Kaj je izolacijska koordinacija v električnem sistemu

Kaj je koordinacija izolacije v električnem sistemu?

Definicija koordinacije izolacije

Koordinacija izolacije je strategična razporeditev električne izolacije, da se zmanjša poškodba sistema in omogoči lažje popravilo v primeru odpovedi.

Sistemske napetosti

Razumevanje nominalnih in najvišjih sistemske napetosti je ključno za oblikovanje izolacije električnega sistema, da lahko obvladuje različne delovne pogoje.

Nominalna sistemska napetost

Nominalna sistemska napetost je fazna napetost med fazi sistema, za katerega je sistem običajno oblikovan. Tako kot 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV sistemi.

Najvišja sistemska napetost

Najvišja sistemska napetost je najvišja dovoljena frekvenčna napetost, ki se lahko pojavi dolgočasno med brezobremenjenim ali malo obremenjenim stanjem električnega sistema. Merjena je tudi v fazni napetosti med fazama.

Spisek različnih nominalnih sistemske napetosti in njihove ustreznosti najvišje sistemske napetosti je podan spodaj za referenco,

NB – Opazimo iz zgornje tabele, da je običajno najvišja sistemska napetost 110 % odgovarjajoče nominalne sistemske napetosti do napetostne ravni 220 kV, in za 400 kV in višje je 105 %.

Faktor zemljenja

To je razmerje med najvišjo efektivno fazno napetostjo do zemlje na zdravi fazi med zemljitvijo in efektivno fazno napetostjo med fazama, ki bi jo pridobili na izbrani lokaciji brez zemljitve.

To razmerje karakterizira v splošnem pogledu zemljenje sistema, kot ga vidimo iz izbrane lokacije zemljitve.

Učinkovito zemljene sistemi

Sistem je učinkovito zemljen, če faktor zemljenja ne presega 80 %, in ne-učinkovito zemljen, če to presega. Faktor zemljenja je 100 % za sistem s izoliranim neutralom, medtem ko je 57,7 % (1/√3 = 0,577) za trdno zemljene sisteme.

Raven izolacije

Vsak električni opremi mora preživeti različne situacije z nadnapetostmi v različnih časih med svojim celotnim življenjskim časom. Oprema mora morda preživeti bleskovske impulze, preklopne impulze in/ali kratkotrajne frekvenčne nadnapetosti. Odvisno od najvišje razine impulznih napetosti in kratkotrajnih frekvenčnih nadnapetosti, ki jih lahko en komponent električnega sistema preživi, se določi raven izolacije visokonapetostnega električnega sistema.

Pri določanju ravni izolacije sistema, ocenjenega manj kot 300 kV, se upošteva trdnost pred bleskovskimi impulznimi napetostmi in kratkotrajnimi frekvenčnimi nadnapetostmi. Za opremo, ocenjeno več ali enako 300 kV, se upošteva trdnost pred preklopnimi impulznimi napetostmi in kratkotrajnimi frekvenčnimi nadnapetostmi.

Bleskovski impulzni napetosti

Motnje v sistemu zaradi naravnega bleska lahko predstavimo s tremi osnovnimi valovnimi oblikami. Če bleskovski impulzni napetost potuje neko razdaljo po prenosni liniji, preden pride do izolatorja, njegova valovna oblika postane polna valovna oblika, in ta val se imenuje 1,2/50 val. Če med potovanjem bleskovski motni val povzroči pretres preko izolatorja, oblika vala postane presečeni val. Če bleskovski udarec neposredno zadene izolator, lahko bleskovski impulzni napetost strmo narašča, dokler ga ne olajša pretres, kar povzroči nenadno, zelo strmo padec napetosti. Ti trije valovi so zelo različni glede trajanja in oblike.

Preklopni impulzi

Med preklapljanjem se lahko v sistemu pojavi unipolarna napetost. Valovna oblika, ki je lahko periodično utiha ali oscilira. Preklopni impulzni val ima strmo fronto in dolgo utihajočo oscilirajočo rep.

Kratkotrajna frekvenčna trdnost pred napetostjo

Kratkotrajna frekvenčna trdnost pred napetostjo je predpisana efektivna vrednost sinusne frekvenčne napetosti, ki jo mora električna oprema preživeti za določen čas, običajno 60 sekund.

Zaščitne naprave

Zaščitne naprave za nadnapetosti, kot so zadrževalci nadnapetosti ali bleskovski zadrževalci, so oblikovane, da preživijo določeno raven prehodnih nadnapetosti, za katere naprave odvodi prekomerno energijo v tla in tako ohranjajo raven prehodnih nadnapetosti do določene ravni. Tako prehodne nadnapetosti ne morejo preseči te ravni. Ravni zaščite zaščitnih naprav za nadnapetosti je najvišja vrhunska vrednost napetosti, ki ne sme biti presegana na terminalih zaščitne naprave za nadnapetosti, ko se nanje uporabijo preklopni in bleskovski impulzi.

Uporaba ščitne žice ali zemlje žice

Nadnapetosti zaradi bleska v površinskih prenosnih linijah lahko nastanejo zaradi neposrednih bleskovskih udarcov. Namestitev ščitne žice ali zemlje žice nad zgornjim vodnikom na ustrezno višino lahko zaščiti te linije. Če je ta ščitna žica pravilno povezana s prenosnim stolpom in je stolp dobro zemljen, lahko prepreči neposredne bleskovske udarce na vodnike znotraj zaščitnega kota zemlje žice. Ščitne žice tudi zaščitujo električne podstanice in njihovo opremo pred bleski.

Tradicionalna metoda koordinacije izolacije

Kot smo omenili, komponenti v električnem sistemu lahko doživijo različne ravni prehodnih napetostnih stresov, vključno s preklopnimi in bleskovskimi impulznimi napetostmi. Uporaba zaščitnih naprav, kot so bleskovski zadrževalci, lahko omeji najvišjo amplitudo teh prehodnih nadnapetosti. Ohranjanje ravni izolacije nad zaščitno raven zaščitnih naprav zmanjša verjetnost odpovedi izolacije. To zagotavlja, da je vsaka prehodna nadnapetost, ki doseže izolacijo, znotraj varnih mej, določenih s zaščitno raven.

Običajno je impulzna raven izolacije vzpostavljena 15 do 25 % nad zaščitno raven napetosti zaščitnih naprav.

Statistične metode koordinacije izolacije

Pri višjih prenosnih napetostih dolžina nizov izolatorjev in razmik v zraku ne narašča linearno s napetostjo, ampak približno s V1,6. Potrebno število diskov izolatorjev v visilnem nizu za različne nadnapetosti je prikazano spodaj. Opazimo, da je povečanje števila diskov le malo za 220 kV sistem, s povečanjem faktorja nadnapetosti od 2 do 3,5, toda je hitro povečanje za 750 kV sistem. Torej, čeprav je možno gospodarsko zaščititi nižje napetostne linije do faktorja nadnapetosti 3,5 (recimo), ni gospodarsko sprejemljivo imeti faktor nadnapetosti več kot približno 2 do 2,5 na višjih napetostnih linijah. Pri višjih napetostnih sistemih so preklopne nadnapetosti dominantne. Te pa se lahko kontrolirajo z pravilnim oblikovanjem preklopnih naprav.

Gospodarska učinkovitost

Koordinacija izolacije mora uravnotežiti tehnične zahteve z gospodarsko sprejemljivostjo, zlasti pri višjih napetostnih ravneh.