Què és la Coordinació d'Aïllament en el Sistema Elèctric?

Què és la Coordinació d'Aïllament en el Sistema Elèctric?

Definició de la Coordinació d'Aïllament

La coordinació d'aïllament és l'arranjament estratègic de l'aïllament elèctric per minimitzar els danys al sistema i assegurar reparacions fàcils en cas de fallada.

Voltatges del Sistema

Comprendre els voltatges nominals i màxims del sistema és crucial per dissenyar l'aïllament d'un sistema elèctric capaç de gestionar diferents condicions operatives.

Voltatge Nominal del Sistema

El Voltatge Nominal del Sistema és el voltatge entre fases del sistema per al qual el sistema està normalment dissenyat. Com ara els sistemes de 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV.

Voltatge Màxim del Sistema

El Voltatge Màxim del Sistema és el voltatge de freqüència d'energia màxim permès que pot ocurrir possiblement durant un llarg període en condicions de càrrega baixa o nul·la del sistema elèctric. També es mesura entre fases.

S'indica a continuació una llista de diferents voltatges nominals del sistema i els seus corresponents voltatges màxims del sistema per a referència,

NB – Es pot observar en la taula anterior que generalment el voltatge màxim del sistema és el 110 % del voltatge nominal del sistema corresponent fins a un nivell de voltatge de 220 kV, i per a 400 kV i més amunt és el 105 %.

Factor de Puntament

Aquest és el ràtio entre el voltatge ef de freqüència d'energia màxim entre fase i terra en una fase sana durant una fallada a terra i el voltatge ef entre fases de freqüència d'energia que s'obtindria en la ubicació seleccionada sense la fallada.

Aquest ràtio caracteritza, en termes generals, les condicions de puntament d'un sistema des de la ubicació de fallada seleccionada.

Sistema Eficientment Punta

Es diu que un sistema està eficientment punta si el factor de puntament no excedeix el 80 % i no està eficientment punta si ho fa.

El factor de puntament és del 100 % per a un sistema amb neutre aïllat, mentre que és del 57,7 % (1/√3 = 0,577) per a un sistema solidament punta.

Nivell d'Aïllament

Cada equipament elèctric ha de passar per diferents situacions de sobretensió transitori anormal en diferents moments durant el seu període total de servei. L'equipament pot haver de resistir impulsos de llamp, impulsos de commutació i/o sobretensions de freqüència d'energia de curta durada. Depenent del nivell màxim d'impulsos de tensió i sobretensions de freqüència d'energia de curta durada que un component del sistema elèctric pugui suportar, es determina el nivell d'aïllament del sistema d'alta tensió.

Durant la determinació del nivell d'aïllament del sistema amb una tensió nominal inferior a 300 kV, es consideren la tensió d'impuls de llamp que es pot suportar i la tensió de freqüència d'energia de curta durada que es pot suportar. Per a equips amb una tensió nominal igual o superior a 300 kV, es consideren la tensió d'impuls de commutació que es pot suportar i la tensió de freqüència d'energia de curta durada que es pot suportar.

Tensió d'Impuls de Llamp

Les pertorbacions del sistema causades per llamps naturals es poden representar per tres formes d'ona bàsiques diferents. Si una tensió d'impuls de llamp recorre una certa distància a la línia de transmissió abans d'arribar a un aïllador, la seva forma d'ona s'apropa a la forma d'ona completa, i aquesta ona es coneix com a ona 1,2/50. Si durant el recorregut, l'ona de pertorbació de llamp provoca un flash-over a través d'un aïllador, la forma de l'ona es converteix en una ona tallada. Si un impacte de llamp atén directament a l'aïllador, la tensió d'impuls de llamp pot augmentar bruscament fins que es allivia per un flash-over, causant una caiguda de tensió molt brusca. Aquestes tres ones són bastant diferents en durada i forma.

Impuls de Commutació

Durant les operacions de commutació, pot aparèixer un voltatge unipolar al sistema. La forma d'ona pot ser periòdicament amortida o oscil·lant. La forma d'ona de l'impuls de commutació té un front escarpat i una cua oscil·lant i amortida llarga.

Tensió de Freqüència d'Energia de Curta Durada que es Pot Suportar

La tensió de freqüència d'energia de curta durada que es pot suportar és el valor ef prescrit de la tensió sinusoidal de freqüència d'energia que l'equipament elèctric ha de suportar durant un període de temps específic, normalment 60 segons.

Dispositius de Protecció

Els dispositius de protecció contra sobretensions, com els paragols o els paralamps, estan dissenyats per suportar un cert nivell de sobretensió transitori més enllà del qual els dispositius drenejan l'energia de l'impuls a terra i, per tant, mantenint el nivell de sobretensió transitori fins a un nivell específic. Així, la sobretensió transitori no pot superar aquest nivell. El nivell de protecció dels dispositius de protecció contra sobretensions és el valor màxim de pic de tensió que no s'hauria de superar als terminals dels dispositius de protecció contra sobretensions quan s'apliquen impulsos de commutació i impulsos de llamp.

Utilització de Fil de Puntament o Fil de Terra

Els surts de llamp en les línies de transmissió aèries poden resultar de impacts de llamp directes. Instal·lar un fil de puntament o fil de terra sobre el conductor superior a una alçada adequada pot protegir aquestes línies. Si aquest fil de puntament està connectat correctament a la torre de transmissió i la torre està ben punta, pot prevenir impacts de llamp directes en qualsevol conductor dins de l'angle de protecció del fil de terra. Els fils de puntament també protegeixen les subestacions elèctriques i el seu equipament dels llamps.

Mètode Convencional de Coordinació d'Aïllament

Com s'ha discutit, els components en un sistema elèctric de potència poden experimentar diversos nivells de tensions transitories, incloent-hi impulsos de commutació i impulsos de llamp. Utilitzant dispositius de protecció com els paralamps, es pot limitar l'amplitud màxima d'aquestes sobretensions transitories. Mantenint els nivells d'aïllament per sobre del nivell de protecció dels dispositius de protecció, es minimitza la probabilitat de ruptura de l'aïllament. Això assegura que qualsevol sobretensió transitori que arribi a l'aïllament estigui dins dels límits segurs establerts pel nivell de protecció.

Generalment, el nivell d'aïllament d'impuls es estableix entre el 15 i el 25 % per sobre del nivell de tensió de protecció dels dispositius de protecció.

Mètodes Estadístics de Coordinació d'Aïllament

En tensions de transmissió més altes, la longitud de les cadenes d'aïlladors i la separació en l'aire no augmenten linealment amb la tensió, sinó aproximadament a V^1,6. El nombre requerit de discos d'aïllador en una cadena de suspensió per a diferents sobretensions es mostra a continuació. Es veu que l'augment en el nombre de discos és només lleuger per a un sistema de 220 kV, amb l'augment en el factor de sobretensió de 2 a 3,5, però hi ha un augment ràpid en el sistema de 750 kV. Així, mentre que pot ser econòmicament viable protegir les línies de tensió més baixa fins a un factor de sobretensió de 3,5 (digui), definitivament no és econòmicament viable tenir un factor de sobretensió superior a uns 2-2,5 en les línies de tensió més alta. En els sistemes de tensió més alta, són les sobretensions de commutació les que predominen. No obstant això, aquestes poden controlar-se amb un bon disseny dels dispositius de commutació.

Eficiència Econòmica

La coordinació d'aïllament ha de balanciar els requisits tècnics amb la viabilitat econòmica, especialment a tensions més altes.