Вводы внутренние

Вводы внутренние: конструкция, классификация, применение и монтаж

Внутренний ввод (ВВ) – это электротехническое устройство, предназначенное для герметичного ввода силового кабеля в электрическое оборудование, заполненное маслом или элегазом (SF6), и обеспечения его электрического соединения с токоведущими частями этого оборудования. Основная функция внутреннего ввода заключается в создании надежного барьера между внутренней средой аппарата (жидкой или газообразной) и внешней атмосферой, а также между токоведущей жилой кабеля и заземленным корпусом аппарата. В отличие от проходных изоляторов, вводы внутренние конструктивно объединяют проходной изолятор и кабельную муфту в едином узле, что упрощает монтаж и повышает надежность соединения.

Конструктивные особенности и основные элементы

Конструкция внутреннего ввода варьируется в зависимости от типа и напряжения, однако можно выделить общие ключевые элементы:

• Токоведущая шпилька (стержень): Центральный проводник, выполненный из меди или алюминия, обеспечивающий электрическое соединение жилы кабеля с контактной системой внутри аппарата. Может быть цельным или составным.
• Изоляционная оболочка (юбка): Основной изолирующий элемент, обеспечивающий необходимую электрическую прочность вдоль поверхности. Изготавливается из высокопрочных полимерных материалов (эпоксидный компаунд, силиконовая резина, EPDM, термоусаживаемые материалы) или фарфора. Форма юбки (гладкая, с ребрами или конусами) оптимизирована для управления распределением электрического поля и увеличения пути утечки.
• Фланцевое основание: Металлический фланец (обычно из алюминиевого сплава или стали), предназначенный для крепления ввода к стенке бака аппарата. Обеспечивает механическую прочность и герметичность соединения. Уплотнение между фланцем и баком осуществляется через прокладку.
• Герметизирующие узлы: Системы уплотнений, предотвращающие утечку масла или элегаза из аппарата. Включают в себя уплотнительные кольца (O-rings) на фланце, а также герметизацию в месте выхода токоведущей шпильки.
• Кабельный наконечник и зона соединения: Часть ввода, предназначенная для оконцевания и подключения жилы силового кабеля. Может иметь болтовое, сварное или опрессовочное соединение. Эта зона часто заполняется изоляционным компаундом для защиты от влаги и коррозии.
• Экранирующие элементы: Металлические экраны или слои полупроводящего материала, наносимые на изоляцию, для выравнивания электрического поля и предотвращения локальных перенапряжений, особенно в области перехода «воздух-эпоксид».

Классификация внутренних вводов

1. По типу внутренней изоляции аппарата:

• Вводы для маслонаполненного оборудования (масляные вводы): Предназначены для работы в масляной среде трансформаторов, реакторов, выключателей. Рассчитаны на длительный контакт с трансформаторным маслом при высоких температурах. Материал изоляции должен быть маслостойким.
• Вводы для элегазового оборудования (элегазовые вводы): Используются в баковых выключателях, КРУЭ, газоизолированных линиях. Герметичность соединения критически важна для сохранения давления и качества SF6. Материалы должны быть химически инертны к элегазу и продуктам его дугогашения.

2. По материалу внешней изоляции:

• Фарфоровые: Классическое решение, отличающееся высокой механической прочностью, стойкостью к ультрафиолету и атмосферным воздействиям. Недостатки: хрупкость, большой вес, сложность формирования оптимальной конфигурации поля.
• Полимерные (эпоксидные, силиконовые): Современный стандарт. Легче фарфоровых, обладают высокой трекингостойкостью, лучшими дугогасящими свойствами, могут быть выполнены в сложных формах для оптимизации электрического поля. Чувствительны к УФ-излучению (компенсируется добавками) и механическим повреждениям.
• Термоусаживаемые: Часто используются для вводов на средние напряжения (до 35 кВ). Монтируются на месте, обеспечивая плотное облегание и хорошую герметизацию.

3. По конструктивному исполнению:

• Проходные изоляторы с отдельной установкой: Более простая конструкция, где кабель присоединяется к выводу внутри аппарата отдельно.
• Вводы с интегрированным соединителем: Представляют собой законченный узел «кабель-ввод», поставляемый в сборе или собираемый на месте. Обеспечивают высочайшую степень герметичности и воспроизводимости характеристик.

