Làm thế nào để chọn vật liệu cách điện thanh cái: Nhựa Epoxy, EPDM hoặc PTFE cho 35 kV?

Một thanh cái đã vượt qua bài kiểm tra định kỳ tại nhà máy vẫn có thể không hoạt động khi hợp chất cách điện không phù hợp với nhiệm vụ. Nhiệt độ là ví dụ rõ ràng nhất: vật đúc được định mức liên tục ở nhiệt độ 130 °C sẽ cứng lại và nứt trong nhà máy thép, trong khi thanh cái tương tự vẫn nằm thoải mái trong trạm biến áp trong nhiều thập kỷ. Việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt thanh cái là một bài tập phù hợp chứ không phải một bài tập mua sắm.

Câu trả lời ngắn gọn đầu tiên. Đối với 35 kV trở xuống, ba vật liệu bao gồm hầu hết mọi thanh cái hình ống cách nhiệt hoàn toàn dự án: đúc nhựa epoxy cho các hoạt động cứng nhắc, cơ khí cao; Cao su silicon EPDM dành cho các tuyến đường linh hoạt, ngoài trời và có độ rung cao; và PTFE dành cho các khu vực có nhiệt độ cao hoặc có tính ăn mòn hóa học. Độ dày của tường, khoảng cách đường rò và khoảng cách hỗ trợ sau đó được tính theo cấp điện áp, môi trường và dòng điện sự cố.

Bốn vật liệu cách nhiệt thanh cái bạn sẽ thực sự so sánh

Hầu hết các dự án đều đưa vào danh sách rút gọn hai hoặc ba lựa chọn dưới đây. Bảng này đưa ra những khác biệt thực tế; các ghi chú sau đó giải thích mỗi phần bị hỏng ở đâu.

Các giá trị so sánh điển hình; xác nhận số liệu cuối cùng dựa trên báo cáo thử nghiệm điển hình của nhà cung cấp.
Vật liệu cách nhiệt	Sử dụng điện áp điển hình	Nhiệt độ liên tục	Sức mạnh chính	Phù hợp nhất	Rủi ro chính
Nhựa epoxy đúc chân không	lên đến 35 kV	-40 đến 130°C	Độ cứng cơ học cao	Trạm biến áp, đường chạy dài, dòng điện sự cố cao	Khoảng trống hoặc vật đúc kém gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ; sửa chữa có nghĩa là thay thế
Cao su silicon EPDM	lên tới 40,5 kV	-50 đến 150°C	Linh hoạt, chống tia cực tím và ozon	Tháp gió, địa điểm ven biển, công trình rung	Độ cứng thấp hơn; cần khoảng cách hỗ trợ gần hơn
PTFE	lên đến 35 kV and above	-60 đến 260°C	Trơ về mặt hóa học, hằng số điện môi thấp	Nhà máy hóa chất, khu vực lò đốt, không gian chật hẹp	Chi phí cao nhất; dòng chảy lạnh dưới kẹp
Co nhiệt, PE hoặc PVC	chủ yếu lên tới 1 kV	-20 đến 105°C	Chi phí thấp, lắp đặt nhanh chóng	Thanh cái và bảng điều khiển điện áp thấp	Khả năng chống theo dõi ngoài trời yếu

Đúc nhựa epoxy: mặc định cho các hoạt động cứng nhắc

Nhựa epoxy đúc chân không là đặc tính cách nhiệt của thanh cái dạng ống. Dây dẫn được đặt ở giữa trong một khuôn, nhựa được đúc trong chân không để loại bỏ các khoảng trống và kết quả là tạo ra một lớp vỏ cứng, tự đỡ với các đặc tính cơ học chắc chắn, điều này rất quan trọng khi lực ngắn mạch được đo bằng kilo-newton. Các giới hạn của nó đều rõ ràng như nhau: chu kỳ nhiệt trên khoảng 130 °C, thực hành đúc kém dẫn đến phóng điện một phần và việc sửa chữa thường có nghĩa là thay thế toàn bộ phần. Kiểm soát quy trình quyết định nhiều hơn bảng dữ liệu phức hợp.

