Janne Haapala TAHTIGENERAATTORIN VERKKOON TAHDISTAMINEN SYNKRONOSKOOPIN AVULLA

Janne Haapala TAHTIGENERAATTORIN VERKKOON TAHDISTAMINEN SYNKRONOSKOOPIN AVULLA Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Sähkötekniikan koulutusohjelma Helmikuu 2009

TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ Yksikkö Ylivieskan yksikkö Koulutusohjelma Sähkötekniikan koulutusohjelma Aika Helmikuu 2009 Työn nimi Tahtigeneraattorin verkkoon tahdistaminen synkronoskoopin avulla Työn ohjaaja Jari Halme Työelämäohjaaja Markku Lohi Tekijä/tekijät Janne Haapala Sivumäärä 30 + 2 Opinnäytetyön lähtökohtana on Keski Pohjanmaan ammattikorkeakoulun, Ylivieskan yksikön sähkötekniikan laboratorioon hankitun laitteen, synkronoskoopin testaaminen. Opinnäytetyön tavoitteena on tutkia tahtigeneraattorin verkkoon käsin tahdistusta synkronoskoopin avulla. Taustatiedoksi selvitetään tahdistukseen liittyvät ehdot ja sähköverkon ominaisuudet sekä sähköjakeluverkon haltijoiden vaatimukset. Laboratoriotyön tuloksena syntyi synkronoskopin ja oheislaitteiden kuvalliset kytkentäohjeet. Lisäksi syntyi kirjalliset käyttöohjeet tahtigeneraattorin käsin verkkoon tahdistukselle laboratoriossa. Johtopäätöksenä voidaan pitää, että käytännössä laboratoriossa tapahtuva käsin tahdistus verkkoon on helppo toimenpide. Käytännössä käsin tahdistusta ei kuitenkaan käytetä tuotantolaitoksissa vaan tahdistus tapahtuu automatiikalla. Asiasanat tahtigeneraattori, tahdistaminen, synkronoskooppi

ABSTRACT CENTRAL OSTROBOTHNIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Ylivieska Unit, Technology Degree programme Electrical engineer programme Name of thesis Date February 2009 Author Janne Haapala Synchronisation of the synchronous generator to the power network by using syncronoscope Instructor Pages Jari Halme 30 + 2 Supervisor Markku Lohi The basis on this thesis is test of the new electrical device, syncronoscope. The test is accomplished in electrical laboratory of Central Ostrobothnia University of Applied Sciences, Ylivieska Unit. The purpose of this thesis is to study how synchronous generator can be synchronized to the power network by using syncronoscope. For background information is explained the principles of synchronisation, properties of power network and requirements based on demands from the owners of electricity distribution network. There is following results from work at the laboratory. Instructions with the photos regarding connectios between syncronoscope and other electrical devices. Second result is the operating manual regarding the synchronisation of synchronous generator in laboratory conditions. The conclusion is that the synchronisation at the laboratory conditions is quite simple operation. In these days synchronisation at the power plant is done by automatic appliance and manual synchronisation isn t used anymore. Key words synchronous generator, synchronization, synchronisation, syncronoscope

SISÄLLYS TIIVISTELMÄ ABSTRACT 1 JOHDANTO 1 2 TAHTIGENERAATTORI 2 2.1 Tahtigeneraattorin rakenne 2 2.2 Tahtigeneraattorin magnetointi 3 3 SÄHKÖVERKON OMINAISUUDET 4 3.1 Yleistä 4 3.2 Taajuus ja pätöteho 4 3.3 Sähköverkon jännite 5 3.4 Stabiilisuus 5 4 VERKKOYHTIÖIDEN LIITYNTÄMÄÄRÄYKSET 7 4.1 Yleistä 7 4.2 Pienvoimalaitokset 7 4.3 Sähköverkon häiriöt 7 4.4 Sähköntuotantolaitteistojen luokitukset 8 4.4.1 Luokka 1 8 4.4.2 Luokka 2 8 4.4.3 Luokka 3 9 4.4.4 Luokka 4 10 5 TAHTIGENERAATTORIN VERKKOON TAHDISTUS 11 5.1 Ehdot 11 5.2 Säätö 11 6 LAMPPUJEN AVULLA TOTEUTETTU VERKKOON TAHDISTUS 13 6.1 Pimeäkytkentä 13 6.2 Kirkas pimeäkytkentä 14 7 LABORATORIOTYÖ 16 7.1 Laitteisto 16 7.2 Tahdistukseen liittyvien laitteiden kytkentä 17 7.3 Tahtigeneraattorin verkkoon tahdistuksen eri työvaiheet 23 7.4 Ehdot 25 8 HERRFORSIN VOIMALAITOS 26 8.1 Yleistä 26 8.2 Tahdistus 26 9 YHTEENVETO 28 LÄHTEET 30 LIITTEET

