Isoleringssammenhæng i strømsystemer

Isoleringskoordinering i strømsystem blev introduceret for at organisere de elektriske isolationsniveauer af forskellige komponenter i elektriske strømsystemer, herunder transmissionsnetværk, på en sådan måde, at hvis der opstår en fejl i isolatoren, bliver skaden begrænset til stedet, hvor den vil resultere i mindst mulig skade på systemet, lette reparation og udfyldelse, og resulterer i mindst mulig forstyrrelse af strømforsyningen.
Når der optræder en over spænding i det elektriske strømsystem, kan der være en risiko for, at dets isoleringssystem mislykkes. Sandsynligheden for isoleringsfejl er høj ved den svageste isoleringspunkt tættest på kilden til overspændingen. I strømsystemer og transmissionsnetværk gives isolering til alle udstyr og komponenter.

Isolatorer er på nogle punkter lettere udskifte- og reparerbare end andre. Isolering på nogle punkter er ikke så let udskifte- og reparerbar, og udskiftning og reparation kan være meget dyrt og kræve langvarige afbrydelser af strømmen. Desuden kan fejl i isolatoren på disse punkter føre til, at et større område af elektrisk netværk bliver taget ud af drift. Derfor er det ønskværdigt, at i situationer med isoleringsfejl kun de lette udskifte- og reparerbare isolatorer mislykkes. Det overordnede formål med isoleringskoordinering er at reducere kostnader og forstyrrelser, som skyldes isoleringsfejl, til et økonomisk og operationelt acceptabelt niveau. I metoden med isoleringskoordinering skal isoleringen af de forskellige dele af systemet være så gradueret, at hvis der opstår en bleskovergang, skal den ske ved de beregnede punkter.
Før vi kan forstå isoleringskoordinering ordentligt, skal vi først forstå nogle grundlæggende termer fra det elektriske strømsystem. Lad os drøfte dette.

Nominel systemspænding

Nominel systemspænding er spændingen mellem faserne i systemet, som systemet normalt er designet til. For eksempel 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV systemer.

Maksimal systemspænding

Maksimal systemspænding er den maksimale tilladte netfrekvensspænding, der kan opstå, måske i lang tid under ingen eller lav last i strømsystemet. Den måles også i fase til fase måde.
Liste over forskellige nominelle systemspændinger og deres tilsvarende maksimale systemspændinger er givet nedenfor til reference,

NB – Som ses i tabellen ovenfor, er den maksimale systemspænding generelt 110 % af den tilsvarende nominelle systemspænding op til spændingsniveauet 220 kV, og for 400 kV og over er den 105 %.

Jordningsfaktor

Dette er forholdet mellem den højeste effektive fase til jordnetfrekvensspænding på en sund fase under en jordfejl til den effektive fase til fase netfrekvensspænding, der ville blive observeret på den valgte placering uden fejlen.
Dette forhold karakteriserer, i almindelige vendinger, jordningsbetingelserne for et system set fra den valgte fejlplacering.

Effektivt jordet system

Et system siges at være effektivt jordet, hvis jordningsfaktoren ikke overstiger 80 %, og ikke-effektivt jordet, hvis den gør det.
Jordningsfaktoren er 100 % for et isoleret neutralsystem, mens den er 57,7 % (1/√3 = 0,577) for et solidt jordet system.

Isolationsniveau

Enhver elektrisk enhed skal klare forskellige abnorme kortvarige overspændinger under sin samlede serviceperiode. Enheden kan skulle modstå lynimpulser, skiftimpulser og/eller kortvarige netfrekvensoverspændinger. Afhængigt af det maksimale niveau af impulsspændinger og kortvarige netfrekvensoverspændinger, som en komponent i strømsystemet kan klare, fastsættes isolationsniveauet for høvspændingsstrømsystemer.
Ved fastsættelse af isolationsniveauet for systemer, der er rated under 300 kV, tages lynimpulsmodstandsdybden og kortvarige netfrekvensmodstandsdybde i betragtning. For udstyr, der er rated 300 kV eller mere, tages skiftimpulsmodstandsdybde og kortvarige netfrekvensmodstandsdybde i betragtning.

Lynimpulsspænding

Systemforstyrrelser, der opstår på grund af naturligt lyn, kan repræsenteres ved tre forskellige grundbølgeformer. Hvis en lynimpulsspænding rejser en vis distance langs transmissionsledningen, inden den når til en isolator, nærmer sig bølgeformen en fuld bølge, og denne bølge refereres som 1,2/50 bølge. Hvis under rejse, lynningsforstyrrelsens bølgeform forårsager en bleskovergang over en isolator, ændres bølgeformen til en afklippet bølge. Hvis et lyn direkte rammer en isolator, kan lynimpulsspændingen stige brat, indtil den er lettet af en bleskovergang, hvilket resulterer i en pludselig, meget stejl spændingsnedgang. Disse tre bølger er ganske forskellige i varighed og form.

Skiftimpuls

Under skiftoperationer kan der opstå en unipolar spænding i systemet. Bølgeformen kan være periodisk dæmpet eller oscillerende. Skiftimpuls-bølgeform har en stejl front og en lang dæmpet oscillerende hale.

Kortvarig netfrekvensmodstandsdybde

Kortvarig netfrekvensmodstandsdybde er den foreskrevne effektive værdi af sinusformet netfrekvensspænding, som det elektriske udstyr skal klare i en bestemt periode, normalt 60 sekunder.

Beskyttelsesniveau for beskyttelsesenheder

Overspændingsbeskyttelsesenheder som overtryksafledere eller lynafledere er designet til at klare et bestemt niveau af kortvarige overspændinger, hvorefter enhederne leder overspændingsenergien til jorden og dermed fastholder overspændingsniveauet på et specifikt niveau. Således kan kortvarige overspændinger ikke overstige dette niveau. Beskyttelsesniveauet for overspændingsbeskyttelsesenheder er den højeste spidsspændingsværdi, som ikke bør overstiges ved terminalerne for overspændingsbeskyttelsesenheder, når skiftimpulser og lynimpulser anvendes.

Lad os nu diskutere isoleringskoordineringsmetoder en efter en-

Brug af skjoldtråd eller jordtråd