Jordfeil. Agenda/læringsmål

Transkript

1 Agenda/læringsmål Agenda: Systemjording Måleprinsipper Verntyper Beregningseksempler Læringsmål: Muligheter/begrensninger ved ulike typer jordfeilvern Hva er hensiktsmessig systemjording for ulike nett Hva bør vurderes ved overgang fra isolert til spolejordet nett Systemjording Transformator / generator nøytralpunkt Systemjord: 1. Direkte 2. Høyohmig motstand 3. Spole (Peterson spole) 4. Isolert L1 L2 L3 Direkte: 420/300 kv transmisjonssystem 400 V TN fordelingssystem Spolekompensert: 132/66 kv transmisjonssystem Spole med parallellmotstand: 11/22 kv fordelingssystem Isolert: 11/22 kv fordelingssystem 230 V IT fordelingssystem Høyohmig motstand Generator nøytralpunkt (Industri) 1

2 Nullpunktspenning og strøm i feilsted Nullpunktsspenning Z U = U * 0 0 f Z + 3R 0 e Nullstrøm i feilsted Spenningsforlagring i nett med isolert nøytralpunkt ved jordfeil med overgangsmotstand (R e ). 3U f I = 0, feilsted Z + 3R 0 e U f - Fasespenning før feil R e - Overgangsmotstand mot jord i feilstedet Z 0 - Nullimpedans i systemet Nullsystemimpedans Nullimpedansen, Z 0, kan utrykkes ved: Z 0 = U 2 Uf + R0 linje 3 ( Icj, total Ispole) 2 R 0 = parallellmotstand For isolert nett (I spole = 0 A og Ro -> ) forenkles formelen til: 1 = ω C Z 0 = XCj, total j, total 2

3 Spenningsmåling Måling fase - jord. Intern summering i relé: 3Uo = U f-j R + U f-j S + U f-j T Kjært barn har mange navn : 3V 0, forlagringsspenning, nullpunktspenning, nøytralpunktspenning, U 0 Åpen trekant Måler 3Uo Måling mellom virkelig nøytralpunkt og jord Måler Uo Tilkoblinger for spenningsmålende jordfeilvern U 0 = 0 V i et feilfritt og symmetrisk nett. I praksis vil det alltid være en viss usymmetri, som vernets U 0 > nivå må stilles over Samme U 0 måles overalt i et galvanisk sammenhengende nett For et gitt nett er U 0 kun avhengig av overgangsmotstand mot jord i feilstedet Linjespenning måles mellom friske faser og jord ved metallisk jordslutning Åpen delta måling 3

4 Strømmåling Summasjonskobling (Holmgrenkobling) Kabelstrømtransformator Kabelstrømtransformator Målekjerne kl.0.5 bør benyttes, pga vernets funksjonsnivå gjerne tilsvarer 1-10% av kabelstrømtrafoens merkestrøm I n. Målekjerne har definerte krav til både omsetning og vinkelfeil ned til 5% av I n (spesielt viktig i spolejordet nett kan være liten vinkelforskjell mellom frisk og feilrammet avgang) Delbare utgaver forenkler ettermontering Holmgrenkobling Parallellkobling av strømtrafoer på sekundærsiden gir ubalansen mellom fasene Kostnads- og plassbesparende Målingen kan bli unøyaktig pga. summering av flere relekjerner Måling av jordfeilstrøm vern uten retning Nullpunktspenningsvern (U 0 >) Normalt brukt på samleskinne ved hovedinnmating Reserve for vern på linje/-kabelavganger Benyttes også der småkraftverk kan drive ett nett i øydrift Strømmålende jordfeilvern (I 0 >) Stilles over kapasitivt egetbidrag på den avgang vernet er plassert inkludert alt underliggende nett Begrenset følsomhet overfor overgangsmotstand til jord i feilstedet Kan takle forskriftskrav i kabelnett (1000 ohm), men lite sannsynlig at dette kan oppnås for 3000 ohm Ofte brukt på kabelavganger i industri/i mastebrytere 4

