Sähkövoimatuotteet ja -järjestelmät. Älykkäät sähkönjakeluratkaisut Vyöhykekonsepti

Transkriptio

1 Sähkövoimatuotteet ja -järjestelmät Älykkäät sähkönjakeluratkaisut Vyöhykekonsepti

2 Toimitusvarmuutta sähkönjakeluun ABB on johtava sähkövoima- ja automaatioteknologiayhtymä, jonka tuotteet, järjestelmät ja palvelut parantavat teollisuus- ja energiayhtiöasiakkaiden kilpailukykyä ympäristömyönteisesti. ABB:n sähkövoimaratkaisut ovat avainasemassa luotettavassa sähkönsiirrossa, -jakelussa ja automaatiossa. ABB:n sähkövoimatuotteet, -järjestelmät ja palvelut auttavat valvomaan ja suojaamaan sähkönsiirtoa ja -jakelua, parantamaan sähkön laatua sekä takaamaan, että asiakkaamme pystyvät jakamaan sähköä tehokkaasti. Näin me voimme varmistaa luotettavan sähkönsiirron ja -jakelun tuotannosta kuluttajille asti. Jakeluverkon kehittämisessä pitkän aikavälin keskeinen tavoite on kohottaa sähkön laatua ja toimitusvarmuutta kustannustehokkaasti. Vyöhykekonsepti älykkäine laiteratkaisuineen luo hyvän ja joustavan lähtökohdan tälle kokonaisvaltaiselle kehittämiselle. Sähkönjakelun keskeytymättömyys on ensisijainen kriteeri sähkönjakelun laadulle. Lisäämällä olemassa olevaan verkkoon kevyitä sähköasemia, vyöhykekatkaisijoita ja vyöhyke-erottimia sekä panostamalla automaatioon voidaan toimitusvarmuutta parantaa nopeasti ja kustannustehokkaasti. Tästä ratkaisusta hyötyvät sekä kuluttajat että verkkoyhtiöt. Vyöhykekonsepti rajaa häiriön vaikutusta Vyöhykekonseptin perusperiaate on rajoittaa sähköverkossa syntyvän häiriön vaikutus mahdollisimman suppealle alueelle. Jakeluverkon vika aiheuttaa perinteisesti keskeytyksen koko johtolähdölle ja kaikille johtolähdöllä oleville kuluttajille. Viemällä suojaus- ja jälleenkytkentätoiminnot syvälle verkkoon kohdentuvat jälleenkytkennät ja keskeytykset vain häiriöitä aiheuttavalle verkonosalle. Näin vältetään keskeytykset muualla verkossa. Tämä tapahtuu jakamalla johto osiin eli vyöhykkeisiin. Tutkimusten mukaan keskeytyksen kokevien kuluttajien määrä vähenee jopa yli puoleen verrattuna tilanteeseen ilman vyöhykejakoa. Vyöhykekonseptissa runkojohto jaetaan runkojohtovyöhykkeisiin. Lisäksi johdon haara voi tarvittaessa muodostaa oman haarajohtovyöhykkeen. Runkojohtovyöhyke on tyypiltään suojausvyöhyke eli vyöhykekatkaisija on varustettu vyöhykeselektiivisillä suojaus- ja jälleenkytkentätoiminnoilla. Haarajohtovyöhyke voi olla tyypiltään joko suojaus- tai ohjausvyöhyke, jolloin vyöhyke varustetaan kauko-ohjattavalla erottimella. Vyöhykekonsepti tarjoaa useita toteutusvaihtoehtoja Sähköverkko voidaan jakaa vyöhykkeiksi monella eri tavalla. Perinteisin tapa on kasvattaa sähköasematiheyttä eli jakaa sähköverkko usean eri sähköaseman syöttämiin verkonosiin. Tällöin myös jakeluverkon jännitekuoppien haittavaikutukset rajoittuvat suppealle alueelle. Pitkien johtolähtöjen yhteydessä voidaan johdon loppuosa erottaa välimuuntajalla galvaanisesti johdon alkuosasta ja käyttää esimerkiksi 1000 V jakelujännitettä lähellä kulutuspisteitä. Tällöin johdon loppuosalla tapahtuvien häiriöiden vaikutukset rajautuvat omalle, 1000 V vyöhykkeelleen. Panostamalla primääriverkon rakenteisiin, esimerkiksi kaapeloimalla avojohtolähtöjä tai varustamalla muuntajat ylijännitesuojilla, voidaan vähentää vikojen syntymahdollisuuksia. Näistä toteutuksista saadaan paras hyöty täydentämällä investointia vyöhykekonseptilla. 2 Vyöhykekonsepti Älykkäät sähkönjakeluratkaisut

