BL0A0500 Sähkönjakelutekniikka Oikosulkusuojaus Jarmo Partanen
Oikosulkuvirran luonne Epäsymmetriaa, vaimeneva tasavirtakomponentti ja vaimeneva vaihtovirtakomponentti. 3
Oikosulun eri vaiheet ja niiden merkitys Sysäysoikosulkuvirta.5 I k komponenttien mekaaninen kestoisuus Alkuoikosulkuvirta I k merkittävä, jos lähellä suuria generaattoreita/moottoreita Muutosoikosulkuvirta I k - kun oikosulun kestoaika on lyhyt johtojen oikosulkukestoisuus vikavirtasuojauksen asettelut katkaisijan katkaisukyky Jatkuvan tilan oikosulkuvirta - kun oikosulun kestoaika on pitkä (> 1 s) 4
Generaattorin kuvaus laskuissa Generaattorin kuvaus laskuissa X, X, X (S k, S k, S k ) 110/0 kv u k, S n 5
Oikosulkusuojaus Oikosulkusuojauksen toimintavaatimukset oikosulkukestoisuus selektiivisyys kaikkien vikojen löytäminen; poikkeukselliset kytkentätilanteet, kaksivaiheiset vikavirrat ei laukaisua kuormitusvirrasta 6
Oikosulkusuojaus Oikosulku - suuret virrat Vikavirran suuruus I k3 = U v /Z Z on vikavirtaa syöttävän verkon impedanssi 110/0 kv u k, S n Z ( R X k Rm Rj) ( X k X m j) k = syöttävä 110 kv verkko (generaattorit ja johdot) m = 110/0 kv muuntaja (u k, S n ) j = 0 kv johdot (huom. lämpenemä) Vikavirta on suurin sähköaseman kiskostossa ja pienenee mitä syvemmällä verkossa ollaan. Vikavirran suuruus tyypillisesti 300-10 000 A. Kaksivaiheinen oikosulkuvirta on 0.86 x kolmivaiheinen vikavirta. I k 3 I k3 7
Oikosulkuvirtojen ja oikosulkukestoisuuden laskenta Syöttävän verkon ja omien generaattoreiden kytkennät tarkasti! Johtoresistanssit +40 C lämpötilaa vastaavilla arvoilla. Kerroin 1,08 verrttuna +0 C lämpötilan resistansseihin. Oikosulkumoottorit vaikuttavat vain alkuoikosulkuvirtaan (sysäysoikosulkuvirtaan). Teollisuuslaitoksen kaikki moottorit voidaan kuvata yhdellä ekvivalenttisella moottorilla, jonka teho on moottoreiden summateho ja suhteellinen reaktanssi 0.15 0.5. Jälleenkytkentöjen rasittava vaikutus on otettava huomioon. 8
Oikosulkuvirrat Esimerkki: 0 kv verkossa tapahtuu kolmivaiheinen oikosulku 5 km päässä sähköasemalta (Raven johtoa, r = 0.58 /km ja x = 0.38 /km). 110 kv verkon ja päämuuntajan yhteenlasketut 0 kv puolelle redusoidut impedanssiarvot ovat X =.5 ja R = 0.. a) laske vikavirran suuruus, b) kuinka suuri on vian aikainen jännite sähköaseman 0 kv kiskostossa c) kuinka kiskojännite muuttuu, kun vika tapahtuu 0.5 km päässä sähköasemalta I k110 = 15 ka 1 km B I k110 = 15 ka 110/0 kv 5 MVA x k = 10 % r k = 0 % A r = 0,180 /km x = 0,085 /km km km C 110/0 kv 40 MVA x k = 10 % r k = 0 % 9
Johdon oikosulkukestoisuus Valmistaja ilmoittaa johdoille suurimman sallitun 1 s oikosulkuvirran I k1s, kun oikosulun kestoaika t 1 s, voidaan sallittu oikosulkuvirta laskea I kt I k1s t jossa t on oikosulun kestoaika Oikosulun kestoajassa on otettava huomioon releen ja katkaisijan toiminta-aika, joka on noin 100 ms. 10
Johdon oikosulkukestoisuus Johtimen oikosulkukestoisuuden ratkaisevat johdinaine- ja poikkipinta eristysmateriaali oikosulkuvirran suuruus oikosulkuvirran kestoaika Johtojen lisäksi myös laitteiden katkaisijat, erottimet muuntajat tulee olla oikosulkuvirran kestäviä 11
Jälleenkytkentöjen vaikutus Jälleenkytkennät on otettava huomioon oikosulun kestoaikaa laskettaessa t ekv t 1 e t o / t t 1 on oikosulun kestoaika ennen ajk:ta t o on ajk:n jännitteetön aika t on oikosulun kestoaika ajk:n jälkeen on johtimen jäähtymisaikavakio 1
Johtimen lämpeneminen I W h W v W Wh/l I r 1 W v/l m c p t I r t a = vaipan ala/m h = pinnan lämmönsiirtymiskerroin c = ominaislämpökapasiteetti m = massa/m = resistanssin lämpötilakerroin = lämpenemä W p/l a h t I r r ah I r ah I 1 e t 13
Johtimen lämpeneminen Johtimen lämpeneminen oikosulun aikana I r mc t ~I t tietyllä lämpenemällä Johtimen jäähtyminen I I 1 t t 1 I 0 W W v 0 m c p ah t 0 ah e t mc 14
Oikosulkusuojaus Esimerkki: Raven johto, I 1s = 5.1 ka, = 6 min. Oikosulkuvirta on 5.0 ka, pjk ja ajk ovat käytössä, laukaisun hidastus on 0.3 s, ajk:n jännitteetön aika t o = min. Onko johto oikosulkukestoinen? Jos aikajälleenkytkennän aikana tapahtuvaa jäähtymistä ei oteta huomioon, on oikosulun kestoaika yhteensä 3*(0,3+0,1) s = 1, s. Tällöin suurin sallittu oikosulkuvirta on 5,1/1, ka = 4,65 ka (ei olisi oikosulkukestoinen) Kun jäähtyminen otetaan huomioon, on ekvivalenttinen oikosulun kestoaika t ekv T ekv = (0,4+0,4)*e -/6 + 0,4 = 0,71*0,8 + 0,4 = 0,57 + 0,4 = 0,97 s Sallittu oikosulkuvirta on 5,1/ 0,97 = 5,18 ka ; on oikosulkukestoinen 15
Oikosulkusuojauksen selektiivisyys Vakioaikaylivirtareleet: aikaporrastus lukitukset (sähköasemalla) Käänteisaikaylivirtareleet: toimintakarakteristikoiden viritys siten, että niiden välillä on riittävä aikamarginaali 16
Vakioaikaylivirtarele Toiminta-aika rele a 110/0 kv rele b rele c a b c virta 17
Käänteisaikaylivirtarele 18
Oikosulkukestoisuuden parantaminen Hidastusaikojen pienentäminen halpa tarkistettava selektiivisyyden säilyminen - uusilla releillä selektiivinen toiminta voidaan saavuttaa 150 ms aikaeroilla Isomman poikkipinnan tai kestävämmän laitteen käyttö Oikosulkuvirran pienentäminen muuntajan u k sarjareaktorit muuntajien erilliskäyttö 19