7 dersten 3.

Yalıtım Koordinasyonu & Dayanım Seviyeleri (BIL)

Her yüksek gerilim ekipmanı hem günlük işletme gerilimine hem de yıldırımdan veya anahtarlamadan kaynaklanan ara sıra çok daha büyük gerilim sıçramasına dayanmak zorundadır. Yalıtım koordinasyonu, her ekipman parçasının yalıtımının ne kadar güçlü olduğunu — ve çevresindeki korumayla nasıl ilişkili olduğunu — bilinçli olarak seçme disiplinidir, böylece tüm sistem arızalanırsa bile güvenli ve öngörülebilir şekilde arızalanır.

Temel fikir

Her ekipman parçasını, akla gelebilecek her aşırı gerilime dayanacak şekilde aşırı yalıtabilirsin, ama bu pahalı, hacimli ve sonunda fiziksel olarak pratik değildir. Bunun yerine yalıtım koordinasyonu, her ekipman parçası için bilinçli, ekonomik olarak gerekçelendirilmiş bir yalıtım gücü belirler ve bunu, gerçekte hiç test edilmeden önce herhangi bir aşırı gerilimi o ekipmanın dayanım seviyesinin altında tutacağı garanti edilen koruma cihazlarıyla (bir sonraki derste ele alınan parafudrlarla) eşleştirir.

Temel Yalıtım Seviyesi (BIL)

BIL, bir ekipmanın yalıtımının yıldırım aşırı gerilimlerine karşı ne kadar güçlü olduğunu ifade etmek için mühendislerin en çok bildiği değerdir. Ekipmanın dayandığı kanıtlanmış, standartlaştırılmış bir yıldırım darbesi dalga formunun (pratikte, yaklaşık 1,2 mikrosaniyede tepe değerine ulaşan ve değerinin yarısına yaklaşık 50 mikrosaniyede düşen bir gerilim darbesi) tepe gerilimi olarak ifade edilir.

Standartlaştırılmış bir dalga formu neden gerekli

Gerçek yıldırım çarpmaları ve anahtarlama olayları her türden farklı geçici şekil üretir. Tek bir referans dalga formunda standartlaşmak (IEC 60060 gibi uluslararası standartlarla tanımlanır), bir üreticinin BIL değerinin bir diğerininkiyle doğrudan karşılaştırılabilir olması anlamına gelir — bu olmasaydı, her ekipman parçasının kendine özgü, karşılaştırılamaz bir testi gerekirdi.

BIL ve IEC terminolojisi

“BIL” (ve anahtarlama darbeleri için karşılığı BSL), IEEE Std C62.82.1'de tanımlanan ve Kuzey Amerika ekipman etiketlerinde yaygın olan ANSI/IEEE terminolojisidir. Avrupa'da ve dünyanın büyük bölümünde uygulanan IEC 60071 ise BIL terimini kullanmaz; bunun yerine standart anma dayanım gerilimlerini tanımlar: tüm ekipman için anma yıldırım darbe dayanım gerilimi, buna ek olarak 245 kV üzerinde (Aralık II) anma anahtarlama darbe dayanım gerilimi ya da 245 kV'a kadar (Aralık I) anma kısa süreli şebeke frekanslı dayanım gerilimi. Fiziksel fikir aynıdır — standart bir darbenin kanıtlanmış tepe değeri — ama bir IEC veri sayfasında bunu “BIL 1050 kV” yerine örneğin “U_p= 1050 kV” olarak görürsün.

Koordinasyon gerçekte nasıl çalışır

Sistem (işletme) gerilimi: Ekipmanın sürekli çalıştığı günlük nominal gerilim — yalıtımın test edildiği sınır değil, üzerine tasarlandığı başlangıç noktası.
Temsili aşırı gerilimler: Sistemin karşılaşması beklenen geçici gerilimler — yıldırım çarpmalarından, anahtarlama işlemlerinden veya geçici arızalardan — sistem çalışmalarıyla tahmin edilir.
Koruma seviyesi: Bir parafudrun, aşırı gerilimi sınırlama görevini yerine getirdikten sonra, bir aşırı gerilim olayı sırasında geçirdiği maksimum gerilim.
Dayanım seviyesi (BIL / anma dayanım gerilimi): Koruma seviyesinin üzerinde bir güvenlik marjıyla belirlenen, ekipmanın anma yalıtım gücü — böylece parafudrun her zaman önce devreye girmesi garanti edilir.

Tüm bu çalışma yalnızca şu sıralama geçerliyse işe yarar: koruma seviyesi dayanım seviyesinin açıkça altında, üretim toleranslarını, yaşlanmayı ve kurulum farklılıklarını hesaba katacak kadar marjla. Bu marjı yanlış ayarlarsan, ya ekipman yetersiz korunur (parafudr yeterince düşük sınırlamaz) ya da gereksiz yere aşırı yalıtılır (boşa giden maliyet).

Daha yüksek gerilim sınıfı, orantılı olarak daha yüksek BIL anlamına gelmez

Nominal sistem gerilimi arttıkça gereken BIL de artar, ama basit doğrudan bir orantıyla değil — çok yüksek gerilim (EHV) sistemleri daha iyi kontrol edilen anahtarlama darbelerinden ve daha sofistike aşırı gerilim sınırlamasından faydalanır, bu yüzden işletme geriliminin bir kesri olarak BIL genellikle daha yüksek gerilim sınıflarında azalır. Bu, yalıtım koordinasyonunun her gerilim sınıfı ve kurulum için tek bir sabit kuraldan ziyade kendi mühendislik çalışması olarak ele alınmasının sebeplerinden biridir.

Önemli çıkarımlar

Yalıtım koordinasyonu, her şeyi aşırı yalıtmak yerine ekipman yalıtım gücünü koruma cihazlarıyla dengeler.
BIL (Temel Yalıtım Seviyesi), standartlaştırılmış yıldırım darbe dayanım değerinin ANSI/IEEE adıdır; IEC 60071 aynı fikri anma yıldırım darbe dayanım gerilimi olarak ifade eder.
Koordinasyon, parafudrun koruma seviyesinin ekipmanın dayanım seviyesinin güvenle altında, marjla birlikte olmasını gerektirir.
Gereken marj ve göreceli BIL seviyesi, tüm gerilim sınıfları için tek bir sabit kural değil, sistem çalışmalarıyla belirlenir.

Daha fazla okuma

IEC 60071-1, Insulation co-ordination — Part 1: Definitions, principles and rules. Geneva: IEC. — Aralık I ve Aralık II için standart anma dayanım gerilimleri
IEC 60071-2, Insulation co-ordination — Part 2: Application guidelines. Geneva: IEC. — temsili aşırı gerilimlerin ve koordinasyon faktörlerinin pratikte nasıl uygulandığı
IEEE Std C62.82.1, IEEE Standard for Insulation Coordination — Definitions, Principles, and Rules. New York: IEEE. — BIL ve BSL tanımlarının kaynağı
IEC 60060-1, High-voltage test techniques — Part 1: General definitions and test requirements. Geneva: IEC. — standart 1,2/50 µs yıldırım ve 250/2500 µs anahtarlama darbe biçimleri
E. Kuffel, W. S. Zaengl and J. Kuffel, High Voltage Engineering: Fundamentals, 2nd ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000. — yalıtım koordinasyonu detaylı olarak çözülmüş

Dielektrik Malzemeler

Aşırı Gerilimler: Yıldırım & Anahtarlama Darbeleri