5 retningsvern Iø> Typisk brukt på kabel/-linjeavganger i fordelingsnett Vernets målte verdier ved jordfeil i nettet Strøm og spenningsverdier avhenger av: Feilsted, overgangsmotstand, systemjording, ledningenes Co Alle avganger vil måle samme Uo Alle linje-/kabelavganger vil måle en eller annen Io, så lenge det er flere enn én linje-/kabelavgang Vinkel, ϕ, mellom Io og Uo forteller om feilen er forover på avgangen eller i bakover retning Vernet skal kun løse for feil i en bestemt retning (som regel forover) Følgende kriterier må oppfylles før funksjon: Målt Uo må være større enn innstilt Uo> Målt jordfeilstrømvektor, Iϕ = Io ϕ, må være innenfor vernets utløseområde. Utløseområdet er som regel i forover retning, og bestemmes av innstilt Io> og innstilt sektor (vinkel). Innstilt sektor er avhengig av type systemjording Vernets funksjonsretning må primærtestes ved idriftsettelse. Erfaringsmessig nesten 50 % sjanse for at vernet ser i feil retning etter montasje Linjevern 5

6 strøm - isolert nullpunkt Hver linje og kabel har kapasitiv kobling til jord Kapasitiv strøm fra de friske fasene føres opp i feilstedet og tilbake til nettets nøytralpunkt for ny fordeling Kun jordstrømbidrag fra friske avganger vil måles av vernet på feilrammet avgang Det kreves minst to linje-/kabelavganger for å få målbar jordfeilstrøm Strømflyt ved jordfeil i nett med isolert nøytralpunkt retningsvern (isolert nett) Utløsekarakteristikk/-område for jordfeilregningsvern i nett med isolert nullpunkt Typisk innstilling som definerer utløsekarakteristikk: Io*sinø Lekkresistanser gir ohmsk bidrag til Io - disse er normalt neglisjerbare Liten risiko for at feilfri avgang skal løse uønsket pga av vinkelfeil i måletransformatorer Aktuell problemstilling ved utbygging av kabelnett: Når nettets totale jordstrømbidrag øker vil U 0 ved 3000 ohm avta. Til slutt vil man nå ett nivå der man ikke klarer forskriftsmessig deteksjonsnivå 6

7 Jordslutningsspole - Hensikt Hvorfor installere jordslutningsspole: Hever nullpunktspenningen og dermed bedres måleforholdene for vern, under forutsetning at man også benytter parallellmotstand Klarerer forbigående feil hurtig Reduserer skadeomfang i feilstedet Reduserer skritt- og berøringsspenninger på feilstedet Jordslutnings spole - Dykk kjerne Snekkedrev Motor drive gear Bærekonstruksjon Frame Spindel Jernkjerne Screw for core movement Parts of magnetic circuit Hovedvikling Main winding Målevikling Measuring winding 500V Trafovikl. Secondary power winding Core Dykkjerne Kasseside Tank 7

8 Jordslutnings spole - Dykk kjerne L = µ0 0 (A / l) N 2 X L = ωl Vindinger (N) I spole = U spole / X L Dykkspole: Konst. vindingstall Konst. Areal Foranderlig luftspalte Luftspalt (l) (A) real Jordslutningsspole Spolestilling Temp måling Styre skap Parallellmotstand Silikagel puster (oljetank) 8

9 Dykkjernespole/regulator Dykkjernespole/regulator 9

10 Trinnspole Reg.:1:2,5 x Imin. Ispole=100 A Reg. 100:2,5=40 A Trinn eks. 100A-80A 80A-60A-40A Endring må foretas i spenningsløs tilstand Spoleregulator Trenger kun spenningsmåling for å fungere, (samt signaler om endeposisjoner og kommando inn/ut parallellmotstand) Nettets resonanskurve beregnes ut fra nettets naturlige usymmetri Kompenseringsgrad Innstilling av nivå for jordfeildefinisjon, samt innkoblingstid for parallellmotstanden og dens innetid. Disse verdiene må koordineres mot relevern Uo [V] A B Resonans kurve A: Luftlinje kurve B: Kabel Resonanskurve: Uo som funksjon av spolestilling Resonanstopp: Uo-spenningens toppunkt Ispole [A] 10