1 1 JOHDANTO Opinnäytetyön lähtökohtana oli Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulun, Ylivieskan yksikön sähkötekniikan laboratorioon hankitun laitteen, synkronoskoopin testaaminen. Aiemmin tahtigeneraattorin verkkoon tahdistaminen on tapahtunut lamppujen ja mittareiden avulla. Opinnäytetyön tavoitteena on tutkia tahtigeneraattorin verkkoon tahdistusta synkronoskoopin avulla. Taustatiedoksi esitellään yleisesti tahtigeneraattorin rakenne ja toimintaperiaate. Lisäksi esitellään ja tarkastellaan sähköverkon keskeisiä ominaisuuksia sekä esitellään verkkoyhtiöiden liityntävaatimukset verkkoon liitettäville pienvoimalaitoksille. Tahdistamiseen liittyen tarkastellaan käsisäätöisen tahtigeneraattorin kytkemistä jännitteelliseen verkkoon ja ehtoja joiden pitää toteutua sekä generaattorin säätöä niin että ehdot toteutuvat. Lisäksi esitellään lyhyesti lamppujen avulla tapahtuva tahtigeneraattorin verkkoon tahdistaminen. Kyseiseen toimintatapaan ei perehdytä syvällisemmin, koska tähän työhön liittyen tahdistus toteutetaan synkronoskoopin avulla. Tarkastelussani olen rajannut pois tahtigeneraattorin verkkoon tahdistamiseen liittyvät suojalaitteet. Tutkin tahtigeneraattorin verkkoon tahdistusta Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulun, Ylivieskan yksikön sähkötekniikan laboratoriossa. Selvitin mitä laitteita ja laitteistoja tarvitaan laboratoriossa tehdyssä tahdistuksessa sekä missä järjestyksessä laitteistot kytketään ja mitä ehtoja tahdistuksessa on noudatettava. Työvaiheita havainnollistavia kuvia on otettu yhdeksän kappaletta. Ylivieskassa sijaitsevassa Herrforsin voimalaitoksessa kävin tutustumassa käytännössä, miten tahtigeneraattori tahdistetaan kantaverkoon.

2 2 TAHTIGENERAATTORI Tahtikone voi muidenkin sähkökoneiden tapaan toimia joko moottorina tai generaattorina. Tahtikoneen nimitys tulee siitä, että pyörijä eli roottori, pyörii seisojan eli staattorin synnyttämässä magneettikentässä samalla nopeudella magneettikentän kanssa. Kun halutaan tuottaa sähköä tahtigeneraattorilla, sitä joudutaan pyörittämään voimakoneella, jolloin tahtigeneraattorin sisällä oleva roottori alkaa pyöriä staattorin synnyttämässä magneettikentässä. (Aura & Tonteri 1996, 214.) 2.1 Tahtigeneraattorin rakenne Tahtikoneet voidaan erottaa toisistaan rakenteensa perusteella tai magnetoinnin perusteella. Tahtikoneita on kahdenlaista eri rakennetyyppiä, jotka poikkeavat toisistaan roottorin rakenteelta. Nämä kaksi tyyppiä ovat umpinaparakenteinen tai avo- eli varsinapakone. Rakenteensa vuoksi niillä on erilaiset käyttökohteet. (Aura ym. 1996, 214-219.) Umpinapaista tahtikonetta käytetään nopeissa käytöissä esimerkiksi höyry- ja kaasuturbiinilaitoksissa. Pyörimisnopeus on suuri jopa 3000 r/min, kun halutaan tuottaa generaattorilla 50Hz:n taajuuksista sähköä. (Aura ym. 1996, 215.) TAULUKKO 1. Taulukko yksi kuvaa umpinapakoneen napapariluvun ja kierrosnopeuden suhdetta taajuuden ollessa 50 Hz. p = napapariluku ja rpm = kierrosluku/minuutissa. p rpm 1 3000 2 1500 4 750

