Güç Sistemlerinde yalıtım koordinasyonu

Güç Sisteminde Yalıtım Koordinasyonu, elektriksel güç sisteminin (iletim ağı dahil) farklı bileşenlerinin yalıtım seviyelerini öyle bir şekilde düzenlemek için tanıtıldı ki, yalıtımın başarısız olması durumunda, bu başarısızlık en az hasara, kolay onarım ve değiştirme ile sonuçlanan yere sınırlı kalır ve güç arzına en az rahatsızlık verir.
Elektrik güç sisteminde herhangi bir aşırı gerilim ortaya çıktığında, yalıtım sisteminin başarısız olma olasılığı yüksektir. Aşırı gerilimin kaynağına en yakın zayıf yalıtım noktasında yalıtımın başarısız olma olasılığı yüksektir. Güç sistemlerinde ve iletim ağlarında, tüm ekipmanlara ve bileşenlere yalıtım sağlanır.

Bazı noktalardaki izolatörler diğer noktalardakilerden daha kolay değiştirilebilir ve tamir edilebilir. Bazı noktalardaki yalıtım kolayca değiştirilemez veya tamir edilemez ve değiştirme ve tamir maliyetleri yüksek olabilir ve uzun süreli güç kesintisi gerektirebilir. Ayrıca, bu noktalardaki izolatörlerin başarısız olması, elektrik ağını büyük bir kısmını hizmet dışı bırakabilir. Bu nedenle, izolatör başarısızlığı durumunda, sadece kolay değiştirilebilir ve tamir edilebilir izolatörlerin başarısız olmasını istemek makuldir. Yalıtım koordinasyonunun genel amacı, yalıtım başarısızlığından kaynaklanan maliyeti ve rahatsızlığı, ekonomik ve operasyonel olarak kabul edilebilir bir düzeye indirmektir. Yalıtım koordinasyon yönteminde, sistemin çeşitli bölümlerinin yalıtımı, eğer yanıp kalmalar meydana gelecekse, belirlenen noktalarda olması gerekir.
Yalıtım koordinasyonunu doğru anlamak için, önce elektrik güç sisteminin bazı temel terimlerini anlamamız gerekiyor. Bunu tartışalım.

Sistem Gerilimi Nominal Değeri

Sistem Gerilimi Nominal Değeri, sistemin normal olarak tasarlandığı faza-faza gerilim değeridir. Örneğin 11 KV, 33 KV, 132 KV, 220 KV, 400 KV sistemleri gibi.

Maksimum Sistem Gerilimi

Maksimum Sistem Gerilimi, güç sisteminin boş veya düşük yük koşulları sırasında uzun süre boyunca oluşabilecek maksimum izin verilen güç frekansı gerilimidir. Bu da faza-faza ölçülür.
Farklı sistem gerilimi nominal değeri ve karşılık gelen maksimum sistem gerilimi listesi aşağıda referans olarak verilmiştir,

NB – Yukarıdaki tablodan görüldüğü üzere, genellikle maksimum sistem gerilimi, 220 KV'ye kadar olan gerilim seviyesinde, karşılık gelen nominal sistem geriliminin %110'udur, ve 400 KV ve üzeri için %105'tir.

Kesme Faktörü

Bu, bir kesme sırasında seçilen konumda elde edilecek olan faza-faza güç frekansı geriliminin etkin değerine oranla, bir kesme sırasında sağlıklı fazda oluşan en yüksek rms faza toprağa güç frekansı geriliminin oranı.
Bu oran, genel olarak, bir sistemdeki topraklama koşullarını, seçilen kesme konumundan bakıldığında karakterize eder.

Etkili Şekilde Toprağa Bağlanmış Sistem

Bir sistemin, kesme faktörü %80'i aşmıyorsa etkili bir şekilde toprağa bağlanmış olduğu söylenir, aksi halde etkili bir şekilde toprağa bağlanmamıştır.
Kesme faktörü, izole edilmiş nötral sistemlerde %100, katı bir şekilde toprağa bağlanmış sistemlerde ise %57.7'dir (1/√3 = 0.577).

Yalıtım Seviyesi

Her elektrik ekipmanı, hizmet yaşamının farklı zamanlarında farklı anormal geçici aşırı gerilim durumları atlatacaktır. Ekipman, yıldırım darbeleri, anahtarlama darbeleri ve/veya kısa süreli güç frekansı aşırı gerilimlerini dayanması gerekebilir. Bir güç sistemi bileşeninin dayanabileceği maksimum darbe gerilimleri ve kısa süreli güç frekansı aşırı gerilimlerine bağlı olarak, yüksek gerilimli güç sisteminin yalıtım seviyesi belirlenir.
300 KV'dan düşük sistemlerin yalıtım seviyesini belirlerken, yıldırım darbesi dayanıklılık gerilimi ve kısa süreli güç frekansı dayanıklılık gerilimi dikkate alınır. 300 KV veya daha yüksek ekipmanlar için, anahtarlama darbesi dayanıklılık gerilimi ve kısa süreli güç frekansı dayanıklılık gerilimi dikkate alınır.

Yıldırım Darbesi Gerilimi

Doğal yıldırım nedeniyle oluşan sistem bozuklukları, üç farklı temel dalga şekliyle temsil edilebilir. Eğer bir yıldırım darbesi gerilimi bir izolatöre ulaşmadan önce bir mesafe boyunca iletim hattı üzerinde ilerlerse, dalga şekli tam dalgaya yaklaşır ve bu dalga 1.2/50 dalga olarak adlandırılır. Eğer ilerlerken, yıldırım bozukluğu dalgası bir izolatör üzerinden yanıp kalmaya neden olursa, dalga şekli kesilmiş dalga halini alır. Eğer bir yıldırım darbesi doğrudan bir izolatöre isabet ederse, yıldırım darbesi gerilimi yanıp kalmaya kadar dik olarak yükselişe geçebilir, bu da ani, çok dik bir gerilim düşüşüne neden olur. Bu üç dalga, süresi ve şekilleri açısından oldukça farklıdır.

Anahtarlama Darbesi

Anahtarlama işlemi sırasında sisteme tek kutuplu gerilim oluşabilir. Dalga formu, periyodik olarak zayıflayan veya salınımlı olabilir. Anahtarlama darbesi dalga formunun dik bir ön yüzü ve uzun, zayıflayan salınımlı bir kuyruğu vardır.

Kısa Süreli Güç Frekansı Dayanıklılık Gerilimi

Kısa süreli güç frekansı dayanıklılık gerilimi, elektrik ekipmanının belirli bir süre boyunca, genellikle 60 saniye, dayanması gereken sinusoidal güç frekansı geriliminin belirlenen rms değeridir.

Koruma Cihazının Koruma Seviyesi Gerilimi

Aşırı gerilim koruma cihazları, örneğin darbe arresterleri veya yıldırım arresterleri, belirli bir düzeyde geçici aşırı gerilime karşı dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu aşırı gerilim seviyesinin üzerine çıktığında, cihazlar darbe enerjisini toprağa yönlendirir ve bu nedenle geçici aşırı gerilim seviyesini belirli bir seviyede tutar. Bu nedenle, geçici aşırı gerilim belirli bir seviyeyi aşamaz. Aşırı gerilim koruma cihazının koruma seviyesi, anahtarlama darbeleri ve yıldırım darbeleri uygulandığında, aşırı gerilim koruma cihazının uçlarındaki en yüksek zirve gerilim değeridir.

Şimdi, yalıtım koordinasyon yöntemlerini birer birer tartışalım-

Kalkan Teli ya da Toprak Teli Kullanarak