Mikä on eristyskoordinointi sähköverkossa?

Mikä on eristyskoordinointi sähköverkossa?

Eristyskoordinoinnin määritelmä

Eristyskoordinointi on sähköisen erityksen strateginen järjestely, jonka tarkoituksena on vähentää järjestelmän vahingoittumista ja varmistaa helpot korjaukset epäonnistuessa.

Järjestelmän jännitteet

Nominaali- ja maksimijärjestelmän jännitteen ymmärtäminen on olennaista sähköjärjestelmän eristyksen suunnittelussa eri toimintatilanteisiin sopeutettaessa.

Nominaalijärjestelmän jännite

Nominaalijärjestelmän jännite on vaihe-vaihe-jännite, jolle järjestelmä on tavallisesti suunniteltu. Esimerkkejä ovat 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV järjestelmät.

Maksimijärjestelmän jännite

Maksimijärjestelmän jännite on suurin sallittu virtasidonnainen jännite, joka voi esiintyä pitkään tyhjän tai heikon kuorman aikana. Se mitataan myös vaihe-vaihe-menetelmällä.

Alla on luettelo eri nominaalijärjestelmän jännitteistä ja niiden vastaavista maksimijärjestelmän jännitteistä viitteeksi,

Huom – Yllä olevasta taulukosta havaitaan, että yleisesti ottaen maksimijärjestelmän jännite on 110 % vastaavasta nominaalijärjestelmän jännitteestä jänniteasteelle 220 kV asti, ja 400 kV:lle ja ylöspäin se on 105 %.

Maajohdekerroin

Tämä on suhteellinen arvo, joka ilmaisee korkeimman RMS vaihe-maahan virtasidonnaisen jännitteen hyvässä vaiheessa maavirheen aikana verrattuna RMS vaihe-vaihe-jännitteeseen, jota saisi valitulla paikalla ilman virhettä.

Tämä suhdeluku karakterisoi yleisesti järjestelmän maajohdetilanteita valitulta virhepaikalta katsottuna.

Vaikuttavasti maanjätetty järjestelmä

Järjestelmä sanotaan vaikuttavasti maanjätetyksi, jos maajohdekerroin ei ylitä 80 %, ja ei-vaikuttavasti maanjätetyksi, jos se ylittää tämän rajan.

Maajohdekerroin on 100 % eristetylle neutraalille järjestelmälle, kun taas se on 57,7 % (1/√3 = 0,577) vakaasti maanjätetylle järjestelmälle.

Eritystaso

Jokaisen sähkölaite kohtaa erilaisia poikkeuksellisia tilapäisiä ylijännitteitä eri ajoissa sen kokonaisen käyttöajan aikana. Laite voi joutua kestämään ukkosimpulssien, kytkentäimpulssien ja/tai lyhytaikaisia virtasidonnaisia ylijännitteitä. Korkean jännitteen sähköjärjestelmän eritystaso määräytyy siitä, millä maksimitasolla kyseiset impulssiylijännitteet ja lyhytaikaiset virtasidonnaiset ylijännitteet voivat siihen vaikuttaa.

Kun määritellään järjestelmän eritystaso, joka on alle 300 kV, huomioidaan ukkosimpulssien ja lyhytaikaisen virtasidonnaisen ylijännitteen kestokyky. Laitteille, jotka on suunniteltu 300 kV:lle tai enemmälle, huomioidaan kytkentäimpulssien ja lyhytaikaisen virtasidonnaisen ylijännitteen kestokyky.

Ukkosimpulssijännite

Luonnollisten ukkosen aiheuttamien järjestelmän häiriöiden voidaan edustaa kolmella eri perusmuodollisella aalloilla. Jos ukkosimpulssijännite kulkee jossain matkan verran siirtolinjalla ennen kuin se saavuttaa eristimen, sen aallon muoto lähestyy täysiä aaltoja, ja tätä aaltoa kutsutaan 1,2/50-aaloksi. Jos matkalla ukkosihäiriö aiheuttaa eristimen välillä syttyvän virheen, aallon muoto muuttuu katkennaksi. Jos ukkosiosuma iskee suoraan eristimeen, ukkosimpulssijännite voi nousta jyrkästi, kunnes se lievenee virheen avulla, mikä aiheuttaa äkillisen, erittäin jyrkän jännitteen laskun. Nämä kolme aaltoa eroavat kestostaan ja muodostaan huomattavasti.

