AVDELING FOR TEKNOLOGI. Emne: Elektriske forsyningsanlegg TELE3005-A Kraftnett ØVING 2 - LØSNINGSFORSLAG

Transkript

1 AVDELING FOR TEKNOLOGI PROGRAM ELEKTRO- OG DATATEKNIKK Emne: Elektriske forsyningsanlegg TELE3005-A Kraftnett ØVING 2 - LØSNINGSFORSLAG Faglærer: Ola Furuhaug Utlevert: Forskrifter Viktig: Vis i svarene til relevant forskrift/norm og paragraf. a. Hvilke norske forskrifter og normer for elektriske anlegg er det aktuelt og bruke når man skal prosjektere et høyspent elektrisk forsyningsanlegg? Forskrifter: Forskrift for elektriske forsyningsanlegg (FEF2006) Forskrift om sikkerhet ved arbeid i og drift av elektriske anlegg (FSE2006) Normer: Stasjonsanlegg over 1kV (NEK 440) b. Hva er definisjonene på en høyspenningsinstallasjon? og en lavspenningsinstallasjon? FEF Definsjoner: Lavspenningsinstallasjon: elektrisk anlegg for nominell spenning opp til og med 1000VAC eller opp til og med 1500VDC Høyspenningsinstallasjon: anlegg med nominell spenning høyere enn 1000VAC og høyere enn 1500VDC Side 1 av 14

2 c. En 1000V AC kabelforbindelse driftes på 1050V, er dette en høyspenningsinstallasjon eller lavspenningsinstallasjon? Dette er en lavspenningsinstallasjon fordi nominell spenning er 1000VAC d. Hvordan er hierarkiet mellom norm, bransjestandard, forskrift, lov og veiledning? Hvilke av disse er juridisk bindende? e. Hvem er ansvarlig for at et elektrisk anlegg til enhver tid tilfredsstiller kravene i FEF2006? FEF 1-3: Eier/driver av elektriske anlegg skal sørge for at anlegg som omfattes av denne forskriften til enhver tid tilfredsstiller kravene i forskriften. f. Hva er minimum overgangsmotstand mot jord i et distribusjonsnett med spenning mindre eller lik 24kV? (spesifisert i veiledning til FEF) Veiledning til FEF 4-2 Isolasjon For kabelnett: min 1000ohm, for luftnett og blandet nett: 3000ohm. g. Hvor lenge kan man drifte et spolejordet distribusjonsnett med enpolt jordfeil? FEF 4-3 Tiltak ved isolasjonsfeil i høyspenningsnett: Isolert og spolejordet nett: - Luftnett og blandet kabel/luft-nett med tilknyttet distribusjonstransformator:10 sek - Luftnett og blandet kabel/luft-nett uten tilknyttet distribusjonstransformator:120 min (Nøytralpunktet i distribusjonsnettet er vanligvis spolejordet eller isolert) Side 2 av 14

3 Figur 1 og 2 er arrangementstegningene for skinneføring og bryteranlegg til aggregat 1 og aggregat 2 på et kraftverk. Dette er et luftisolert, innendørs anlegg i åpen utførelse. Spenningsnivå er angitt på tegningene. h. Hvilke krav stiller forskriftene til avstanden fase-jord og fase-fase i disse anleggene? FEF 2006, tabell 4-1: 9,5kV: 12cm for fase-fase og fase-jord. 14,7kV: 16cm for fase-fase og fase-jord. Veiledning til FEF Isolasjon: Utføres ikke vurderinger for å identifisere optimalt isolasjonsnivå skal isolasjonsavstander som er skrevet med uthevet skrift i tabell 4-1 og 4-1 benyttes. FEF 2006 beskriver funksjonskrav til bygninger og rom for slike høyspenningsinstallasjoner. I eksemplet er det ett rom for hver skinneføring. Rommene er 20 meter lange. Veiledningen til forskriftene beskriver hvordan funksjonskravene kan oppfylles. Side 3 av 14 i. Hvilke krav stilles til avlåsing av slike rom? FEF 4-7 Bygninger: Adkomstmuligheter som dører og vinduer skal utføres slik at uvedkommendes adgang til anleggene effektivt hindres. Veiledning til FEF 4-7 Bygninger: Dører til rom for stasjonsanlegg skal ha sylinderlås eller tilsvarende forsvarlig låneinnretning. j. Hvilke krav stilles til utganger fra rommene i eksemplet? Veiledning til FEF 4-7 Bygninger: Rom for høyspenningsinstallasjoner hvor det kan oppholde seg personer, skal ha utadslående dør som kan åpnes innenfra ved hjelp av kne, albue eller annen kroppsdel (f.eks. panikkbeslag), også av en person som kryper eller åler. Dersom lengde på rom for høyspenningsanlegg overskrider 10 m skal rommet utføres med to utganger. Dører, ganger og trapperom i hovedadkomstveien fra rom for høyspenningsanlegg skal være dimensjonert og utformet slik at skadede personer kan transporteres ut på båre. Rommene i eksemplet er over 10m og det er derfor krav til to utgangsdører. k. Hva sier veiledningen om installasjon av andre tekniske installasjoner i høyspenningsrom (for eksempel vannrør)? Veiledning til FEF 4-7 Bygninger:

