Wiedza na temat złączy wysokiego napięcia

Zgodnie z normą IEC 60050 - (IEV) 601-01-27 - "wysokie napięcie" jest definiowane jako napięcie powyżej poziomu niskiego napięcia. Złącze "wysokonapięciowe" transportuje zatem prądy powyżej 1 kV AC / 1,5 kV DC. Oczywiście limit zależy od konwencji. W celu rozróżnienia poszczególnych rynków lub zakresów produktów - np. e-mobilności - stosuje się również inne rozgraniczenia między wysokim i niskim napięciem. Na przykład złącza o napięciu znamionowym 400 lub 800 V mogą być również określane jako HV.

Typy projektów:

• Pojedyncze/wiele biegunów (np. dwubiegunowe, w kształcie litery U)

• Ekranowany/nieekranowany

• metalowa/plastikowa obudowa

• kątowy/prosty

• przykręcane/zamykane

• Obudowa sprzęgła/specjalny kształt adaptera

• Wstępnie zmontowane kable połączeniowe na jednym lub obu końcach

Średnice styków i kabli zwiększają się wraz ze wzrostem przesyłanego napięcia. Typowe górne granice napięcia w dystrybucji energii i sieci przesyłowej to 6 kV / 30 kV / 110 kV i 380 kV. Obecnie pojawia się coraz więcej podłączanych poziomów napięcia, szczególnie w sektorze energii odnawialnej, tj. od 6 kV do 30 kV. Ponieważ systemy są modułowe i muszą być szybko konfigurowane, użycie złączy jest niezbędne. Dotyczy to systemów do produkcji wodoru, energii wiatrowej, fotowoltaiki i ogniw paliwowych.

Kształty złączy zależą od wymaganej obciążalności prądowej i aspektów bezpieczeństwa podczas instalacji, obsługi oraz podłączania i odłączania.

Wysokie napięcia i stosunkowo niskie prądy znamionowe są wymagane w systemach testowych w technologii materiałowej i testowej, elektronice mikro i półprzewodnikowej lub w medycynie i biotechnologii. Drobne, wydłużone, spiczaste styki umieszczone w solidnych plastikowych, metalowych lub gumowych korpusach izolacyjnych są tutaj wystarczające.

W dystrybucji energii wymagane są wysokie prądy znamionowe i wysokie napięcia. Do podłączania i odłączania prefabrykowanych kabli transmisyjnych i akcesoriów dla poziomu WN wymagane są specjalistyczne narzędzia i specjalnie przeszkolony personel. Aby zwiększyć bezpieczeństwo operatora i kompatybilność elektromagnetyczną, wokół przewodów i styków umieszcza się grube izolatory i osłony z litej gumy lub tworzywa sztucznego. Sprawia to, że użycie złączy jest nieco skomplikowane, ale nadal możliwe i pożądane jest wykorzystanie ich zalet przy tych poziomach napięcia.

Złącza oddzielają i łączą kable elektryczne, dzięki czemu w razie potrzeby można przerwać przepływ prądu w jednym punkcie. Transmisja odbywa się, gdy gniazdo i sworzeń są połączone przez wymuszoną blokadę. Elektrony przemieszczają się po powierzchni styku między pinem a gniazdem. Kabel jest podłączany do styku za pomocą śruby, zacisku lub śruby osiowej.

Złącza HV różnią się w zależności od wymagań aplikacji. Jeśli konieczne jest przesyłanie dużych prądów i napięć, wymagane są duże przekroje przewodów. Solidne, toczone styki cylindryczne wykonane z aluminium i/lub miedzi są używane jako styki - w wersji prostej lub kątowej. Aby ułatwić wkładanie i wyjmowanie, styki gniazda są wyłożone od wewnątrz oplotami z drutu, siatkami lub tulejkami, które są nakładane na styki pinów i zapewniają równomierny kontakt.

W przypadku przesyłu wysokiego napięcia przy stosunkowo niskich prądach, np. 30 A, stosowane są również złącza okrągłe (np. M8, M12, M17, a także gwinty niemetryczne). Wykorzystują one wytrzymałe plastikowe lub metalowe obudowy, korpusy izolacyjne i styki o średnich lub mniejszych średnicach (niestandardowe lub standardowe rozmiary do D-Sub).

Obudowy złączy HV są zazwyczaj szczególnie wytrzymałe. Materiał to odlew aluminiowy, tworzywo sztuczne lub guma silikonowa. Korpusy izolacyjne składają się z kilku powłok w celu zwiększenia prześwitu i odległości upływu oraz przeciwdziałania wydzielaniu ciepła. Wersje ekranowane są również chronione materiałem przewodzącym z połączeniem PE.

W różnych obszarach zaawansowanych technologii (np. w technologii medycznej), wąskie sprężynowe styki w metalowej lub plastikowej osłonie są używane jako styki wysokoprądowe; obudowy są wyposażone w zamknięcia bagnetowe, śrubowe lub szeklowe.

Producenci technologii transportowych wykorzystują złącza WN na dalszych etapach do odbieraka prądu, po transformatorze, do dystrybucji energii elektrycznej z lokomotywy do wagonów, które można podłączać i rozbudowywać. Potężne komponenty, takie jak transformatory lub napędy, muszą być również zasilane energią, sygnałami i danymi oraz zintegrowane z infrastrukturą pociągu. Systemy kablowe do dystrybucji zasilania w obszarze podpodłogowym są również wyposażone w złącza. W sektorze kolejowym górna granica dla podłączanych transformatorów mocy wynosi obecnie około 4,5 kV AC. W przypadku przesyłu prądu stałego górne limity są o około 50% wyższe.

W dziedzinie technologii przesyłu energii stosuje się wstępnie zmontowane kable ze złączami HV, które są ekranowane i przykręcane. Niektóre z nich mogą przenosić napięcie rzędu kilkuset kV. Zostały one zoptymalizowane pod kątem podłączania rozdzielnic i transformatorów do sieci zasilającej (typu IEC, IEEE, GB/T). Inne obszary zastosowań obejmują podstacje, okablowanie podziemne, systemy energii odnawialnej, technologię górniczą i kolejową, a także platformy morskie (ropa naftowa/gaz ziemny).

Złącza pomagają przyspieszyć i ustandaryzować instalację technologii transportowych i infrastruktury energetycznej. Złącza przyspieszają pracę, ponieważ umożliwiają więcej wstępnych instalacji, sprawiają, że procesy są powtarzalne i zapewniają jakość. Przyspieszają one instalację na miejscu w porównaniu z okablowaniem. W wielu przypadkach nie jest już konieczne zatrudnianie elektryków na miejscu. Instalacja może stać się bardziej opłacalna.

Złącza wysokonapięciowe są często używane na zewnątrz lub w trudnych warunkach środowiskowych, dlatego należy upewnić się, że komponenty mają minimalną tendencję do korozji i odpowiedni stopień ochrony IP.

Wysokie napięcie stanowi zagrożenie dla życia operatora. Dlatego w interesie bezpieczeństwa operatora należy upewnić się, że styki są bezpieczne w dotyku.

Maksymalna obciążalność prądowa styków zależy od danego zastosowania; należy odpowiednio dostosować przekrój przewodów i styków.

W przypadku złączy HV należy zachować duże odstępy i odległości upływu, a styki muszą być zintegrowane, aby były bezpieczne w dotyku i zapewniały bezpieczną obsługę lub obsługę.

Należy polegać wyłącznie na przetestowanych i certyfikowanych materiałach dla danego typu aplikacji.