11 strøm- spolejordet nett med Ro Kapasitive jordfeilstrømmer kompenseres av spolereaktansen Lysbuen slukkes ved strømmens nullgjennomgang - slukkespole Små wattreststrømmer i nett og spole (2-15% av I Cj ) - disse vil variere Strømflyt ved jordfeil i spolejordet nett retningsvern- spolejordet nett - Utløsekarakteristikk/-område for jordfeilregningsvern i nett med spolejordet nullpunkt Typisk innstilling som definerer utløsekarakteristikk: Io*cosø Vernet må måle ohmsk komponent av jordfeilstrømmen, Io*cosø, for sikker retningsbestemmelse Parallellmotstand vil sammen med wattreststrømmen øke Io*cosø, og gi sikrere vernfunksjon 11

12 Utløsekarakteristikk - spolejordet nett og vinkelfeil Utløsekarakteristikk vil variere sterkt med leverandør og verntype Dersom en avgang har stort kapasitivt eget bidrag vil den nærme seg vektoren for friske avganger Utløsesektoren kan ikke være for stor da dette vil føre til uønsket utkobling på friske avganger Tiltak (opplistet i prioritert rekkefølge): Innstillbar utløsesektor Strømmåling med målekjerne Tilstrekkelig parallellmotstand Lokal kompensering Bortfall av spole Vern som normalt står i spolejordet nett kan i beste fall detektere jordfeil også når nettet drives isolert, men dette er usikkert da wattreststrømmene i nettet varierer Deteksjonsnivå for U 0 vil sannsynligvis være for lavt til å tilfredsstille forskriftene 12

13 Sammenkobling av isolert og spolejordet nett Vern som normalt står i isolert nett vil ikke kunne detektere jordfeil når nettet drives overkompensert Alternativt vern med valgbar karakteristikk (0-360 º) Relevern innstilt på sinø-måling i spolejordet nett (overkompensert) Sammenkobling av isolert og spolejordet nett Vern som normalt står i isolert nett vil kunne detektere jordfeil når nettet drives underkompensert. 13

14 Mulighet for fleksibel drift Ivareta vernfunksjon uansett nullpunktsbeh: Justerbar utløsekarakteristikk 0-360º Benytte flere innstillingsgrupper: Gruppe 1: Isolert nett Gruppe 2: Spolerjordet nett Eksempel på løsning: Manuell vender aktiverer binærinngang på relevern Spole - Vurdering før anskaffelse Kan eksisterende releutrustning benyttes i spolejordet nett? Vurdering av annet begrensende utstyr som for eksempel kapasitet på transformator nullpunkt/behov for kunstig nullpunkt. Ytelse spole fremtidig vekst (n-1) drift Ytelse parallellmotstand hva er største avgang/vekst ytelse bør uansett begrenses til maksimalt 20A ref. 22 kv. Deretter må man lokalkompensere på største avgang Forbedring av relevernets evne til å detektere høyohmig jordfeil i spolejordet nett egnet måling av nullstrøm 14