Thanh cái hình ống bằng nhựa Epoxy đúc chân không Thanh cái hình ống epoxy đúc chân không cách nhiệt hoàn toàn để truyền tải điện, có kết cấu đúc cứng và che chắn cho các hệ thống lắp đặt cần độ bền cơ học. Xem sản phẩm →

Cấp điện áp đặt độ dày cách điện tối thiểu

Điện áp xác định hai con số mà người mua thường nhầm lẫn: độ bền điện môi và khoảng cách đường rò. Độ bền điện môi là đặc tính vật liệu được đo bằng kV/mm; đường rò là một quyết định hình học được đo bằng milimét giữa các pha và đất. Trong nhà và khô ráo, đường rò hiếm khi là yếu tố hạn chế. Trên bờ biển, nơi có bụi hoặc nơi có độ ẩm cao, điều này thường xảy ra.

Lên đến 1 kV: đường dẫn và thanh cái. Vật liệu cách nhiệt ép đùn hoặc co nhiệt là bình thường, và phòng chuyển mạch ẩm ướt cộng với hư hỏng lắp đặt gây ra hầu hết các hư hỏng.
3 kV đến 35 kV: epoxy đúc, cao su EPDM và PTFE đều được sử dụng. Mức độ ô nhiễm và độ cao đẩy yêu cầu về đường leo lên cao.
Trên 35 kV: vỏ composite và khe hở không khí rộng rãi chiếm ưu thế, bán kính dây dẫn và lớp hoàn thiện bề mặt cũng quan trọng như vật liệu cách nhiệt.

Như một con số quy hoạch, cho phép khoảng 20 đến 30 mm đường dây trên mỗi kV trong nhà và nhiều hơn đáng kể trong môi trường ô nhiễm hoặc ven biển, sau đó xác nhận theo tiêu chuẩn hiện hành thay vì theo quy tắc chung.

Môi trường và cài đặt quyết định nhiều hơn bảng dữ liệu

Hai thanh cái có cùng mức điện áp có thể cần các vật liệu khác nhau do vị trí đặt và cách chúng được đỡ.

Các tuyến đường ngoài trời, ven biển và rung

Cao su silicon EPDM thường là câu trả lời thiết thực ở đây. Nó vẫn linh hoạt trong khoảng -50 °C đến 150 °C, chống tia cực tím và ozon, đồng thời chịu được độ lệch mà tháp gió hoặc giàn đường sắt gây ra khi chạy cố định. Chiều dài dễ vận chuyển hơn vì lớp cách nhiệt uốn cong xung quanh các hạn chế vận chuyển. Sự đánh đổi là độ cứng: các thanh cái cách điện bằng silicone cần khoảng cách đỡ gần hơn so với epoxy đúc và các kẹp không được kẹp vào cao su.

Thanh cái hình ống cao su silicon EPDM Thanh cái hình ống điện áp cao linh hoạt có lớp cách điện và tấm chắn bằng cao su EPDM đồng đùn, phù hợp với các tuyến đường ngoài trời nơi có khả năng chống chịu chuyển động và thời tiết quan trọng. Xem sản phẩm →

Phòng chuyển mạch trong nhà

Epoxy đúc thường có tác dụng tốt trong nhà vì lý do cơ học, nhưng hiện tượng ngưng tụ và sâu bọ vẫn còn ảnh hưởng. Kiểm tra xem vỏ bọc có được bịt kín hay không và hệ số đường rò được tính toán cho phòng khô hay phòng ẩm ướt, bởi vì thiết kế tốt ở phòng này thường không phù hợp ở phòng kia.

