Аспекти при координация на изолацията. Координация на изолацията на основните компоненти на еес

При двадесет подадени напреженови импулса вълната трябва да има следните параметри:

Волт-секундната характеристика се отнася за самовъзстановяваща се и нестарееща изолация. Стареещата изолация се представя с обобщена волт-временна характеристика или т.нар. крива на живота, която има много по-широк интервал на изменение t_рn.

Няма точен метод, който да определи вероятността на разрушителен разряд в отделна част от несамовъзстановяваща се изолация. Затова се приема, че вероятността се променя от 0% до 100% от стойността, определена от издържаното напрежение.

За самовъзстановяваща се изолация, способността за издържане на диелектрически натоварвания, причинени от прилагането на импулс с дадена форма, може да бъде описано по статистически път. За дадена изолация и за импулси с дадена форма и различна стойност на максимума U, вероятността за разряд P може да бъде свързана с всяка възможна стойност U, но по този начин се установява функцията P = P(U). Обикновено функцията P е монотонно нарастваща със стойност на U. Резултантната крива може да бъде определена чрез три параметъра:

а) U₅₀ – отговарящо на напрежението, при което изолацията има 50% вероятност за разряд или да издържи;

б) Z – стандартно отклонение, което представлява разсейването на разрядното напрежение. Определя се като разликата между напреженията отговарящи на вероятност 50% и 16%.

Z = U₅₀ – U₁₆ ;

в) U₀ – максималната стойност, под която разрядът е невъзможен. Определянето на тази стойност е невъзможно за практически тествания.

Обикновено функцията P(U) е дадена чрез математическа функция (кумулативно вероятностно разпределение), което е изцяло описано от параметрите U₅₀, Z и U₀. При традиционното използване на Гаусовото разпределение, стойността U₅₀ е слаба и стандартното отклонение се получава директно от Z = U₅₀ – U₁₆. Пресечната точка обикновено не се взема предвид, с цел опростяване.

За прилагане на статистическия метод за координация на изолацията при напрежение с бавен фронт, използването на преобразуваното кумулативно разпределение на Вейбул има предимства пред Гаусовото разпределение.


Тази формула представлява кумулативната функция на Вейбул с параметри избрани математически от Гаусовата кумулативна функция при 50% и 16% вероятност за разряд и разпределението U₅₀ – N.Z, където:

 - параметър на формата на нарастващата функция на Вейбул;

x – възникналия брой стандартни отклонения, свързани с U, x = (U – U₅₀)/Z;

N – възникналия брой стандартни отклонения, свързани с U₀, за който P(U)= 0.

Ако едно стандартно отклонение на вероятностното разпределение на Гаус се замени в разпределението на Вейбул по формулата и P(U)=0,16

за х= -1 и N=4 е избрано, тогава точната стойност на  във формулата трябва да бъде 4,83. Закръгляваме тази стойност на 5, защото това не води до значителни грешки и се получава преобразуваното разпределение на Вейбул:

За статистически пресмятания на очакваното действие на полето, трябва да бъдат използвани подробни данни, получени от полето или от лабораторни тестове. Ел.поле е изходна точка при определяне на размерите на изследваните изолационни устройства – по-точно напрегнатостта и нейното пространствено разпределение. В повечето случаи интерес представлява само електростатическото квазистационарно поле, независещо от движението на носителите на заряди. Неговото разпределение се определя само от конфигурацията на електродите.

При липса на данни за статистически пресмятания са препоръчителни следните стойности за стандартното отклонение, получени от голям брой тестове:

- за мълниеви импулс Z = 0,03.U₅₀ [kV];

- за комутационен импулс Z = 0,06.U₅₀ [kV].

Влиянието на атмосферните условия е включено в стойностите на получените отклонения.

U₁₀ е 10% разрядно напрежение на самовъзстановяваща се изолация. Тази стойност е статистическото издържано напрежение.

Крива на ефекта на изолационната конструкция наричаме зависимостта на вероятността за разряд от амплитудата на вълната на приложеното напрежение U_m, т.е. P(U_m). Интерпретацията на експеримента с нея се извършва в случаите, когато при подадено импулсно напрежение върху изолацията, може да възникне разряд или да не възникне. Ако от n подадени с еднаква амплитуда и форма импулси възниква разряд само при m от тях, то P(U_m) = m/n. С изменение на U_m тази вероятност се изменя от 0 до 1.

