Координация изоляции для СН/ВН — Um, BIL и защитный запас (IEC 60071-1)

Гайд о координации изоляции по путям утечки/воздушным зазорам согласно IEC 60664-1 рассматривает, как оборудование низкого напряжения координируется через таблицы физических расстояний (путь утечки, воздушный зазор), определяемые категорией перенапряжения и степенью загрязнения применения. Для оборудования среднего и высокого напряжения координация изоляции работает принципиально иначе: не в первую очередь через таблицы расстояний, а через стандартизированные уровни испытательного напряжения, определённые в IEC 60071-1.

Три уровня напряжения, подлежащие координации

• Um — наибольшее рабочее напряжение оборудования: максимальное напряжение сети, которое оборудование должно непрерывно выдерживать, обычно несколько выше номинального рабочего напряжения сети, в которой оно применяется.
• Номинальное кратковременное испытательное напряжение промышленной частоты (Ud) — представляет временные перенапряжения промышленной частоты, такие как возникающие при замыкании на землю в сети.
• Номинальное импульсное грозовое выдерживаемое напряжение (BIL — basic insulation level, также обозначается Up) — представляет очень быстрые переходные перенапряжения от удара молнии или коммутационных операций, испытываемые стандартизированной импульсной формой волны 1,2/50 мкс.

Для более высоких уровней напряжения иногда добавляется отдельное номинальное коммутационное выдерживаемое напряжение (Us), испытываемое более медленной формой волны 250/2500 мкс, для уровней напряжения, где коммутационные переходные процессы, как правило, преобладают над грозовыми.

Почему стандартизированный ряд, а не расчётный запас для каждого проекта

Вместо того чтобы каждый проект рассчитывал требование к электрической прочности изоляции с нуля, IEC 60071-1 определяет стандартизированные уровни изоляции — сочетания Ud и BIL — для каждого класса напряжения Um. Это обеспечивает взаимозаменяемость оборудования между производителями и проектами и статистически соответствует определённому защитному запасу относительно уровня защиты ограничителя перенапряжений.

Связь с ограничителем перенапряжений

Гайд об ограничителях перенапряжений СН рассматривает остаточное напряжение (Ures), которое пропускает ограничитель при перенапряжении. Для работающей координации изоляции это остаточное напряжение должно оставаться ниже выбранного BIL защищаемого оборудования с адекватным защитным запасом — иначе защита ограничителя, достаточная на бумаге, на практике оказывается недостаточной. Этот запас также должен учитывать:

• индуктивность собственных соединительных проводов ограничителя — падение напряжения на этих проводах при очень быстром нарастании тока грозового импульса добавляется к остаточному напряжению, фактически наблюдаемому защищаемым оборудованием;
• расстояние между ограничителем и защищаемым оборудованием — отражения бегущей волны вдоль соединения могут повысить фактически наблюдаемое напряжение на оборудовании, находящемся дальше от ограничителя, выше номинального остаточного напряжения самого ограничителя.

Практическая значимость

При выборе коммутационного оборудования СН/ВН, трансформаторов или кабельных концевых муфт исследование координации изоляции должно подтвердить, что выбранные Ud/BIL оборудования обеспечивают достаточный запас как относительно фактической перенапряженческой нагрузки сети, так и относительно уровня защиты (включая индуктивность соединительных проводов и расстояние) применённого ограничителя перенапряжений — а не просто соответствие Um номинальному напряжению сети.

Типичные ошибки

1. Соответствие только Um номинальному напряжению сети без проверки того, достаточен ли запас BIL относительно фактического уровня защиты ограничителя.
2. Игнорирование индуктивности соединительных проводов ограничителя при расчёте эффективного защитного запаса — слишком длинный или извилистый соединительный провод может привести к тому, что фактическое остаточное напряжение на оборудовании окажется существенно выше номинального остаточного напряжения ограничителя.
3. Прямое применение логики координации по путям утечки/воздушным зазорам низкого напряжения (IEC 60664-1) к оборудованию СН/ВН, которое использует принципиально иной метод координации, основанный на испытательном напряжении.
4. Пренебрежение коммутационным выдерживаемым напряжением на более высоких уровнях напряжения сети, где коммутационные переходные процессы, а не молния, могут быть определяющей нагрузкой.

См. также

• Координация изоляции по путям утечки/воздушным зазорам (IEC 60664-1)
• Металлооксидный ограничитель перенапряжений СН (IEC 60099-4)
• Категории перенапряжения CAT I-IV (IEC 60664)
• Вакуумные и элегазовые выключатели — техника гашения дуги