Координація ізоляції для СН/ВН — Um, BIL і захисний запас (IEC 60071-1)

Гайд про координацію ізоляції за шляхами витоку/повітряними проміжками згідно з IEC 60664-1 розглядає, як обладнання низької напруги координується через таблиці фізичних відстаней (шлях витоку, повітряний проміжок), що визначаються категорією перенапруги та ступенем забруднення застосування. Для обладнання середньої та високої напруги координація ізоляції працює принципово інакше: не насамперед через таблиці відстаней, а через стандартизовані рівні випробувальної напруги, визначені в IEC 60071-1.

Три рівні напруги, що підлягають координації

• Um — найвища робоча напруга обладнання: максимальна напруга мережі, яку обладнання повинне безперервно витримувати, зазвичай дещо вища за номінальну робочу напругу мережі, у якій воно застосовується.
• Номінальна короткочасна випробувальна напруга промислової частоти (Ud) — представляє тимчасові перенапруги промислової частоти, такі як ті, що виникають під час замикання на землю в мережі.
• Номінальна імпульсна грозова витримувана напруга (BIL — basic insulation level, також позначається Up) — представляє дуже швидкі перехідні перенапруги від удару блискавки чи комутаційних операцій, випробовувані стандартизованою імпульсною формою хвилі 1,2/50 мкс.

Для вищих рівнів напруги іноді додається окрема номінальна комутаційна витримувана напруга (Us), випробовувана повільнішою формою хвилі 250/2500 мкс, для рівнів напруги, де комутаційні перехідні процеси, як правило, переважають над грозовими.

Чому стандартизований ряд, а не розрахунковий запас для кожного проєкту

Замість того щоб кожен проєкт розраховував вимогу до електричної міцності ізоляції з нуля, IEC 60071-1 визначає стандартизовані рівні ізоляції — поєднання Ud і BIL — для кожного класу напруги Um. Це забезпечує взаємозамінність обладнання між виробниками та проєктами і статистично відповідає визначеному захисному запасу відносно рівня захисту обмежувача перенапруг.

Зв'язок з обмежувачем перенапруг

Гайд про обмежувачі перенапруг СН розглядає залишкову напругу (Ures), яку пропускає обмежувач під час перенапруги. Для дієвої координації ізоляції ця залишкова напруга повинна залишатися нижчою за обраний BIL захищуваного обладнання з адекватним захисним запасом — інакше захист обмежувача, достатній на папері, на практиці виявляється недостатнім. Цей запас також має враховувати:

• індуктивність власних сполучних провідників обмежувача — падіння напруги на цих провідниках під час дуже швидкого наростання струму грозового імпульсу додається до залишкової напруги, яку фактично бачить захищуване обладнання;
• відстань між обмежувачем і захищуваним обладнанням — відбиття біжучої хвилі вздовж з'єднання можуть підвищити фактично спостережувану напругу на обладнанні, розташованому далі від обмежувача, вище номінальної залишкової напруги самого обмежувача.

Практична значущість

Під час вибору комутаційного обладнання СН/ВН, трансформаторів чи кабельних кінцевих муфт дослідження координації ізоляції повинне підтвердити, що обрані Ud/BIL обладнання забезпечують достатній запас як відносно фактичного перенапружного навантаження мережі, так і відносно рівня захисту (включно з індуктивністю сполучних провідників і відстанню) застосованого обмежувача перенапруг — а не просто відповідність Um номінальній напрузі мережі.

Типові помилки

1. Відповідність лише Um номінальній напрузі мережі без перевірки того, чи достатній запас BIL відносно фактичного рівня захисту обмежувача.
2. Ігнорування індуктивності сполучних провідників обмежувача під час розрахунку ефективного захисного запасу — надто довгий чи звивистий сполучний провідник може призвести до того, що фактична залишкова напруга на обладнанні виявиться суттєво вищою за номінальну залишкову напругу обмежувача.
3. Пряме застосування логіки координації за шляхами витоку/ повітряними проміжками низької напруги (IEC 60664-1) до обладнання СН/ВН, яке використовує принципово інший метод координації, заснований на випробувальній напрузі.
4. Нехтування комутаційною витримуваною напругою на вищих рівнях напруги мережі, де комутаційні перехідні процеси, а не блискавка, можуть бути визначальним навантаженням.

Пов'язане

• Координація ізоляції за шляхами витоку/повітряними проміжками (IEC 60664-1)
• Металооксидний обмежувач перенапруг СН (IEC 60099-4)
• Категорії перенапруги CAT I-IV (IEC 60664)
• Вакуумні та елегазові вимикачі — техніка гасіння дуги