چه می‌باشد هماهنگی عایق‌بندی در سیستم برق
چه می‌باشد هماهنگی عایق در سیستم قدرت؟
تعریف هماهنگی عایق
هماهنگی عایق، ترتیب استراتژیک عایق الکتریکی برای کاهش خسارت سیستم و اطمینان از تعمیرات آسان در صورت خرابی است.
ولتاژهای سیستم
فهمیدن ولتاژهای اسمی و حداکثر سیستم برای طراحی عایق سیستم قدرت به منظور مقابله با شرایط عملیاتی مختلف بسیار مهم است.
ولتاژ اسمی سیستم
ولتاژ اسمی سیستم، ولتاژ فاز به فاز سیستم است که برای آن سیستم معمولاً طراحی شده است. مانند سیستم‌های 11 کیلوولت، 33 کیلوولت، 132 کیلوولت، 220 کیلوولت، 400 کیلوولت.
ولتاژ حداکثر سیستم
ولتاژ حداکثر سیستم، ولتاژ مجاز حداکثر فرکانس قدرت است که ممکن است در زمان بدون بار یا بار پایین رخ دهد. این نیز به صورت فاز به فاز اندازه‌گیری می‌شود.
فهرست مختلف ولتاژهای اسمی سیستم و ولتاژهای حداکثر متناظرشان به عنوان مرجع در زیر آورده شده است،
توجه – از جدول بالا مشاهده می‌شود که معمولاً ولتاژ حداکثر سیستم ۱۱۰٪ ولتاژ اسمی متناظرش تا ولتاژ ۲۲۰ کیلوولت است، و برای ۴۰۰ کیلوولت و بالاتر ۱۰۵٪ است.
ضریب زمین‌رسانی
این نسبت ولتاژ فاز به زمین فرکانس قدرت حداکثر در فاز سالم در زمان خرابی زمین‌رسانی به ولتاژ فاز به فاز فرکانس قدرت است که در محل انتخابی بدون خرابی بدست می‌آید.
این نسبت به طور کلی شرایط زمین‌رسانی سیستم را از دیدگاه محل خرابی مشخص می‌کند.
سیستم مؤثر زمین‌رسانی
یک سیستم مؤثر زمین‌رسانی است اگر ضریب زمین‌رسانی بیش از ۸۰٪ نباشد و غیر مؤثر اگر بیش از آن باشد.
ضریب زمین‌رسانی برای سیستم نوتروال جدا شده ۱۰۰٪ است، در حالی که برای سیستم زمین‌رسانی محکم ۵۷.۷٪ (۱/√۳ = ۰.۵۷۷) است.
سطح عایق
هر تجهیز الکتریکی باید در طول دوره خدمت خود در زمان‌های مختلف با شرایط ولتاژ موقتی غیرعادی مواجه شود. تجهیز ممکن است باید ولتاژ ضربه‌ای برق‌آذرین، ولتاژ ضربه‌ای تغییر وضعیت یا ولتاژ موقتی فرکانس قدرت را تحمل کند. سطح عایق سیستم قدرت بالا بر اساس حداکثر سطح ولتاژ ضربه‌ای و ولتاژ موقتی فرکانس قدرت که یک مؤلفه سیستم قدرت می‌تواند تحمل کند تعیین می‌شود.
در تعیین سطح عایق سیستم با ولتاژ کمتر از ۳۰۰ کیلوولت، ولتاژ تحمل ضربه‌ای برق‌آذرین و ولتاژ تحمل موقتی فرکانس قدرت در نظر گرفته می‌شوند. برای تجهیزات با ولتاژ ۳۰۰ کیلوولت یا بیشتر، ولتاژ تحمل ضربه‌ای تغییر وضعیت و ولتاژ تحمل موقتی فرکانس قدرت در نظر گرفته می‌شوند.
ولتاژ ضربه‌ای برق‌آذرین
اختلالات سیستم ناشی از برق‌آذرین طبیعی می‌توانند با سه نوع موج پایه متفاوت نشان داده شوند. اگر ولتاژ ضربه‌ای برق‌آذرین برخی مسافت در خط انتقال حرکت کند قبل از رسیدن به عایق، شکل موج به موج کامل نزدیک می‌شود و این موج به عنوان موج ۱.۲/۵۰ شناخته می‌شود. اگر در طول حرکت، موج اختلال برق‌آذرین باعث فروپاشی عبوری از عایق شود، شکل موج به موج برش شده تبدیل می‌شود. اگر ضربه برق‌آذرین مستقیماً به عایق برخورد کند، ولتاژ ضربه‌ای برق‌آذرین ممکن است تا زمانی که با فروپاشی تخلیه شود، افزایش یافته و سقوط ناگهانی و بسیار شیب‌دار در ولتاژ ایجاد کند. این سه موج در مدت زمان و شکل متفاوت هستند.
