Šta je koordinacija izolacije u sistemu snabdevanja električnom energijom

Šta je koordinacija izolacije u sistemu snabdevanja električnom energijom?

Definicija koordinacije izolacije

Koordinacija izolacije je strategijska raspodela električne izolacije kako bi se smanjila oštećenja sistema i osigurala laka popravka u slučaju greške.

Naponski nivoi sistema

Razumevanje nominalnog i maksimalnog naponskog nivoa sistema je ključno za dizajniranje izolacije sistema snabdevanja električnom energijom kako bi mogao da podnese različite uslove rada.

Nominalni naponski nivo sistema

Nominalni naponski nivo sistema predstavlja fazni napon sistema za koji je sistem obično dizajniran. Takođe, to su sistemi sa 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV.

Maksimalni naponski nivo sistema

Maksimalni naponski nivo sistema predstavlja maksimalnu dozvoljenu frekvenciju napona moći koja se može pojaviti tokom dužeg perioda bez opterećenja ili sa niskim opterećenjem sistema snabdevanja električnom energijom. Isto tako se mjeri u fazno-faznom odnosu.

Spisak različitih nominalnih nivoa napona sistema i njihovih odgovarajućih maksimalnih nivoa napona dat je ispod za referencu,

NB – Iz gornje tablice se vidi da je općenito maksimalni naponski nivo 110 % odgovarajućeg nominalnog naponskog nivoa do nivoa napona od 220 kV, a za 400 kV i više to je 105 %.

Faktor zemljenja

Ovo je odnos najveće efektivne faze do zemlje frekvencije napona na zdravoj fazi tokom greške zemljenja prema efektivnom fazno-faznom naponu frekvencije napona koji bi se dobio na odabranoj lokaciji bez greške.

Ovaj odnos karakterizuje, u općim smislu, uvjete zemljenja sistema kao što se vide s odabrane lokacije greške.

Efektivno zemljeni sistem

Sistem se smatra efektivno zemljenim ako faktor zemljenja ne prelazi 80 %, a neefektivno zemljenim ako to čini.

Faktor zemljenja je 100 % za izolirani neutralni sistem, dok je 57,7 % (1/√3 = 0,577) za solidno zemljeni sistem.

Nivo izolacije

Svako električko oprema mora da podnesa različite situacije privremenih prekomjernih napona tokom svog ukupnog vremena rada. Oprema može morati da podnesa impulsne napone od munje, prekidna impulsna napona i/ili kratkotrajne prekomjerne napone frekvencije napona. Zavisno o maksimalnom nivou impulsnih napona i kratkotrajnih prekomjernih napona koje jedan komponent sistema može podneti, određuje se nivo izolacije visokonaponskog sistema.

Pri određivanju nivoa izolacije sistema ocijenjenog manje od 300 kV, uzimaju se u obzir impulsnost napona od munje i kratkotrajnost prekomjernih napona frekvencije napona. Za opremu ocijenjenu 300 kV ili više, uzimaju se u obzir prekidna impulsnost napona i kratkotrajnost prekomjernih napona frekvencije napona.

Impulsni napon od munje

Poremećaji sistema zbog prirodnih munji mogu biti predstavljeni tri različite osnovne valne forme. Ako se impulsni napon od munje kreće nekim putem duž linije prijenosa prije nego što stigne do izolatora, njegov valni oblik približava se punom valu, a taj val se naziva 1.2/50 val. Ako tijekom putovanja, valni poremećaj uzrokuje iskrsavanje preko izolatora, oblik vala postaje prekinuti val. Ako munja direktno pogodi izolator, impulsni napon od munje može brzo narasti dok se ne olakša iskrsavanjem, što dovodi do naglog, vrlo strmnog pada napona. Ovi tri vala su značajno različiti po trajanju i obliku.

Prekidni impuls

Tokom operacija prekidača može se pojaviti unipolarni napon u sistemu. Valni oblik može biti periodično prigušen ili oscilirajući. Prekidni impulsni val ima strminu na prvom delu i dugi prigušeni oscilirajući rep.

Kratkotrajan prekomjerni napon frekvencije napona

Kratkotrajan prekomjerni napon frekvencije napona predstavlja propisan efektivni sinusni napon frekvencije napona koji električna oprema treba podneti tokom određenog vremenskog perioda, obično 60 sekundi.

Zaštitna uređaja

Zaštitni uređaji za prekomjerne napone, kao što su zaštitni uređaji od munje ili zaustavljači munje, dizajnirani su da podnesu određeni nivo privremenih prekomjernih napona, preko kojeg uređaji odsištavaju talasnu energiju na zemlju i time održavaju nivo privremenih prekomjernih napona do određenog nivoa. Time se privremeni prekomjerni naponi ne mogu preći taj nivo. Nivo zaštite zaštitnih uređaja za prekomjerne napone predstavlja najveću vrhunsku vrijednost napona koja ne bi trebala biti prekoračena na terminalima zaštitnog uređaja kada se primijene prekidni impuls i impuls od munje.

Korišćenje štitne žice ili zemljne žice

Talasi od munje u površinskim linijama prijenosa mogu nastati kao rezultat direktnih udara munje. Instalacija štitne žice ili zemljne žice iznad gornjeg vodnika na odgovarajućoj visini može zaštititi te linije. Ako je ova štitna žica pravilno spojena na toranj za prijenos i toranj je dobro zemljen, može sprečiti direktni udar munje na bilo koji vodnik unutar zaštitnog ugla zemljne žice. Štitne žice takođe štite električne podstanice i njihovu opremu od munje.

Konvencionalna metoda koordinacije izolacije

Kao što je rečeno, komponente u električnom sistemu snabdevanja električnom energijom mogu doživjeti različite nivoe privremenih naponskih stresa, uključujući prekidne i impulsne napone od munje. Korišćenjem zaštitnih uređaja, kao što su zaustavljači munje, može se ograničiti maksimalna amplituda ovih privremenih prekomjernih napona. Održavanjem nivoa izolacije iznad nivoa zaštite zaštitnih uređaja, smanjuje se verovatnoća padanja izolacije. To osigurava da bilo koji privremeni prekomjerni napon koji stigne do izolacije bude unutar sigurnih granica utvrđenih nivoom zaštite.

Općenito, impulsni nivo izolacije utvrđen je na 15 do 25 % iznad nivoa zaštite napona zaštitnih uređaja.

Statističke metode koordinacije izolacije

Na većim nivoima prijenosa, dužina lanaca izolatora i razmak u zraku ne povećavaju se linearno s naponom, već približno na V1.6. Potrebni broj diskova izolatora u lanac suspendovanja za različite prekomjerne napone prikazan je ispod. Vidi se da povećanje broja diskova samo malo za 220 kV sistem, sa povećanjem faktora prekomjernog napona od 2 do 3.5, ali postoji brzo povećanje u 750 kV sistemu. Stoga, dok je ekonomski moguće zaštititi linije nižeg napona do faktora prekomjernog napona od 3.5 (recimo), definitivno nije ekonomski moguće imati faktor prekomjernog napona veći od oko 2 do 2.5 na linijama višeg napona. U sistemima višeg napona, dominantni su prekidni prekomjerni naponi. Međutim, ovi se mogu kontrolirati pravilnim dizajnom prekidača.

Ekonomsko učinkovitost

Koordinacija izolacije mora balansirati tehničke zahteve sa ekonomskom mogućnošću, posebno na višim nivoima napona.