Nhiệt độ cao và nhiệm vụ hóa học: Nơi mà PTFE kiếm được giá

PTFE trở thành lựa chọn khả thi duy nhất ở nhiệt độ liên tục trên khoảng 150°C, trong đó epoxy và hầu hết các loại cao su bị lão hóa nhanh chóng và trong các nhà máy nơi sương mù axit hoặc hơi dung môi tấn công các polyme khác. Hằng số điện môi khoảng 2,1 của nó cũng giữ cho điện dung ở mức thấp, điều này quan trọng trong một số mạch đo lường và mạch biến tần.

Chi phí là có thật: thanh cái cách điện bằng PTFE có thể đắt gấp nhiều lần so với nhựa epoxy tương đương và dòng chảy lạnh của PTFE dưới áp suất kẹp được duy trì, do đó thiết kế hỗ trợ phải trải tải thay vì tập trung. Nếu công suất chỉ cao hơn 150°C một chút, hãy kiểm tra xem thông gió tốt hơn hay sử dụng đường khác có rẻ hơn so với việc chuyển đổi vật liệu hay không. Nếu thực sự không phải vậy, hãy xem lại chi tiết cấu trúc của một Thanh cái hình ống PTFE trước khi bạn chỉ định.

PTFE Film-Wound Tubular Bus Bar for Extreme Environments

Thanh cái dạng ống quấn màng PTFE cho môi trường khắc nghiệt Thanh cái hình ống PTFE được cách nhiệt hoàn toàn với màng bọc cách nhiệt, màn chắn điện dung và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao đáp ứng yêu cầu định tuyến điện áp cao. Xem sản phẩm →

Đọc dữ liệu thử nghiệm: Năm con số quan trọng

Độ bền điện môi tính bằng kV/mm, hữu ích cho việc tính toán độ dày, nhưng chỉ có ý nghĩa khi mẫu không có khoảng trống.
Chỉ số theo dõi so sánh, khả năng chống theo dõi bề mặt khi bị ô nhiễm. Giá trị trên 600 V là phổ biến đối với dịch vụ ngoài trời và bị ô nhiễm.
Chỉ số nhiệt tương đối, nhiệt độ lâu dài mà vật liệu chịu được. Yêu cầu RTI, không phải con số độ lệch nhiệt ngắn hạn.
Đánh giá khả năng cháy và kết quả dây phát sáng, phù hợp trong đường hầm, nhà ga và tòa nhà thương mại nơi quy định tải trọng cháy.
Phóng điện cục bộ trong pC, chỉ số tốt nhất về chất lượng vật đúc. Đúc chân không có kiểm soát giữ giá trị ở mức thấp ở mức 1,5 lần điện áp định mức.

Cũng tách biệt các bài kiểm tra loại khỏi các bài kiểm tra thông thường. Báo cáo thử nghiệm điển hình chứng minh thiết kế; kiểm tra thường xuyên chứng minh đơn vị cá nhân. Cả hai đều phải có sẵn trước khi giao hàng và cả hai đều phải tham khảo cùng một tiêu chuẩn.

Lỗi hiện tại và khoảng cách hỗ trợ

Lực ngắn mạch tỷ lệ với bình phương của dòng điện cực đại, do đó, sự cố 50 kA tạo ra lực gấp khoảng 100 lần so với sự cố 5 kA. Cách điện đủ tốt vẫn có thể bị hỏng về mặt cơ học khi khoảng cách hỗ trợ quá rộng, đặc biệt là với vật liệu cách nhiệt bằng cao su dẻo.

Yêu cầu khoảng cách hỗ trợ cho phép ở mức lỗi thiết kế và tự kiểm tra các hỗ trợ: kích thước ren chèn, vật liệu chèn và độ rò rỉ trên bề mặt hỗ trợ. Một miếng đệm bằng đồng thau có khả năng chống tước ren tốt hơn thép nhẹ và các khối đỡ nhiều cực giữ khoảng cách pha chính xác hơn so với các chất cách điện độc lập riêng lẻ trong thời gian dài.

