Металлический экранирующий корпус из алюминия 5052, изготовленный методом центробежного формования с ЧПУ

Введение

Системы передачи электроэнергии сверхвысокого напряжения (СВН), работающие при напряжении 1100 кВ, предъявляют чрезвычайно высокие требования ко всем компонентам цепи электропередачи. При таких экстремальных напряжениях контроль электрического поля вокруг находящихся под напряжением элементов имеет решающее значение для предотвращения коронного разряда, радиопомех и износа изоляции. Проверенным решением являются прецизионно сформированные экранирующие кожухи, изготовленные методом металлического штамповки с ЧПУ. В данной статье рассматривается, почему экранирующие кольца и кожухи из алюминия марки 5052, изготовленные методом металлического штамповки (шпиндельного формования), являются предпочтительным выбором для линий электропередачи сверхвысокого напряжения 1100 кВ, подстанций с газоизолированными выключателями (ГИС) и трансформаторного оборудования.

Роль защитных кожухов в передаче электроэнергии сверхвысокого напряжения

В распределительных устройствах сверхвысокого напряжения, проходных изоляторах и выводах трансформаторов острые кромки и детали с малым радиусом создают интенсивные локальные электрические поля. Переходные кольца и экранирующие кожухи сглаживают эти поля, образуя большую, сплошную, закругленную проводящую поверхность. Их рабочие характеристики зависят от трёх факторов:

• Геометрическая точность — профиль должен точно соответствовать электрической схеме
• Качество поверхности — отполированные поверхности без дефектов препятствуют возникновению коронного разряда
• Чистота — внутренние полости должны быть очищены от металлических частиц, которые могут нарушить изоляцию

Почему именно алюминий 5052?

Алюминиевый сплав 5052 является идеальным материалом для изготовления элементов высоковольтного экранирования:

• Превосходная формуемость — сплав 5052 хорошо поддается многоступенчатой пластической деформации при шпиндельной формовке, что позволяет получать глубокие, гладкие профили без растрескивания
• Коррозионная стойкость — добавление магния в состав сплава обеспечивает высокую устойчивость к воздействию атмосферных факторов в течение десятилетий эксплуатации
• Легкость и прочность — меньший вес снижает нагрузки на фарфоровые и композитные изоляторы при монтаже
• Хорошая проводимость — подходит для сортировки и экранирования при сверхвысоких напряжениях
• Возможность полировки — позволяет получить зеркальную поверхность, необходимую для подавления коронного разряда

В линейке изделий для экранирования в условиях сверхвысокого вакуума также широко используются сопутствующие марки, такие как алюминий 1060 и 5A02, которые подбираются с учетом конкретных электрических и механических требований.

Процесс металлотокарной обработки с ЧПУ

При металлоштамповке с ЧПУ экранирующий корпус изготавливается из одной плоской алюминиевой заготовки. Заготовка зажимается на токарном станке для штамповки, вращается с высокой скоростью и постепенно принимает нужную форму на оправке под действием роликов, управляемых компьютером. По сравнению со сварными или штампованными конструкциями штамповка обеспечивает:

• Цельная конструкция из одного куска — отсутствие сварных швов, которые могли бы привести к образованию зон повышенной напряжённости, точек коронного разряда или риска усталостного разрушения
• Жесткие допуски — точность размеров в пределах ±0,1 мм на критических сопряжениях, подтвержденная с помощью координатно-измерительной машины (КИМ) и 100-процентным контролем критических размеров
• Чистые внутренние поверхности — процесс формовки без стружки и загрязнений, отвечающий требованиям к чистоте, предъявляемым к материалам электротехнического назначения
• Целостность, обеспеченная деформационным упрочнением — изменение структуры кристаллитов повышает механическую прочность и долгосрочную стабильность размеров
• Гибкость проектирования — для изготовления деталей с новыми диаметрами и профилями требуется лишь новый оправной стержень, что позволяет реализовывать индивидуальные проекты в области сверхвысокого вакуума без значительных затрат на изготовление штампов

Типичная технологическая схема производства включает в себя штамповку металла, обработку крепежных поверхностей на станках с ЧПУ, удаление заусенцев и скругление кромок, зеркальную полировку, а также дополнительные виды обработки поверхности.

Типичный ассортимент продукции для экранирования сверхвысоких напряжений (UHV)

Опытные производители, специализирующиеся на штамповке металла, поставляют штампованные алюминиевые экраны для отрасли передачи и распределения электроэнергии в условиях сверхвысокого вакуума (UHV) в широком диапазоне размеров, например:

Помимо защитных экранов, с помощью тех же технологий металлообработки методом шпиндельного формования изготавливаются алюминиевые узлы для подстанций, сортировочные компоненты для высоковольтных проходных изоляторов и электрические корпуса — зачастую заменяя традиционные сварные конструкции, состоящие из нескольких частей, на интегрированные бесшовные изделия.

Стандарты качества и технические стандарты

Для компонентов класса UHV контроль качества является обязательным условием. Ведущие поставщики стремятся:

• Общие допуски GB/T 1804-m и геометрические допуски GB/T 1184
• 100-процентная проверка критических размеров с подтверждением результатов на координатно-измерительной машине (КИМ)
• Удаление заусенцев, скругление кромок и стандарты чистоты для электротехнической промышленности
• Чистота внутренних полостей без загрязнений — залог безопасности изоляции
• Техническая экспертиза чертежей заказчика с предоставлением рекомендаций по технологичности, как правило, в течение 24 часов

Приложения

Алюминиевые экранирующие корпуса, изготовленные методом металлического штамповки с ЧПУ, используются для:

• Линии электропередачи напряжением 1100 кВ и другие линии сверхвысокого напряжения (СВН), а также подстанции
• Газоизолированное распределительное устройство (ГИУ)
• Компоненты высоковольтных трансформаторов
• Высоковольтные проходники
• Электротехнические шкафы и токопроводящие конструктивные элементы

Заключение

Сочетание алюминия марки 5052, бесшовного штамповки под управлением ЧПУ с точностью ±0,1 мм и полированных поверхностей электротехнического качества делает экранирующие корпуса, изготовленные методом штамповки, надежным выбором для систем передачи электроэнергии сверхвысокого напряжения (СВН) 1100 кВ. Заменяя сварные многокомпонентные узлы на цельные детали, изготовленные методом штамповки, производители снижают риск образования коронного разряда, повышают надёжность герметизации и продлевают срок службы оборудования в самых требовательных условиях эксплуатации энергетической инфраструктуры по всему миру.