4. По номинальному напряжению:

• Вводы на среднее напряжение (6, 10, 20, 35 кВ): Наиболее распространенный тип. Часто имеют монолитную полимерную или фарфоровую изоляцию.
• Вводы на высокое и сверхвысокое напряжение (110 кВ и выше): Имеют сложную конструкцию с конденсаторной регулировкой поля. Состоят из слоев изоляционной бумаги и алюминиевой фольги, пропитанных маслом или эпоксидным компаундом (т.н. вводы конденсаторного типа или OIP/CIP).

Ключевые технические параметры и требования

Выбор внутреннего ввода осуществляется на основе строгих технических характеристик, регламентированных стандартами (ГОСТ, МЭК, IEEE).

Основные технические параметры внутренних вводов

Параметр	Описание	Типовые значения/Единицы измерения
Номинальное напряжение (Un)	Междуфазное напряжение сети, для работы в которой предназначен ввод.	6, 10, 35, 110, 220 кВ
Наибольшее рабочее напряжение (Um)	Максимальное значение напряжения, при котором ввод предназначен для длительной работы.	7.2, 12, 40.5, 126, 252 кВ
Номинальный ток (In)	Ток, который ввод может проводить в продолжительном режиме без превышения допустимой температуры.	От 400 до 4000 А
Частота	Номинальная частота сети.	50 Гц или 60 Гц
Испытательное напряжение промышленной частоты (1 мин)	Действующее значение переменного напряжения, которое изоляция ввода должна выдерживать в течение 1 минуты.	Зависит от Un. Например, для 10 кВ – 42 кВ
Импульсное испытательное напряжение (гр. / мол.)	Пиковое значение стандартного грозового или коммутационного импульса напряжения.	Зависит от Un. Например, для 110 кВ – 450/550 кВ
Длина пути утечки	Наименьшее расстояние по поверхности изоляции между токоведущими и заземленными частями.	Указывается в мм, зависит от степени загрязнения атмосферы.
Степень защиты (IP)	Класс защиты от проникновения твердых тел и воды.	IP54, IP55, IP65
Диапазон рабочих температур	Температура окружающей среды, при которой гарантируется работа.	От -50°C до +40°C (воздух); до +105°C (контакт с маслом)

Процесс монтажа и основные требования

Правильный монтаж – залог долговечной и безопасной работы внутреннего ввода. Процесс включает несколько этапов:

1. Подготовка: Проверка комплектности и целостности ввода, отсутствия повреждений изоляции и сколов. Подготовка отверстия в баке аппарата: зачистка поверхности, проверка геометрии и состояния резьбовых отверстий.
2. Подготовка кабеля: Разделка конца кабеля в строгом соответствии с инструкцией производителя ввода. Очистка жилы, наложение (если требуется) полупроводящего экрана, измерение длины.
3. Установка ввода: Аккуратная протяжка кабеля через отверстие ввода. Соединение токоведущей жилы кабеля с шпилькой ввода методом опрессовки или болтовым соединением с предписанным моментом затяжки. Важно избегать механических напряжений в месте соединения.
4. Герметизация: Установка всех уплотнительных колец (прокладок), смазанных рекомендованной смазкой. Равномерная затяжка болтов крепления фланца к баку динамометрическим ключом по схеме «крест-накрест» для предотвращения перекоса.
5. Заполнение изоляционным компаундом (если предусмотрено конструкцией): Заливка или инъекция компаунда в кабельную камеру ввода для исключения доступа воздуха и влаги.
6. Контрольные измерения: После монтажа обязательны измерения сопротивления изоляции и проведение испытания повышенным напряжением постоянного тока (например, 24 кВ для ввода 10 кВ в течение 15 мин) для проверки качества монтажа и отсутствия повреждений.

Диагностика, обслуживание и типовые неисправности

Регулярный визуальный осмотр и диагностика позволяют выявить проблемы на ранней стадии.

• Визуальный осмотр: Проверка целостности изоляционной юбки (отсутствие трещин, сколов, следов трекинга, загрязнений). Контроль отсутствия подтеков масла в области фланца.
• Диагностика: Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ) и емкости (C) для вводов конденсаторного типа. Рост tg δ указывает на увлажнение или старение изоляции. Изменение емкости может сигнализировать об обрыве или коротком замыкании в конденсаторной секции.
• Термографический контроль: Выявление локальных перегревов в зоне контактных соединений с помощью тепловизора.

