Hvad er Isoleringssammenhæng i strømsystemer?

Hvad er isoleringskoordinering i et strømsystem?

Isoleringskoordinering defineret

Isoleringskoordinering er den strategiske opstilling af elektrisk isolation for at minimere systemskader og sikre nemme reparationer i tilfælde af fejl.

Systemspændinger

Forståelse af nominelle og maksimale systemspændinger er afgørende for at designe en strømforsyningens isolation til at håndtere forskellige driftsforhold.

Nominel Systemspænding

Nominel Systemspænding er fase-til-fase spændingen i systemet, som systemet normalt er designet til. For eksempel 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV systemer.

Maksimal Systemspænding

Maksimal Systemspænding er den maksimale tilladte effektspænding, der kan opstå, måske over en lang periode under ingen eller lav belastning på strømsystemet. Den måles også i fase-til-fase form.

Herunder findes en liste over forskellige nominelle systemspændinger og deres tilsvarende maksimale systemspændinger til reference,

NB – Det ses fra ovenstående tabel, at den maksimale systemspænding generelt er 110 % af den tilsvarende nominelle systemspænding op til spændingsniveau på 220 kV, og for 400 kV og højere er det 105 %.

Jordningsfaktor

Dette er forholdet mellem den højeste effektfrekvens spænding fra fase til jord på en intakt fase under en jordfejl til den effektfrekvens spænding fra fase til fase, der ville blive opnået på den valgte placering uden fejlen.

Dette forhold karakteriserer i almindelige vendinger jordningsforholdene i et system set fra den valgte fejlplacering.

Effektivt jordet system

Et system siges at være effektivt jordet, hvis jordningsfaktoren ikke overstiger 80 %, og ikke-effektivt jordet, hvis den gør.

Jordningsfaktoren er 100 % for et isoleret neutralsystem, mens den er 57,7 % (1/√3 = 0,577) for et solidt jordet system.

Isolationsniveau

Enhver elektrisk udstyr skal klare forskellige abnormale kortvarige overspændingsforhold i forskellige tider under sin samlede serviceperiode. Udstyret må muligvis klare lynimpulser, skiftimpulser og/eller kortvarige effektfrekvensoverspændinger. Afhængigt af det maksimale niveau af impulsspændinger og kortvarige effektfrekvensoverspændinger, som en strømsystemkomponent kan klare, fastsættes isolationsniveauet for højspændingsstrømsystemer.

Under fastsættelsen af isolationsniveauet for systemer med en rating under 300 kV, tages lynimpulsstandfasthedsspændingen og kortvarig effektfrekvensstandfasthedsspændingen i betragtning. For udstyr med en rating på 300 kV eller mere, tages skiftimpulsstandfasthedsspændingen og kortvarig effektfrekvensstandfasthedsspændingen i betragtning.

Lynimpulsspænding

Systemforstyrrelser, der skyldes naturlige lynnedslag, kan repræsenteres ved tre forskellige grundlæggende bølgformer. Hvis en lynimpulsspænding rejser nogle afstand langs transmissionslinjen, før den når til en isolator, nærmer sig bølgformen fuldbølge, og denne bølge kaldes 1,2/50 bølge. Hvis under rejse lynnedslagsforstyrrelsens bølge forårsager flaskeover en isolator, ændres formen af bølgen til en afklippet bølge. Hvis et lynnedslag rammer direkte på isolatoren, kan lynimpulsspændingen stige stejlt, indtil den letteres af flaske, hvilket forårsager en pludselig, meget stejl nedgang i spændingen. Disse tre bølger er ganske forskellige i varighed og form.

Skiftimpuls

Under skiftoperation kan der opstå unipolær spænding i systemet. Bølgeformen kan være periodisk dæmpet eller oscillerende. Skiftimpulsbølgeform har en stejl front og en lang dæmpet oscillerende hale.

Kortvarig effektfrekvensstandfasthedsspænding

Kortvarig effektfrekvensstandfasthedsspænding er den foreskrevne effektiv værdi af sinusformet effektfrekvensspænding, som elektrisk udstyr skal klare i en bestemt periode, normalt 60 sekunder.

Beskyttelsesenheder

Overvoltagebeskyttelsesenheder som lynafledere er designet til at klare et bestemt niveau af kortvarige overspændinger, hvorved enhederne drainerer energien fra overspændelser til jorden og dermed opretholder overspændelsesniveauet på et bestemt niveau. Således kan kortvarige overspændelser ikke overstige dette niveau. Beskyttelsesniveauet for overvoltagebeskyttelsesenheder er den højeste spidsværdi, som ikke bør overstiges ved terminalerne på overvoltagebeskyttelsesenheder, når skiftimpulser og lynimpulser anvendes.

Brug af skjoldtråd eller jordtråd

Lynnedslag i overgrunds-transmissionslinjer kan skyldes direkte lynnedslag. Installation af en skjoldtråd eller jordtråd over den øverste ledning på en passende højde kan beskytte disse linjer. Hvis denne skjoldtråd er korrekt forbundet til transmissionsmålet, og masteden er godt jordet, kan det forhindre direkte lynnedslag på enhver leder inden for jordtrådens beskyttelsesvinkel. Skjoldtråde beskytter også elektriske underværker og deres udstyr mod lynnedslag.

Konventionel metode til isoleringskoordinering

Som diskuteret, kan komponenter i et elektrisk strømsystem opleve forskellige niveauer af kortvarige overspændingsstress, herunder skift- og lynimpulsspændinger. Ved at bruge beskyttelsesenheder som lynafledere kan man begrænse den maksimale amplitude af disse kortvarige overspændelser. Ved at opretholde isolationsniveauer over beskyttelsesenhedernes beskyttelsesniveau, reduceres sandsynligheden for isoleringsnedbrydning. Dette sikrer, at enhver kortvarig overspænding, der når til isolationen, er inden for de sikre grænser, der er sat af beskyttelsesniveauet.

Generelt etableres impulsisolationsniveauet på 15-25 % over beskyttelsesniveauets spænding for beskyttelsesenheder.

Statistiske metoder til isoleringskoordinering

Ved højere transmissionspændinger øges længden af isolatorstrenger og luftafstande ikke lineært med spændingen, men ca. til V^1,6. Det nødvendige antal isolator-disc i suspensionstrengen for forskellige overspændelser vises nedenfor. Det ses, at øget antal disc kun er let for 220 kV system, med øget overspændelsesfaktor fra 2 til 3,5, men der er en hurtig stigning i 750 kV system. Således, selvom det kan være økonomisk muligt at beskytte lavere spændingslinjer op til en overspændelsesfaktor på 3,5 (sige), er det definitivt ikke økonomisk muligt at have en overspændelsesfaktor på mere end ca. 2-2,5 på højere spændingslinjer. I højere spændingssystemer er det skiftoverspændelser, der er fremherskende. Disse kan dog kontrolleres ved korrekt design af skiftenheder.

Økonomisk effektivitet

Isoleringskoordinering skal balancere tekniske krav med økonomisk mulighed, især ved højere spændingsniveauer.