Jordfeil. - roten til alt galt? Jording og skjerming i elektro- og automatiseringsanlegg IFEA-kurs februar 2012

Transkript

1 Jordfeil - roten til alt galt? Jording og skjerming i elektro- og automatiseringsanlegg IFEA-kurs februar 2012 Foredragsholder: Per Harald Grinde Teekay Petrojarl Production AS 1

2 PETROJARL I, den første FPSO, bygd 1986 Teekay Petrojarl Production AS 4 Produksjonsskip i Nordsjøen 1 Produksjonsskip utenfor Brasil 2 Produksjonsskip under bygging (Brasil og Norsk sektor) 3 Enheter fra Sevan PETROJARL I: 2 stk 6kV/6MW D/G Wärtsilä gen. 4 stk 6kV/2.8MW D/G Kongsberg turbin gen. 2 stk 6kV/1.5 MW Bergen diesel gen. 1 stk 500kW diesel nødgen. 440VAC 1 stk 95 Kw diesel gen, Turret Høyspent på 6kV, 60Hz 440VAC på prosess og div. hjelpeutstyr. 440 VAC forbruk og nødkurser 225 VAC forbruk og nødkurser 2

3 JORDFEIL Spørsmålet er ikke om vi får jordfeil, - men når..! 3

4 EKSEMPLER PÅ TING SOM GÅR GALT Transportørbånd ved industribedrift vil ikke stoppe. Jordfeil styrestrømskrets. Måtte stoppes ved å bryte strømmen til motoren. Traverskran i industrihall går av seg selv. Jordfeil i styresystemet. Falske gassalarmer på oljeplattform. Kostbar nedstenging. Jordfeil i detektorer. Store deler av NSB s togtrafikk i Oslo-området står på grunn av jordingsfeil i signalanlegg. Port-anlegg går i hytt og pine. Mistanke om støy (EMC?). Jordfeil i en motor, og en jordfeil i et annet bygg, fikk portene til å gå ukontrollert. Propeller på båt tæres bort av krypstrømmer. Pakkemaskin feiler. Jordfeil i kabel til sekke-symaskin et helt annet sted i anlegget. Flere dagers feilsøking. Frekvensomformere havarerer. Strømstøt ved berøring av beskyttelseslokk over nødstoppbryter. Styringsanlegg for kjøle-/fryseanlegg går bananas pga jordfeil i lyskaster. 4

5 Type nett Valg av nett, TN eller IT. Vi har etterhvert fått mye TN-nett, men har fortsatt veldig mye ITnett. IT-nett tåler en første jordfeil uten utkopling. IT-nett i industrien har tidligere gitt utfordringer mht valg av overvåking av jordfeil. I større og større grad er det behov for feilstedslokalisering med nettet i drift. I 24VDC (og andre DC-nett) kan det også være behov for sikker og rask feilstedslokalisering. Sørg for å ha egen forsyningstransformator! (hvordan kan man ha kontroll på et forsyningsanlegg som man deler med andre..?) 5

6 Tekniske mål for moderne forsyningsanlegg Omfattende personbeskyttelse Strenge krav til anleggsbeskyttelse Forsterket sikkerhet for miljø Høy grad av sikkerhet mot brann Mindre tid benyttet på feilsøking Ingen unødvendige reparasjoner Planlagte nedetider Tilstandsorientert velikehold Utvidede vedlikeholdsfrie perioder Unngåelse av feilfunksjoner 6 6

7 Deteksjonsmetoder lekkasjestrømsovervåking (ma) isolasjonsovervåking (kohm/mohm) spenningsmåling (ubalanse, V) 7

8 Lekkasjestrømsovervåking Måling av strømmer på avveie. Benyttes i alle typer forsyningsnett 8

9 Isolasjonsovervåking (IMDs) I IT-nett er isolasjonsovervåking svært aktuelt og sannsynligvis den teknisk beste løsningen, men da fortrinnsvis der kunden/abonnenten er alene om forsyningsnettet. (NEK400 skiller på installasjoner galvanisk tilknyttet eller adskilt allment fordelingsnett, og ) Forskjellige måleprinsipp og mange varianter. Måler på isolasjonsverdien på hele nettet, men kan kombineres med manuelle eller automatiske feilstedslokaliseringssystemer. Isolasjonsovervåking kan ikke benyttes i jordede systemer, som TNnett, TT-nett og motstands-/spolejordede IT-nett. 9

10 Spenningsmåling I IT-nett har det også vært vanlig å måle spenningene mot jord, og ubalanse gir indikasjon om jordfeil. Ved symmetriske jordfeil avdekkes ikke jordfeil, og lavt isolasjonsnivå avdekkes ikke. I Elsikkerhet nr. 70 finner vi følgende veiledning: 5-2 Isolasjon Hva er definert som jordfeil, og hvor kan den måles? Det må vurderes i hvert enkelt tilfelle, men som veiledning kan brukes: Jordfeil i 230V IT nett når spenningen fase jord er mindre enn 90V eller større enn 170V (130V +- 40V). Spenningsmåling gir muligheter til å måle mange steder i transformatorkretsen. 10

11 Det er viktig å ha kontroll på de elektriske anlegg 35% av bygningsbrannene i 2003 skyldes feil rundt elektriske anlegg! 13

12 14 Feilstrøm i TT-system

13 Feilstrøm i TN-system I TN-systemer kan følgende vern benyttes ved feil: - overstrømsvern - strømstyrt jordfeilvern unntak: - strømstyrt jordfeilvern skal ikke brukes i TN-C-systemer - når strømstyrt jordfeilvern benyttes i TN-C-S systemer, skal det ikke være PEN-leder på belastningssiden. 15