3 Automaatio täydentää vyöhykekonseptia Kauko-ohjattujen kytkinlaitteiden ja käytöntuen avulla voidaan täysin hyödyntää vyöhykekonseptia. Käytöntuessa ja sähköasemalla tapahtuva vianpaikannus tarkentuu verkkokatkaisijan vikavirtamittauksella. Vyöhykekonseptin ansiosta johtolähdön kuluttajille aiheutuva keskimääräinen keskeytysaika lyhenee, koska vyöhykekatkaisija erottaa vioittuneen vyöhykkeen pysyvän vian ollessa kyseessä. Vyöhykekatkaisijat ja vyöhyke-erottimet varustetaan aina kaukoohjausmahdollisuudella. Kaukokäytettävyyttä voidaan hyödyntää esimerkiksi varayhteyden muodostamisessa. Vian esiintyessä lähellä sähköasemaa ennen vyöhykekatkaisijaa palautetaan jakelu kauko-ohjauksen avulla vikapaikan takaiselle johto-osalle. Kaikkia johtohaaroja ei ole tarkoituksenmukaista varustaa katkaisijalla, vaan haaran erottamiseen riittää erotin. Virrattomana erottaminen toteutetaan kauko-ohjauksen avulla tai automaattisesti, mikäli erotin on varustettu vikavirran mittauksella. Vikapaikka voidaan automaattisesti erottaa myös virrallisena käyttämällä kuormanerotinta ja paikallisautomaatiota. Vyöhykekonsepti mukautuu tulevaisuuden haasteisiin Vyöhykekonseptiratkaisu soveltuu erinomaisesti toteutettavaksi vaiheittain. Tärkeimmät kulutuskohteet rajataan aluksi omiin vyöhykkeisiinsä kevyen sähköaseman tai vyöhykekatkaisijoiden avulla. Verkon laajentuessa tai monimuotoistuessa muodostuu uusia verkonosia, jotka luontevasti muodostavat oman vyöhykkeensä. Esimerkiksi hajautettu energiantuotanto voidaan rajata omalle vyöhykkeelleen katkaisijalla, jossa on valmius eroonkytkentätoimintoihin. Käyttämällä hajautetun energiantuotantovyöhykkeen ja sähköaseman välisen johto-osan suojana valokaapeliyhteydellä varustettua johtodifferentiaalirelettä toteutuu samalla sekä nopea suojaus että nopea tiedonsiirto energiatuotantovyöhykkeen ja sähköaseman välillä. Tämä mahdollistaa hajautetun energiantuotannon optimaalisen hyödyntämisen osana jakeluverkon toimitusvarmuutta. Kommunikaation ja palvelujen avulla kokonaisuus hallintaan Kokonaisratkaisun perusedellytys on monipuolinen tiedonsiirto ja viestiliikenne. Kustannustehokas ja turvallinen pakettikytkentäinen langaton tiedonsiirto voidaan toteuttaa joko satelliittiyhteytenä tai esimerkiksi maanpäällisenä GPRS/EDGE-tiedonsiirtoyhteytenä. Vyöhykekonseptin kaikki aktiiviset komponentit saadaan näin helposti liitettyä käytönvalvontajärjestelmään. Sähköasemalle parhaiten soveltuva ratkaisu on luotettava satelliittiyhteys. Kauko-ohjattavalle kytkinlaitteelle viestiyhteydeksi voidaan valita esimerkiksi GPRS-liitäntä. Vyöhykekonseptin viestiliikenne voidaan tarjota palveluna sisältäen käyttöönotto-, tietoliikenne-, ylläpito- sekä vianhallintapalvelut. Vyöhykekonseptin avulla voidaan optimoida jakeluverkon pitkän aikavälin kehittämistä. Kustannustehokkaaseen lopputulokseen pääsemiseksi on syytä laatia kehityssuunnitelma koko jakeluverkolle. Itse toteutus voidaan tehdä osakokonaisuus kerrallaan, optimoimalla eri työvaiheiden ajankohtaa ja toteutustapaa. Vyöhykekonseptin käyttöönotto ja testaus edellyttää kokonaisuuksien hallintaa. Tämä työ on mahdollista tilata palveluna, jolloin toimivuuden testaus voidaan tehdä kenttäkokeen toteu-tuksesta käytönvalvonnan valvomoon saakka. Älykkäät sähkönjakeluratkaisut Vyöhykekonsepti 3

