Koordynacja izolacji dla SN/WN — Um, BIL i margines ochronny (IEC 60071-1)

Przewodnik o koordynacji izolacji przez odległości pełzania/upływu według IEC 60664-1 omawia sposób koordynacji urządzeń niskiego napięcia za pomocą tabel odległości fizycznych (droga upływu, odstęp izolacyjny), wyznaczanych przez kategorię przepięcia i stopień zanieczyszczenia zastosowania. Dla urządzeń średniego i wysokiego napięcia koordynacja izolacji działa zasadniczo inaczej: nie przede wszystkim poprzez tabele odległości, lecz poprzez znormalizowane poziomy napięcia wytrzymywanego, określone w IEC 60071-1.

Trzy poziomy napięcia podlegające koordynacji

• Um — najwyższe napięcie urządzenia: maksymalne napięcie sieci, które urządzenie musi wytrzymywać w sposób ciągły, zwykle nieco wyższe od znamionowego napięcia roboczego sieci, w której jest stosowane.
• Znamionowe krótkotrwałe napięcie wytrzymywane o częstotliwości sieciowej (Ud) — reprezentuje przejściowe przepięcia o częstotliwości sieciowej, takie jak te występujące podczas zwarcia doziemnego w sieci.
• Znamionowe udarowe napięcie wytrzymywane piorunowe (BIL — basic insulation level, oznaczane też jako Up) — reprezentuje bardzo szybkie przepięcia przejściowe pochodzące od wyładowań atmosferycznych lub operacji łączeniowych, badane znormalizowanym kształtem udaru 1,2/50 µs.

Dla wyższych poziomów napięcia czasem dodaje się osobne znamionowe udarowe napięcie wytrzymywane łączeniowe (Us), badane wolniejszym kształtem udaru 250/2500 µs, dla poziomów napięcia, gdzie przepięcia łączeniowe zwykle dominują nad piorunowymi.

Dlaczego znormalizowana seria zamiast marginesu obliczanego dla każdego projektu

Zamiast obliczania wymagania wytrzymałości izolacyjnej od podstaw dla każdego projektu, IEC 60071-1 określa znormalizowane poziomy izolacji — kombinacje Ud i BIL — dla każdej klasy napięcia Um. Zapewnia to wzajemną wymienność urządzeń między producentami i projektami oraz statystycznie odpowiada określonemu marginesowi ochronnemu względem poziomu ochrony ogranicznika przepięć.

Związek z ogranicznikiem przepięć

Przewodnik o ogranicznikach przepięć SN omawia napięcie resztkowe (Ures), które przepuszcza ogranicznik podczas udaru przepięciowego. Dla działającej koordynacji izolacji to napięcie resztkowe musi pozostać poniżej wybranego BIL chronionego urządzenia z odpowiednim marginesem ochronnym — w przeciwnym razie ochrona ogranicznika wystarczająca na papierze w praktyce okazuje się niewystarczająca. Ten margines musi także uwzględniać:

• indukcyjność własnych przewodów przyłączeniowych ogranicznika — spadek napięcia na tych przewodach podczas bardzo szybkiego wzrostu prądu udaru piorunowego dodaje się do napięcia resztkowego faktycznie widzianego przez chronione urządzenie;
• odległość między ogranicznikiem a chronionym urządzeniem — odbicia fali biegnącej wzdłuż połączenia mogą podnieść faktycznie obserwowane napięcie przy urządzeniu bardziej oddalonym od ogranicznika powyżej znamionowego napięcia resztkowego samego ogranicznika.

Znaczenie praktyczne

Przy specyfikacji aparatury łączeniowej SN/WN, transformatorów lub zakończeń kablowych badanie koordynacji izolacji musi potwierdzić, że wybrane Ud/BIL urządzenia zapewniają wystarczający margines zarówno względem rzeczywistego obciążenia przepięciowego sieci, jak i poziomu ochrony (uwzględniającego indukcyjność przewodów przyłączeniowych i odległość) zastosowanego ogranicznika przepięć — a nie tylko dopasowanie Um do znamionowego napięcia sieci.

Częste błędy

1. Dopasowywanie wyłącznie Um do znamionowego napięcia sieci bez sprawdzenia, czy margines BIL względem rzeczywistego poziomu ochrony ogranicznika jest wystarczający.
2. Ignorowanie indukcyjności przewodów przyłączeniowych ogranicznika przy obliczaniu efektywnego marginesu ochronnego — zbyt długi lub kręty przewód przyłączeniowy może sprawić, że rzeczywiste napięcie resztkowe przy urządzeniu będzie istotnie wyższe od znamionowego napięcia resztkowego ogranicznika.
3. Bezpośrednie stosowanie logiki koordynacji przez odległości pełzania/upływu niskiego napięcia (IEC 60664-1) do urządzeń SN/WN, która wykorzystuje zasadniczo inną metodę koordynacji, opartą na badaniu napięcia wytrzymywanego.
4. Zaniedbywanie udarowego napięcia wytrzymywanego łączeniowego na wyższych poziomach napięcia sieci, gdzie przepięcia łączeniowe, a nie pioruny, mogą być dominującym obciążeniem.

Powiązane

• Koordynacja izolacji przez odległości pełzania/upływu (IEC 60664-1)
• Tlenkowo-metalowy ogranicznik przepięć SN (IEC 60099-4)
• Kategorie przepięć CAT I-IV (IEC 60664)
• Wyłączniki próżniowe i SF6 — technika gaszenia łuku