Elektrik Sisteminde Izolasyon Koordinasyonu Nedir?

Güç Sisteminde Yalıtım Koordinasyonu Nedir?

Yalıtım Koordinasyonu Tanımlanıyor

Yalıtım koordinasyonu, sistem hasarını minimize etmek ve arızalar durumunda kolay onarım sağlamak için elektrik yalıtımının stratejik olarak düzenlenmesidir.

Sistem Gerilimleri

Nominal ve maksimum sistem gerilimlerini anlamak, güç sisteminin yalıtımının farklı operasyonel koşulları yönetebilmesi için tasarlanmasında kritik öneme sahiptir.

Nominal Sistem Gerilimi

Nominal Sistem Gerilimi, sistemin genellikle tasarlandığı faza-faza gerilimidir. Örneğin 11 KV, 33 KV, 132 KV, 220 KV, 400 KV sistemleri gibi.

Maksimum Sistem Gerilimi

Maksimum Sistem Gerilimi, güç sisteminin yük olmayan veya düşük yük durumlarında uzun süre boyunca meydana gelebilecek en yüksek izin verilen güç frekansı gerilimidir. Bu da faza-faza ölçülmektedir.

Farklı nominal sistem gerilimleri ve bunlara karşılık gelen maksimum sistem gerilimlerinin listesi aşağıda referans olarak verilmiştir,

Not - Yukarıdaki tablodan görüldüğü üzere, genellikle maksimum sistem geriliminin 220 KV'ye kadar olan nominal sistem geriliminin %110'u olduğu, 400 KV ve üzeri için ise %105 olduğu gözlemlenmiştir.

Kabul Edilen Topraklama Faktörü

Bu, bir topraklama hatası sırasında sağlam bir fazda elde edilen en yüksek RMS faz-toprak güç frekansı geriliminin, hata olmadan seçilen konumda elde edilecek olan RMS faz-faz güç frekansı gerilimine oranı olarak tanımlanır.

Bu oran, genel olarak, seçilen hata konumundan bakıldığında bir sistemin topraklama koşullarını karakterize eder.

Etkili Şekilde Topraklanmış Sistem

Bir sistemin, topraklama faktörünün %80'i aşmamak koşuluyla etkili şekilde topraklanmış olması durumunda bu sistem etkili şekilde topraklanmış kabul edilir, aksi takdirde etkili şekilde topraklanmamıştır.

Topraklanmış nötral sistemlerde topraklama faktörü %100'dür, tamamen topraklanmış sistemlerde ise %57.7 (1/√3 = 0.577) değerindedir.

Yalıtım Düzeyi

Her elektrik ekipmanı, hizmet hayatının farklı zamanlarında farklı anormal geçici aşırı gerilim durumlarına maruz kalır. Ekipman, yıldırım darbeleri, anahtarlama darbeleri ve/veya kısa süreli güç frekansı aşırı gerilimlerini dayanması gerekebilir. Bir güç sistemi bileşeninin dayanabileceği en yüksek darbe gerilimleri ve kısa süreli güç frekansı aşırı gerilimlerine bağlı olarak, yüksek gerilimli güç sisteminin yalıtım düzeyi belirlenir.

300 KV'den düşük dereceli sistemlerin yalıtım düzeyini belirlerken, yıldırım darbesi dayanma gerilimi ve kısa süreli güç frekansı dayanma gerilimi dikkate alınır. 300 KV veya daha yüksek dereceli ekipmanlar için, anahtarlama darbesi dayanma gerilimi ve kısa süreli güç frekansı dayanma gerilimi dikkate alınır.

Yıldırım Darbesi Gerilimi

Doğal yıldırım nedeniyle oluşan sistem pertürbasyonları, üç farklı temel dalga şekli ile temsil edilebilir. Eğer bir yıldırım darbesi gerilimi, yalıtıcıya ulaşmadan önce bir mesafe boyunca iletim hattı boyunca seyahat ederse, dalga şekli tam dalga yaklaşır ve bu dalga 1.2/50 dalgası olarak adlandırılır. Eğer seyahat sırasında yıldırım pertürbasyon dalgası bir yalıtıcı üzerinden parlayarak devrilirse, dalga şekli kesilmiş dalga halini alır. Eğer bir yıldırım darbesi doğrudan bir yalıtıcıya isabet ederse, yıldırım darbesi gerilimi, parlamaya kadar keskin bir şekilde yükselir, ardından voltajda ani ve çok keskin bir çöküşe neden olur. Bu üç dalga, süresi ve şekilleri açısından oldukça farklıdır.

