В электроэнергетике ввод — это полый электрический изолятор , который позволяет электрическому проводнику безопасно проходить через проводящий барьер, такой как корпус трансформатора или автоматического выключателя, не создавая с ним электрического контакта. Вводы обычно изготавливаются из фарфора , хотя используются и другие изоляционные материалы.
Все материалы, несущие электрический заряд, генерируют электрическое поле . Когда заряженный проводник находится вблизи материала с потенциалом земли, он может образовывать очень высокие напряженности поля, особенно там, где линии поля вынуждены резко изгибаться вокруг заземленного материала. Втулка контролирует форму и напряженность поля и снижает электрические напряжения в изоляционном материале.
Ввод должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать напряженность электрического поля, создаваемую в изоляции, когда присутствует любой заземленный материал. По мере увеличения напряженности электрического поля в изоляции могут образовываться пути утечки. Если энергия пути утечки превысит диэлектрическую прочность изоляции, она может пробить изоляцию и позволить электрической энергии перейти к ближайшему заземленному материалу, вызывая возгорание и искрение.
Типичная конструкция ввода имеет проводник, обычно из меди или алюминия, иногда из другого проводящего материала, окруженный изоляцией, за исключением концов выводов.
В случае с шиной клеммы проводника будут поддерживать шину в ее положении. В случае с проходным изолятором фиксирующее устройство также будет прикреплено к изоляции, чтобы удерживать ее в своем положении. Обычно точка фиксации является неотъемлемой или окружает изоляцию над частью изолированной поверхности. Изолированный материал между точкой фиксации и проводником является наиболее нагруженной областью.
Конструкция любого электрического ввода должна гарантировать, что электрическая прочность изолированного материала способна выдерживать проникающую «электрическую энергию», проходящую через проводник, через любые высоконапряженные области. Он также должен быть способен выдерживать случайные и исключительные моменты высокого напряжения, а также нормальное постоянное рабочее выдерживаемое напряжение, поскольку именно напряжение направляет и контролирует развитие путей утечки, а не ток.
Изолированные вводы могут устанавливаться как внутри, так и снаружи помещения, а выбор изоляции будет определяться местом установки и электрическими характеристиками ввода.
Для того, чтобы проходной изолятор успешно работал в течение многих лет, изоляция должна оставаться эффективной как по составу, так и по форме конструкции, и это будет ключевым фактором его выживаемости. Поэтому проходные изоляторы могут значительно различаться как по материалу, так и по стилю конструкции.
Самые ранние конструкции втулок используют фарфор как для внутреннего, так и для наружного применения. Первоначально фарфор использовался из-за его свойств непроницаемости для влаги после герметизации обожженной глазурью и низкой стоимости производства. Главным недостатком фарфора является то, что его небольшое значение линейного расширения приходится компенсировать с помощью гибких уплотнений и прочной металлической арматуры, что создает производственные и эксплуатационные проблемы.
Базовый фарфоровый ввод представляет собой полую фарфоровую форму, которая проходит через отверстие в стене или металлическом корпусе, позволяя проводнику проходить через его центр и подключаться на обоих концах к другому оборудованию. Вводы этого типа часто изготавливаются из фарфора, обожженного мокрым способом, который затем покрывается глазурью. Полупроводящая глазурь может использоваться для выравнивания градиента электрического потенциала по длине ввода.
Внутренняя часть фарфорового ввода часто заполняется маслом для обеспечения дополнительной изоляции, и вводы такой конструкции широко используются при напряжении до 36 кВ, где допускаются более высокие частичные разряды.
В случаях, когда требуется соответствие частичным разрядам стандарту IEC 60137, для необогреваемых внутренних и наружных применений используются проводники с бумажной и смоляной изоляцией в сочетании с фарфоровыми.
Широко распространено использование изолированных смолой (полимером, полимером, композитом) вводов для высоковольтных применений, хотя большинство высоковольтных вводов обычно изготавливаются из бумажной изоляции, пропитанной смолой, вокруг проводника с фарфоровыми или полимерными защитными колпаками для наружного конца и иногда для внутреннего конца.
Другой ранней формой изоляции была бумага, однако бумага гигроскопична и впитывает влагу, что вредно и невыгодно из-за негибких линейных конструкций. Технология литой смолы доминирует в изоляционных изделиях с 1960-х годов из-за ее гибкости формы и более высокой диэлектрической прочности.