4 Vyöhykekonsepti sähköverkon optimaalinen Verkkoyhtiön tavoitteena on tarjota laadukasta sähköä luotettavasti ja kustannustehokkaasti. Muutokset viranomaisvalvonnassa ja muut toimintaympäristön muutokset ovat tuoneet mukanaan uusia haasteita tavoitteen toteuttamiselle. Kehitystoimenpiteiden oikeaan kohdentamiseen ABB tarjoaa ratkaisun vyöhykekonseptin. Konseptissa yhdistyvät primääriverkon järkevä topologia, tarkoituksenmukaiset kytkinlaitteet sekä älykkäät suojaus-, ohjaus- ja automaatiotoiminnot optimaaliseksi toimintakokonaisuudeksi. Tiedonsiirto Kattava tietoliikenneverkko ja monipuolinen tiedonsiirto mahdollistavat sähköverkon tehokkaan hallinnan. Tiedonsiirron avulla voidaan täysin hyödyntää verkkoon asennettujen monipuolisten IED-laitteiden toiminnallisuutta ja täten voidaan tehostaa verkon käyttöä. Käyttämällä tuotteistettuja tietoliikenneratkaisuja aikaansaadaan kustannustehokas ja ongelmaton tiedonsiirto. Tiedonsiirto on myös mahdollista saada kokonaisuudessaan palveluna. 110 kv 20 kv 110 kv 20 kv Sähköasemavyöhyke Runkojohtovyöhyke Kevyt sähköasema Kevyt sähköasema on tuotteistettu kokonaisuus sijoitettavaksi alueverkon johdon alle tai alueverkon haaran päähän. Jakamalla verkko usean sähköaseman takaisiin suojausvyöhykkeisiin rajoitetaan erityisesti jännitekuoppien leviämistä. Johtolinjojen pituus lyhenee, häiriöalueet pienenevät ja keskeytyksen kokevien kuluttajien määrä vähenee. Pylväsasennettu verkkokatkaisija Verkkokatkaisijalla jaetaan johtolähdöt suojausvyöhykkeisiin. Jälleenkytkentätoiminnoilla varustettu verkkokatkaisija sijoitetaan ennen vikaantumisaltista johto-osaa. Verkkokatkaisija rajaa näin keskeytykset omalle suojausvyöhykkeelleen ja verkkokatkaisijaa edeltävällä vyöhykkeellä keskeytykset vähenevät merkittävästi. 4 Vyöhykekonsepti Älykkäät sähkönjakeluratkaisut

5 käyttö Valvomo Valvomo on verkon käyttötoimintojen keskus. Kaukokäyttö- ja käytöntukijärjestelmien avulla verkonhaltija saa tarvittavat tiedot verkon eri osien tilanteesta ja pystyy näin optimaalisesti käyttämään verkkoa. Valvomon toiminnot tukevat myös kenttähenkilöstön toimenpiteitä sekä sisäisten ja ulkoisten palveluntoimittajien yhteydenpitoa kuten myös sähkönkuluttajien tiedontarvetta. Tarkoituksenmukaisilla käyttötoiminnoilla varmistetaan käyttö- ja kustannustehokas verkonhallinta ja samalla taataan kaikkien sidosryhmien tyytyväisyys. Hajautettu voimantuotanto Uusi haaste sähkönverkon suojauksessa ja hallinnassa on suoraan jakeluverkkoon liitetty voimantuotanto. Konseptikuvassa on esimerkkinä tuulivoimala, joka on liitetty jakeluverkkoon verkkokatkaisija-aseman kautta. Sovelluksessa verkkokatkaisijaaseman suojaus- ja ohjausominaisuudet tukevat tuulivoimaliitännän erityistarpeita. Sähköasemavyöhyke Runkojohtovyöhyke 400 V Jakelu 1000 V 400 V Pienjännitejakelu Verkkoerotin Vyöhykekonseptin verkkoerottimet ovat kauko-ohjattuja. Konseptikuvassa erotinasema on sijoitettu kahden verkon jakokohtaan, jolloin verkkoerottimella voidaan tarvittaessa kytkeä vaihtoehtoinen syöttöreitti. Mittauksella ja automaatiolla varustettu haarajohdon verkkoerotin kykenee itsenäisesti myös erottamaan vikaantuneen haaran. 400 V Pienjännitejakelu Verkkokatkaisija-asema Johtolähtöjen tärkeisiin haaroituskohtiin asennetaan katkaisijakojeisto sääsuojattuihin maavaraisiin rakenteisiin. Verkkokatkaisija-aseman monipuolinen toiminnallisuus sisältää suojauksien ja ohjauksien lisäksi mm. jälleenkytkennät. Valokaarikestoinen kojeisto ja siihen integroidut erotus- ja maadoitustoiminnot tekevät ratkaisusta henkilöturvallisen. Palvelut ABB tarjoaa laajan valikoiman palveluja yhä monimuotoisempien kokonaisuuksien hallintaan. ABB:n tarjoamia palveluita ovat esimerkiksi asiantuntijapalvelut, laitteisiin liittyvät elinkaaripalvelut, etädiagnostiikkapalvelut ja eri osa-alueiden kokonaisvaltainen ylläpito. Älykkäät sähkönjakeluratkaisut Vyöhykekonsepti 5

