Isoleringssamordning i kraftsystem

Isoleringskoordinering i kraftsystem infördes för att ordna elektriska isolationsnivåer av olika komponenter i elektriska kraftsystemet inklusive överföringsnät, på ett sådant sätt att om isolatorn misslyckas, begränsas det till den plats där det skulle resultera i minst skada av systemet, enkelt att reparera och ersätta, och resulterar i minst störning av strömförsörjningen.
När någon överspänning uppstår i det elektriska kraftsystemet, finns det en risk för att isoleringssystemet kan misslyckas. Sannolikheten för isoleringsmisslyckande är hög vid den svagaste isoleringspunkten närmast källan till överspänning. I kraftsystem och överföringsnät ges isolering till all utrustning och komponenter.

Isolatorer är på vissa punkter lättare att byta ut och reparera jämfört med andra. Isolering på vissa punkter är inte lika lätt att byta ut och reparera, och bytet och reparationen kan vara mycket dyrt och kräva lång avbrottstid för ström. Dessutom kan misslyckandet av en isolator vid dessa punkter orsaka att en större del av det elektriska nätverket blir utan ström. Därför är det önskvärt att vid isolatormisslyckande endast de lättbytbara och lättskapade isolatorerna misslyckas. Det övergripande målet med isoleringskoordinering är att minska kostnaderna och störningarna som orsakas av isoleringsmisslyckande till ett ekonomiskt och driftsmässigt acceptabelt nivå. I metoden för isoleringskoordinering måste isoleringen av systemets olika delar graderas så att flammövergång, om den inträffar, sker vid avsedda punkter.
För att förstå isoleringskoordinering korrekt måste vi först förstå några grundläggande termer inom det elektriska kraftsystemet. Låt oss diskutera detta.

Nominala systemspänningen

Nominala systemspänningen är fas-till-fas spänningen i systemet som systemet normalt är utformat för. Till exempel 11 kV, 33 kV, 132 kV, 220 kV, 400 kV system.

Maximala systemspänningen

Maximala systemspänningen är den maximala tillåtna nätspänningen som kan uppstå, kanske under lång tid under obelastat eller lågbelastat tillstånd av kraftsystemet. Den mäts också fas-till-fas.
En lista över olika nominala systemspänningar och deras motsvarande maximala systemspänningar ges nedan för referens,

OBS – Det observeras från ovanstående tabell att generellt sett är maximala systemspänningen 110 % av motsvarande nominala systemspänning upp till spänningsnivån 220 kV, och för 400 kV och över är den 105 %.

Jordningsfaktor

Detta är förhållandet mellan den högsta effektiva fas-till-jord nätspänningen på en fungerande fas under en jordfel och den effektiva fas-till-fas nätspänningen som skulle erhållas vid den valda platsen utan fel.
Denna kvot karakteriserar, i allmänna termer, jordningsförhållandena i ett system sett från den valda felpunkten.

Effektivt jordat system

Ett system sägs vara effektivt jordat om jordningsfaktorn inte överstiger 80 % och icke-effektivt jordat om den gör det.
Jordningsfaktorn är 100 % för ett isolerat neutralsystem, medan den är 57.7 % (1/√3 = 0.577) för ett starkt jordat system.

Isolationsnivå

All elektrisk utrustning måste under sin totala drifttid klara av olika abnorma tillfälliga överspänningsituationer. Utrustningen kan behöva klara blixtimpulser, växlingsimpulser och/eller kortvariga nätspänningsoverspänningsituationer. Beroende på den maximala impulsspänningen och kortvariga nätspänningsoverspänningsituationer som en kraftsystemkomponent kan klara, fastställs isolationsnivån för högspänningskraftsystem.
Vid fastställande av isolationsnivån för system med en spänning under 300 kV tas blixtimpulsuthållighet och kortvariga nätspänningsoverspänningsuthållighet i beaktning. För utrustning med en spänning på 300 kV eller mer tas växlingsimpulsuthållighet och kortvariga nätspänningsoverspänningsuthållighet i beaktning.

Blixtimpulsspänning

Systemstörningar orsakade av naturlig blixt kan representeras av tre olika grundläggande vågformer. Om en blixtimpulsspänning reser sig längs överföringsledningen innan den når en isolator närmar sig full våg, och denna våg kallas 1.2/50-våg. Om under resan blixtstörningsvågen orsakar flammövergång över en isolator ändras formen av vågen till en avklippt våg. Om en blixtslag träffar direkt på isolatorn kan blixtimpulsspänningen stiga brant tills den lindras av flammövergång, vilket leder till plötslig, mycket brant spänningssänkning. Dessa tre vågor är ganska olika i varaktighet och form.

Växlingsimpuls

Under växling kan det uppstå en unipolär spänning i systemet. Vågformen kan vara periodiskt dämpad eller oscillerande. Växlingsimpuls vågform har en brant front och en lång dämpad oscillerande svans.

Kortvarig nätspänningsoverspänningsuthållighet

Kortvarig nätspänningsoverspänningsuthållighet är den föreskrivna effektiva värdet av sinusformad nätspänning som elektrisk utrustning ska klara under en specifik tidsperiod normalt 60 sekunder.

Skyddsnivåspänning för skyddsutrustning

Överspänningskyddsuppsättningar som surgeskydd eller blixtskydd är utformade för att klara en viss nivå av tillfällig överspänning, bortom vilken enheterna drainerar energin till marken och därför håller nivån av tillfällig överspänning på en specifik nivå. Således kan tillfällig överspänning inte överstiga den nivån. Skyddsnivån för överspänningskyddsuppsättning är den högsta toppspänningen som inte bör överstigas vid terminalerna för överspänningskyddsuppsättning när växlingsimpulser och blixtimpulser appliceras.

Låt oss nu diskutera metoderna för isoleringskoordinering en efter en-

Användning av skyddstråd eller jordtråd