Definizione: La coordinazione dell'isolamento si riferisce al processo di determinazione dei livelli di isolamento dei componenti del sistema elettrico. In sostanza, si tratta di stabilire la resistenza all'isolamento delle attrezzature. L'isolamento interno ed esterno delle attrezzature elettriche è sottoposto sia a tensione normale continua che a tensione anormale temporanea.
L'isolamento delle attrezzature è progettato per resistere alla massima tensione di rete a frequenza industriale, alle occasionali sovratensioni temporanee a frequenza industriale e ai lampi temporanei. Le attrezzature del sistema elettrico sono assegnate a un livello di isolamento nominale, e le loro prestazioni possono essere verificate attraverso vari tipi di test. I requisiti di isolamento sono determinati tenendo conto dei seguenti fattori:
Massima Tensione di Sistema a Frequenza Industriale
Le reti elettriche in corrente alternata presentano diversi livelli nominali di tensione a frequenza industriale, come 400V, 3.3kV, 6.6kV, ecc. Quando il sistema è leggermente carico, la tensione a frequenza industriale all'estremità ricevente della linea aumenta. Le attrezzature del sistema elettrico sono progettate e testate per resistere alla massima tensione di sistema a frequenza industriale (440V, 3.6kV, 7.2kV, ecc.) senza subire un guasto dell'isolamento interno o esterno.
Sovratensioni Temporanee a Frequenza Industriale
Le sovratensioni temporanee nel sistema elettrico possono essere scatenate da rigetti di carico, guasti, risonanza, ecc. Queste sovratensioni hanno generalmente una frequenza di circa 50 Hz, con picchi relativamente bassi, un tasso di aumento più lento e una durata più lunga (che può variare da secondi a minuti). La protezione contro le sovratensioni temporanee a frequenza industriale è fornita da un relè inverso a tempo minimo definito (IDMT).
Il relè IDMT è collegato alla secondaria del trasformatore di potenziale della barra e agli interruttori. Il relè e l'interruttore rispondono entro millisecondi, proteggendo il sistema dalle sovratensioni temporanee.
Sovratensioni Transitorie
Le sovratensioni transitorie nel sistema elettrico possono essere indotte da fenomeni come fulmini, operazioni di commutazione, riaccensioni e onde viaggianti. Queste sovratensioni nel sistema elettrico sono caratterizzate da valori di picco elevati, un rapido tasso di aumento e una durata che va da poche decine a centinaia di microsecondi, motivo per cui vengono definite transitori.
Tali sovratensioni possono causare tensioni di scarica e flashover negli angoli acuti, tra le fasi e la terra, o nei punti più deboli del sistema. Possono anche portare al guasto dell'isolamento gassoso, liquido o solido, nonché al fallimento dei trasformatori e delle macchine elettriche rotanti.
Attraverso una corretta coordinazione dell'isolamento e l'uso di parafulmini, i tassi di guasto causati dai fulmini e dalle operazioni di commutazione sono stati significativamente ridotti. Sulla rete elettrica sono installati vari dispositivi protettivi. Questi dispositivi sono progettati per intercettare i colpi di fulmine e per ridurre il tasso di aumento del picco delle sovratensioni che raggiungono le attrezzature, proteggendole da eventuali danni.
Livelli di Resistenza delle Attrezzature
Il livello di isolamento base (BIL) è un livello di riferimento, rappresentato dalla tensione di cresta dell'onda standard non superiore a 1.2/50 μs. Gli apparecchi e le attrezzature devono essere in grado di resistere a onde di prova con ampiezze superiori al BIL.
La coordinazione dell'isolamento prevede la scelta di un isolamento appropriato per le attrezzature in base al loro utilizzo. Questo viene fatto per minimizzare gli eventi indesiderati all'interno del sistema che risultano da stress da tensione (causati da sovratensioni del sistema). Il guasto dell'isolamento si riferisce alla relazione tra il guasto dell'isolamento di vari componenti del sistema elettrico e l'isolamento dei dispositivi protettivi utilizzati per salvaguardare tali attrezzature dalle sovratensioni.
Per il funzionamento sicuro delle attrezzature, la resistenza all'isolamento deve essere uguale o superiore al livello standard di isolamento base. Le attrezzature protettive per le sottostazioni dovrebbero essere selezionate per fornire una protezione isolante efficace corrispondente a questi livelli, mentre rimanendo il più possibile economiche.