6 Vyöhykekonseptin edut Kuluttajille laadukasta sähköä Kuluttajien kokemat keskeytykset vähenevät huomattavasti ja samoin keskeytysten pituus lyhenee vyöhykekonseptin ratkaisujen avulla. Myös entistä harvempi kuluttaja joutuu kokemaan jännitekuoppien haittavaikutuksia. Automaation avulla häiriötilanteen hallinta helpottuu ja nopeutuu. Käytön palautus onnistuu nopeasti ja hallitusti häiriötilanteen esiintyessä. Toimitusvarmuutta sähkönjakeluun Kehitystoimet kohdennetaan verkon häiriöalttiille alueelle. Tällöin häiriöiden vaikutus rajautuu omalle vyöhykkeelleen, mikä vaikuttaa välittömästi koko verkon käyttövarmuuden paranemiseen. Vyöhykekonseptin monipuolisten ratkaisujen avulla verkon toimitusvarmuuden optimointi voidaan tehdä eri osaratkaisuja yhdistämällä kuluttajalähtöisesti, sovitettuna eri verkkotilanteisiin. Tehokkuutta jakeluverkon käyttöön Ulottamalla tiedonsiirto syvälle verkkoon ja saattamalla kaikki keskeisimmät kytkinlaitteet käytönvalvonnan piiriin saadaan koko verkko tehokkaaseen käyttöön. Häiriötilanteiden selvittäminen tehostuu tarkan vianpaikannuksen ja käytöntuen avulla. Häiriötilanteissa monipuolisin suojaustoiminnoin varustetut verkkokatkaisijat kytkevät vian pois nopeasti, automaattisesti ja vyöhykeselektiivisesti. Suurhäiriöissä vyöhykejako helpottaa oleellisesti verkon käyttöä. Käyttötoimenpiteet voidaan tehdä henkilöturvallisesti ja maadoituserottimien käyttö takaa varman ja luotettavan maadoituksen kaikissa olosuhteissa. 6 Vyöhykekonsepti Älykkäät sähkönjakeluratkaisut Täysi hyöty investoinneista Vyöhykekonseptiin liittyvät investoinnit ovat tyypillisesti pieniä. Investoinnit vaikuttavat kuitenkin laajalle alueelle verkkoa ja niiden keskeytyskustannuksia pienentävä vaikutus on välitön. Käytännössä tämä merkitsee investoinneille erittäin lyhyitä takaisinmaksuaikoja. Tärkeiden verkonosien käyttövarmuusinvestoinneista, kuten kaapeloinneista, saadaan täysi hyöty vyöhykekatkaisijoiden avulla rajaamalla häiriöiden vaikutus käyttövarman verkon ulkopuoliselle osalle. Vyöhykekonseptin ratkaisut vähentävät verkon rasituksia ja siten pidentävät verkkokomponenttien elinikää. Liittämällä ratkaisuihin mukaan laitteiden kunnonvalvontatoiminnot saadaan omaisuudenhallinnan tehostumisen myötä lisähyötyä vyöhykekonseptin toteutuksesta. Mukautuu toimintaympäristön muutoksiin Investoinnit on mahdollista toteuttaa osaratkaisu kerrallaan lähtien kuluttajien kannalta tärkeimmistä toimenpiteistä. Yksittäiset investoinnit voidaan tehdä minä vuodenaikana tahansa. Vyöhykekonseptin ratkaisuja voidaan hyödyntää erinomaisesti jatkuvan tehostamisen ja pitkän tähtäimen kehitysohjelmien laadinnassa. Vyöhykekonsepti mukautuu myös tilanteisiin, joissa jakeluverkkoon tullaan liittämään hajautettua voimantuotantoa tai uusia tärkeitä kulutuspisteitä. Vyöhykekonsepti kasvaa tarpeiden mukaan ja on ratkaisu tähän päivään ja tulevaisuuden tarpeisiin.

7

8 Ota yhteyttä ABB Oy Kotimaan tuotemyynti PL Vaasa Puh Faksi MRS A Copyright 2009 ABB. Kaikki oikeudet pidetään.