Koordinacija izolacije v električnem sistemu

Koordinacija izolacije v električnem sistemu je bila uvedena za organiziranje ravni električne izolacije različnih komponent v električnem sistemu, vključno z omrežjem prenose, tako, da bi se morebitna popačenost izolatorja, če pride do nje, omejila na mesto, kjer bi to povzročilo najmanjšo škodo sistema, in bi bila lahko enostavno odpravljena in zamenjana, kar bi prineslo najmanjše motnje v oskrbo z energijo.
Ko v električnem sistemu nastane kakšen preseg napetosti, je možnost popačenosti izolacijskega sistema visoka. Verjetnost popačenosti izolacije je najvišja pri najslabši točki izolacije, najbližji viru presega napetosti. V električnem sistemu in omrežju prenosa je izolacija zagotovljena vsem opremi in komponentam.

Izolatori na nekaterih mestih so lažje zamenljivi in popravljivi kot na drugih. Izolacija na nekaterih mestih ni tako enostavno zamenljiva in popravljiva, zamenjava in popravilo pa sta lahko zelo draga in zahtevajo dolgo prekinitev oskrbe s strmo. Poleg tega bi lahko popačenost izolatorja na teh mestih povzročila, da bi večji del električnega omrežja postal izven službe. Zato je želeno, da v primeru popačenosti izolatorja pride do popačenosti le izolatorja, ki je lažje zamenljiv in popravljiv. Splošni cilj koordinacije izolacije je zmanjšati stroške in motnje, ki jih povzroči popačenost izolacije, na ekonomsko in operativno sprejemljivo raven. V metodi koordinacije izolacije mora biti izolacija različnih delov sistema tako razvrščena, da, če pride do preloma, bo ta na namenjenih mestih.
Za pravo razumevanje koordinacije izolacije moramo najprej razumeti nekatere osnovne terminologije električnega sistema. Pogovarjajmo se o tem.

Nominativna sistemsko napetost

Nominativna sistemsko napetost je faza-do-faze napetost sistema, za katerega je sistem običajno zasnovan. Tako kot 11 KV, 33 KV, 132 KV, 220 KV, 400 KV sistemi.

Največja sistemsko napetost

Največja sistemsko napetost je največja dopustna frekvenca napetosti, ki se lahko pojavi za dolgo obdobje med brezobremenim ali nizko obremenjenim stanjem električnega sistema. Merimo jo tudi v fazo-do-fazo načinu.
Seznam različnih nominativnih sistemskih napetosti in njihovih pripadajočih največjih sistemskih napetosti je podan spodaj za referenco,

NB – Opazimo iz zgornje tabele, da je običajno največja sistemsko napetost 110 % pripadajoče nominativne sistemsko napetosti do napetostne ravni 220 KV, in za 400 KV in višje je 105 %.

Faktor zazemljanja

To je razmerje med najvišjo efektivno faza-do-zemlje frekvenco napetosti na zdravi fazi med zemeljskim krivico in efektivno faza-do-faze frekvenco napetosti, ki bi jo dobili na izbranem lokaciji brez krivice.
To razmerje karakterizira v splošnem pogledu pogoje zazemljanja sistema glede na izbrano lokacijo krivice.

Učinkovito zazemljen sistem

Sistem je učinkovito zazemljen, če faktor zazemljanja ne presega 80 %, in ne-učinkovito zazemljen, če to drži.
Faktor zazemljanja je 100 % za izolirani neutralni sistem, medtem ko je 57.7 % (1/√3 = 0.577) za trdno zazemljen sistem.

Raven izolacije

Vsaka električna oprema mora preživeti različne nenormalne prehodne presege napetosti v različnih časih med svojim skupnim obdobjem uporabe. Oprema mora lahko odporiti impulznim napetostim zaradi negrevanja, prehodnim napetostim zaradi vklopitve in/ali kratkovremnim presegiom frekvence napetosti. Odvisno od najvišje ravni impulznih napetosti in kratkovremnim presegiom frekvence napetosti, ki jih lahko en komponent električnega sistema odpori, se določi raven izolacije visokonapetostnega sistema.
Pri določanju ravni izolacije sistema z oceno manj kot 300 KV, se upošteva odpor impulznim napetostim zaradi negrevanja in odpor kratkovremnim presegiom frekvence napetosti. Za opremo z oceno 300 KV ali več, se upošteva odpor prehodnim napetostim zaradi vklopitve in odpor kratkovremnim presegiom frekvence napetosti.

Impulzna napetost zaradi negrevanja

Motnje v sistemu zaradi naravnega negrevanja lahko predstavimo s tremi različnimi osnovnimi valovimi oblikami. Če impulzna napetost zaradi negrevanja potuje neko razdaljo po prenosnem omrežju preden pride do izolatorja, se oblika vala približa polnemu valovemu obrazcu, in ta val se imenuje 1.2/50 val. Če med potovanjem impulzni val povzroči prelom preko izolatorja, se oblika vala spremeni v presečen val. Če gre negrevalni udarec neposredno na izolator, se impulzna napetost zaradi negrevanja lahko hitro dvigne, dokler ga ne olajša prelom, kar povzroči nenadno, zelo strm padec napetosti. Ti trije valovi so zelo različni glede trajanja in oblike.

Prehodna napetost zaradi vklopitve

Med operacijami vklopa se v sistemu lahko pojavijo unipolarne napetosti. Oblika teh valov je lahko periodično utiha ali oscilira. Prehodna napetost zaradi vklopitve ima strm rob in dolg utihajoč oscilirajoč rep.

Odpor kratkovremnim presegiom frekvence napetosti

Odpor kratkovremnim presegiom frekvence napetosti je predpisana efektivna vrednost sinusoidalne frekvence napetosti, ki jo mora električna oprema odporiti za določen čas, običajno 60 sekund.

Raven zaščite napetosti zaščitne naprave

Zaščitne naprave proti presegom napetosti, kot so nadnapetostni varovalniki ali varovalniki proti negrevanju, so zasnovane, da odporijo določeni ravni prehodnih presegov napetosti, preko katere naprave odpovedajo prekomerno energijo v zemljo in tako ohranjajo raven prehodnih presegov napetosti na določeno raven. Tako prehodne presege napetosti ne morejo preseči te ravni. Ravnja zaščite zaščitne naprave je najvišja vrhunska vrednost napetosti, ki ne sme biti presegla na kljukah zaščitne naprave, ko se nan