Isolierungskoordination im Energiesystem

Isolierungskoordination im Stromnetz wurde eingeführt, um die elektrischen Isolierungsstufen verschiedener Komponenten im elektrischen Stromnetz einschließlich des Übertragungsnetzes so zu ordnen, dass der Isolatorausfall, falls er eintritt, an dem Ort begrenzt bleibt, wo er den geringsten Schaden am System verursacht, leicht zu reparieren und zu ersetzen ist und den geringstmöglichen Störungen in der Stromversorgung führt.
Wenn eine Überspannung im elektrischen Stromnetz auftritt, besteht die Möglichkeit eines Versagens des Isolierungssystems. Die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsversagens ist am höchsten an dem schwächsten Isolierungspunkt in der Nähe der Quelle der Überspannung. Im Stromnetz und in den Übertragungsnetzen wird allen Geräten und Komponenten Isolierung zugeführt.

Isolatoren sind an manchen Stellen leichter austausch- und reparierbar als an anderen. Die Isolierung an manchen Stellen ist nicht so leicht austausch- und reparierbar, und der Austausch und die Reparatur können sehr teuer sein und einen langen Unterbrechung der Energieversorgung erfordern. Darüber hinaus kann der Ausfall eines Isolators an diesen Punkten einen größeren Teil des elektrischen Netzes außer Betrieb setzen. Es ist daher wünschenswert, dass im Falle eines Isolatorausfalls nur der leicht austausch- und reparierbare Isolator ausfällt. Das gesamte Ziel der Isolierungskoordination ist es, die durch den Isolatorausfall verursachten Kosten und Störungen auf ein wirtschaftlich und betriebsmäßig akzeptables Niveau zu senken. Bei der Methode der Isolierungskoordination muss die Isolierung der verschiedenen Teile des Systems so gestaffelt sein, dass bei einem Durchschlag dieser an den beabsichtigten Punkten auftritt.
Für ein richtiges Verständnis der Isolierungskoordination müssen wir zunächst einige grundlegende Begriffe des elektrischen Stromnetzes verstehen. Lassen Sie uns darüber sprechen.

Nennsystemspannung

Nennsystemspannung ist die Phasen-zu-Phasen-Spannung des Systems, für das das System normalerweise konzipiert ist. Beispielsweise 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV Systeme.

Maximale Systemspannung

Maximale Systemspannung ist die maximal zulässige Netzfrequenz-Spannung, die über längere Zeit bei Leerlauf- oder Leichtlastbedingungen des Stromnetzes auftreten kann. Sie wird ebenfalls in Phasen-zu-Phasen-Manier gemessen.
Liste der verschiedenen Nennsystemspannungen und ihrer entsprechenden maximalen Systemspannungen für Referenz:

NB – Es wird aus der obigen Tabelle beobachtet, dass die maximale Systemspannung in der Regel 110 % der entsprechenden Nennsystemspannung bis zur Spannungsebene von 220 kV beträgt, und für 400 kV und darüber 105 %.

Erdschlussfaktor

Dies ist das Verhältnis der höchsten Effektivlinien-zu-Erde-Netzfrequenzspannung auf einer intakten Phase während eines Erdfehlers zur Effektivphasen-zu-Phasen-Netzfrequenzspannung, die an der ausgewählten Position ohne den Fehler erreicht werden würde.
Dieses Verhältnis charakterisiert in allgemeinen Begriffen die Erdschlussbedingungen eines Systems, wie sie vom ausgewählten Fehlerort aus gesehen werden.

Wirksam geerdetes System

Ein System gilt als wirksam geerdet, wenn der Erdschlussfaktor 80 % nicht überschreitet, andernfalls als nicht wirksam geerdet.
Der Erdschlussfaktor beträgt 100 % für ein isoliertes Neutralsystem, während er 57,7 % (1/√3 = 0,577) für ein fest geerdetes System beträgt.

Isolierungsstufe

Jedes elektrische Gerät muss während seines gesamten Lebenszyklus verschiedene abnorme transiente Überspannungssituationen durchlaufen. Das Gerät muss möglicherweise Blitzeinschläge, Schaltimpulse und/oder kurzfristige Netzfrequenzüberspannungen standhalten. Abhängig von der maximalen Stufe der Impulsspannungen und kurzfristigen Netzfrequenzüberspannungen, die ein Stromsystemkomponente aushalten kann, wird die Isolierungsstufe des Hochspannungsstromsystems bestimmt.
Bei der Bestimmung der Isolierungsstufe von Systemen mit einer Spannung unter 300 kV werden die Blitzimpulsstandfestigkeitsspannung und kurzfristige Netzfrequenzstandfestigkeitsspannung berücksichtigt. Für Geräte mit einer Spannung von 300 kV oder höher werden die Schaltimpulsstandfestigkeitsspannung und kurzfristige Netzfrequenzstandfestigkeitsspannung berücksichtigt.

Blitzimpulsspannung

Die Systemstörungen, die durch natürliche Blitzentladungen verursacht werden, können durch drei verschiedene Grundwellenformen dargestellt werden. Wenn ein Blitzimpulsspannung einige Distanz entlang der Übertragungsleitung zurücklegt, bevor er einen Isolator erreicht, nähert sich seine Wellenform der Vollwellenform, und diese Welle wird als 1,2/50-Welle bezeichnet. Wenn während des Transports die Blitzstörungswelle einen Durchschlag über einen Isolator verursacht, ändert sich die Form der Welle in eine abgeschnittene Welle. Wenn ein Blitz direkt auf den Isolator trifft, kann die Blitzimpulsspannung steil ansteigen, bis sie durch einen Durchschlag entlastet wird, was zu einem plötzlichen, sehr steilen Spannungseinbruch führt. Diese drei Wellen unterscheiden sich in Dauer und Form.

Schaltimpuls

Während Schaltvorgängen kann es in dem System zu unipolaren Spannungen kommen. Die Wellenform kann periodisch gedämpft oder oszillierend sein. Schaltimpuls hat eine steile Front und einen langen, gedämpften oszillierenden Schwanz.

Kurzfristige Netzfrequenzstandfestigkeitsspannung

Kurzfristige Netzfrequenzstandfestigkeitsspannung ist der vorgeschriebene Effektivwert der sinusförmigen Netzfrequenzspannung, die das elektrische Gerät für eine bestimmte Zeitspanne, normalerweise 60 Sekunden, aushalten soll.

Schutzstufenspannung des Schutzgeräts

Überspannungsschutzgeräte wie Spannungsbegrenzer oder Blitzableiter sind so konstruiert, dass sie eine bestimmte Stufe transitorischer Überspannungen aushalten. Wenn diese Stufe überschritten wird, leiten die Geräte die Überspannungsenergie zum Boden ab und halten die Stufe der transitorischen Überspannung auf einem bestimmten Niveau. Somit kann die transitorische Überspannung dieses Niveau nicht überschreiten. Die Schutzstufenspannung des Überspannungsschutzgeräts ist der höchste Spitzenwert, der an den Anschlüssen des Überspannungsschutzgeräts bei Anwendung von Schalt- und Blitzimpulsen nicht überschritten werden sollte.

Lassen Sie uns nun die Methoden der Isolierungskoordination einzeln besprechen:

Verwendung von Abschirm- oder Erdleitern