15 Regneeksempel isolert nett Isolert nett, Icjt=150 A ref. 22/1.73 kv Tidsforsinkelse: Regneeksempel isolert nett Beregning 3Uo og 3Io: Jacobsen elektro beregninger Bruker : Everket Stasjon : Teststasjon Spenning : 22 kv Saksbehandler : EN Godkjent dato : Kursdag 1 Innstilling vern: 3Uo= 3.1 V sek 3Io=2.8 A prim Filnavn : i:\protect\a_arbeid\ren_en_lb\08 kurs\dag 1\05_jordfeilberegninger.123 (Rev. 1) beregning i nett med isolert nullpunkt. Nett- og anleggsdata: Driftsspenning = 22 kv Deteksjonskriterie for jordfeilvern: Overgangsmotstand til jord i feilstedet = 3000 ohm Beregnede verdier: Forlagringsspenning (Uo) = 0.36 kv prim. (Reduksjons faktor = 0.028) Total jordstrøm i feilstedet (3Io) = 4.23 A prim Line data strømmer spenning verdier Io måletrafo Primær Uo måletrafo Primære Sekundær Sekundær Enkeltlinjers kapasitive jordstrøm bidrag 3Io ø ref. Uo 3Io sinø Iop / Ios 3Io sinø Uo Uo Uop / Uos* 3Uo* [A] [A] [grad.] [A] [A / A] [A] [% Uf-j] [kv] [kv / kv] [V] Line 1: Avgang 1 : / Line 2: Avgang 2 : / / Line 3: Avgang 3 : / Line 4: Avgang 4 : / Line 5: Avgang 5 : / Utregning sekundær basert på åpen-delta * av '3Uo' er måling Line 6: Avgang 6 : / med viklingsomsetning: Uop:1.73 / Uos:3, Line 7: : / hvor metallisk jordfeil sekundært tilsvarer: 3Uo = Uos Sum kapasitiv jordstrøm for hele nettet : 150 Konklusjon: Lav 3Uo innstilling Er kravet til UTP tilfredsstilt? 15

16 Regneeksempel spolejordet nett Icjt=150 A ref. 22/1.73 kv, Ispole= 5A overkomp.,ro=10 A ref. 22/1.73 kv Tidsforsinkelse: Regneeksempel spolejordet nett Beregning 3Uo og 3Io: Jacobsen elektro beregninger Bruker : Everket Stasjon : Teststasjon Spenning : 22 kv Saksbehandler : EN Godkjent dato : Kursdag 1 Filnavn : i:\protect\a_arbeid\ren_en_lb\08 kurs\dag 1\05_jordfeilberegninger.123 (Rev. 1) beregning i spole-jordet nett m/parallellkoplet motstand (Ro) Nett- og anleggsdata: Driftsspenning = 22 kv Størrelse på spole i nøytralpunkt = 155 A (Tilsvarer 3.3 % overkompensering) Størrelse på nøytralpunkts motstand = 1290 ohm (2 ohm ref 500 V) primært Deteksjonskriterie for jordfeilvern: Overgangsmotstand til jord i feilstedet = 3000 ohm Beregnede verdier: Forlagringsspenning (Uo) (etter Ro er koblet = inn) 3.6 kv prim. (Reduksjons faktor = 0.283) (Uo spenning før Ro legges inn = 8.2 kv prim) Total jordstrøm i feilstedet (3Io) = 3.13 A prim grad Line data strømmer spenning verdier Io måletrafo Primær Uo måletrafo Primære Sekundær Sekundær Enkeltlinjers kapasitive jordstrøm bidrag 3Io ø ref. Uo 3Io cosø Iop / Ios 3Io cosø Uo Uo Uop / Uos* 3Uo* [A] [A] [grad.] [A] [A / A] [A] [% Uf-j] [kv] [kv / kv] [V] Line 1: Avgang 1 : / Line 2: Avgang 2 : / / Line 3: Avgang 3 : / Ro legges inn <- før -> Line 4: Avgang 4 : / Line 5: Avgang 5 : / Utregning sekundær '3Uo' er basert på åpen-delta måling * av Line 6: Avgang 6 : / med viklingsomsetning: Uop:1.73 / Uos:3, Line 7: : / hvor metallisk jordfeil sekundært tilsvarer: 3Uo = Uos Sum kapasitiv jordstrøm for hele nettet : 150 Innstilling vern: 3Uo= 31.1 V sek 3Io=2.7 A prim Cos Ø innstilling Konklusjon: 3Uo og 3Io innstilling OK Målevinkel? Hvordan påvirker Ro innstilling av vern? Er kravet til UTP tilfredsstilt? 16

17 Oppsummering Urettet jordfeilvern kan i begrenset grad benyttes for å tilfredsstille forskriftskrav Isolert nøytralpunkt er vernmessig mindre utfordrende enn spolejordet nett Ved overgang fra isolert til spolejordet nett må man ta stilling til Spoleytelse Parallellmotstand Vernutrustning Plassering av spole 17