Koordynacja izolacji w systemie energetycznym

Coordinacja izolacji w systemie energetycznym została wprowadzona, aby ustawić poziomy izolacji elektrycznej różnych elementów w systemie elektroenergetycznym, w tym sieci przesyłowej, w taki sposób, aby awaria izolatora, jeśli wystąpi, była ograniczona do miejsca, gdzie spowodowałaby najmniejsze uszkodzenie systemu, byłaby łatwa do naprawy i wymiany, oraz powodowała jak najmniejsze zakłócenia w dostawie energii. Gdy w systemie elektroenergetycznym pojawia się nadmiarowe napięcie, istnieje ryzyko uszkodzenia systemu izolacji. Prawdopodobieństwo uszkodzenia izolacji jest wysokie w najsłabszym punkcie izolacji najbliżej źródła nadmiernego napięcia. W systemach elektroenergetycznych i sieciach przesyłowych izolację zapewnia się wszystkim urządzeniom i komponentom.

Izolatory w niektórych miejscach są łatwiejsze do wymiany i naprawy niż w innych. Izolacja w niektórych miejscach nie jest tak łatwo wymienialna i naprawialna, a jej wymiana i naprawa mogą być bardzo kosztowne i wymagać długotrwałego przerwania dostawy energii. Ponadto awaria izolatora w tych miejscach może spowodować wyłączenie większej części sieci elektrycznej. Dlatego pożądane jest, aby w przypadku awarii izolatora, tylko te łatwo wymienialne i naprawialne izolatory uległy awarii. Głównym celem coordinacji izolacji jest obniżenie do ekonomicznie i operacyjnie akceptowalnego poziomu kosztów i zakłóceń związanych z awarią izolacji. W metodzie coordinacji izolacji, izolacja różnych części systemu musi być tak skoordynowana, aby w przypadku przebicia, ono miało miejsce w zamierzonych punktach.
Aby lepiej zrozumieć coordinację izolacji, musimy najpierw zrozumieć niektóre podstawowe terminologie systemu elektroenergetycznego. Omówmy to.

Nominalne napięcie systemu

Nominalne napięcie systemu to napięcie fazowe w systemie, dla którego system jest normalnie zaprojektowany. Na przykład systemy 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV.

Maksymalne napięcie systemu

Maksymalne napięcie systemu to maksymalne dopuszczalne napięcie częstotliwości sieci, które może wystąpić na dłuższy czas w warunkach bez obciążenia lub przy niskim obciążeniu systemu. Jest mierzone również w sposób fazowy do fazowego.
Lista różnych nominalnych napięć systemu i odpowiadających im maksymalnych napięć systemu jest podana poniżej jako odniesienie,

Uwaga – Z tabeli wynika, że maksymalne napięcie systemu jest zazwyczaj 110% odpowiedniego nominalnego napięcia systemu do poziomu napięcia 220 kV, a dla 400 kV i wyżej wynosi 105%.

Współczynnik ziemny

Jest to stosunek najwyższych efektywnych napięć fazowo-ziemnych częstotliwości sieci na prawidłowej fazie podczas zwarcia z ziemią do efektywnych napięć fazowo-fazowych częstotliwości sieci, które uzyskalibyśmy w wybranym miejscu bez zwarcia. Ten stosunek charakteryzuje, ogólnie rzecz biorąc, warunki ziemne systemu, widziane z perspektywy wybranego miejsca zwarcia.

Skutecznie uziemiony system

System jest uznawany za skutecznie uziemiony, jeśli współczynnik ziemny nie przekracza 80%, a jeśli przekracza, to system jest nieskutecznie uziemiony. Współczynnik ziemny wynosi 100% dla systemu z izolowaną neutralą, a dla solidnie uziemionego systemu wynosi 57,7% (1/√3 = 0,577).

Poziom izolacji

Każde urządzenie elektryczne musi stawić czoła różnym nietypowym przejściowym napięciom chwilowym w różnych momentach swojego całkowitego okresu użytkowania. Urządzenie może musieć wytrzymać impulsy gradowe, impulsy przełączania i/lub krótkotrwałe napięcia chwilowe częstotliwości sieci. W zależności od maksymalnego poziomu impulsów napięcia i krótkotrwałych napięć chwilowych częstotliwości sieci, jakie dany komponent systemu elektroenergetycznego może wytrzymać, określa się poziom izolacji wysokonapiętego systemu elektroenergetycznego. Podczas określania poziomu izolacji systemu o napięciu mniejszym niż 300 kV, brane są pod uwagę impulsy napięcia gradowego i krótkotrwałe napięcia chwilowe częstotliwości sieci. Dla urządzeń o napięciu równym lub większym niż 300 kV, brane są pod uwagę impulsy napięcia przełączania i krótkotrwałe napięcia chwilowe częstotliwości sieci.

Impuls napięcia gradowego

Zaburzenia w systemie spowodowane przez naturalne burze mogą być reprezentowane przez trzy różne podstawowe kształty fal. Jeśli impuls napięcia gradowego przebędzie pewną odległość wzdłuż linii przesyłowej przed dotarciem do izolatora, jego kształt fali zbliża się do pełnej fali, a ta fala jest nazywana falą 1,2/50. Jeśli podczas podróży fala zaburzenia gradowego powoduje przebicie przez izolator, kształt fali staje się przeciętny. Jeśli bezpośrednio na izolator trafia grom, impuls napięcia gradowego może wzrosnąć stromo, aż zostanie ulżył przez przebicie, powodując nagły, bardzo stromy spadek napięcia. Te trzy fale różnią się znacznie długością i kształtem.

Impuls przełączania

Podczas operacji przełączania w systemie może pojawić się jednopolarne napięcie. Kształt tej fali może być okresowo tłumiony lub oscylujący. Kształt fali impulsu przełączania ma stromy początek i długi, tłumiony ogon oscylacyjny.

Krótkotrwałe napięcie chwilowe częstotliwości sieci

Krótkotrwałe napięcie chwilowe częstotliwości sieci to przepisane wartości efektywne sinusoidalnego napięcia częstotliwości sieci, które urządzenie elektryczne musi wytrzymać przez określony okres czasu, zwykle 60 sekund.

Napięcie poziomu ochronnego urządzenia ochronnego

Urządzenia ochronne przed nadmiernymi napięciami, takie jak zasiekacze lub zasiekacze gradowe, są zaprojektowane, aby wytrzymać określony poziom przejściowych napięć chwilowych, poza którymi urządzenia odprowadzają energię impulsu do ziemi, utrzymując poziom przejściowych napięć chwilowych na określonym poziomie. Tak więc przejściowe napięcia chwilowe nie mogą przekroczyć tego poziomu. Poziom ochronny urządzenia ochronnego przed nadmiernymi napięciami to najwyższa wartość szczytowa napięcia, której nie powinno przekroczyć na zaciskach urządzenia ochronnego przed nadmiernymi napięciami, gdy zastosowane są impulsy przełączania i impulsy gradowe.

Omówmy teraz metody coordinacji izolacji jedna po drugiej-

Użycie przewodu osłonowego lub przewodu ziemnego