4 Uvedkommende installasjoner som rør for vann, damp og gass skal vanligvis ikke plasseres i eller føres gjennom rom for elektriske anlegg og elektrisk utstyr. DVS at vannrør skal normalt ikke føres igjennom et høyspenningsrom. l. Hvilke krav stiller veiledningen til høyspenningsrommene med tanke på trykkpåkjenning? Veiledning til FEF 4-7 Bygninger: Ved utførelse av bygninger skal det tas hensyn til forventet mekanisk påkjenning og trykk forårsaket av lysbue og eventuelt oljedampeksplosjon. Rom for transformator eller høyspenningsanlegg skal utføres slik at rommet, inklusive vegger, tak og dører, ikke slipper gjennom flammeball, oljebrann, eksplosjonstrykk eller røyk til andre deler av bygget. Trykket skal så vidt mulig avlastes gjennom egnede avlastningsåpninger mot friluft og på en slik måte at dette i seg selv innebærer minst mulig fare. DVS : Høyspenningsrommene i eksemplet skal utføres slik at en eventuell kortslutningseksplosjon ikke slipper igjennom eksplosjonstrykk forårsaket av lysbue til andre deler av bygget. I rommen i eksemplet er det ikke plassert oljefylte komponenter som kan gi oljedamp eksplosjon. m. Hvilke krav stiller forskriftene til bredden på betjeningsganger i slike høyspenningsrom? Veiledningen til FEF2006, tabell 4-3: Bredde på betjeningsganger skal være min 1.0m. n. Hvilke krav stiller forskriftene til høyde på beskyttelse foran høyspenningscellene som bryterne er plassert i? Veiledningen til FEF2006 tabell 4-3: Høyde på beskyttelse foran celler skal være min 2,2m. o. Hvilke krav stilles til avstanden fra celledørens vertikalplan inne til spenningsførende deler? Veiledningen til FEF2006 tabell 4-3: Kravet er avstanden «N». Avstanden «N» finnes i FEF2006 tabell 4-1 og er spenningsavhengig. For 9,5kV anlegget er «N» 12cm og for 14,7kV anlegger er «N» 16cm. p. Hvilke krav stiller FEF2006 til risikovurdering ved bygging av slike anlegg? FEF 2-2 Vurdering av risiko: Side 4 av 14

5 Det skal gjennomføres en risikovurdering for å kartlegge risiko i og i tilknytning til det elektriske anlegget. Ved utførelsen skal risikovurderingen legges til grunn for valg av løsninger. Dette skal dokumenteres. q. Stilles det krav til spesielle metoder for en slik risikovurdering? Elsikkerhet 69 om FEF 2-2 Vurdering av risiko -man trenger ikke bruke spesielle metoder for vurdering av risiko. -omfanget av risikovurderingen må tilpasses anleggets kompleksitet. Figur 1 9,5kVskinne og bryteranlegg for aggregat 1 Side 5 av 14

6 Figur 2 14,7kV skinner og bryteranlegg for aggregat 2 Side 6 av 14

7 2. Komponenter og vern Feil med driftsforstyrrelser på kraftnettet. a. Hva var de største årsakene til driftsforstyrrelser på 1-22kV nett (i 2013) og når på året oppstår det flest feil? Kilde til info her er Statnett sin feilstatistikk: 5rsstatistikk_2013_1-22.pdf Tordenvær, vegetasjon og vind var de største årsakene til feil i 1-22kV nett. Flest tilfeller i juli-august (lyn) og November-desember (vind) Figur 3 som viser et enlinjeskjema for en kraftstasjon b. For alle nummermerkede komponenter: i. Hvilken komponent er dette? ii. Hvilken funksjon har komponenten i anlegget? iii. Hvilke elektriske egenskaper har komponenten? iv. To av komponentene er vern. Forklar virkemåte for disse med egne ord og en prinsippskisse. 2b iv. Overstrømsvern (11): Måler strøm i alle tre faser via strømtransformatorer. Gir utkommando til effektbryter hvis strømmen ligger i utkoblingsområde i lang nok tid. Kan være programmert med konstanttid karakteristikk eller med inverstid karakteristikk. Side 7 av 14