Типовые неисправности:

• Увлажнение изоляции (для негерметичных конструкций).
• Пробой конденсаторной секции (для вводов высокого напряжения).
• Трещины и сколы изоляции из-за механических воздействий или внутренних дефектов.
• Ослабление контактного соединения, ведущее к перегреву.
• Разгерметизация уплотнений, приводящая к утечке масла/элегаза или попаданию влаги внутрь аппарата.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем внутренний ввод принципиально отличается от концевой кабельной муфты?

Конечная муфта служит для герметизации и изоляции конца кабеля в воздушной среде или в земле. Внутренний ввод выполняет ту же функцию, но в месте перехода кабеля в герметичный объем аппарата, заполненный иной диэлектрической средой (масло, элегаз). Он является частью конструкции аппарата и должен быть совместим с его внутренней средой.

Можно ли заменить фарфоровый ввод на полимерный при ремонте старого трансформатора?

Да, такая замена часто производится и является модернизацией. Однако необходимо строго соблюдать условия: новый ввод должен иметь те же или более высокие номинальные параметры (U_n, I_n), соответствовать по габаритным и присоединительным размерам (межцентровое расстояние, диаметр фланца), а также быть сертифицированным для работы в масляной среде. Обязателен перерасчет механических нагрузок.

Что означает аббревиатура OIP и CIP на вводах высокого напряжения?

Это обозначения типа конденсаторного ввода.
OIP (Oil-Impregnated Paper) – маслонаполненный бумажно-масляный ввод. Имеет бумажную изоляцию, пропитанную маслом, и алюминиевый или фарфоровый корпус.
CIP (Cast Insulation Paper) или RIP (Resin-Impregnated Paper) – ввод с литой изоляцией. Бумажная изоляция пропитана эпоксидным компаундом и отлита в единый монолит. Более современная, необслуживаемая и взрывобезопасная конструкция, не требующая контроля уровня масла.

Как правильно выбрать длину пути утечки внутреннего ввода?

Длина пути утечки выбирается в зависимости от степени загрязненности атмосферы (ПУЭ, ГОСТ 9920) в месте установки оборудования. Для районов с чистым воздухом (I степень) требуется меньшая удельная длина пути утечки (например, 16 мм/кВ), для сильно загрязненных промышленных или приморских районов (IV степень) – максимальная (31 мм/кВ и выше). Производитель указывает полную длину пути утечки в мм, которая должна быть не менее произведения удельной длины на наибольшее рабочее напряжение (U_m).

Каковы главные причины выхода из строя внутренних вводов?

• Механические повреждения при транспортировке или монтаже.
• Неправильный монтаж: перетяжка болтов, перекос фланца, некачественное соединение жилы, повреждение уплотнений.
• Термическая перегрузка из-за превышения номинального тока или плохого контакта.
• Старение изоляции под воздействием электрического поля, температуры и внутренних процессов (для полимерных – разрушение связок под УФ).
• Производственный брак (внутренние включения, непропиты в конденсаторной секции).

Нужно ли проводить испытания ввода после его монтажа на кабель, но до установки в аппарат?

Да, это критически важная процедура. Собранный узел «кабель-ввод» должен быть подвергнут испытанию постоянным напряжением (как правило, в 2-2.5 раза выше фазного напряжения) в течение 15 минут. Это позволяет выявить повреждения изоляции, возникшие при монтаже (например, зарезы полупроводящего слоя, неплотности), до того, как ввод будет установлен в дорогостоящий аппарат. Испытание переменным напряжением промышленной частоты обычно проводится после полной сборки аппарата на заводе-изготовителе.

Заключение

Внутренние вводы являются критически важным элементом силового электрооборудования, обеспечивающим его надежность и безопасность. Современные тенденции направлены на широкое внедрение полимерных и монолитных конструкций (RIP/CIP), которые обладают повышенной эксплуатационной готовностью, не требуют обслуживания и обладают улучшенными характеристиками. Правильный выбор, строгое соблюдение технологии монтажа и регулярный контроль состояния вводов с использованием современных методов диагностики (измерение tg δ, термография) являются обязательными условиями для обеспечения длительного и безотказного срока службы трансформаторов, выключателей и другого оборудования класса напряжения от 6 кВ и выше.