Koordinace izolace v elektrickém systému

Coordinace izolace v elektrickém systému byla zavedena k uspořádání hladin elektrické izolace různých komponent v elektrickém distribučním systému, včetně přenosové sítě, tak, aby selhání izolátoru, pokud dojde, bylo omezeno na místo, kde by způsobilo nejmenší poškození systému, bylo snadné napravit a nahradit, a způsobilo by nejmenší rušení dodávky elektřiny.
Pokud se v elektrickém systému objeví jakýkoliv přetlak napětí, může dojít k selhání jeho izolačního systému. Pravděpodobnost selhání izolace je vysoká u nejslabšího bodu izolace blízko zdroje přetlaku. V elektrickém systému a přenosových sítích je izolace poskytnuta všem zařízením a komponentám.

Izolátory jsou některé body snadno nahraditelné a opravitelné oproti ostatním. Izolace některých bodů není tak snadno nahraditelná a opravitelná a její náhrada a oprava mohou být velmi drahé a vyžadovat dlouhé přerušení dodávky elektřiny. Kromě toho selhání izolátoru v těchto bodech může způsobit, že větší část elektrické sítě nebude v provozu. Je tedy žádoucí, aby v případě selhání izolátoru selhal pouze snadno nahraditelný a opravitelný izolátor. Celkovým cílem coordinace izolace je snížit náklady a rušení způsobené selháním izolace na ekonomicky a operačně přijatelnou úroveň. Při metodě coordinace izolace musí být izolace různých částí systému takto klasifikována, aby flashover, pokud dojde, nastal v zamýšlených bodech.
Pro správné pochopení coordinace izolace musíme nejprve porozumět některým základním termínům elektrického distribučního systému. Pojďme o tom diskutovat.

Nominální systémové napětí

Nominální systémové napětí je fázové napětí systému, pro které je systém obvykle navržen. Například systémy 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV.

Maximální systémové napětí

Maximální systémové napětí je maximální povolené síťové frekvence napětí, které může nastat po delší dobu během bezprostředního nebo nízkého zatížení elektrického systému. Měří se také fázově.
Seznam různých nominálních systémových napětí a jejich odpovídajících maximálních systémových napětí je níže uveden pro referenci,

POZOR – Z tabulky lze pozorovat, že obecně maximální systémové napětí je 110 % odpovídajícího nominálního systémového napětí až do úrovně napětí 220 kV, a pro 400 kV a vyšší je 105 %.

Faktor uzemlení

Toto je poměr mezi nejvyšším efektivním fázovým napětím k zemi na zdravé fázi během poruchy uzemlení a efektivním fázovým napětím, které by bylo dosaženo na vybraném místě bez poruchy.
Tento poměr charakterizuje všeobecně podmínky uzemlení systému z pohledu vybraného místa poruchy.

Efektivně uzemlený systém

Systém se označuje jako efektivně uzemlený, pokud faktor uzemlení nepřesahuje 80 % a neefektivně uzemlený, pokud ano.
Faktor uzemlení je 100 % pro izolovaný neutrální systém, zatímco pro pevně uzemlený systém je 57,7 % (1/√3 = 0,577).

Úroveň izolace

Každé elektrické zařízení musí během svého celkového životního cyklu čelit různým nestandardním přechodovým přetlakům. Zařízení může muset odolat bleskovým impulzům, přepínacím impulzům a/nebo krátkodobým přetlakům síťové frekvence. V závislosti na maximální úrovni impulsních napětí a krátkodobých přetlacích síťové frekvence, které může jedna komponenta elektrického systému odolat, se určuje úroveň izolace vysokonapěťového elektrického systému.
Při stanovování úrovně izolace systému s hodnotou nižší než 300 kV se berou v úvahu bleskové impulsní napětí a krátkodobé přetlaky síťové frekvence. Pro zařízení s hodnotou 300 kV a více se berou v úvahu přepínací impulsní napětí a krátkodobé přetlaky síťové frekvence.

Bleskové impulsní napětí

Perturbace systému způsobené přirozenými blesky lze reprezentovat třemi různými základními vlnovými tvary. Pokud bleskové impulsní napětí putuje nějakou vzdálenost podél přenosové linky, než dorazí k izolátoru, jeho vlnový tvar se blíží k plné vlně, a tento vlnový tvar se nazývá 1.2/50 vlna. Pokud během putování bleskový perturbační vlnový tvar způsobí flashover přes izolátor, tvar vlny se stane useknutým. Pokud blesk zasáhne izolátor přímo, bleskové impulsní napětí může narůstat strmě, dokud nebude uvolněno flashoverem, což způsobí náhlý, velmi strmý pokles napětí. Tyto tři vlny se výrazně liší v délce a tvaru.

Přepínací impulz

Během přepínání může v systému vzniknout unipolární napětí. Tvar vlny může být periodicky tlumený nebo oscilující. Tvar vlny přepínacího impulzu má strmý průběh a dlouhou tlumenou oscilující část.

Krátkodobé přetlaky síťové frekvence

Krátkodobé přetlaky síťové frekvence jsou předepsané efektivní hodnoty sinusového napětí síťové frekvence, které elektrické zařízení musí odolat po konkrétní dobu, obvykle 60 sekund.

Úroveň ochrany napětí ochranného zařízení

Ochranná zařízení proti přetlakům, jako jsou surgové zadržovače nebo bleskové zadržovače, jsou navržena tak, aby odolala určité úrovni přechodových přetlaků, přičemž zařízení při překročení této úrovně odvodí energii přetlaku do země a tím udržují úroveň přechodového přetlaku na konkrétní úrovni.