Координація ізоляції в електроенергетичній системі

Узгодження ізоляції в електричній системі було запроваджено для впорядкування рівнів електричної ізоляції різних компонентів електричної системи живлення, включаючи мережу передачі, таким чином, щоб при виникненні пошкодження ізолятора воно обмежувалося місцем, де завдано найменшої шкоди системі, де його легко відремонтувати або замінити та де виникає мінімальне порушення живлення.
Коли в електричній системі живлення виникає будь-яка над напруга, існує ймовірність пошкодження її ізольованої системи. Ймовірність пошкодження ізоляції висока в найслабшій точці ізоляції, найближчій до джерела перенапруги. У системах електропостачання та мережах передачі ізоляція забезпечується всім обладнанням і компонентам.

Ізолятори в окремих місцях легше замінити та відремонтувати, ніж в інших. Ізоляція в деяких місцях не так легко піддається заміні та ремонті, і ці операції можуть бути дуже дорогими та потребувати тривалого вимкнення електропостачання. Більше того, пошкодження ізолятора в цих місцях може призвести до виходу з ладу значної частини електричної мережі. Тому бажано, щоб у разі пошкодження ізолятора виходив з ладу лише той, який легко замінити та відремонтувати. Загальною метою узгодження ізоляції є зведення до економічно та експлуатаційно прийнятного рівня вартості та порушень, спричинених пошкодженням ізоляції. За методом узгодження ізоляції ізоляція різних частин системи має бути градуйована таким чином, щоб пробій, якщо він відбувається, мав місце в заданих точках.
Для правильного розуміння узгодження ізоляції, спочатку потрібно зрозуміти деякі основні терміни електричної системи. Розглянемо їх.

Номінальна напруга системи

Номінальна напруга системи — це фазова напруга системи, для якої система зазвичай проектується. Наприклад, системи 11 кВ, 33 кВ, 132 кВ, 220 кВ, 400 кВ.

Максимальна напруга системи

Максимальна напруга системи — це максимально допустима напруга промислової частоти, яка може виникати протягом тривалого часу за умови відсутності навантаження або низького навантаження в електричній системі. Вимірюється також між фазами.
Нижче наведено список різних номінальних напруг системи та відповідних їм максимальних напруг системи для довідки,

NB – З наведеної вище таблиці видно, що загалом максимальна напруга системи становить 110 % від відповідної номінальної напруги системи до рівня напруги 220 кВ, а для 400 кВ і вище — 105 %.

Коефіцієнт заземлення

Це співвідношення максимальної діючої фазної напруги на землю за потужнісною частотою на справній фазі під час замикання на землю до діючої фазної напруги між фазами за потужнісною частотою, яка була б отримана у вибраному місці без пошкодження.
Це співвідношення характеризує, загалом, умови заземлення системи з точки зору обраного місця пошкодження.

Ефективно заземлена система

Система вважається ефективно заземленою, якщо коефіцієнт заземлення не перевищує 80 %, і неефективно заземленою, якщо перевищує.
Коефіцієнт заземлення становить 100 % для системи з ізольованою нейтраллю, тоді як для жорстко заземленої системи він дорівнює 57,7 % (1/√3 = 0,577).

Рівень ізоляції

Кожне електричне обладнання протягом усього терміну служби може піддаватися різним аномальним ситуаціям із короткочасними перенапругами. Обладнання має витримувати імпульси від блискавки, комутаційні імпульси та/або короткочасні перенапруги промислової частоти. Виходячи з максимального рівня імпульсних напруг і короткочасних перенапруг промислової частоти, які може витримати компонент енергосистеми, визначається рівень ізоляції високовольтної енергосистеми.
При визначенні рівня ізоляції системи з номінальною напругою менше 300 кВ враховуються імпульсна напруга витримування від блискавки та короткочасна витримувальна напруга промислової частоти. Для обладнання з номінальною напругою 300 кВ і вище враховуються комутаційна імпульсна напруга витримування та короткочасна витримувальна напруга промислової частоти.