Обычно бумажная изоляция впоследствии пропитывается либо маслом (исторически), либо, что более распространено сегодня, смолой. В случае смолы бумага покрывается пленкой из фенольной смолы, чтобы стать бумагой на основе синтетической смолы (SRBP), или пропитывается после сухой намотки эпоксидными смолами, чтобы стать бумагой, пропитанной смолой, или бумагой, пропитанной эпоксидной смолой (RIP, ERIP).
Изолированные вводы SRBP обычно используются до напряжений около 72,5 кВ. Однако выше 12 кВ необходимо контролировать внешнее электрическое поле и выравнивать внутреннее накопление энергии, что снижает диэлектрическую прочность бумажной изоляции.
Для улучшения характеристик бумажно-изолированных втулок в процессе намотки можно вставить металлическую фольгу. Она стабилизирует генерируемые электрические поля, гомогенизируя внутреннюю энергию с помощью эффекта емкости. Эта особенность привела к появлению втулок конденсатора/конденсатора.
Конденсаторный ввод изготавливается путем вставки очень тонких слоев металлической фольги в бумагу во время процесса намотки. Вставленные проводящие фольги создают емкостный эффект, который рассеивает электрическую энергию более равномерно по всей изолированной бумаге и снижает напряжение электрического поля между проводником под напряжением и любым заземленным материалом.
Конденсаторные вводы создают электрические поля напряжений, которые значительно менее сильны вокруг крепежного фланца, чем конструкции без фольги, и при использовании в сочетании с пропиткой смолой позволяют создавать вводы, которые можно с большим успехом использовать при рабочих напряжениях свыше миллиона вольт.
С 1965-х годов смоляные материалы использовались для всех типов вводов вплоть до самых высоких напряжений. Гибкость использования литой формы изоляции заменила бумажную изоляцию во многих областях продукции и доминирует на существующем рынке изолированных вводов.
Как и в случае с бумажной изоляцией, контроль полей электрического напряжения остается важным. Смоляная изоляция имеет большую диэлектрическую прочность, чем бумага, и требует меньшего контроля напряжения при напряжениях ниже 25 кВ. Однако некоторые компактные и высоковольтные конструкции распределительных устройств имеют заземленные материалы ближе к вводам, чем в прошлом, и эти конструкции могут потребовать экранов контроля напряжения в смоляных вводах, работающих при напряжении до 12 кВ. Точки крепления часто являются неотъемлемой частью основной смоляной формы и представляют меньше проблем для заземленных материалов, чем металлические фланцы, используемые на бумажных вводах.
Однако необходимо соблюдать осторожность в конструкциях изоляторов с полимерной изоляцией, в которых используются внутренние литые экраны, чтобы преимущество контроля электрического поля напряжения не было сведено на нет увеличением частичного разряда, вызванного трудностями устранения микропустот в смоле вокруг экранов в процессе литья. Необходимость устранения пустот в смоле становится более ощутимой по мере увеличения напряжения, и для вводов с номиналом более 72,5 кВ обычно возвращаются к пропитанной смолой фольгированной бумажной изоляции.
Вводы иногда выходят из строя из-за частичного разряда . Иногда это происходит из-за медленного и прогрессирующего ухудшения изоляции в течение многих лет работы под напряжением; однако это может быть и быстрое ухудшение, которое разрушает хороший ввод за считанные часы. В настоящее время электроэнергетическая отрасль проявляет большой интерес к мониторингу состояния высоковольтных вводов. Однако некоторые вводы, выходящие из строя на ранней стадии эксплуатации, связаны с неспособностью контролировать напряжение или выполнять необходимое техническое обслуживание, в то время как другие связаны с зарождающимися механизмами отказа, встроенными при производстве. Эта точка зрения подтверждается меньшинством отказов вводов во всем мире.
Анализ методом конечных элементов обычно выполняется перед квалификацией ввода для использования в новом оборудовании/месте. Это особенно касается вводов вокруг высоковольтных проводников. Электрический анализ обычно фокусируется на создании электрического поля вокруг проводника и на том, как форма ввода влияет на это поле. Структурный анализ учитывает нагрузки (ветер, снег, землетрясения, дождь и т. д.), которые, как ожидается, выдержит ввод.