Kytkentäimpulssi

Kytkennässä järjestelmään voi ilmetä yksipolteinen jännite, jonka aallon muoto voi olla joko säännöllisesti vaimeneva tai heilahteleva. Kytkentäimpulssiaallon muoto on jyrkä alusta ja pitkä vaimeneva heilahteleva häntä.

Lyhytaikainen virtasidonnainen ylijännitteen kestokyky

Lyhytaikainen virtasidonnainen ylijännitteen kestokyky on määrätty RMS-arvo sinimuotoisesta virtasidonnaisesta jännitteestä, jota sähkölaite tulisi kestää tietyksi aikaksi, yleensä 60 sekuntia.

Suojalaitteet

Ylijännitessuojalaitteet, kuten surgearrestorit tai ukkosiarrestorit, on suunniteltu kestämään tietyn tason tilapäisiä ylijännitteitä, joiden yläpuolella laitteet johtavat surgesienergian maahan ja siten ylläpitävät ylijännitteen tasoa tietyn rajan puitteissa. Näin ylijännite ei voi ylittää tätä raja-arvoa. Suojalaitteen suojataso on korkein huippujännitearvo, jota ei tulisi ylittää suojalaitteen päätteissä, kun kytkentäimpulssit ja ukkosimpulssit on sovellettu.

Käyttäen suojajohtoa tai maajohtoa

Ilmajohdossa tapahtuvat ukkosisyöttöt voivat johtua suorista ukkosiosumista. Suojajohto tai maajohto, asennettu sopivalla korkeudella ylin johtojohto yläpuolelle, voi suojata näitä linjoja. Jos tämä suojajohto on yhdistetty oikein siirtovälineeseen ja väline on hyvin maanjätetty, se voi estää suoria ukkosiosumoja kaikille johtojohtoille suojajohteen suojauskulmassa. Suojajohto suojaa myös sähköasemaa ja sen laitteita ukkosilta.

Perinteinen menetelmä eristyskoordinoinnissa

Kuten mainittiin, sähköjärjestelmän komponentit voivat kohdata erilaisia tilapäisiä jännitetystressejä, mukaan lukien kytkentä- ja ukkosimpulssijännitteitä. Käyttämällä suojalaitteita, kuten ukkosiarrestoreita, voidaan rajoittaa näiden tilapäisten ylijännitteiden maksimiampplitudi. Ylläpitämällä eritystasoa yli suojalaitteiden suojatasoa, minimoidaan erityksen romahduksen todennäköisyys. Tämä varmistaa, että kaikki tilapäiset ylijännitteet, jotka saavuttavat erityksen, ovat turvallisuusrajojen sisällä, jotka on asetettu suojatasolla.

Yleisesti ottaen impulssieritystaso asetetaan 15–25 % yli suojalaitteiden suojatasojännitteen.

Tilastolliset menetelmät eristyskoordinoinnissa

Korkeammassa siirtovoltissa eristysketjujen pituus ja ilmatyhjiön selkävyöhyke eivät kasva lineaarisesti voltin mukaan, vaan noin V1,6. Erilaisille ylijännitteille tarvittava eristyslevyjen määrä on esitetty alla. Havaitaan, että levymäärän lisäys on vain pieni 220 kV järjestelmässä, kun ylijännitteen kerroin kasvaa 2:sta 3,5:een, mutta 750 kV järjestelmässä lisäys on nopea. Näin ollen, vaikka alhaisempien jännitteiden suojelu ylijännitteen kerroin 3,5 (sanoakseen) voi olla taloudellisesti kannattavaa, se ei ole taloudellisesti kannattavaa suurempien jännitteiden järjestelmissä. Korkeammassa jännitteessä on kytkentäylijännitteet, jotka ovat yleisiä. Nämä voidaan kuitenkin hallita kytkentälaitteiden asianmukaisella suunnittelulla.

Taloudellinen tehokkuus

Eristyskoordinoinnin on tasapainotettava tekniset vaatimukset taloudellisen kannattavuuden kanssa, erityisesti korkeammassa jännitteessä.