Isolert kryssing

En isolert bøssing ( Bushing på engelsk, Durchführung på tysk) er en elektrisk komponent nær en isolator "som brukes til å føre en eller flere ledere gjennom en vegg, for eksempel en vegg eller en tank ved å isolere lederen (e) fra denne veggen. " De finnes også på transformatorene og GIS for å isolere lederne derimellom. De kan nå spenninger på 1200 kV i vekselstrøm og 800 kV i likestrøm . De er laget i en kapasitiv struktur og utenfor en isolator for å unngå elektriske buer på overflaten.

Historie

De første bøssingene ble opprettet med de første transformatorene i 1890. Bøssingene som påvirket det elektriske feltet ble oppfunnet i 1908 av Westinghouse . Samme år ASEA (nå ABB ) utviklet lignende teknologi. Teknologien til oljeimpregnert papir dateres tilbake til 1920-tallet, den fra harpiksimpregnert papir fra 1950-tallet.

Prinsipp

Innledende problem

Anta at vi krysser en vegg med en enkel klassisk isolator (se diagram). På overflaten av denne i den ene enden har vi potensialet U, i sentrum et nullpotensial. Siden overflatekapasitansen er høyere enn kapasitansen over isolasjonen, oppnås følgende spenningsfordeling:

Det elektriske feltet er mye høyere i midten av bøssingen enn i endene (feltet er avledet av spenningen). Hvis denne verdien overstiger den dielektriske styrkeverdien til det isolerende materialet, fører dette til delvis utladninger , eller til og med til en feil derav. Det er derfor nødvendig å redusere den tangentielle komponenten i det elektriske feltet på dette nivået, for å fordele det bedre slik at sidene er mer begrensede og sentrum mindre. Kapasitive elementer føres inn i bøssingen for å påvirke det elektriske feltet.

Løsning

Innføringen av konsentriske aluminiumsfolier i isolasjonen gjør det mulig å endre kapasitiv oppførsel til sistnevnte. Aluminiumsarkene danner faktisk kapasitanser mellom dem, ved å spille på avstandene og lengdene, kan det elektriske feltet på veggenivået påvirkes .

Eller aluminiumsplater rullet opp sylindrisk rundt lederen. Ved å bruke Gauss teorem kan vi enkelt demonstrere at verdien av kapasitansen dannet av to aluminiumsplater skilt av isolasjon er:

{\ displaystyle C = {\ frac {2 \ epsilon \ pi l} {\ ln ({\ frac {r_ {ext}} {r_ {int}}})}}

Hvor er den dielektriske permittiviteten til isolatoren, radiusen til den ytre sylinderen, radiusen til den indre sylinderen og l den minste lengden. $\ epsilon$ ${\ displaystyle r_ {ext}}$ ${\ displaystyle r_ {int}}$

For å ha et konstant radielt elektrisk felt, er det nødvendig at alle kondensatorene parallelt har en konstant verdi. Vi oppnår derfor ved å nummerere aluminiumsarkene som begynner med den nærmeste lederen mot utsiden:

{\ displaystyle C = {\ frac {2 \ epsilon \ pi l_ {2}} {\ ln ({\ frac {r_ {2}} {r_ {1}}})}} = {\ frac {2 \ epsilon \ pi l_ {3}} {\ ln ({\ frac {r_ {3}} {r_ {2}}})}} = {\ frac {2 \ epsilon \ pi l_ {i + 1}} {\ ln ({\ frac {r_ {i + 1}} {r_ {i}}})}}

Og ved å forenkle:

{\ displaystyle {\ frac {l_ {2}} {\ ln ({\ frac {r_ {2}} {r_ {1}}})}} = {\ frac {l_ {3}} {\ ln ({ \ frac {r_ {3}} {r_ {2}}}}} = {\ frac {l_ {i + 1}} {\ ln ({\ frac {r_ {i + 1}} {r_ {i} }})}}}

Konstruksjon

Lederen er under høy spenning, veggen har null potensial (eller referansepotensial), så de må flyttes langt nok unna for å unngå elektrisk utladning mellom de to, enten det er i isolasjonen (midt i krysset) eller fra utenfor på overflaten. Hvis innendørs å vite avstanden i luft er tilstrekkelig for å bestemme lengden på isolatoren, kan fuktighet og forurensning av isolatoren utendørs skape en ledende bane på overflaten. For å unngå dette økes lengden på isolatorens kontur ved hjelp av finner tilpasset miljøet man møter.

Isolasjonsteknologi

Tre teknologier eksisterer: olje- impregnerte papir (OIP) foringer, harpiks- belagt papir (RBP) foringer og plastimpregnerte papir (RIP) foringer. I tillegg kan foringene utformes for å installeres utendørs eller innendørs. I alle tre tilfeller karakteriserer et lavt nivå av delvis utslipp god isolasjon.

Laget av oljeimpregnert papir

Dette er den historiske teknologien, en stripe papir og aluminiumsfolier vikles vekselvis rundt lederen med forskjellig tykkelse. Aluminiumsfoliene danner kondensatorens ledere, papirene isolerer det. Deretter blir papiret impregnert med olje, dvs. oppvarmet under vakuum i et oljebad, og luftboblene i papiret blir således drevet ut og erstattet av olje som har høy dielektrisk styrke.

Harpiksbelagt papir

Lederen er belagt i en blanding av fenoplast og papir. Deres høye nivå av delvis utladning begrenser dem til lave spenninger.

