Що таке координація ізоляції в електроенергетичній системі

Що таке координація ізоляції в електроенергетичній системі?

Визначення координації ізоляції

Координація ізоляції — це стратегічне розташування електричної ізоляції для мінімізації пошкоджень системи та забезпечення легкості ремонту в разі відмови.

Напруги системи

Розуміння номінальних та максимальних напруг системи є важливим для проектування ізоляції електроенергетичної системи, яка зможе обробляти різні умови роботи.

Номінальна напруга системи

Номінальна напруга системи — це фазна до фазної напруга системи, для якої система зазвичай проектується. Наприклад, 11 кВ, 33 кВ, 132 кВ, 220 кВ, 400 кВ системи.

Максимальна напруга системи

Максимальна напруга системи — це максимально допустима напруга промислової частоти, яка може виникнути на довгий час під час безнавантаженого або мало навантаженого стану електроенергетичної системи. Вона також вимірюється в фазному до фазного спосіб.

Список різних номінальних напруг системи та їх відповідних максимальних напруг системи наведено нижче для ознайомлення,

Примітка – З таблиці вище видно, що загалом максимальна напруга системи становить 110 % відповідної номінальної напруги системи до рівня напруги 220 кВ, а для 400 кВ та вище - 105 %.

Фактор заземлення

Це співвідношення між найвищим кореневим середньоквадратичним значенням фазної до землі напруги промислової частоти на здорової фази під час заземлення до кореневого середньоквадратичного значення фазної до фазної напруги промислової частоти, яке було б отримано на вибраному місці без аварії.

Це співвідношення характеризує, в загальних термінах, умови заземлення системи, які спостерігаються з вибраного місця аварії.

Ефективно заземлена система

Система вважається ефективно заземленою, якщо фактор заземлення не перевищує 80 %, і неефективно заземленою, якщо перевищує.

Фактор заземлення становить 100 % для ізольованої нейтральної системи, а для твердо заземленої системи - 57.7 % (1/√3 = 0.577).

Рівень ізоляції

Кожне електричне обладнання має проходити через різні аномальні ситуації зі швидкими перепадами напруги в різні моменти протягом всього періоду служби. Обладнання може повинно витримати імпульси від блискавок, імпульси при комутації та/або короткочасні перепади напруги промислової частоти. Залежно від максимально допустимого рівня імпульсних напруг та короткочасних перепадів напруги промислової частоти, які може витримати один компонент електроенергетичної системи, визначається рівень ізоляції високонапружної електроенергетичної системи.

При визначенні рівня ізоляції системи, розрахованої менше 300 кВ, враховуються стойкість до імпульсних напруг від блискавок та короткочасних перепадів напруги промислової частоти. Для обладнання, розрахованого на 300 кВ або більше, враховуються стойкість до імпульсних напруг при комутації та короткочасних перепадів напруги промислової частоти.

Імпульсна напруга від блискавки

Збурення системи, викликані природними блискавками, можуть бути представлені трьома різними основними формами хвилі. Якщо імпульсна напруга від блискавки подолає деяку відстань вздовж лінії передачі перед тим, як дістатися до ізолятора, форма хвилі наближається до повної хвилі, і ця хвиля називається 1.2/50 хвиля. Якщо під час подолання відстані хвиля збурення від блискавки спричиняє пробій через ізолятор, форма хвилі стає обрізаною. Якщо удар блискавки потрапляє прямо на ізолятор, то імпульсна напруга від блискавки може різко підвищитися, поки не буде знижена пробієм, що призводить до раптового, дуже різкого спаду напруги. Ці три хвилі значно відрізняються за тривалістю та формою.

Імпульс при комутації

Під час комутації в системі може з'явитися однополярна напруга. Форма хвилі якої може бути періодично затухаючою або коливальною. Форма хвилі імпульсу при комутації має крутий фронт та довгу затухаючу коливальну хвіст.

Короткочасна стойкість до напруги промислової частоти

Короткочасна стойкість до напруги промислової частоти — це встановлене кореневе середньоквадратичне значення синусоїдальної напруги промислової частоти, яку електричне обладнання повинно витримати протягом певного періоду часу, зазвичай 60 секунд.

Захисні пристрої

Захисні пристрої від наднапруг, такі як грозозахисні пристрої або грозозахисники, розроблені для того, щоб витримувати певний рівень тимчасових наднапруг, після яких пристрої відводять енергію від грози до землі, таким чином підтримуючи рівень тимчасових наднапруг до певного рівня. Таким чином, тимчасові наднапруги не можуть перевищувати цей рівень. Рівень захисту захисного пристрою від наднапруг — це найвище пікове значення напруги, яке не повинно перевищуватися на з'єднаннях захисного пристрою, коли застосовуються імпульси при комутації та імпульси від блискавок.

Використання щитового проводу або заземлюючого проводу

Перехідні процеси в надземних лініях передачі можуть виникнути в результаті прямих ударів блискавок. Встановлення щитового проводу або заземлюючого проводу над верхнім провідником на відповідній висоті може захистити ці лінії. Якщо цей щитовий провід правильно підключений до опори передачі, а опора добре заземлена, це може запобігти прямим ударам блискавок на будь-який провідник в межах захищеного кута заземлюючого проводу. Щитові проводи також захищають електропідстанції та їх обладнання від блискавок.

Традиційний метод координації ізоляції

Як обговорювалось, компоненти електроенергетичної системи можуть досвідувати різні рівні перепадів напруги, включаючи імпульси при комутації та імпульси від блискавок. Використання захисних пристроїв, таких як грозозахисники, може обмежити максимальну амплітуду цих тимчасових наднапруг. Підтримуючи рівень ізоляції вище рівня захисту захисних пристроїв, мінімізується ймовірність руйнування ізоляції. Це гарантує, що будь-яка тимчасова наднапруга, яка досягає ізоляції, знаходиться в рамках безпечних меж, встановлених рівнем захисту.

Загалом, імпульсний рівень ізоляції встановлюється на 15-25 % вище рівня захисту захисних пристроїв.

Статистичні методи координації ізоляції

На високих напругах передачі, довжина рядів ізоляторів та відстані в повітрі не зростають лінійно зі зростанням напруги, але приблизно до V1.6. Необхідна кількість дисків ізоляторів в підвіски для різних наднапруг показана нижче. Видно, що збільшення кількості дисків незначне для системи 220 кВ, при збільшенні фактора наднапруги з 2 до 3.5, але є швидким зростанням для системи 750 кВ. Таким чином, хоча може бути економічно вигідно захищати лінії нижчих напруг до фактора наднапруги 3.5 (наприклад), точно не є економічно вигідним мати фактор наднапруги більше 2-2.5 на високонапружних лініях. У високонапружних системах домінують наднапруги при комутації. Однак, їх можна контролювати правильним проектуванням комутаційних пристроїв.

Економічна ефективність

Координація ізоляції повинна балансувати технічні вимоги з економічною придатністю, особливо на високих рівнях напруги.