8 Differensialvern (12): Måler strøm på begge sider av en komponent, hvis det er differanse mellom strømmene gir vernet utkommando til alle effektbrytere som mater energi inn til feilstedet Tabell 1 Løsningforslag for oppgave 2b i.ii.iii. Hvilken type Funksjon komponent 1 Effektbryter Bryter strømkretsen under drift med last. Sikkerhetsfunksjon ved at den er koblet til vern og skal bryte strømkretsen hurtig ved feil 2 Jordbryter Brukes til å jorde og kortslutte anlegget slik at man trygt kan jobbe på anlegget 3 Skillebryter Brukes til å skille anlegget opp i flere deler slik at man kan jobbe på ene siden av bryteren, mens den andres siden er under spenning. 4 Strømtrafo Transformerer høye primærstrømmer ned til målbare sekundærstrømmer. Side 8 av 14 Elektriske egenskaper Skal kunne bryte de største strømmene som kan oppstå i anlegget. Nominell strøm 2000A Bryteevne 31,5kV Ingen bryteevne, men skal kunne tåle en kortslutning når den ligger inne. Kan bare legges inn når anlegget er spenningsløst. Kan kobles med spenning, men ikke med belastning,(ingen bryteevne) Nominell strøm 2000A Omsetningsforhold: 150/5/5A Kjerne 1: 15VA kl 0,5 Fs5- Målekjerne Brukes til måling. Kjerna går i metning før måleinstrumenter tar skade. Ytelse 15VA Nøyaktighetsklasse 0,5 Nominelt overstrømssiffer Fs5 Kjerne 2: 30VA kl.10p10-vernkjerne Brukes til vern, både diff og overstrømsvern

9 Ytelse 30VA Kl 10P10 (P:protection. maks 10% avvik ved 10xIn) 5 Krafttrafo Skal overføre effekten fra generator ut på nettet. Transformerer spenningen mellom nettet på 5,75kV og nettet på 132kV. Har trinnkobler som gjør at man kan regulere omsetningsforholdet slik at man får ønsket spenning på hver side. 6 Overspenningsavl eder Skap hindre at overspenninger på nettet skadet krafttransformatoren 7 Spenningstrafo Transformere høyspenning ned til proporsjonal og målbar sekundær målespenning. For måling og vern. Sekundærkretsene må være kortsluttet under drift på en strømtrafo. Ytelse 27MVA Omsetningsforhold; /5,75kV Koblingsgruppe Ynd11 Y: stjernekoblet høyspent side N: uttatt nullpkt på høyspent side D: trekantkoblet lavspentside 11: Koblingsgruppetallet. dvs 11x30=330 grader faseforskyvning mellom primær og sekundær side. Er ikke angitt på skjemaet Omsetningsforhold: 6,6 3 = 0,11 3 = 0,11 3 Spenningstransformatorer må ikke kortsluttes på sekundærsiden, da kan de eksplodere. 8 Transformator for magnetiseringssy stemet Skal forsyne magnetiseringssystemet med energi Sekundærkjerne 1 ( 90VA kl 0,5) brukes til spenningsmåling og vern. Sekundærkjerne 2 (6A/8h), koblet i åpen trekant for å brukes til jordfeilmåling. Ytelse :250kVA Omsetningsforhold: 5,75/0,34kV Koblingsgruppe: Dyn11 D: trekantkoblet høyspennignsside y:stjernekoblet lavspenningsside n: uttatt nullpunkt på lavspenningsside 11: Koblingsgruppetallet dvs 11x30=330 grader faseforskyvning mellom primær og sekundær side. 9 Generator Omdanner mekanisk energi til elektrisk energi 10 Strømtransformat Transformerer høye or primærstrømmer ned til målbare sekundærstrømmer. I dette tilfellet er den koblet til to relevern og et strømmåleinstrument Side 9 av 14 Ytelse:27MVA Spenning:5,75kV Omsetningsforhold: 3000/5/5/5A Kjerne 1: 40VA kl 0,5 Fs5- Målekjerne Brukes til måling. Kjerna går i metning før måleinstrumenter tar skade. Ytelse 40VA Nøyaktighetsklasse 0,5 Nominelt overstrømssiffer Fs5 Kjerne 2: 60VA kl.5p20 Vernkjerne Brukes til diffvern og undermagnetiseringsvern Ytelse 60VA Kl 5P20 (P: protection. maks 5% avvik ved 20xIn)

