Tiêu chuẩn IEC 61439-1 về khoảng cách rò và khe hở không khí: hướng dẫn bố trí thanh cái cơ khí

Trong kỹ thuật tủ đóng cắt trung thế (MV) và hạ thế (LV), tuân thủ các tiêu chuẩn cách điện điện môi là yêu cầu an toàn hàng đầu. Khi thiết kế bố trí thanh cái dòng lớn, kỹ sư phải tính toán và đảm bảo các khe hở vật lý nghiêm ngặt giữa dây dẫn pha và các mặt phẳng kim loại nối đất. Không tuân thủ sẽ dẫn đến hồ quang phóng điện nghiêm trọng, phá hủy thiết bị và nguy cơ hỏa hoạn cực lớn.

Để đảm bảo tuân thủ theo các đặc tuyến tải công nghiệp, nhà sản xuất tủ điện phải chuyển từ tính toán thủ công và dụng cụ cầm tay cơ bản sang trung tâm đột và cắt CNC tích hợp hoặc máy gia công thanh cái 3 trong 1 đa trạm hiệu suất cao, có khả năng thực hiện các đường cắt theo tọa độ cực kỳ chính xác.

Tài liệu tham khảo kỹ thuật này phân tích các phép tính và tiêu chuẩn chi phối Clearance (khe hở không khí) và Creepage (đường rò bề mặt) theo IEC 61439-1.

Creepage vs. Clearance: định nghĩa các khoảng cách điện môi

• Clearance (khe hở không khí): khoảng cách vật lý ngắn nhất trong không khí giữa hai phần dẫn điện đang hoạt động (hoặc giữa một dây dẫn và khung kim loại nối đất). Yếu tố này quyết định khả năng chịu đựng các xung quá điện áp tức thời của thiết bị (như sét hoặc xung đóng cắt).
• Creepage (đường rò): khoảng cách ngắn nhất dọc theo bề mặt của vật liệu cách điện rắn giữa hai dây dẫn. Nó ngăn ngừa hiện tượng rò điện môi chậm và các đường cacbon hóa do bụi, độ ẩm và ô nhiễm theo thời gian.

---

Tính toán khe hở không khí

Theo IEC 61439-1, khe hở không khí được xác định dựa trên điện áp chịu xung định mức ($U_{\text{imp}}$) và cấp độ ô nhiễm của môi trường vận hành (thường là Cấp 3 đối với môi trường tủ điện công nghiệp).

Để giúp các nhà thiết kế tủ kiểm tra bố trí của mình, đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi đã tổng hợp các yêu cầu khe hở tối thiểu:

Lưu ý: Vỏ tủ điện B2B được xếp vào Trường hợp A (trường không đồng nhất) để tính đến các cạnh sắc, đầu bu lông và ba via nhỏ do gia công.

---

Tính toán đường rò trên bề mặt

Khoảng cách rò được tính dựa trên điện áp cách điện định mức ($U_i$), cấp độ ô nhiễm và chỉ số theo vết so sánh (CTI) của các miếng đệm cách điện kết cấu (phân loại từ Nhóm vật liệu I đến IIIa).

Đối với môi trường công nghiệp có cấp độ ô nhiễm 3 và khối đỡ tiêu chuẩn Nhóm vật liệu II ($400 \le \text{CTI} < 600$), các ngưỡng khoảng cách rò là:

Đảm bảo khoảng cách kết cấu trong quá trình sản xuất

Để ngăn ngừa hỏng hóc do rò bề mặt, các nhà thiết kế lắp các khối đỡ bằng sợi thủy tinh có gân hoặc gợn sóng nhằm kéo dài nhân tạo đường dẫn bề mặt. Mọi lỗ lắp đặt được đột trên thanh đồng phải duy trì biên tiêu chuẩn:

• Khoảng cách tối thiểu từ mép lỗ đột đến mép tấm đồng phải vượt quá 1.5 lần độ dày đồng ($d \ge 1.5t$).
• Độ chính xác tọa độ phải được cố định. Chỉ một sai lệch định vị 0.5 mm trên máy ép thủ công cũng có thể phá vỡ khe hở không khí tối thiểu 8.0 mm, vi phạm IEC 61439-1.

Sử dụng máy uốn thanh cái servo-thủy lực độ chính xác cao giúp các chi tiết uốn duy trì tọa độ không gian chính xác với độ lặp lại góc ±0.2°, loại bỏ hiện tượng trôi lệch căn chỉnh cơ khí.

Hỗ trợ trực tiếp từ nhà máy và tùy chỉnh theo lưới điện khu vực

Xuất khẩu máy gia công chi tiết tủ đóng cắt cao thế đòi hỏi sự tuân thủ được thiết kế trước với các quy chuẩn điện công nghiệp địa phương. Chúng tôi hiệu chuẩn trước và kiểm tra chịu tải tất cả động cơ quấn theo yêu cầu và van tỷ lệ để đáp ứng:

• 220 V / 440 V - 60 Hz (Mexico và Mỹ Latinh)
• 480 V - 60 Hz (Bắc Mỹ)
• 380 V / 400 V - 50 Hz (Châu Âu, Trung Đông, Châu Á)

Các nhà sản xuất tủ điện được khuyến khích yêu cầu tư vấn thiết kế kỹ thuật tùy chỉnh để kiểm tra bản vẽ tủ và xác minh thông số khe hở dụng cụ trước khi mua máy.