Vad är isoleringskoordinering i elkraftsystem?

Vad är isoleringskoordinering i kraftsystem?

Definition av isoleringskoordinering

Isoleringskoordinering är den strategiska placeringen av elektrisk isolering för att minimera systemskador och säkerställa enkel reparation vid fel.

Systemspänningar

Förståelse för nominal- och maximala systemspänningar är avgörande för att utforma ett kraftsystems isolering för att hantera olika driftsätt.

Nominal System Spänning

Nominal System Spänning är fas-till-fas-spänningen i systemet som systemet normalt är utformat för. Till exempel 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV-system.

Maximal System Spänning

Maximal System Spänning är den maximala tillåtna nätspänningen som kan uppstå under lång tid under belastningsfria eller lågbelastade förhållanden i kraftsystemet. Den mäts också på fas-till-fas-basis.

En lista över olika nominala systemspänningar och deras motsvarande maximala systemspänningar ges nedan för referens,

NB – Det observeras från tabellen ovan att den maximala systemspänningen generellt sett är 110 % av motsvarande nominala systemspänningen upp till spänningsnivån 220 kV, och för 400 kV och högre är det 105 %.

Jordningsfaktor

Detta är förhållandet mellan den högsta effektiva fas-till-jord-spänningen på en sund fas under jordfel till den effektiva fas-till-fas-spänningen som skulle erhållas vid den valda platsen utan felen.

Detta förhållande karakteriserar, i allmänna termer, jordningsförhållandena i ett system sett från den valda felplassen.

Effektivt jordat system

Ett system anses vara effektivt jordat om jordningsfaktorn inte överstiger 80 % och icke-effektivt jordat om den gör det.

Jordningsfaktorn är 100 % för ett isolerat neutralsystem, medan den är 57,7 % (1/√3 = 0,577) för ett solidt jordat system.

Isoleringssnivå

All elektrisk utrustning måste klara olika abnorma överspänningsituationer under sin totala serviceperiod. Utrustningen måste kunna stå emot blixtningsimpulser, växlingsimpulser och/eller kortvariga nätspänningsoverspänningar. Beroende på den maximala nivån av impulsöverspänninger och kortvariga nätspänningsoverspänninger som en kraftsystemkomponent kan klara, fastställs isoleringssnivån för högspänningskraftsystem.

När isoleringssnivån för system med en strömstyrka mindre än 300 kV fastställs tas blixtningsimpulshållbarhet och kortvarig nätspänningshållbarhet i beaktning. För utrustning med en strömstyrka på 300 kV eller mer tas växlingsimpulshållbarhet och kortvarig nätspänningshållbarhet i beaktning.

Blixtningsimpulsspänning

Systemstörningar orsakade av naturlig blixtningskan representeras av tre olika grundläggande vågformer. Om en blixtningsimpulsspänning reser sig någon distans längs överföringsledningen innan den når en isolator närmar sig dess vågform full våg, och denna våg kallas 1,2/50-våg. Om under resan blixtningsstörningsvågen orsakar fläckövergång över en isolator blir formen av vågen krossad våg. Om en blixtningsdisch träffar direkt på en isolator kan blixtningsimpulsspänningen stiga brant tills den lindras av fläckövergång, vilket orsakar plötslig, mycket brant kollaps i spänningen. Dessa tre vågor skiljer sig ganska mycket åt i varaktighet och form.

Växlingsimpuls

Under växlingsoperation kan det dyka upp unipolar spänning i systemet. Vågformen av vilken kan vara periodiskt damperad eller oscillerande. Växlingsimpulsvågform har brant front och lång damperad oscillerande svans.

Kortvarig nätspänningshållbarhet

Kortvarig nätspänningshållbarhet är den föreskrivna effektiva värdet av sinusformad nätspänning som elektrisk utrustning ska klara under en specifik tidsperiod normalt 60 sekunder.

Skyddsutrustning

Överspänningsskyddsutrustning som impulsskydd eller blixtningsavledare är utformad för att klara en viss nivå av transitoriska överspänningsbeyond vilken enheterna drainerar surgen till marken och därmed upprätthåller överspänningsnivån inom en specifik gräns. På så sätt kan inte transitoriska överspännningar överstiga den nivån. Skydnivån för överspänningsskyddsutrustning är den högsta toppspänningen som inte bör överstigas vid terminalerna för överspänningsskyddsutrustning när växlingsimpulser och blixtningsimpulser appliceras.

Användning av skyddstråd eller jordtråd

Blixtningsurval i överbryggningar kan resultera från direkta blixtningsnedslag. Installation av en skyddstråd eller jordtråd ovanför den översta ledaren vid en lämplig höjd kan skydda dessa linjer. Om denna skyddstråd är korrekt ansluten till överföringstornet och tornet är väljordat, kan det förhindra direkta blixtningsnedslag på alla ledare inom skyddsvinkeln för jordtråden. Skyddstrådar skyddar också elcentraler och deras utrustning från blixtningsnedslag.

Konventionell metod för isoleringskoordinering

Som diskuterats, kan komponenter i ett elektriskt kraftsystem uppleva olika nivåer av transitoriska spänningsbelastningar, inklusive växlings- och blixtningsimpulsspänningar. Genom att använda skyddsutrustning som blixtningsavledare kan den maximala amplituden av dessa transitoriska överspännningar begränsas. Genom att hålla isoleringsnivåer över skyddsutrustningens skydnivå minimeras sannolikheten för isoleringsbrott. Detta säkerställer att eventuella transitoriska överspännningar som når isoleringen ligger inom de säkra gränser som satts av skydnivån.

Generellt fastställs impulsisoleringsnivån på 15 till 25 % över skyddsutrustningens skydnivå.

Statistiska metoder för isoleringskoordinering

Vid högre överföringsspänningar ökar inte längden på isolatorslingorna och luftavståndet linjärt med spänningen, men ungefär till V1.6. Det krävda antalet isolatorerdisc i hängsling för olika överspänningsnivåer visas nedan. Det ses att ökningen av antalet disc är endast lätt för 220 kV-system, med ökningen av överspänningsfaktorn från 2 till 3,5, men att det finns en snabb ökning i 750 kV-system. Så, medan det kan vara ekonomiskt genomförbart att skydda lägre spänningslinjer upp till en överspänningsfaktor av 3,5 (säg), är det definitivt inte ekonomiskt genomförbart att ha en överspänningsfaktor av mer än ca 2 till 2,5 på de högre spänningslinjerna. I de högre spänningsystemen är det växlingsöverspänningarna som är dominerande. Dock kan dessa kontrolleras genom riktig design av växlingsenheter.

Ekonomisk effektivitet

Isoleringskoordinering måste balansera tekniska krav med ekonomisk genomförbarhet, särskilt vid högre spänningsnivåer.