10 Kjerne 3: 60VA kl.5p20 Vernkjerne Brukes til impedansevern Ytelse 60VA Kl 5P20 (P: protection. maks 5% avvik ved 20xIn) 11 Overstrømsvern Beskytte generatoren mot overstrøm. (legger ut generator ved overstrøm) 12 Differensialvern Beskytte alle komponenter i diffsonen. Dvs krafttrafo, generator og skinneføringer. (gjør anlegget innenfor diffsonen spenningsløst hvis det oppstår kortslutning innenfor diffsonen. Sekundærkretsene må være kortsluttet under drift på en strømtrafo. N/A N/A c. Hvilke fordeler har høyspenning smeltesikringer fremfor effektbryter styrt av et vern? Hva begrenser bruken av smeltesikringer i høyspenningsinstallasjoner? Høyspenning smeltesikringer VS effektbryter: Fordeler Bryter en kortslutningsstrøm svært raskt, (5-10ms, svært effektiv for å begrense gjennomsluppet energimengde) Er strømbegrensende; sikringen bryter en kortslutningsstrøm før første halvperiode etter kortslutningen. Dvs før strømmen når opp til sitt høyeste nivå, slik at mekaniske kortslutningskrefter på strømførende komponenter bak sikringen reduseres. Smeltesikringer er billigere Begrensinger Smeltesikringer leveres bare opp til 36kV og noen få hundre amper. En sikring må skiftes når den har gått.(mindre betjeningskomfort) Side 10 av 14

11 Side 11 av 14

12 Figur 3. Enlinjeskjema for kraftstasjon. figur hentet fra NEK322 Side 12 av 14

13 Figur 4 viser releplanen for en linje med to innmatinger som er beskyttet med impedansevern (distanservern). d. Forklar med egne ord hvordan de ulike vernene, Rele A,B,C og D vil reagerer hvis en kortslutning oppstår som angitt på figuren. Hvilke vern vil koble ut feilen? Relevern A og B vil gi uforsinket utkommando til sine effektbrytere slik at linjen som har kortslutning blir spenningsløs. Relevern C vil ikke reagere på feilen.(disse vernene er retningsbestemte, og «ser» bare i en retning) Relevern D vil detektere kortslutningen i sin sone 2, men gir ikke utkommando til effektbryteren siden vern A og B legger ut linje med feil før tiden t2 til vern D har utløpt. ( relevern D fungerer som et reservevern for relevern B) e. Hva er vanlig tidsforsinkelse mellom hovedvern og reservevern? Fra vernkurset: 300ms er normal tidsforsinkelse f. Hvordan kan et distansevern på en kraftlinje anslå hvor langt ut på linja en kortslutning har oppstått? Et distansevern (impedansevern) beregner impedansen i feilkretsen fra vernet ut til feil stedet. Ved å sammenligne denne impedansen med linjeimpedansen kan vernet anslå hvor langt ut på linja feilen ligger. Kortslutningsimpedansen er proporsjonal med avstanden til feilstedet. Side 13 av 14

14 Figur 4 Releplan linje g. Oljefylte krafttransformatorer beskyttes ofte med et Buchholz rele. Forklar hva det skal beskytte imot og hvordan det virker. Buchholz rele varsler om: Gassutvikling (som indikerer en begynnende feil i trafoen. Gir alarm, men ikke utkobling) Hurtig oljestrøm( som indikerer en alvorlig feil i trafoen(kortslutning), gir da umiddelbar utkobling av trafoen) Oljetap( indikerer at det er oljelakasje på traoen. Dette er alvorlig, og fører til utkobling av trafoen) h. Generatorvern deles i skadeforebyggende vern og skadebegrensende vern. Hvilken gruppe tilhører disse vernene: rusingsvern, differensialvern, rotor jordfeilvern, undermagnetiseringvern Skadeforebyggende vern: rusingsvern og undermagnetiseringsvern Skadebegrensende vern: differensialvern og rotor jordfeilvern I et 22kV nett med isolert nullpunkt vil man under drift få kapasitive jordfeilstrømmer. i. Hva er typisk størrelse på denne jordfeilstrømmen pr km linjenett? Og pr. km kabelnett? Opplysninger hentet fra presentasjonene på vernkurset: Luftlinje: Ij=0,07-0,08A pr km Kabel: Ij=1-5A pr km Side 14 av 14