proizvođači često dizajniraju komponente s rebrenim ili valjanim površinama kako bi produžili ovaj put i spriječili kontaminante da stvaraju mostove. Neki materijali, kao što je silikonska guma, imaju svojstva koja zapravo odbijaju vagu, što ih čini posebno dobrim izborom za niskonaponsku opremu koja se koristi na otvorenom ili u industrijskim okruženjima gdje je izloženost oštrim elementima neizbježna.

Klirens vs. pucanje: Kako oba parametra zajedno sprečavaju prekretanje i curenje curenja

U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, "izravni prostor" znači prostor koji je otvoren za upotrebu u električnim sustavima. Čistoća se odnosi na minimalnu udaljenost kroz zrak između provodnih dijelova, dok je puzanje najkraća udaljenost duž površine izolacijskog materijala. Ove udaljenosti su važne jer razmak sprečava iskre da skaču kroz praznine kada se naponi povećaju, a puzanje sprečava struju da putuje uz kontaminirane površine poput onih prekrivenih prašinom ili vlažnom. Uzmimo sistem koji radi na 600 volti na primjer. Ako ovlaštenje nije dovoljno, odmah ćemo dobiti opasne bljeskove. Nepostojanje dovoljno puze vodi do nečeg gore s vremenom iako se tragovi ugljika polako grade dok ne stvore provodnu stazu. Većina industrijskih standarda zahtijeva oko 5 do 8 milimetara razmak i oko 15 milimetara puzanja za svaki kilovolt. Praktično iskustvo pokazuje da ispravno mjerenje oba sustava smanjuje slučajeve kratkog spoja za otprilike tri četvrtine u vlažnim uvjetima. Ovaj pristup dvostruke zaštite zaista čini razliku kada je riječ o održavanju pouzdane izolacije niskog napona u stvarnim uvjetima.

Tipi izolatora niske napetosti specifični za primjenu i njihove zaštitne funkcije

Niskonaponski izolatori su dizajnirani za precizna radna okruženja kako bi se spriječili električni kvarovi. Različite vrste izolatora rješavaju jedinstvene izazove u različitim primjenama, osiguravajući pouzdanu zaštitu opreme kroz specijalizirane dizajne.

Izolacijski materijali za blokiranje: izolacija živih dijelova u prekidačima i upravljačkim plocama

Izolacijski elementi služe kao fizičke barijere između žičnih žica i uzemljenih dijelova unutar prekidača i upravljačkih ploča. Ove duge keramičke ili polimerske komponente stvaraju potrebne prostorne praznine koje zaustavljaju opasne lukove kada se naponi neočekivano povećaju. Većina konstrukcija za odbijanje može nositi temperature koje dosežu oko 120 stupnjeva Celzijusa bez kvarenja. Također zaustavljaju neželjeno curenje struje i ostaju čvrsti čak i kada su izloženi snažnim snagama kratkog spoja. Ta snaga je jako važna jer drži provodnike na mjestu unatoč vibracijama ili jakim magnetnim impulsima koji bi ih inače mogli izbaciti iz položaja. Dodatna stabilnost znači manje šanse za nenamjerne kontakte u tim gužvama kontrolnih ploča gdje je prostor na premiji.

U skladu s člankom 3. stavkom 2.

Izolacije koje se koriste u solarnim kombinatorima moraju se nositi s nekim prilično specifičnim izazovima povezanim s fotonapetostnim sustavima. Razmislite o stvarima poput stalnog izlaganja UV zraku, dramatičnih promjena temperature od dana do noći i sve one vlažnosti koja se nakuplja kada se formira rosa. Zato vidimo prilagođene izolatore s posebnim hidrofobnim silikonskim premazom. Ovi premazi uglavnom odbijaju vodu i sprečavaju lepljenje prašine, što pomaže da se održava dobar otpor na struju čak i nakon što je mjesecima vani. Sam dizajn je također zanimljiv - ova rebra na površini zapravo stvaraju oko 40% više udaljenosti od običnih glatkih dizajna. Ovaj dodatni prostor između provodnih dijelova čini puno teže za djelomične pražnjenja da se pokrenu, nešto što može dovesti do većih problema niz put. Kada se direktni voditelji pravilno zakapsule, izbjegavaju stvaranje onih dosadnih putanja zbog rose. Terenska istraživanja pokazuju da oko 23% kvara kombinatora dolazi upravo iz ovakvih problema. A govoreći o mjerama performansi, ti specijalizirani izolatori održavaju otpornost izolacije iznad 1000 megaohm čak i kroz ponavljajuće cikluse grijanja i hlađenja.

U slučaju da se ne uspije osigurati sigurnost, potrebno je osigurati da se ne dovode u pitanje uvjeti.

Razumijevanje načina kvarova u izolatorima niskog napona ključno je za održavanje pouzdanosti električnog sustava. Zajednička pitanja uključuju:

• Praćenje površine , izazvano vlažnošću ili kontaminantima, stvara vodljive ugljeničene puteve koji omogućuju uporne struje curenja i progresivnu degradaciju izolacije
• Mehanske frakture , izazvane toplotnim ciklusom ili vibracijama, ugrožavaju strukturni kontinuitet i ubrzavaju dielektrični raspad
• Djelomično pražnjenje , pojavljujući se u šupljinama ili na interfejsima, erodira materijal na mikroskopskoj razini kroz ponavljajuće lokalizirane lukove

Kada ovi mehanizmi otkažu, sve opreme u potoku izlaze opasnosti od kratkog spoja, opasnih lukova, pa čak i požara koji ugrožavaju radnike i potpuno ometaju poslovanje. Ako se izolacijski materijali počnu raspadati i nitko to ne primijeti, problemi se obično šire po cijelom sustavu, što dovodi do neočekivanih prekida rada i skupih popravaka. Prema izvješćima industrije, oko 35% ili više problema s prekidačima u tvornicama dolazi od problema s izolacijom. Zato je odabir pravih izolacija toliko važan. Tražite one koje odgovaraju tome u kakvom će okruženju raditi, u razini onečišćenja, ekstremnim temperaturama, koliko vibracija postoji itd.