ضربه‌ای تغییر وضعیت
در عملیات تغییر وضعیت ممکن است ولتاژ یک‌قطبی در سیستم ظاهر شود. شکل موج که ممکن است به صورت دوره‌ای میرا یا نوسانی باشد. شکل موج ضربه‌ای تغییر وضعیت دارای جبهه تیز و دم نوسانی میراست.
ولتاژ تحمل موقتی فرکانس قدرت
ولتاژ تحمل موقتی فرکانس قدرت، مقدار rms مشخص ولتاژ سینوسی فرکانس قدرت است که تجهیزات الکتریکی باید آن را برای مدت زمان خاصی معمولاً ۶۰ ثانیه تحمل کنند.
دستگاه‌های محافظ
دستگاه‌های محافظ ولتاژ موقتی مانند دستگاه‌های ضد ضربه یا ضد برق‌آذرین طراحی شده‌اند تا سطح مشخصی از ولتاژ موقتی تحمل کنند. در صورت بیش از این سطح، دستگاه‌ها انرژی ضربه را به زمین تخلیه می‌کنند و بنابراین سطح ولتاژ موقتی را تا سطح مشخصی حفظ می‌کنند. بنابراین ولتاژ موقتی نمی‌تواند از این سطح بیشتر شود. سطح محافظت دستگاه‌های محافظ ولتاژ موقتی، بالاترین مقدار ولتاژ قله‌ای است که نباید در انتهای دستگاه‌های محافظ ولتاژ موقتی وقتی ولتاژ ضربه‌ای تغییر وضعیت و برق‌آذرین اعمال می‌شود، بیش از آن باشد.
استفاده از سیم محافظ یا سیم زمین
برخوردهای برق‌آذرین در خطوط انتقال هوایی می‌توانند ناشی از ضربه‌های مستقیم برق‌آذرین باشند. نصب یک سیم محافظ یا سیم زمین در بالای رسانه بالایی در ارتفاع مناسب می‌تواند این خطوط را محافظت کند. اگر این سیم محافظ به خوبی به برج انتقال وصل شود و برج به خوبی زمین‌رسانی شود، می‌تواند از ضربه‌های مستقیم برق‌آذرین به هر رسانه‌ای در زاویه محافظت سیم زمین جلوگیری کند. سیم‌های محافظ همچنین از زیرстанسیون‌ها و تجهیزات آن‌ها از برق‌آذرین محافظت می‌کنند.
روش متعارف هماهنگی عایق
همانطور که بحث شد، مؤلفه‌های یک سیستم قدرت ممکن است با سطوح متفاوتی از ولتاژ موقتی تحت تنش قرار بگیرند، از جمله ولتاژ ضربه‌ای تغییر وضعیت و برق‌آذرین. استفاده از دستگاه‌های محافظ مانند ضد برق‌آذرین می‌تواند حداکثر دامنه این ولتاژهای موقتی را محدود کند. با حفظ سطح عایق بالاتر از سطح محافظت دستگاه‌های محافظ، احتمال فروپاشی عایق کاهش می‌یابد. این اطمینان می‌دهد که هر ولتاژ موقتی که به عایق می‌رسد در حدود محدوده‌های امنی که توسط سطح محافظت تنظیم شده است.
عموماً، سطح عایق ضربه‌ای ۱۵ تا ۲۵٪ بالاتر از ولتاژ محافظت دستگاه‌های محافظ تنظیم می‌شود.
روشهای آماری هماهنگی عایق
در ولتاژهای انتقال بالاتر، طول رشته‌های عایق و فاصله در هوا به طور خطی با ولتاژ افزایش نمی‌یابد بلکه تقریباً به V1.6 افزایش می‌یابد. تعداد لازم دیسک‌های عایق در رشته معلق برای ولتاژهای موقتی مختلف در زیر نشان داده شده است. مشاهده می‌شود که افزایش تعداد دیسک‌ها فقط کمی برای سیستم ۲۲۰ کیلوولت با افزایش عامل ولتاژ موقتی از ۲ به ۳.۵ است، اما افزایش سریع در سیستم ۷۵۰ کیلوولت وجود دارد. بنابراین، در حالی که اقتصادی ممکن است باشد که خطوط ولتاژ پایین‌تر را تا عامل ولتاژ موقتی ۳.۵ (مثلاً) محافظت کنیم، قطعاً اقتصادی نیست که عامل ولتاژ موقتی بیش از حدود ۲ تا ۲.۵ بر روی خطوط ولتاژ بالاتر داشته باشیم. در سیستم‌های ولتاژ بالا، ولتاژهای موقتی تغییر وضعیت غالب هستند. با این حال، این‌ها می‌توانند با طراحی صحیح دستگاه‌های تغییر وضعیت کنترل شوند.
کارایی اقتصادی
هماهنگی عایق باید نیازهای فنی را با امکانات اقتصادی متعادل کند، به ویژه در سطوح ولتاژ بالاتر.
