Coordinación de aislamiento no sistema eléctrico

A coordinación do aislamento no sistema eléctrico foi introducida para organizar os niveis de aislamento eléctrico dos diferentes componentes do sistema eléctrico de potencia, incluíndo a rede de transmisión, de tal maneira que o fallo do aislante, se ocorre, confína ao lugar onde resultaría no menor dano do sistema, fácil de reparar e substituir, e resulta na menor perturbación no suministro de potencia.
Cando calquera sobretensión aparece no sistema eléctrico de potencia, pode haber unha posibilidade de fallo do seu sistema de aislamento. A probabilidade de fallo do aislamento é alta no punto de aislamento máis débil máis próximo á fonte de sobretensión. No sistema de potencia e nas redes de transmisión, proporcionase aislamento a todo o equipo e compoñentes.

Os aislantes en algúns puntos son facilmente substituíveis e reparaibles en comparación con outros. O aislamento en algúns puntos non é tan facilmente substituíble e reparable, e a substitución e a reparación poden ser moi caras e requiren interrupcións longas da potencia. Ademais, o fallo do aislante nestes puntos pode provocar que unha parte maior da rede eléctrica quede fóra de servizo. Polo tanto, é deseable que, en situación de fallo do aislante, só falle o aislante facilmente substituíble e reparable. O obxectivo xeral da coordinación do aislamento é reducir a un nivel económicamente e operativamente aceptábel o custo e a perturbación causados polo fallo do aislamento. No método de coordinación do aislamento, o aislamento das diferentes partes do sistema debe estar tan graduado que, se ocorre un flash over, debe ser nos puntos intencionados.
Para unha comprensión adecuada da coordinación do aislamento, primeiro temos que entender algunhas terminoloxías básicas do sistema eléctrico de potencia. Vamos discutilo.

Tensión Nominal do Sistema

A tensión nominal do sistema é a tensión fase a fase do sistema para o que o sistema está normalmente deseñado. Como 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV sistemas.

Tensión Máxima do Sistema

A tensión máxima do sistema é a tensión de frecuencia de potencia máxima permitida que pode ocorrer durante un tempo longo durante condicións de carga nula ou baixa carga do sistema de potencia. Tamén se mide de xeito fase a fase.
Lista de diferentes tensións nominais do sistema e as súas correspondentes tensións máximas do sistema dáse a continuación como referencia,

NB – Observa-se na táboa superior que xeralmente a tensión máxima do sistema é o 110 % da tensión nominal correspondente ata un nivel de tensión de 220 kV, e para 400 kV e por encima é o 105 %.

Factor de Aterramento

Este é a relación entre a tensión de frecuencia de potencia de raíz cuadrada media (rms) fase a terra máxima nunha fase sana durante unha falla a terra e a tensión rms fase a fase de frecuencia de potencia que se obtaría na localización seleccionada sen a falla.
Esta relación caracteriza, en termos xerais, as condicións de aterramento dun sistema desde a localización de falla seleccionada.

Sistema Efectivamente Aterrado

Un sistema dise que está efectivamente aterrado se o factor de aterramento non excede o 80 % e non efectivamente aterrado se o fai.
O factor de aterramento é o 100 % para un sistema de neutro aislado, mentres que é o 57.7 % (1/√3 = 0.577) para un sistema de neutro solidamente aterrado.

Nivel de Aislamento

Todo equipamento eléctrico ten que pasar por diferentes situacións de sobretensión transitória anormal en diferentes momentos durante o seu período de vida útil total. O equipamento pode ter que resistir impulsos de rayo, impulsos de comutación e/ou sobretensións de frecuencia de potencia de curta duración. Dependendo do nivel máximo de tensións de impulso e sobretensións de frecuencia de potencia de curta duración que un compoñente do sistema de potencia pode resistir, determinase o nivel de aislamento do sistema de potencia de alta tensión.
Durante a determinación do nivel de aislamento do sistema cunha clasificación inferior a 300 kV, consideranse a tensión de impulso de rayo resistido e a tensión de frecuencia de potencia de curta duración resistida. Para equipos cunha clasificación igual ou superior a 300 kV, consideranse a tensión de impulso de comutación resistida e a tensión de frecuencia de potencia de curta duración resistida.

Tensión de Impulso de Rayo

As perturbacións do sistema debido ao rayo natural, poden representarse por tres formas de onda básicas diferentes. Se unha tensión de impulso de rayo viaxa algúns metros ao longo da liña de transmisión antes de chegar a un aislante, a forma de onda aproxímase a unha onda completa, e esta onda denomínase 1.2/50. Se durante o viaxe, a onda de perturbación de rayo causa un flash over a través dun aislante, a forma da onda convértese nunha onda cortada. Se un raio golpea directamente no aislante, a tensión de impulso de rayo pode aumentar bruscamente ata que sexa aliviada por un flash over, causando un colapso repentino e moi brusco na tensión. Estas tres ondas son bastante diferentes en duración e en forma.

Impulso de Comutación

Durante a operación de comutación, pode aparecer unha tensión unipolar no sistema. A forma de onda da cual pode ser periódicamente amortiguada ou oscilante. A forma de onda do impulso de comutación ten un fronte escarpado e unha cola oscilante larga amortiguada.

Tensión de Frecuencia de Potencia de Curta Duración Resistida

A tensión de frecuencia de potencia de curta duración resistida é o valor rms prescrito de tensión sinusoidal de frecuencia de potencia que o equipamento eléctrico debe resistir durante un período específico de tempo, normalmente 60 segundos.

Tensión de Nivel de Protección do Dispositivo Protexidor

Os dispositivos protexidores contra sobretensións, como os pararrayos ou pararrayos, están deseñados para resistir un certo nivel de sobretensión transitória, máis allá do cal os dispositivos drenan a enerxía do impulso ao chan e, polo tanto, mantém o nivel de sobretensión transitória até un nivel específico. Así, a sobretensión transitória non pode exceder ese nivel. O nivel de protección do dispositivo protexidor contra sobretensións é o valor pico de tensión máis alto que non debe excederse nos terminais do dispositivo protexidor contra sobretensións cando se aplican impulsos de comutación e impulsos de rayo.

Agora, vamos discutir os métodos de coordinación de aislamento un por un -

Usando Cables de Protección ou Cables de Terra

O surxe de rayo na liña de transmisión aérea pode ser causado por golpes directos de raios. Pode protexirse proporcionando un cable de proteción ou cable de