Koordinacija izolacije u sustavu snage

Koordinacija izolacije u sustavu snabdijevanja električnom energijom uvedena je kako bi se organizirali razini električne izolacije različitih komponenti u električnom sustavu snabdijevanja električnom energijom, uključujući mrežu za prijenos, na način da, ako dođe do oštećenja izolatora, to bude ograničeno na mjesto gdje bi rezultiralo najmanjom štetom sustava, lako popravljanjem i zamjenom, te najmanjom prekidom snabdijevanja električnom energijom.
Kada se pojavi neka prenapon u električnom sustavu snabdijevanja električnom energijom, tada postoji mogućnost oštećenja njegove izolacijske sustave. Vjerojatnost oštećenja izolacije visoka je na najslabijoj točki izolacije najbližoj izvoru prenapona. U sustavima snabdijevanja električnom energijom i mrežama za prijenos, izolacija je osigurana svim opremama i komponentama.

Izolatori su na nekim točkama lakše zamjenjivi i popravljivi u usporedbi s drugim. Izolacija na nekim točkama nije tako lako zamjenjiva i popravljiva, a zamjena i popravak mogu biti vrlo skupi i zahtijevaju dugotrajno prekid snabdijevanja električnom energijom. Nadalje, oštećenje izolatora na tim točkama može uzrokovati da veći dio električne mreže bude izvan radnog stanja. Stoga je poželjno da u situaciji kada dođe do oštećenja izolatora, samo lako zamjenjivi i popravljivi izolatori oštećeni budu. Opća cilj koordinacije izolacije je smanjiti trošak i prekid do ekonomski i operativno prihvatljivog nivoa. Metodom koordinacije izolacije, izolacija različitih dijelova sustava mora biti tako razvrstana da, ako dođe do proboja, on se dogodi na namijenjenim točkama.
Za pravilno razumijevanje koordinacije izolacije, moramo prvo razumjeti neke osnovne terminologije električnih sustava snabdijevanja električnom energijom. Pogovorimo se o tome.

Nominativni napon sustava

Nominativni napon sustava je faza-do-faze napon sustava za koji je sustav normalno dizajniran. Također, kao što su 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV sustavi.

Maksimalni napon sustava

Maksimalni napon sustava je maksimalno dopušteni napon strujnog frekvencijskog napona koji se može pojaviti možda tijekom dugo vremena u uvjetima bez opterećenja ili s malim opterećenjem sustava. Mjeri se također u faza-do-faze načinu.
Popis različitih nominativnih napona sustava i njihovih odgovarajućih maksimalnih napona sustava dat je ispod za referencu,

NB – Izu tablice se može vidjeti da je obično maksimalni napon sustava 110 % odgovarajućeg nominativnog napona sustava do naponskog nivoa od 220 kV, a za 400 kV i više to je 105 %.

Faktor zemljenja

Ovo je omjer najveće efektivne vrijednosti fazno-zemlinske strujne frekvencijske napetosti na zdravoj fazi tijekom zemljinskog greška do efektivne vrijednosti fazno-fazne strujne frekvencijske napetosti koja bi se dobila na odabranoj lokaciji bez greške.
Ovaj omjer karakterizira, u općim smislu, uvjete zemljenja sustava gledano s odabrane lokacije greške.

Efektivno zemljeni sustav

Sustav se smatra efektivno zemljenim ako faktor zemljenja ne prelazi 80 %, a neefektivno zemljenim ako to čini.
Faktor zemljenja je 100 % za izolirani neutralni sustav, dok je 57.7 % (1/√3 = 0.577) za čvrsto zemljeni sustav.

Razina izolacije

Svaka električna oprema mora podnijeti različite anormalne privremene prenapone u različitim vremenima tijekom svog ukupnog vremena službe. Oprema može morati podnijeti impulze bijesa, impulze prebacivanja i/ili kratkotrajne strujne frekvencijske prenapone. Zavisno o maksimalnom nivou impulznih napona i kratkotrajnih strujnih frekvencijskih prenapona koje jedan komponent sustava snabdijevanja električnom energijom može podnijeti, određuje se razina izolacije visokonaponskog sustava snabdijevanja električnom energijom.
Tijekom određivanja razine izolacije sustava s nominalnim naponom manjim od 300 kV, uzimaju se u obzir impulzni napon otpornosti na bijes i kratkotrajan napon otpornosti na strujnu frekvenciju. Za opremu s nominalnim naponom većim ili jednakim 300 kV, uzimaju se u obzir impulzni napon otpornosti na prebacivanje i kratkotrajan napon otpornosti na strujnu frekvenciju.

Impulzni napon bijesa

Narušenja u sustavu zbog prirodnog bijesa mogu se predstaviti tri različite osnovne valne forme. Ako impulzni napon bijesa putuje neku udaljenost duž linije prijenosa prije nego što stigne do izolatora, njegova valna forma približava se punom valu, a taj val se naziva 1.2/50 val. Ako tokom putovanja, valna forma bijesa uzrokuje proboj preko izolatora, oblik vala postaje prekinuti val. Ako bijes direktno pogodi izolator, impulzni napon bijesa može brzo narasti dok se ne olakša probojem, uzrokujući naglo, vrlo strm pad napona. Ovi tri vala su značajno različiti po trajanju i obliku.

Impulzni napon prebacivanja

Tijekom operacija prebacivanja može se pojaviti unipolarni napon u sustavu. Valna forma koja može biti periodično prigušena ili oscilirajuća. Valna forma impulznog napona prebacivanja ima strm front i dug prigušen oscilirajući rep.

Kratkotrajan napon otpornosti na strujnu frekvenciju

Kratkotrajan napon otpornosti na strujnu frekvenciju je prescrita efektivna vrijednost sinusne strujne frekvencijske napetosti koju električna oprema treba podnijeti tijekom određenog vremenskog perioda, obično 60 sekundi.

Razina zaštite napona zaštitnog uređaja

Zaštitni uređaji protiv prenapona, poput zaštitnih napona ili uređaja za zaštitu od bijesa, dizajnirani su da podnijete određeni nivo privremenih prenapona, nakon čega uređaji održavaju nivo privremenog prenapona do određenog nivoa. Tako privremeni prenaponi ne mogu preći taj nivo. Razina zaštite zaštitnog uređaja je najviša vrhunska vrijednost napona koja ne smije biti premašena na terminalima zaštitnog uređaja kada se primijene impulzi prebacivanja i impulzi bijesa.