Експерименталните точки обикновено се апроксимират с функцията на едно от познатите разпределения, а най-често с функцията на Гаус. В случая:

 - мярката за наклона на кривата;

U_50% - 50%-ното разрядно напрежение, което е една от най-важните характеристики на електрическата якост на изолационната конструкция – това е напрежението, при което m = n/2;

U_50% може да се получи по два начина:

Ако на няколко съоръжения едновременно действа импулсна вълна, в съоръжението ще настъпи разряд или пробив, чиято волт-секундна характеристика лежи най-ниско. На този принцип се основава координацията на изолацията в рамките на съоръженията или между отделните съоръжения.

Класовете според формата и продължителността на напреженията и пренапреженията биват:

Координационно издържано напрежение U_cw – за всеки клас на напрежение стойността на издържаното напрежение за конфигурация на изолацията при реални условия на работа, което отговаря на характеристичния критерий.

Координационен коефициент k_с – с този коефициент се умножава стойността на представителното напрежение U_rp, за да се получи стойността на координационното издържано напрежение U_cw.

Изисквано издържано напрежение U_rw – изпитвателното напрежение, което изолацията трябва да издържа при стандартно изпитване с издържано напрежение, за да е сигурно, че изолацията отговаря на характеристичния критерий, когато е подложена на даден клас от пренапрежения при реални условия на работа и за цялата продължителност на работа.

Стандартно издържано напрежение U_w – стандартната стойност на изпитвателното напрежение, приложено при стандартно изпитване с издържано напрежение. Тази стойност е и номиналната стойност, която характеризира диелектиричната якост на изолацията и доказва, че изолацията отговаря на едно или повече от изискваните издържани напрежения.

При външна изолация се прилага и атмосферен корекционен коефициент k_a, с който се умножава координационното издържано напрежение, за да отчете разликата между средните атмосферни условия по време на работа и стандартните базови атмосферни условия, които са:

- температура t₀ = 20C;

- налягане b₀ = 101,3 kPa;

- абсолютна влажност h_a0 = 11 g/m².

При получаването на изисканото издържано напрежение, ако е необходимо се прилага и коефициент на сигурност k_s към координационното издържано напрежение, след прилагането на атмосферния корекционен коефициент k_a. По този начин се отчитат всички други разлики между работните условия и тези при стандартни изпитвания с издържани напрежения.
V. ПРОЦЕДУРА И МЕТОДИ ПО КООРДИНАЦИЯ НА ИЗОЛАЦИЯТА

Общата схема на процедурата при координиране на изолацията се свежда до избор на ред стандартни издържани напрежения, които характеризират изолацията на съоръжението в обсега на стандарта IEC-71 и се състои в следното:

1. Извършва се анализ на ел.системата, който обхваща натоварващите напрежения, като произход и класификация и защитните устройства с техните защитни нива на пренапрежение и изолационните характеристики на защитаваното съоръжение.

2. След анализа се определят представителните напрежения U_rp, по амплитуда, форма и продължителност.

3. На базата на изолационните характеристики и покриването изискванията на характеристичния критерий се прави подбор на изолацията и се определят координационните издържани напрежения U_cw – приемат се най-ниските стойности на издържаните от изолацията напрежения. Тези напрежения могат да се определят по двата метода – или като общоприетите предполагаеми издържани напрежения при P_w = 100% или като статистически издържани напрежения с P_w = 90%.

4. Прилагат се съответните корекционни коефициенти, за да се получат изискваните издържани напрежения U_rw.

5. Приемат се условия за изпитването, като се ползва ако е необходимо и коефициента за преобразуване на изпитването k_t.

Стандартизирането на изпитванията и избора на съответните изпитвателни напрежения за доказване съответствието с най-високото напрежение на съоръжението U_m за съответния клас, се определя от съответните комисии на IEC.

Стандартите за най-високо издържано напрежение са разделени в два класа:

КЛАС І – над 1 kV до 245 kV включително. Този клас покрива и преносните и разпределителните системи;

КЛАС ІІ – над 245 kV. Този клас покрива главно преносните системи.

Издържаните напрежения за доказване, удовлетворяващи изискваните издържани напрежения – краткотрайни, с полегат фронт , със стръмен фронт, за фазната изолация, за междуфазната и надлъжна, могат да бъдат избрани със същата форма, както изискваното издържано напрежение или с друга форма, съобразена с характеристиките на изолацията.

