השכלה חשמלית במערכת חשמל

הקואורדינציה של המבודדים במערכת החשמל הושקה כדי לארגן את רמות המבודד החשמלי של מרכיבים שונים במערכת החשמל כולל רשת ההעברה, באופן כזה שהכישלון של המבודד, אם יקרה, יוגבל למקום שבו הוא יגרום להזדקק למינימום של נזק למערכת, יהיה קל לתיקון ולהחלפה, ויגרום להפרעה מינימלית בהספק החשמלי.
כאשר מתח גבוה כלשהו מופיע במערכת החשמל, ייתכן שיש סיכוי לכישלון מערכת המבודד. הסיכוי לכישלון המבודד גבוה ביותר בנקודת המבודד החלשה ביותר הקרובה למקור המתח הגבוה. במערכות חשמל ורשתות העברה, מבודדים מספקים לכל הציוד והמרכיבים.

מבודדים בנקודות מסוימות ניתנים להחלפה ולתיקון בקלות יותר מאשר אחרים. מבודדים בנקודות מסוימות אינם ניתנים להחלפה ולתיקון בקלות רבה, וההחלפה והתיקון עשויים להיות יקרים מאוד ודורשים הפסקת חשמל ארוכה. בנוסף, כישלון המבודד בנקודות אלו עשוי לגרום לסגירת חלק גדול מהרשת החשמלית. לכן, желательно, чтобы в случае отказа изолятора, выходил из строя только легко заменяемый и ремонтируемый изолятор. Основная цель кoordинации изоляции - снизить до экономически и эксплуатационно приемлемого уровня стоимость и нарушения, вызванные отказом изоляции. В методе координации изоляции, изоляция различных частей системы должна быть так отрегулирована, чтобы пробой, если он происходит, происходил в запланированных местах.
Для правильного понимания координации изоляции нам нужно сначала понять некоторые основные термины электрической системы питания. Давайте обсудим это.

מתח מערכת נומינלי

מתח מערכת נומינלי הוא המתח בין פאזה לפאזה של המערכת עבור שאליה מערכות בדרך כלל מתכננות. כמו למשל מערכות של 11 KV, 33 KV, 132 KV, 220 KV, 400 KV.

מתח מערכת מקסימלי

מתח מערכת מקסימלי הוא המתח בתדר התזמון המרבי המותר שיכול להתרחש אולי לאורך זמן במהלך מצב ללא עומס או עם עומס נמוך של מערכת החשמל. הוא גם מודד בצורה בין פאזה לפאזה.
רשימה של מתח מערכת נומינלי שונה ואת המתח המקסימלי המתאים שלהם ניתן למצוא להלן להתייחסות,

NB – מתברר מהטבלה שבעיקר מתח מערכת מקסימלי הוא 110% ממתח המערכת הנומינלי עד לרמת מתח של 220 KV,而对于400千伏及以上的电压等级，最大系统电压通常是标称系统电压的105%。

接地方案系数

这是在选定位置发生接地故障时，健全相上最高有效值相地工频电压与无故障情况下该位置的相间工频电压有效值之比。
这一比率总体上表征了从选定故障位置来看系统的接地条件。

有效接地系统

如果接地方案系数不超过80%，则系统被认为是有效接地的；如果超过，则是非有效接地的。
对于隔离中性点系统，接地方案系数为100%，而对于直接接地系统，接地方案系数为57.7%（1/√3 = 0.577）。

绝缘水平

每台电气设备在其整个使用寿命期间都必须经历不同时间的各种异常瞬态过电压情况。设备可能需要承受雷电冲击、开关冲击和/或短时工频过电压。根据一个电力系统组件可以承受的最大冲击电压和短时工频过电压的水平，确定高压电力系统的绝缘水平。
在确定额定电压低于300千伏的系统绝缘水平时，考虑的是雷电冲击耐受电压和短时工频耐受电压。对于额定电压等于或大于300千伏的设备，考虑的是开关冲击耐受电压和短时工频耐受电压。

雷电冲击电压

由于自然雷电引起的系统扰动可以用三种不同的基本波形来表示。如果雷电冲击电压沿传输线传播了一段距离后到达绝缘子，其波形接近全波，这种波被称为1.2/50波。如果在传播过程中，雷电扰动波导致绝缘子闪络，波形会变成截断波。如果雷电直接击中绝缘子，雷电冲击电压可能会急剧上升，直到通过闪络释放，导致电压突然急剧下降。这三种波在持续时间和形状上都有很大差异。

开关冲击

在切换操作期间，系统中可能出现单极电压。其波形可能是周期性衰减或振荡的。开关冲击波形具有陡峭的前缘和长衰减振荡尾部。

短时工频耐受电压

短时工频耐受电压是电气设备在特定时间内（通常为60秒）应能承受的规定正弦工频电压的有效值。

保护装置的保护水平电压

像避雷器这样的过电压保护装置设计成能够承受一定水平的瞬态过电压，超过这个水平，这些装置会将浪涌能量泄放到地面，从而保持瞬态过电压在一个特定水平以下。因此，瞬态过电压不能超过这个水平。过电压保护装置的保护水平是在施加开关冲击和雷电冲击时，过电压保护装置端子不应超过的最高峰值电压值。

现在让我们逐一讨论绝缘协调方法：

使用屏蔽线或地线

架空输电线路上的雷电浪涌可能是由于雷电直接击中导线造成的。可以通过在输电线路顶部导线上方适当高度提供屏蔽线或地线来进行保护。如果导电屏蔽线正确连接到输电塔身并且塔身正确接地，那么所有位于地线保护角范围内的导线都可以避免直接雷击。架空地线或地线也用于覆盖变电站以保护各种电气设备免受雷击。

传统的绝缘配合方法

正如我们上面所讨论的，电力系统的一个组件可能会遭受不同级别的瞬态电压应力、开关冲击电压和雷电冲击电压。通过在系统中使用诸如避雷器之类的保护装置，可以限制到达组件的瞬态过电压的最大幅度。如果我们维持所有电力系统组件的绝缘水平高于保护装置的保护水平，那么理论上就不会有任何组件的绝缘被击穿。因为经过避雷器后的瞬态过电压到达绝缘体时，其幅值等于保护水平电压，而保护水平电压冲击绝缘水平。
通常，冲击绝缘水平设定在保护装置的保护水平电压的15%到25%以上。

绝缘配合的统计方法

在更高的传输电压下，绝缘串的长度和空气间隙不会随电压线性增加，而是大约按V1.6增加。下图显示了不同过电压下的悬垂绝缘串所需绝缘盘的数量。可以看出，对于220千伏系统，随着过电压系数从2增加到3.5，绝缘盘数量的增加非常微小，但在750千伏系统中，绝缘盘数量的增加迅速。因此，虽然在经济上可能可行保护较低电压线路的过电压系数达到3.5（例如），但在较高电压线路上，过电压系数超过2到2.5显然是不经济的。在高电压系统中，主要的过电压是开关过电压。然而，这些可以通过适当的开关设备设计来控制。

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.