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变压器爬电距离和电气间隙基本指南

2024-12-21 来源: YIQIFUWU宜器服务网 阅读量 :

引言


标准EN 61558它定义了变压器的所有安全要求,包括爬电距离和间隙距离(Cr & Cl)。近年来,许多技术委员会正在将其标准与 EN 60664“绝缘”保持一致低压供电系统内设备的协调。

因此,不同标准的要求通常与每个标准基本一致。此外,EN 60335、EN 62368、EN 60950、EN 61347、EN 60598、EN 62115 和许多其他标准,包括对 EN 61558 的明确引用,以符合变压器的要求;




具体内容解释


1.什么是间隙距离?(图--1)

间隙距离 (Cl) 是两个导电部件在空气中的最短距离1。间隙的评估是通过测量穿过空气的最短路径的长度来完成的,考虑到这条路径不会穿过绝缘体,如绝缘胶带、套管、涂层、塑料部件等。请注意,绝缘材料的两部分靠得很近,即使胶水,也不算作一体式部分,这意味着 Cl路径穿过交汇点。


什么是爬电距离?(图--1)

爬电距离 (Cr) 是两个导电材料之间沿绝缘材料表面的最短距离部件。对间隙距离相同考虑也适用于爬电距离,只是 爬电距离路径不穿过空气,但它被束缚在绝缘体的表面

爬电距离和间隙距离的图形表示(图--1):

下图可以通过一个简单的示例帮助更好地理解 Creepage 和 Clearance (爬电距离和间隙),其中导电部件由铜立方体表示,而绝缘部件是绿色的部件。


爬电距离和间隙距离的图形表示.png

图--1

                                  

2.变压器间接路基(图--2):

在评估Cr和Cl时,“间接路径”必须也考虑了。对于变压器,典型的“直接路径”是初级绕组– 次级绕组。间接路径可以是初级绕组 - 铁芯 - 次级绕组,因为任何未涂层的磁芯都是导电的。


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图--2


间隙和爬电路径的示例1:

最短距离可以是主绕组和次级绕组的端子,穿过磁芯。示例(图--3)

距离 Cr4-A 和 Cl4-A 是初级绕组端子与磁芯最近的点,分别通过空气和沿线轴表面;

距离 Cr4-A 和 Cl4-A 是次级绕组端子与磁芯上最近的点,分别通过空气和沿线轴表面;

路径长度计算如下:Cr4 = Cr4-A + Cr4-B 和 Cl4 = Cl4-A + Cl4-B。


间隙和爬电路径.png
图--3


间隙和爬电路径的示例2:

适用于使用简单漆包线。在这种情况下,最短路径可能在初级绕组匝数和次级缠绕的,穿过磁芯。图--4是路径长度的计算方式如下:

爬电距离:Cr5 = Cr5-A + Cr5-B

间隙距离:Cl5 = Cl5-A + Cl5-B.


间隙和爬电路径的示例.png
图--4


间隙和爬电路径的示例3:

该图--5显示了次级绕组引脚和初级绕组上的最近点(恰好在绝缘胶带下方)由简单的漆包线制成。在这个例子中,次级绕组是用 TIW 线制成的,而如果它只是漆包线,最短路径应在初级绕组和次级绕组的转弯,绕过绝缘胶带, Clearance (间隙) 和 Creepage (爬电距离) 路径重叠,因为没有更短的空气距离沿着线轴表面。


间隙和爬电路径的示例3.png
图--5


3.哪些因素会影响所需的爬电距离和间隙?

●绕组两端、相邻绕组之间以及 Pri/Sec 绕组组之间的电压

●所需的绝缘类型(功能、基本、补充、双重/加强)

●过电压类别(I、II、III、IV)

●污染度(P1、P2、P3)

●绝缘材料的 CTI

●最大海拔高度,超过 2000m


4.绝缘类型:

安全变压器是迄今为止电力电子设备中最常用的,它要求双重或加强绝缘。Cr & Cl 必须符合这个绝缘水平。连接在电源侧的绕组与输出侧的绕组之间,或任何绕组与另一个绕组之间的绝缘可以是以下类型:

● 功能性: 不需要任何最小 Cr、Cl 或绝缘厚度。

● 基本:基本标准要求,无最小厚度要求。

● 补充:具有最小要求厚度的进一步绝缘,以便在发生故障时保持一定程度的安全性基本绝缘。

● 双倍:基本 + 补充。

● 增强型:要求厚度的单绝缘线,保证了与双重绝缘相同的安全水平


5.根据变压器的安装方式,它必须符合适当的过电压类别(图--6):

● OVC-I:用于连接电路的设备,其中采取措施将瞬态过电压限制在适当的低水平(由隔离变压器供电)。此类设备的示例是那些包含受此级别保护的电子电路的设备。但是,除非电路的设计考虑了临时过电压,否则过电压类别 I 的设备不能直接连接到主电源。

● OVC-II:由固定装置供电的设备,但不是永久连接到它。通常,移动设备通过插头连接到电源。该设备的示例包括家用电器、电信、玩具和类似的负载。

● OVC-III:用于固定安装的设备以及设备的可靠性和可用性受特殊要求。此类设备的示例包括固定装置中的变压器和工业用变压器与固定安装的永久连接。通常,固定设备连接到低压电源 (<1000Vac) 的下游公用事业能源表。

● OVC-IV:在安装源头使用的设备。例如,发电厂固定装置中的变压器或紧邻这样的安装。过电压类别越高,所需的Cr和Cl就越高。EN 61558 要求通用变压器使用 OVC-III


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图--6


6.污染程度:

变压器是否安装在干燥清洁的地方,还是可能存在导电灰尘和湿气?这些元素会影响所需的 爬电距离,这些标准定义了三个污染等级:

● P1:无污染或仅干燥,不导电发生污染。污染没有影响。这种污染程度适用于封装变压器和类似设备。

● P2:仅发生非导电性污染,除了偶尔会因冷凝而引起暂时的导电性。P2 分配给具有相当紧密外壳的变压器。

● P3:发生导电污染,或发生干燥的非导电污染,由于冷凝而变得导电,即是意料之中的。较高的污染程度需要较高的 Cr,而对 Cl 没有影响。


7.绝缘材料的 CTI:

不同的绝缘材料需要不同的爬电距离。CTI 是重要的参数。一些绝缘材料在比其他绝缘材料更高的电压下容易出现表面闪络。相对漏电起痕指数 (CTI) 定义了在不触发表面放电的情况下承受电压的特性。CTI 与此电压相关。材料按组分类


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图--7


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图—8(引用图)


特别注明:较高的 CTI 允许较短的 Cr,而 Cl 不受影响


8.海拔高度:

变压器需要在超过 2000m 的海拔高度,则需要增加间隙距离. 根据EN 61558 定义的间隙是指2000 米的海拔高度,则使这些距离适应更高的校正系数,该系数随着高度的增加而增加 Cl。例如,对于海拔 4000 米,所需的 Cl 增加了 29%。海拔高度对 爬电距离没有影响。


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海拔高度-1.png

图--9



总结

爬电距离和间隙距离是根据变压器本身工作电压,污染等级,材料选择,海拔高度等因素决定,因此我们设计变压器要熟悉各种安规,避免产品设计不符安规要求。


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