Rủi ro về chi phí, thời gian thực hiện và mua sắm

Vật liệu cách nhiệt thường chiếm một phần lớn chi phí của phần thanh cái được cách nhiệt hoàn toàn, do đó việc lựa chọn vật liệu sẽ tác động đến ngân sách nhiều hơn hầu hết người mua mong đợi. Ba rủi ro đáng được định giá:

Thay thế loại hợp chất, vì hai trích dẫn đều có thể nói "nhựa epoxy" trong khi một trích dẫn sử dụng công thức có RTI thấp hơn nhiều.
Độ dày thành ống quá nhỏ, biểu hiện dưới dạng phóng điện cục bộ chứ không phải hỏng hóc ngay lập tức.
Thời gian sản xuất PTFE dài do kho chứa fluoropolymer đặc biệt có thể kéo dài thêm vài tuần so với ngày vận hành cố định.

Yêu cầu cấp độ phức hợp, tài liệu tham khảo về bài kiểm tra điển hình và báo cáo kiểm tra định kỳ trên báo giá, không phải sau khi đặt hàng.

Trình tự lựa chọn thực tế

Cố định điện áp hệ thống, nhiệt độ môi trường liên tục cao nhất và dòng điện sự cố thiết kế.
Xác định môi trường: trong nhà hoặc ngoài trời, mức độ ô nhiễm, tiếp xúc với muối hoặc hóa chất, độ cao, ngưng tụ.
Quyết định cứng nhắc hay linh hoạt, dựa trên chiều dài tuyến đường, độ rung và các điểm hỗ trợ sẵn có.
Liệt kê hai vật liệu, sau đó so sánh khoảng cách đường rò, RTI và CTI ở nhiệm vụ thực tế của bạn.
Kiểm tra hệ thống đỡ, chèn vật liệu và khoảng cách cho phép so với mức độ lỗi.
Xác nhận các bài kiểm tra loại, bài kiểm tra định kỳ và cấp ghép bằng văn bản trước khi đặt hàng.

Câu hỏi thường gặp

Tôi có thể sử dụng nhựa epoxy cách nhiệt ngoài trời không?

Đúng. Epoxy đúc chân không được sử dụng rộng rãi ngoài trời với điện áp lên tới 35 kV, với điều kiện khoảng cách đường rò phù hợp với mức độ ô nhiễm và bề mặt thoát nước. UV hiếm khi là yếu tố hạn chế; ô nhiễm và chu kỳ nhiệt là.

Cao su silicone cách nhiệt có yếu hơn epoxy không?

Nó mềm hơn, không yếu hơn về mặt điện. Sự khác biệt xuất hiện về mặt cơ học, bởi vì các thanh cái cách điện bằng silicon sẽ bị lệch nhiều hơn dưới lực đứt gãy và cần khoảng cách đỡ gần hơn.

Vật liệu cách nhiệt thêm vào chi phí bao nhiêu?

Mong đợi một sự lây lan rộng rãi. Co nhiệt là rẻ nhất, epoxy đúc nằm ở giữa, và PTFE có thể gấp nhiều lần so với epoxy cho cùng một chiều dài. Trên 150°C liên tục, sự so sánh thực tế là giữa PTFE và thiết kế lại tuyến đường.

Tài liệu hữu ích nhất để yêu cầu là gì?

Báo cáo thử nghiệm điển hình cho cùng loại thiết kế và cấp cách điện, có giá trị phóng điện cục bộ ở 1,5 lần điện áp danh định. Nó nói nhiều hơn về độ tin cậy lâu dài hơn bất kỳ bảng dữ liệu nào.

Việc lựa chọn vật liệu cách điện thanh cái phụ thuộc vào bốn yếu tố đầu vào: điện áp, nhiệt độ, môi trường và dòng điện sự cố. Hãy so sánh chúng, xác minh chúng bằng dữ liệu kiểm tra loại và chỉ định loại kết hợp bằng văn bản. Vật liệu có vẻ rẻ nhất trên báo giá hiếm khi là vật liệu có thể tồn tại sau 20 năm chu trình nhiệt.