Какво е изолационна координация в електроенергийната система?

Какво е изолационна координация в електроенергийната система?

Определение на изолационна координация

Изолационната координация е стратегическо разположение на електрическата изолация, за да се минимизира повредата на системата и да се осигури лесно поддържане в случай на неуспех.

Системни напрежения

Разбирането на номиналните и максималните системни напрежения е важно при проектирането на изолацията на електроенергийната система, за да се справи с различни условия на работа.

Номинално системно напрежение

Номиналното системно напрежение е фазово-фазовото напрежение на системата, за която системата е нормално проектирана. Например 11 кВ, 33 кВ, 132 кВ, 220 кВ, 400 кВ системи.

Максимално системно напрежение

Максималното системно напрежение е максималното допустимо рабочо честотно напрежение, което може да се появи за дълго време при празна или с малка нагрузка на електроенергийната система. То се измерва в фазово-фазов режим.

Списък с различни номинални системни напрежения и техните съответстващи максимални системни напрежения е даден по-долу за справка,

NB – От таблицата по-горе се вижда, че обикновено максималното системно напрежение е 110% от съответното номинално системно напрежение до напрежението 220 кВ, а за 400 кВ и по-високо то е 105%.

Фактор на заземяване

Това е отношениято между най-високото ефективно (rms) фазово-земно рабочо честотно напрежение на здрава фаза при заземяване и ефективното (rms) фазово-фазово рабочо честотно напрежение, което би се получи на избраната позиция без дефекта.

Това отношение характеризира, вобщи термини, условията на заземяване на системата, както се вижда от избраната позиция на дефекта.

Ефективно заземена система

Системата се счита за ефективно заземена, ако факторът на заземяване не надвишава 80%, а ако го надвишава, тя е неефективно заземена.

Факторът на заземяване е 100% за изолирана нейтрална система, докато за твърдо заземена система той е 57.7% (1/√3 = 0.577).

Уровък на изолация

Всяко електрическо устройство трябва да издържи различни аномални преходни превишавания на напрежението в различни моменти през целия му служебен живот. Устройството може да трябва да издържи мълниеви импулси, комутационни импулси и/или краткосрочни рабочо честотни превишавания. В зависимост от максималния ниво на импулсните напрежения и краткосрочните рабочо честотни превишавания, които един компонент на електроенергийната система може да издържи, се определя нивото на изолацията на високонапрегнатата електроенергийна система.

При определянето на нивото на изолацията на системи с напрежение под 300 кВ, се вземат предвид мълниевият импулс и краткосрочното рабочо честотно превишавание. За устройства с напрежение 300 кВ или повече, се вземат предвид комутационният импулс и краткосрочното рабочо честотно превишавание.

Мълниев импулс

Системните смущения, причинени от естествени мълнии, могат да бъдат представени с три различни основни форми на вълна. Ако мълниев импулс се движи някакво разстояние по високонапрегнатата линия, преди да достигне до изолатор, формата на вълната се приближава до пълна вълна, и тази вълна се нарича 1.2/50 вълна. Ако по време на движение мълниевият импулс предизвика пробой на изолатор, формата на вълната става "пресечена". Ако мълнията удари директно изолатора, мълниевият импулс може да се увеличи рязко, докато не бъде облекчен от пробой, причинявайки внезапно, много рязко спадане на напрежението. Тези три вълни са доста различни по продължителност и форма.

Комутационен импулс

По време на комутационни операции в системата може да се появят униполярни напрежения. Формата на вълната може да бъде периодично демпфирани или колебащо се. Комутационният импулс има стръмен фронт и дълго демпфирани колебащо се опаше.

Краткосрочно рабочо честотно превишавание, което се издържа

Краткосрочното рабочо честотно превишавание, което се издържа, е предписаната ефективна (rms) стойност на синусоидното рабочо честотно напрежение, което електрическото устройство трябва да издържи за конкретен период от време, обикновено 60 секунди.

Защитни устройства

Защитни устройства като защитни реле или мълниепоглътители са проектирани да издържат определен ниво на преходни превишавания, след което устройствата отвеждат енергията на земята и така поддържат нивото на преходните превишавания до специфично ниво. Така преходните превишавания не могат да надхвърлят това ниво. Нивото на защита на защитните устройства е най-високата връхна стойност на напрежението, която не трябва да бъде надхвърлена на контактите на защитните устройства, когато се приложат комутационни и мълниеви импулси.

Използване на защитен проводник или земен проводник

Мълниевите импулси в високонапрегнатите линии могат да произтичат от директни удари на мълнии. Инсталирането на защитен проводник или земен проводник над горния проводник на подходяща височина може да защити тези линии. Ако този защитен проводник е правилно свързан с високонапрегнатата кула и кулата е добре заземена, той може да предотврати директни удари на мълнии върху всички проводници във защитния ъгъл на земния проводник. Земните проводници също защитават електрическите подстанции и техните устройства от мълнии.

Традиционен метод на изолационна координация

Както беше обяснено, компонентите в електроенергийната система могат да изпитват различни нива на преходни напрежения, включително комутационни и мълниеви импулси. Използването на защитни устройства като мълниепоглътители може да ограничи максималната амплитуда на тези преходни превишавания. Поддържайки нивата на изолацията над защитните нива на защитните устройства, вероятността за разрушаване на изолацията се минимизира. Това гарантира, че всяко преходно превишавание, достигащо до изолацията, е в рамките на безопасните граници, зададени от защитните нива.

Обикновено, импулсното ниво на изолацията се установява с 15 до 25% над защитното напрежение на защитните устройства.

Статистически методи на изолационна координация

При по-високи напрежения, дължината на низовете изолатори и клиренсът във въздуха не се увеличават линейно с напрежението, но приблизително до V1.6. Необходимият брой изолаторски дискове в низовете изолатори за различни превишавания е показан по-долу. Вижда се, че увеличението в броя на дисковете е само леко за система 220 кВ, с увеличаване на фактора на превишаване от 2 до 3.5, но има бързо увеличаване в системата 750 кВ. Следователно, докато може да е икономически оправдано да се защитават линиите с по-ниски напрежения до фактор на превишаване от 3.5 (например), точно не е икономически оправдано да има фактор на превишаване от повече от около 2 до 2.5 на линиите с високи напрежения. В системите с високи напрежения преобладава комутационното превишаване. Обаче, тези могат да бъдат контролирани чрез правилно проектиране на комутационните устройства.

Икономическа ефективност

Изолационната координация трябва да балансира техническите изисквания с икономическата извършимост, особено при по-високи напрежения.