Anahtarlama Darbesi

Anahtarlama işlemi sırasında sisteme tek kutuplu bir gerilim ortaya çıkabilir. Dalga formu, periyodik olarak sönük veya salınımlı olabilir. Anahtarlama darbesi dalga formu, dik bir öne ve uzun, sönük salınımlı bir kuyruğa sahiptir.

Kısa Süreli Güç Frekansı Dayanma Gerilimi

Kısa süreli güç frekansı dayanma gerilimi, elektrik ekipmanının genellikle 60 saniye gibi belirli bir süre boyunca dayanması gereken sinusoidal güç frekansı geriliminin belirlenen RMS değeridir.

Koruma Cihazları

Yüksek gerilim koruma cihazları, yıldırım tutucular veya yıldırım tutucular gibi, belirli bir düzeyde geçici aşırı gerilime dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu cihazlar, belirli bir düzeyin üzerindeki darbe enerjisini zemine akıtarak, geçici aşırı gerilim düzeyini belirli bir sınıra kadar korurlar. Böylece, geçici aşırı gerilim bu sınırı aşamaz. Yüksek gerilim koruma cihazlarının koruma düzeyi, anahtarlama darbeleri ve yıldırım darbeleri uygulandığında, yüksek gerilim koruma cihazının uçlarında aşılmaması gereken en yüksek zirve gerilim değeridir.

Kalkan Kablosu veya Toprak Kablosu Kullanımı

Havada asılı olan iletim hatlarında, doğrudan yıldırım darbeleri sonucu yıldırım salgınları oluşabilir. Üst iletkenin üzerine uygun bir yükseklikte bir kalkan kablosu veya toprak kablosu kurulumu, bu hatları koruyabilir. Eğer bu kalkan kablosu, iletim kulesine doğru düzgün bir şekilde bağlanırsa ve kule iyi toprağa bağlanırsa, herhangi bir iletkenin toprak kablosunun koruma açısına düşen doğrudan yıldırım darbelerini önleyebilir. Kalkan kablosu aynı zamanda elektrik alt istasyonlarını ve ekipmanlarını yıldırımından korur.

Geleneksel Yalıtım Koordinasyon Yöntemi

Tartışılan gibi, elektrik güç sistemindeki bileşenler, anahtarlama ve yıldırım darbesi gerilimleri dahil olmak üzere çeşitli düzeyde geçici gerilim streslerine maruz kalabilir. Yıldırım tutucu gibi koruma cihazları kullanarak, bu geçici aşırı gerilimlerin maksimum amplitudunu sınırlayabilirsiniz. Koruma cihazlarının koruma düzeyinin üzerindeki yalıtım düzeylerini koruyarak, yalıtım kopuşunun olasılığını minimize edersiniz. Bu, herhangi bir geçici aşırı gerilimin, koruma düzeyi tarafından belirlenen güvenli sınırların içinde kaldığından emin olmanızı sağlar.

Genel olarak, darbe yalıtım düzeyi, koruma cihazlarının koruma düzeyi geriliminin %15 ila %25 üstünde belirlenir.

Yalıtım Koordinasyonu için İstatistiksel Yöntemler

Daha yüksek iletim gerilimlerinde, yalıtım dizisi uzunluğu ve havadaki boşluk, gerilimle doğrusal olarak artmaz, yaklaşık V1.6 ile artar. Farklı aşırı gerilimler için askı dizisinde gerekli olan yalıtım diski sayısına aşağıda yer verilmiştir. Gözlemlenen, 220 KV sistemde, aşırı gerilim faktörünün 2'den 3.5'e artmasıyla beraber disk sayısındaki artışın sadece küçük olduğunu, ancak 750 kV sistemdeki hızlı bir artış olduğunu gösterir. Bu nedenle, düşük gerilimli hatların 3.5 (den) aşırı gerilim faktörüne kadar koruması ekonomik olarak mümkün olabilir, ancak yüksek gerilimli hatlar için 2-2.5'ten fazla aşırı gerilim faktörü ekonomik olarak mümkün değildir. Yüksek gerilimli sistemlerde, anahtarlama aşırı gerilimler hakimdir. Ancak, bu aşırı gerilimler, anahtarlama cihazlarının uygun tasarlanmasıyla kontrol edilebilir.

Ekonomik Verimlilik

Yalıtım koordinasyonu, özellikle daha yüksek gerilim seviyelerinde teknik gereksinimleri ekonomik uygunlukla dengelemelidir.