Что такое согласование изоляции в энергетической системе?

Что такое координация изоляции в электрической системе?

Определение координации изоляции

Координация изоляции — это стратегическое расположение электрической изоляции для минимизации повреждений системы и обеспечения легкого ремонта в случае отказа.

Напряжения системы

Понимание номинальных и максимальных напряжений системы является ключевым для проектирования изоляции электрической системы, способной справляться с различными эксплуатационными условиями.

Номинальное напряжение системы

Номинальное напряжение системы — это фазное напряжение системы, для которого система обычно проектируется. Например, системы 11 кВ, 33 кВ, 132 кВ, 220 кВ, 400 кВ.

Максимальное напряжение системы

Максимальное напряжение системы — это максимально допустимое напряжение промышленной частоты, которое может возникать на длительное время при холостом или малой нагрузке системы. Оно также измеряется между фазами.

Список различных номинальных напряжений системы и их соответствующих максимальных напряжений приведен ниже для справки,

Примечание — Как видно из таблицы выше, обычно максимальное напряжение системы составляет 110 % соответствующего номинального напряжения до уровня 220 кВ, а для 400 кВ и выше — 105 %.

Коэффициент заземления

Это отношение наибольшего среднеквадратичного напряжения промышленной частоты от фазы к земле на здоровой фазе во время короткого замыкания на землю к среднеквадратичному напряжению промышленной частоты между фазами, которое было бы получено в выбранном месте без неисправности.

Это соотношение характеризует, в общих чертах, условия заземления системы, как видно с выбранного места неисправности.

Эффективно заземленная система

Система считается эффективно заземленной, если коэффициент заземления не превышает 80 %, и неэффективно заземленной, если он превышает этот уровень.

Коэффициент заземления составляет 100 % для системы с изолированным нейтральным проводом, а для твердозаземленной системы — 57,7 % (1/√3 = 0,577).

Уровень изоляции

В течение всего срока службы каждое электрооборудование подвергается различным аномальным переходным перенапряжениям. Оборудование должно выдерживать импульсы молнии, коммутационные импульсы и/или кратковременные перенапряжения промышленной частоты. В зависимости от максимального уровня импульсных напряжений и кратковременных перенапряжений, которые может выдержать один компонент системы, определяется уровень изоляции высоковольтной системы.

При определении уровня изоляции системы, рассчитанной на менее 300 кВ, учитываются импульсное напряжение молнии и кратковременное перенапряжение промышленной частоты. Для оборудования, рассчитанного на 300 кВ и выше, учитываются коммутационное импульсное напряжение и кратковременное перенапряжение промышленной частоты.

Импульсное напряжение молнии

Помехи в системе, вызванные естественной молнией, могут быть представлены тремя различными основными формами волн. Если импульсное напряжение молнии проходит некоторое расстояние по линии передачи, прежде чем достигнет изолятора, его форма волны приближается к полной волне, и эта волна называется 1.2/50. Если во время движения импульсная помеха вызывает пробой через изолятор, форма волны становится обрезанной. Если удар молнии попадает прямо на изолятор, то импульсное напряжение молнии может резко возрастать до тех пор, пока не будет облегчено пробоем, вызывая внезапное, очень крутое падение напряжения. Эти три волны существенно различаются по длительности и форме.

Коммутационный импульс

Во время коммутации в системе может появляться однонаправленное напряжение. Форма этой волны может быть периодически затухающей или колебательной. Форма волны коммутационного импульса имеет крутой фронт и длинный затухающий хвост.

Кратковременное перенапряжение промышленной частоты

Кратковременное перенапряжение промышленной частоты — это предписанное среднеквадратичное значение синусоидального напряжения промышленной частоты, которое электрооборудование должно выдерживать в течение определенного периода времени, обычно 60 секунд.

Защитные устройства

Защитные устройства от перенапряжений, такие как грозозащитные разрядники, предназначены для выдерживания определенного уровня переходных перенапряжений, после которого устройства сбрасывают энергию в землю, тем самым поддерживая уровень переходных перенапряжений на определенном уровне. Таким образом, переходные перенапряжения не могут превышать этот уровень. Уровень защиты защитного устройства от перенапряжений — это максимальное пиковое значение напряжения, которое не должно превышаться на выводах защитного устройства при применении коммутационных и грозовых импульсов.

Использование защитного провода или заземляющего провода

Перенапряжения в воздушных линиях передачи могут возникать из-за прямых ударов молнии. Установка защитного провода или заземляющего провода над верхним проводником на подходящей высоте может защищать эти линии. Если этот защитный провод правильно соединен с опорой линии, а опора хорошо заземлена, он может предотвратить прямые удары молнии на любые проводники в пределах защитного угла заземляющего провода. Защитные провода также защищают электрические подстанции и их оборудование от молний.

Традиционный метод координации изоляции

Как уже обсуждалось, компоненты в электрической системе могут испытывать различные уровни переходных напряжений, включая коммутационные и грозовые импульсы. Использование защитных устройств, таких как грозозащитные разрядники, может ограничить максимальную амплитуду этих переходных перенапряжений. Поддерживая уровень изоляции выше уровня защиты защитных устройств, вероятность пробоя изоляции минимизируется. Это обеспечивает, что любое переходное перенапряжение, достигающее изоляции, находится в безопасных пределах, установленных уровнем защиты.

Обычно уровень импульсной изоляции устанавливается на 15-25 % выше уровня защиты защитных устройств.

Статистические методы координации изоляции

При более высоких напряжениях передачи длина цепочек изоляторов и воздушные зазоры не увеличиваются линейно с напряжением, но примерно как V1.6. Требуемое количество дисков изоляторов в подвесной цепочке для различных перенапряжений показано ниже. Видно, что увеличение числа дисков незначительно для системы 220 кВ при увеличении фактора перенапряжения с 2 до 3,5, но происходит быстрый рост для системы 750 кВ. Таким образом, хотя экономически возможно защищать линии с меньшим напряжением до фактора перенапряжения 3,5 (например), экономически нецелесообразно иметь фактор перенапряжения более 2-2,5 на линиях с более высоким напряжением. В системах с более высоким напряжением преобладают коммутационные перенапряжения. Однако они могут быть контролированы правильным проектированием коммутационных устройств.

Экономическая эффективность

Координация изоляции должна балансировать технические требования с экономической целесообразностью, особенно на более высоких уровнях напряжения.