Імпульсна напруга від блискавки

Збурення в системі через природну блискавку можуть бути представлені трьома різними основними формами хвиль. Якщо імпульсна напруга від блискавки проходить деяку відстань уздовж лінії передачі, перш ніж досягне ізолятора, форма її хвилі наближається до повної хвилі, і ця хвиля називається 1,2/50. Якщо під час руху хвиля збурення від блискавки викликає перекриття через ізолятор, форма хвилі стає обрізаною. Якщо удар блискавки відбувається прямо по ізолятору, імпульсна напруга від блискавки може стрімко зростати, доки не буде знижена перекриттям, що призводить до раптового, дуже стрімкого падіння напруги. Ці три хвилі суттєво відрізняються за тривалістю та формою.

Комутаційний імпульс

Під час комутаційних операцій у системі може виникнути односпрямована напруга. Форма хвилі може бути періодично затухаючою або коливною. Форма хвилі комутаційного імпульсу має стрімкий фронт і довге затухаюче коливне хвостове продовження.

Короткочасна витримувальна напруга промислової частоти

Короткочасна витримувальна напруга промислової частоти — це задане діюче значення синусоїдальної напруги промислової частоти, яке електричне обладнання повинно витримувати протягом певного часу, зазвичай 60 секунд.

Рівень захисту напруги захисного пристрою

Захисні пристрої від перенапруг, такі як грозозахисні пристрої або грозозахисні прилади, розроблені для витримування певного рівня трансієнтних перенапруг, після яких пристрої відводять енергію сиру до землі, таким чином, підтримуючи рівень трансієнтних перенапруг на певному рівні. Тому трансієнтні перенапруги не можуть перевищувати цей рівень. Рівень захисту пристрою від перенапруг - це максимальне значення пікової напруги, яке не повинно перевищуватися на кінцевих контактах захисного пристрою при застосуванні імпульсів від комутації та грозових імпульсів.

Тепер давайте обговоримо методи координації ізоляції по одному-

Використання захисного дроту або заземлюючого дроту

Грозова сиру в надземних лініях передачі може бути спричинена безпосередніми ударями молнії. Її можна захистити, надавши захисний дріт або заземлюючий дріт на відповідній висоті від верхнього провідника лінії передачі. Якщо провідний захисний дріт правильно під'єднаний до опори передачі і опора правильно заземлена, то безпосередні удари молнії можна уникнути на всіх провідниках, що знаходяться під захисним кутом заземлюючого дроту. Надземний заземлюючий дріт або захисний дріт також використовується для захисту електропідстанції від ударів молнії різних електричних приладів.

Традиційний метод координації ізоляції

Як ми обговорювали вище, компонент електричної системи живлення може страждати від різних рівнів трансієнтних напружень, імпульсів від комутації та грозових імпульсів. Максимальна амплітуда трансієнтних перенапруг, які досягають компонентів, може бути обмежена за допомогою захисних пристроїв, таких як грозозахисні прилади в системі. Якщо ми підтримуємо рівень ізоляції всіх компонентів системи живлення вище рівня захисту захисного пристрою, то ідеально не буде жодної можливості зрушення ізоляції будь-якого компонента. Оскільки трансієнтні перенапруги, які досягають ізоляції після переходу через захисні пристрої, матимуть амплітуду, рівну рівню захисту напруги, і рівень захисту напруги імпульсного рівня ізоляції компонентів.
Загалом, імпульсний рівень ізоляції встановлюється на 15-25 % вище рівня захисту напруги захисних пристроїв.

Статистичні методи координації ізоляції

При вищих напругах передачі, довжина рядів ізоляторів та відстані в повітрі не зростають лінійно зі збільшенням напруги, а приблизно до V1.6. Необхідна кількість дисків ізоляторів в підвісному ряду для різних перенапруг показана нижче. Побачимо, що збільшення кількості дисків є незначним для системи 220 кВ, зі збільшенням фактора перенапруги від 2 до 3.5, але є швидким зростанням для системи 750 кВ. Таким чином, хоча можливо економічно захищати лінії нижчих напруг до фактора перенапруги 3.5 (кажучи), точно не економічно мати фактор перенапруги більше, ніж приблизно 2-2.5 для ліній вищих напруг. У системах вищих напруг, переважають перенапруги від комутації. Однак, ці можна контролювати правильним проектуванням комутаційних пристроїв.

Заява: Поважайте оригінал, добри статті варті поділу, якщо є порушення авторських прав, зверніться для видалення.