Coordinació d'isolament en el sistema elèctric

La Coordinació d'Isolament en el Sistema Elèctric es va introduir per organitzar els nivells d'isolament de diferents components en el sistema elèctric de potència, inclosa la xarxa de transmissió, d'aquesta manera, que en cas de fallada de l'aislant, si això ocorre, es confina al lloc on resultaria en el menor dan de sistema, fàcil de reparar i reemplaçar, i produeix la menor pertorbació a l'abastament d'energia.
Quan qualsevol sobretensió apareix en el sistema elèctric de potència, hi pot haver una possibilitat de fallada del seu sistema d'aislament. La probabilitat de fallada de l'aislament és alta al punt més feble d'aislament més proper a la font de sobretensió. En el sistema de potència i les xarxes de transmissió, s'ofereix aïllament a tot l'equipament i components.

Els aïllants en alguns punts són més fàcils de reemplaçar i reparar que en altres. L'aislament en alguns punts no és tan fàcil de reemplaçar i reparar, i el reemplaçament i la reparació poden ser molt costosos i requerir una interrupció llarga de l'energia. A més, la fallada de l'aislant en aquests punts pot causar que una part més gran de la xarxa elèctrica quedi fora de servei. Per tant, és desitjable que, en situacions de fallada de l'aislant, només falli l'aislant més fàcil de reemplaçar i reparar. L'objectiu general de la coordinació d'aislament és reduir a un nivell econòmicament i operativament acceptable el cost i la pertorbació causats per la fallada de l'aislament. En el mètode de coordinació d'aislament, l'aislament de les diverses parts del sistema ha de estar graduat de manera que, si es produeix una descàrrega, això hagi de passar en els punts previsos.
Per entendre correctament la coordinació d'aislament, primer hem de comprendre algunes terminologies bàsiques del sistema elèctric de potència. Discutim-ho.

Tensió Nominal del Sistema

La tensió nominal del sistema és la tensió fase a fase del sistema per al qual el sistema està normalment dissenyat. Com ara, sistemes de 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV.

Tensió Màxima del Sistema

La tensió màxima del sistema és la tensió de freqüència d'energia màxima permisible que pot ocórrer, possiblement durant un temps llarg en condicions de càrrega baixa o sense càrrega del sistema. També es mesura de manera fase a fase.
Llista de diferents tensions nominals del sistema i les seves corresponents tensions màximes del sistema es donen a continuació com a referència,

NB – Es pot observar en la taula anterior que, generalment, la tensió màxima del sistema és el 110 % de la tensió nominal del sistema corresponent fins a un nivell de tensió de 220 kV, i per als 400 kV i superiors és el 105 %.

Factor de Terra

Aquest és el rati de la tensió de freqüència d'energia màxima efectiva (rms) fase a terra en una fase sana durant una fallada a terra a la tensió de freqüència d'energia efectiva (rms) fase a fase que s'obtindria en la ubicació seleccionada sense la fallada.
Aquest rati caracteritza, en termes generals, les condicions de terra d'un sistema vist des de la ubicació de la fallada seleccionada.

Sistema Terra Effectiva

Un sistema es diu que té terra efectiva si el factor de terra no excedeix el 80 % i no té terra efectiva si ho fa.
El factor de terra és del 100 % per a un sistema amb neutre aïllat, mentre que és del 57,7 % (1/√3 = 0,577) per a un sistema amb neutre terra solidàriament.

Nivell d'Isolament

Cada equipament elèctric ha de suportar diferents situacions anormals de sobretensió transitoria en diferents moments durant el seu període total de vida útil. L'equipament pot haver de resistir impulsos de llamps, impulsos de commutació i/o sobretensions de freqüència d'energia de curta durada. Depenent del nivell màxim d'impulsos de tensió i sobretensions de freqüència d'energia de curta durada que un component del sistema de potència pugui suportar, es determina el nivell d'aislament del sistema de potència de alta tensió.
En determinar el nivell d'aislament del sistema amb una tensió inferior a 300 kV, es consideren la tensió d'impuls de llamp que es pot suportar i la tensió de freqüència d'energia de curta durada que es pot suportar. Per a l'equipament amb una tensió igual o superior a 300 kV, es consideren la tensió d'impuls de commutació que es pot suportar i la tensió de freqüència d'energia de curta durada que es pot suportar.

Tensió d'Impuls de Llamp

Les pertorbacions del sistema degudes a llamps naturals, es poden representar mitjançant tres formes d'ona bàsiques diferents. Si un impuls de tensió de llamp viatja una certa distància a través de la línia de transmissió abans d'arribar a un aïllant, la forma d'ona s'apropa a la forma completa, i aquesta ona es refereix com a ona 1,2/50. Si durant el viatge, la ona de pertorbació de llamp causa una descàrrega a través d'un aïllant, la forma de la ona es converteix en una ona tallada. Si un impacte de llamp atén directament a l'aislant, llavors el impuls de tensió de llamp pot augmentar bruscament fins que es allivia per una descàrrega, causant un col·lapse brusc de la tensió. Aquestes tres ones són bastant diferents en durada i forma.

Impuls de Commutació

Durant les operacions de commutació, pot aparèixer una tensió unipolar al sistema. La forma d'ona de la qual pot ser periòdicament amortida o oscil·lant. La forma d'ona de l'impuls de commutació té un front escarpat i una cua d'oscil·lació amortida llarga.

Tensió de Freqüència d'Energia de Curta Durada que es Pot Suportar

La tensió de freqüència d'energia de curta durada que es pot suportar és el valor eficaç prescrit de la tensió sinusoidal de freqüència d'energia que l'equipament elèctric ha de suportar durant un període de temps específic, normalment 60 segons.

Tensió de Nivell de Protecció del Dispositiu de Protecció

Els dispositius de protecció contra sobretensions com els parafulgers o els pararaigs estan dissenyats per suportar un cert nivell de sobretensió transitoria més enllà del qual els dispositius dreuen l'energia de l'impuls a terra i, per tant, mantenen el nivell de sobretensió transitoria fins a un nivell específic. Així, la sobretensió transitoria no pot superar aquest nivell. El nivell de protecció del dispositiu de protecció contra sobretensions és el valor màxim de pic de tensió que no s'hauria de superar als terminals del dispositiu de protecció contra sobretensions quan es apliquen impulsos de commutació i impulsos de llamp.

Ara discutim els mètodes de coordinació d'aislament un per un-

Utilitzant Cables de Protecció o Cables de Terra