6. Избира се стандартното издържано напрежение U_w като най-близка стойност, равна или по-голяма от:

- изискваното издържано напрежение, ако формата е същата;

- изискваното издържано напрежение, умножено със съответния преобразуващ коефициент, ако формата е различна.

7. Избор на номинално ниво на изолацията – състои се в избор на най-икономичния ред от стандартни издържани напрежения U_w на изолацията, достатъчни да докажат, че са изпълнени всички изисквани издържани напрежения.

8. Избор на стандартните нива на изолацията – това е стандартизираната връзка на стандартните издържани напрежения с най-високото напрежение за съоръжението, като са стандартизирани следните зависимости:

- за междуфазна изолация, КЛАС І

Стандартните издържани напрежения, краткотрайни с промишлена честота и с мълниеви импулс са равни на съответните фазни издържани напрежения.

Стандартното издържано междуфазно напрежение с мълниеви импулс е равно на мълниевото импулсно издържано фазно напрежение.

Стандартните издържани напрежения, краткотрайни с промишлена честота и с мълниеви импулс са равни на съответните фазни издържани напрежения.

Стандартната комутационна компонента на комбинираното издържащо напрежение (максималната стойност на компонентата с промишлена честота с обратна полярност е и стандартната компонента на мълниевия импулс) е равна на съответното издържано фазно напрежение (максималната стойност на компонентата с промишлена честота с обратна полярност е ).

При определяне на издържаните координационни напрежения, както вече беше казано, се подбират най-ниските стойности на издържаните напрежения на изолацията, отговарящи на характеристичния критерий, когато е подложена на представителни пренапрежения при експлоатация.

При преходни напрежения се използват два метода за координиране на изолацията:

Прилага се, когато не се разполага със статистическата информация от изпитване, за възможния риск от повреда на съоръжението, очакван при експлоатацията. Използва се когато:

- изолацията е характеризирана чрез нейното общоприето издържано напрежение (P_w = 100%), издържаната стойност е избрана равна на координационното издържано напрежение, получено чрез умножаване на представителното пренапрежение (приетия максимум) с координационния коефициент k_c, отчитащ влиянието на несигурностите в допусканията за двете стойности;

- изолацията е характеризирана чрез статистически издържано напрежение (P_w = 90%) и k_c трябва да бъде отчетен за разликите между тези напрежения и приетото издържано напрежение.

Този метод е базиран върху честотата на събитието със специфичен произход, вероятностното разпределение на пренапрежението, принадлежащо на този произход и вероятностния разряд в изолацията. Алтернативно рискът от повреда може да бъде определен, комбинирайки напрежение и вероятностния разряд, изчислен, едновременно отчитайки статистическия произход на пренапрежението при подходящи процедури.

Чрез повтаряне на изчисленията за различни видове изолации и за различни състояния на мрежата, може да бъде определено пълното прекъсване на системата, предизвикано от повреда в изолацията.

Прилагането на статистическото координиране на изолацията дава възможност за оценка на честотата на повредите, директно като функция на избраните системни величини. Принципно, дори оптимизацията на изолацията е възможна, ако цената на престоя бъде отнесена към различните видове къси съединения. На практика това е много трудно, поради трудността на оценяване на последиците от повреда в изолацията при различни операционни състояния на мрежата и от несигурността на разходите при прекъсване на енергията. Затова обикновено е по-добре слабо оразмеряване до известна степен на изолацията в системата, отколкото оптимизирането й. Тогава проектирането на изолацията се базира на сравнението на рисковете, съответстващи на различни алтернативни конструкции.

При пренапрежения с бавен фронт е удачно да се използва и т.нар. опростен статистически метод. Статистическият метод основаващ се на амплитудите на вълните може да бъде опростен, ако се приеме, че разпределението на напрежението и якостта на изолацията, могат да бъдат определени с точка за всяка от тези криви. Разпределението на напрежението е установено чрез статистическо пренапрежение, при което съществува вероятност от 2% да бъде надвишено. Разпределението на якостта на изолацията е установена чрез статистически издържани напрежения с 90% вероятност за издържане. Статистическият координационен коефициент k_cs е отношение на статистическото издържано напрежение към статистическото пренапрежение.