Harpiksimpregnert papir

Det er den dominerende teknologien i disse dager. Den bruker epoxy i stedet for olje til impregnering av papiret, det hele varmes opp under vakuum på samme måte som i OIP-teknologi. Som et resultat er isolasjonen solid i motsetning til OIP væskeisolasjon. Fordelen med denne teknologien er først og fremst fraværet av olje; risikoen for lekkasje, forurensning og brann elimineres derfor. Gjennomføringen forsegles deretter fullstendig, noe som forhindrer at fuktighet kommer inn.

Ekstra isolasjon

For meget høyspenningsbøsninger er isolasjonen som påvirker feltet mye kortere enn den totale lengden på isolatoren. For å isolere rommet mellom denne isolatoren og lederen bruker vi generelt SF6 under trykk i stedet for luften.

I andre varianter er SF 6 begrenset til delen nær bindingen.

Tidligere ble denne rollen ofte spilt av mineralolje . Imidlertid har denne mangelen på å kunne tenne eller flykte.

Isolering

Isolatorene kan være laget av porselen eller av silikon. Sistnevnte er lettere og har bedre hydrofobe egenskaper , noe som er nyttig for effektiv beskyttelse av komponenten i fuktige eller sterkt forurensede klimaer. I tillegg har de ikke mangelen på porselenisolatorer hvis skjær danner farlige prosjektiler i tilfelle feil.

Karakteristiske mengder

Merkestrøm
Høyeste spenning for materiale

Beskyttelse og overvåking

Isolerte kryssinger er skjøre elementer. Feil kan raskt føre til brann både på selve bøssingen, men også til transformatoren. Dette blir fylt med olje, konsekvensene kan være katastrofale. Økt overvåking av kryssinger er derfor nødvendig. For dette blir oljenivået vanligvis indikert med en peilepinne. Videre utføres måling av tapsfaktoren, som gjør det mulig å bestemme kvaliteten på den elektriske isolasjonen kontinuerlig på moderne foringer. Denne verdien er som en påminnelse forholdet mellom resistiv strøm og kapasitiv strøm i isolasjonen, idet idealet er en ren kapasitiv isolasjon. ${\ displaystyle tan (\ delta)}$

Gjeldende standarder

IEC 60137: Isolerte bøsninger for vekselspenninger over 1000 V , versjon 2008.

Produsenter

Hochspannungsgeräte GmbH kjent som “HSP” , en tysk produsent i Troisdorf . I 2011 sysselsatte den 257 ansatte. I 2009 var det 100% eid av Siemens .
ABB, sveitsisk-svensk produsent, siden 1908 for det svenske datterselskapet. Det gamle navnet på det sveitsiske datterselskapet var Micafil.
Passoni & Villa, italiensk produsent som tilhører Alstom .
" Trench " , produsent som tilhører Siemens-gruppen.
MGC Moser-Glaser AG, uavhengig byggmester siden 1914, oppfinner av RIP-isolasjon.

For kabelforbindelsene er det nødvendig å legge til:

Pfisterer, tysk produsent.
Nexans , fransk produsent.

Eksterne linker

(en) " HSP site " (konsultert 27. mars 2012 )
(no) " ABB site on crossings " (konsultert 27. mars 2012 )
(en) " Exposé sur les traversées " (konsultert 27. mars 2012 )
(no) " Produksjon av kryssinger " (konsultert 27. mars 2012 )

Bibliografi

Michel Aguet og Michel Ianoz , Haute spanning , vol. XXII, Lausanne, Presses polytechniques et universitaire romandes, koll. "Strømavtale",2004, 425 s. ( ISBN 2-88074-482-2 , leses online ) , s. 135
(en) Keith Ellis , bøssinger for transformatorer: En håndbok for kraftingeniører, Bloomingtown, Authorhouse,2011, 116 s. ( ISBN 978-1-4634-4278-1 , les online )
(de) Andreas Kuechler , Hochspannungstechnik, Grundlagen, Technologie, Anwendungen , Berlin, Springer,2005, 543 s. ( ISBN 3-540-21411-9 ) , s. 435-440

Referanser

IEC 60137, punkt 3.1, versjon 2008
Kuechler 2005 , s. 435
(in) " History of HSP " ( Arkiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Hva skal jeg gjøre? ) (Besøkt 27. mars 2012 )
Ellis 2011 , s. 1
Ellis 2011 , s. 17
Kuechler 2005 , s. 431
Kuechler 2005 , s. 437
Kuechler 2005 , s. 3
Kuechler 2005 , s. 439
Ellis 2011 , s. 15
IEC 60137, punkt 9.4, versjon 2008
(no) " Antall HSP-ansatte " ( Arkiv • Wikiwix • Archive.is • Google • Hva skal jeg gjøre? ) (Besøkt 27. mars 2012 )
(no) “ ABB Brochure ” [ arkiv av15. desember 2010] (åpnet 28. mars 2012 )
(in) " Kryssing ved bruk av SF6 som hovedisolasjon " (besøkt 27. mars 2012 )
(De) " GSETFt-brosjyre, se side 5 " , på HSP (åpnet 7. februar 2014 )
IEC 60137, klausul 3.24, versjon 2008
IEC 60137, klausul 3.22, versjon 2008
(in) Moderne teknikker for beskyttelse, styring og overvåking av transformatorer , CIGRE, gruppe B5.05,juni 2011, kap. 463, s. 97 og 101
(in) " Liste over datterselskaper til Siemens 2009 " (åpnet 27. mars 2012 )
(in) " Micafil Site " (åpnet 27. mars 2012 )