Координация изоляции в энергетической системе

Координация изоляции в энергетической системе была введена для организации уровней электрической изоляции различных компонентов в электроэнергетической системе, включая сети передачи, таким образом, чтобы при возникновении неисправности изолятора она ограничивалась местом, где это приведет к минимальному повреждению системы, легко поддающемуся ремонту и замене, и вызывает наименьшие помехи в электроснабжении.
Когда в электроэнергетической системе появляется перенапряжение, может возникнуть вероятность отказа системы изоляции. Вероятность отказа изоляции высока в самой слабой точке изоляции, ближайшей к источнику перенапряжения. В энергетических системах и сетях передачи изоляция предоставляется всем оборудованию и компонентам.

Изоляторы в некоторых точках легко заменяемы и ремонтопригодны по сравнению с другими. Изоляция в некоторых точках не так легко заменяема и ремонтопригодна, и замена и ремонт могут быть очень дорогими и требовать длительного отключения питания. Кроме того, отказ изолятора в этих точках может привести к выводу из строя большей части электрической сети. Поэтому желательно, чтобы в случае отказа изолятора, отказывали только легко заменяемые и ремонтопригодные изоляторы. Общая цель координации изоляции - снизить до экономически и операционно приемлемого уровня затраты и помехи, вызванные отказом изоляции. В методе координации изоляции изоляция различных частей системы должна быть так градуирована, чтобы пробой, если он происходит, происходил в намеченных точках.
Для правильного понимания координации изоляции нам нужно сначала понять некоторые основные термины электроэнергетической системы. Давайте обсудим.

Номинальное напряжение системы

Номинальное напряжение системы - это фазное напряжение системы, для которого система обычно проектируется. Например, системы 11 кВ, 33 кВ, 132 кВ, 220 кВ, 400 кВ.

Максимальное напряжение системы

Максимальное напряжение системы - это максимальное допустимое рабочее напряжение, которое может возникнуть, возможно, на длительное время, при нулевой или низкой нагрузке на систему. Оно также измеряется в фазном отношении.
Список различных номинальных напряжений системы и их соответствующих максимальных напряжений системы приведен ниже для справки,

Примечание – Согласно приведенной таблице, обычно максимальное напряжение системы составляет 110% от соответствующего номинального напряжения системы до уровня напряжения 220 кВ, а для 400 кВ и выше - 105%.

Коэффициент заземления

Это отношение наибольшего эффективного значения фазного напряжения относительно земли на здоровой фазе во время короткого замыкания на землю к эффективному значению фазного напряжения, которое было бы получено в выбранной точке без короткого замыкания.
Это соотношение характеризует, в общих чертах, условия заземления системы, как видно из выбранного места короткого замыкания.

Эффективно заземленная система

Система считается эффективно заземленной, если коэффициент заземления не превышает 80%, и неэффективно заземленной, если он превышает этот уровень.
Коэффициент заземления составляет 100% для системы с изолированным нейтральным проводом, а для системы с твердым заземлением - 57.7% (1/√3 = 0.577).

Уровень изоляции

Каждому электрическому оборудованию приходится сталкиваться с различными аномальными переходными перенапряжениями в разное время в течение всего срока службы. Оборудование может выдерживать импульсы молнии, коммутационные импульсы и/или короткие по времени перенапряжения промышленной частоты. В зависимости от максимального уровня импульсных напряжений и коротких по времени перенапряжений промышленной частоты, которые может выдержать один компонент системы, определяется уровень изоляции высоковольтной системы.
При определении уровня изоляции системы, рассчитанной на менее 300 кВ, учитываются импульсное напряжение молнии и короткие по времени перенапряжения промышленной частоты. Для оборудования, рассчитанного на 300 кВ и выше, учитываются коммутационные импульсные напряжения и короткие по времени перенапряжения промышленной частоты.

Импульсное напряжение молнии

Помехи в системе, вызванные естественной молнией, можно представить тремя различными основными формами волн. Если импульсное напряжение молнии проходит некоторое расстояние по линии передачи, прежде чем достигнет изолятора, его форма волны приближается к полной волне, и эта волна называется 1.2/50 волной. Если во время движения волна молнии вызывает пробой через изолятор, форма волны становится обрезанной. Если молния ударяет прямо в изолятор, то импульсное напряжение молнии может резко возрастать, пока не будет сброшено пробоем, вызывая резкий, очень крутой спад напряжения. Эти три волны значительно отличаются по длительности и форме.

Коммутационный импульс

Во время коммутационных операций в системе может появиться однополярное напряжение. Форма волны которого может быть периодически затухающей или колебательной. Коммутационный импульс имеет крутой фронт и длинный затухающий хвост.

Короткое по времени перенапряжение промышленной частоты

Короткое по времени перенапряжение промышленной частоты - это предписанное эффективное значение синусоидального напряжения промышленной частоты, которое электрическое оборудование должно выдерживать в течение определенного периода времени, обычно 60 секунд.

Уровень защиты защитного устройства

Защитные устройства от перенапряжений, такие как грозозащитные тросы или грозозащитные разрядники, предназначены для выдерживания определенного уровня переходных перенапряжений, за которым устройства отводят энергию в землю, тем самым поддерживая уровень переходных перенапряжений на определенном уровне. Таким образом, переходные перенапряжения не могут превышать этот уровень. Уровень защиты устройства от перенапряжений - это наибольшее пиковое напряжение, которое не должно превышаться на выводах устройства при применении коммутационных и молниевых импульсов.

Теперь давайте обсудим методы координации изоляции по порядку-

Использование защитного троса или заземляющего троса