Hva er isolasjonskoordinering i kraftsystem?

Hva er isolasjonskoordinering i kraftsystem?

Definisjon av isolasjonskoordinering

Isolasjonskoordinering er den strategiske organiseringen av elektrisk isolasjon for å minimere systemskader og sikre enkle reparasjoner i tilfelle feil.

Systemspenninger

Forståelse av nominell og maksimal systemspenning er viktig for å designe kraftsystemets isolasjon for å håndtere ulike driftsforhold.

Nominell systemspenning

Nominell systemspenning er fas til fas spenningen i systemet som systemet vanligvis er designet for. For eksempel 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV systemer.

Maksimal systemspenning

Maksimal systemspenning er den maksimale tillatte strømfrekvensspenningen som kan oppstå, kanskje over lengre tid under ingen eller lite belastning av kraftsystemet. Den måles også på fas til fas-basis.

Liste over ulike nominelle systemspenninger og deres tilsvarende maksimale systemspenninger er gitt nedenfor for referanse,

NB – Det observeres fra tabellen at generelt maksimal systemspenning er 110 % av den tilsvarende nominelle systemspenningen opp til spenningsnivået 220 kV, og for 400 kV og over er det 105 %.

Jordningsfaktor

Dette er forholdet mellom den høyeste effektive fas til jord-strømfrekvensspenningen på en intakt fase under en jordfeil til den effektive fas til fas-strømfrekvensspenningen som ville blitt oppnådd på det valgte stedet uten feilen.

Dette forholdet karakteriserer, i alminnelige vendinger, jordingsforholdene i et system sett fra det valgte feilstedet.

Effektivt jordet system

Et system kalles effektivt jordet hvis jordningsfaktoren ikke overstiger 80 %, og ikke-effektivt jordet hvis den gjør det.

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

Isolasjonsnivå

All elektrisk utstyr må igjennom ulike anormale transiente overvoltage-situasjoner i forskjellige tider under sin totale serviceperiode. Utstyret må kanskje tåle lynimpulser, slåringsimpulser og/eller kortvarige strømfrekvens-overvoltage. Avhengig av det maksimale nivået av impulsspenninger og kortvarige strømfrekvens-overvoltage som en komponent i kraftsystemet kan tåle, fastsettes isolasjonsnivået for høyvoltskraftsystem.

Under fastsetting av isolasjonsnivået for systemer med mindre enn 300 kV, tas lynimpuls-tålegrense og kortvarig strømfrekvens-tålegrense i betraktning. For utstyr mer eller lik 300 kV, tas slåringsimpuls-tålegrense og kortvarig strømfrekvens-tålegrense i betraktning.

Lynimpulsspenning

Systemforstyrrelser som skyldes naturlig lyn, kan representeres ved tre ulike grunnbølgeformer. Hvis en lynimpulsspenning reiser noen distanse langs overføringslinjen før den når en isolator, nærmer bølgeformen seg full bølge, og denne bølgen refereres som 1,2/50-bølge. Hvis under reisen lynningsforstyrrelsens bølge forårsaker blinkovergang over en isolator, blir formen av bølgen kuttebølge. Hvis en lynnedslag treffer direkte på isolatoren, kan lynimpulsspenningen stige bratt inntil den blir lettet av blinkovergang, som fører til plutselig, svært bratt fall i spenning. Disse tre bølgene er ganske forskjellige i varighet og form.

Slåringsimpuls

Under slåringsoperasjoner kan det oppstå unipolare spenninger i systemet. Bølgeformen kan være periodisk dempet eller osillerende. Slåringsimpulsbølgeform har bratt front og lang dempet osillerende hale.

Kortvarig strømfrekvens-tålegrense

Kortvarig strømfrekvens-tålegrense er det foreskrevne effektive verdien av sinusfremde strømfrekvensspenning som elektrisk utstyr skal tåle i en spesifikk periode, normalt 60 sekunder.

Beskyttelsesenheter

Overvoltagebeskyttelsesenheter som surgearrestorer eller lynarrestorer, er designet for å tåle et visst nivå av transiente overvoltage, beyond which the devices drain the surge energy to the ground and therefore maintain the level of transient over voltage up to a specific level. Thus transient over voltage can not exceed that level. The protection level of over voltage protective device is the highest peak voltage value which should not be exceeded at the terminals of over voltage protective device when switching impulses and lightening impulses are applied.

Bruk av skjermtråd eller jordtråd

Lynsurger i overføringslinjer kan skyldes direkte lynnedslag. Ved å installere en skjermtråd eller jordtråd over topplederen på en passende høyde, kan disse linjene beskyttes. Hvis denne skjermtråden er riktig koblet til overføringsmasten og masten er godt jordet, kan den forhindre direkte lynnedslag på enhver leder innenfor beskyttelsesvinkelen til jordtråden. Skjermtråder beskytter også elektriske understasjoner og deres utstyr mot lyn.

Konvensjonell metode for isolasjonskoordinering

Som diskutert, kan komponenter i et elektrisk kraftsystem oppleve ulike nivåer av transiente spenningsstress, inkludert slårings- og lynimpulsspenninger. Ved å bruke beskyttelsesenheter som lynarrestorer, kan den maksimale amplituden av disse transiente overvoltage begrenses. Ved å opprettholde isolasjonsnivåer over beskyttelsesnivået til beskyttelsesenheter, minimeres sannsynligheten for isolasjonsnedbryting. Dette sikrer at enhver transient overvoltage som når isolasjonen, er innenfor trygge grenser satt av beskyttelsesnivået.

Generelt etableres impulsisolasjonsnivået 15 til 25 % over beskyttelsesnivået av beskyttelsesenheter.

Statistiske metoder for isolasjonskoordinering

Ved høyere overføringsvoltage, øker ikke lengden på isolatorskjeden og luftavstanden lineært med voltage, men omtrent til V1.6. Antallet isolatordisk i hengestreng for ulike overvoltage er vist nedenfor. Det ser man at økningen i antall disk er bare liten for 220 kV-system, med økningen i overvoltagefaktoren fra 2 til 3.5, men at det er en rask økning i 750 kV-system. Så, selv om det kan være økonomisk mulig å beskytte lavere voltages linjer opp til en overvoltagefaktor på 3.5 (si), er det definitivt ikke økonomisk mulig å ha en overvoltagefaktor på mer enn omtrent 2 til 2.5 på høyere voltages linjer. I de høyere voltagesystemene, er det slåringsovervoltage som er fremherskende. Imidlertid kan disse kontrolleres ved riktig design av slåringsenheter.

Økonomisk effektivitet

Isolasjonskoordinering må balansere tekniske krav med økonomisk gjennomførlighet, spesielt ved høyere voltages.