14 Feilstrøm i IT-system I IT-systemer kan følgende vern varsling og vern benyttes: - Utstyr for isolasjonsovervåking (IMDs) - strømstyrt jordfeilovervåking (RCMs) overstrømsvern - strømstyrt jordfeilvern 16

15 Elsikkerhet Tradisjonelt har normene fokusert på personsikkerhet, og det er opp til bedriften selv å vurdere forhold som har med drifts- og produksjonssikkerhet. Men i mange anlegg/installasjoner kan forstyrrelser/funksjonsfeil også sette liv og helse i fare, slik at sikkerhetskravene blir strengere Mye moderne utstyr (frekvensomformere, UPS, o.l.) øker kravene også til vern og overvåkingsutstyr. 17

16 FEL Planlegging og vurdering av risiko Elektriske anlegg skal planlegges og utføres slik at mennesker, husdyr og eiendom er beskyttet mot fare og skader ved normal bruk og slik at anlegget blir egnet til den forutsatte bruk Veiledning: Elsikkerhetsbegrepet (se veiledning til 1) innebærer bl.a. en totalvurdering av de forhold som vedrører anleggets bruksområde for å sikre at det blir egnet til formålet. Valg av løsning for anlegget sammen med nødvendige vern og andre beskyttelsestiltak forutsetter vurdering av risiko forbundet med det aktuelle anlegget. Dette innebærer også at anlegget skal ha tilfredsstillende pålitelighet i strømtilførselen ved at det tas hensyn til beskyttelse mot avbrudd og selektivitet for vern. Eksempler på steder der det er nødvendig med spesiell vurdering av risiko er anlegg i sykehus, eksplosjonsfarlige områder hoteller landbruket industribedrifter og annen næringsvirksomhet. 18

17 Problemer involvert med frekvensomformere 19

18 12-pulslikerettere Transformer 6kV//690V/690V Common earth fault monitor Common earth fault monitor 3AC 690V IT-system 3AC 690V IT-system AC-BUS - System VFD VFD VFD VFD VFD M M M M M 12-pulslikerettere kan være en utfordring med tanke på feilstedslokalisering, men det finnes løsninger for det også. 20

19 Jordfeilvarsler/-vern type A eller B må benyttes Dersom en eventuell AC-feilstrøm eller en pulserende DC-feilstrøm 21

20 Jordfeilvarsler/-vern type B må benyttes Dersom en eventuell feilstrøm ikke vil passerer eller gå ned til nullgjennomgangen Ved eventuelle DC-feilstrømmer 22

21 Installasjonseksempel A Kretser der det I tilfelle av en jordfeil vil kunne oppstå AC eller pulserende DCfeilstrømmer B Kretser der det I tilfelle av en jordfeil vil kunne oppstå AC, pulserende DC eller glatte DC-feilstrømmer A B 23

22 Velg riktig type strømstyrt jordfeilvern Typer av strømstyrt jordfeilvern/varsler: Type AC Type A Type B Strømstyrt jordfeilvern type AC er ikke tillatt i Norge 24

23 Eksempel: Koblingsboks i stoppkrets Jordfeil i koblingsboks fylt med is! 25

24 Eksempel: Transmitter på brannvannspumpe Jordfeil på signalkabel inne i transmitter! 26

25 Eksempel: Spenningsforsyning til linje-gassdetektor Jordfeil på kretskort pga. dårlig design! 27

26 Eksempel: Linje - gassdetektor Jordfeil pga. vanninntrengning gjennom dårlige nipler! 28

27 Eksempel: Lederisolasjon som sprekker Valg av spesielt godt egnet kabel, ble et kostbart valg der lederisolasjon sprekker. 29

28 Jordfeil i styrestrømskretser 30

29 Isolasjonsvakt, DC-måleprinsipp 31

30 DC-måleprinsipp i AC-nett med DC komponenter 32

31 Måleprinsipp UG-isometer (DC-forsyningssystem) 33

32 AC-måleprinsipp 34

33 AMP-måleprinsipp 35

34 Isolasjonsovervåking med feillokalisering av forsyningsnett - AC Insulation fault R=10kOhm EDS:off-auto- on Adr2 k3 12mA Ip IRDH575 EDS460-L RS

35 Isolasjonsovervåking av brann- og gass-system Termination board (12x) V mA

36 Jordfeilvarsler i TN-nett 38

37 Systemløsning for jordfeildeteksjon i TN-nett 39

38 40 Eksempel på komplett løsning for isolasjonsovervåking og lekkasjestrømsovervåking på et skip.

39 Jordfeilvarsler i IT-nett 41

40 Hvor går lekkasjestrømmene? 42

41 Retningsbestemt jordfeilvarsler 43

42 Konklusjon Jordfeil kan begrenses ved valg av løsninger, men vil normalt aldri kunne unngås. Valg av løsninger for jordfeildeteksjon er derfor avgjørende for funksjonssikkerheten i el./aut.anlegg. Effektive løsninger for jordfeildeteksjon i så vel elforsyningsanlegg som instrumenterings-system, kan gi besparelser i form av reduksjon av uventede driftsstans, forstyrrelser, og er tidsbesparende. Kompetanse om jordfeilproblematikk, og kunnskap om jordfeildeteksjonsmetoder er viktig for å holde systemene frie for jordfeil, samt begrense problemer, støy og uønskede avbrudd. 44