3 Avonapaisen tahtikoneen käyttökohteina ovat yleensä vesivoimalaitokset. Pyörimisnopeus on pieni, vain 75 500 r/min, kun tuotetaan generaattorilla 50Hz:n taajuuksista sähköä. (Aura ym. 1996, 215.) TAULUKKO 2. Taulukko kaksi kuvaa avonapakoneen napapariluvun ja kierrosnopeuden suhdetta taajuuden ollessa 50 Hz. p = napapariluku ja rpm = kierrosluku/minuutissa. p rpm 6 500 8 375 10 300 2.2 Tahtigeneraattorin magnetointi Magnetoinnin perusteella tahtikoneet voidaan jakaa kahteen eri ryhmään: Vierasmagnetoituihin tahtikoneisiin tai kestomagnetoituihin tahtikoneisiin. Huomioitavaa on, että vain umpinapaiset tahtikoneet voivat olla kestomagnetoituja ja vierasmagnetoidut koneet tarvitsevat napapyörään tasavirran. (Aura ym. 1996, 217-218.) Vierasmagnetoidut tahtikoneet voidaan jakaa kahteen eri ryhmään, eli harjallisiin ja harjattomiin. Harjallisessa magnetoinnissa, magnetointivirta siirretään hiiliharjojen tai liukurenkaiden avulla napapyörään. Harjattomassa koneessa magnetointivirta viedään akselille rakennetun pienen vaihtovirtageneraattorin avulla, josta diodisillan kautta magnetointivirta tuotetaan. (Aura ym. 1996, 217-218.) Kestomagnetoitujen generaattoreiden käyttökohteina ovat pienituottoisen voimalat kuten tuulivoimalat. Magnetointivirta tuotetaan nimensä mukaan kestomagneeteilla, joten erillistä virtalähdettä ei tarvita. Erikoisuutena kestomagnetoidulla tahtigeneraattorilla on, että sitä voidaan käyttää usealla eri nopeudella. Tästä johtuen sen tuottamaa sähköä ei voida kytkeä suoraan verkkoon vaan se joudutaan ajamaan erilaisten suuntaajien läpi.

4 3 SÄHKÖVERKON OMINAISUUDET 3.1 Yleistä Sähköverkon ominaisuuksiin kuuluu verkon stabiilisuus, jota on kahdenlaista eri tyyppiä: Staattinen stabiilisuus ja dynaaminen stabiilisuus. Sähköverkon ominaisuuksiin kuuluu myös taajuus ja jännite sekä sähköverkon teho, joita on myös kahdenlaista eri tyyppiä: Pätöteho ja loisteho. Tarkastelun kohteena ovat pienvoimalaitokset, joilla ei ole käytännössä vaikutusta jakeluverkon säätöihin kuin paikallisesti jännitteen säädössä ja loistehon tuotossa. Koko verkon taajuuteen ja pätötehoon pienvoimalaitoksilla ei käytännössä katsoen ole minkäänlaista vaikutusta, johtuen niiden pienestä tehon tuotannosta. (Elovaara & Laiho 1999; Aura & Tonteri 1993.) Sähköverkossa käy useita erikokoisia tahtikoneita rinnan. Sähköverkko voidaan myös ajatella yhdeksi isoksi ekvivalentti generaattoriksi, johon tahtigeneraattoria ollaan liittämässä. (Aura ym. 1993, 105.) 3.2 Taajuus ja pätöteho Sähköverkon taajuuden ja pätötehon säätäminen liittyvät läheisesti toisiinsa, joten niitä on tästä syystä paras tarkastella samassa yhteydessä. Verkon taajuus ei ole vakio 50Hz vaan se vaihtelee hieman. Taajuuten vaikuttaa verkon kuormitus. Kuormituksen kasvaessa, pyrkii taajuus laskemaan. Taajuus ei kuitenkaan laske lopputtomasti, koska taajuuden lasku vaikuttaa kuormaan laskevasti. (Aura ym. 1993, 112-113.) Generaattorin tuottamaa taajuutta verkkoon säädetään muutamalla voimakoneen antamaa tehoa. Tällä tarkoitetaan käytännössä muutamalla voimakoneen akselitehoa. Voimakoneen

5 pyörimisnopeuden nosto vaikuttaa suoraan pätötehoon koska vääntömomentti kasvaa. Pyörimisnopeuden nosto ei kuitenkaan nosta generaattorin tuottamaa taajuutta yli verkon taajuuden. Tämä johtuu generaattorin tahtikäytöstä. (Aura ym. 1993, 112-113 & Elovaara ym. 1999, 94.) Voimalaitoksilla säätö toteutetaan automaattisesti ja paikallisesti. Säätöyksikkö saa taajuustiedon ja ryhtyy sen perusteella tarvittaviin toimenpiteisiin. Verkon taajuuden voi käytännössä säätää paikasta riippumatta, koska taajuus on kaikkialla verkossa sama. Voimalaitosten osallistuminen taajuuden säätöön riippuu säätimien asettelu arvoista, joilla ne reagoivat taajuuden muutoksiin. Säädössä päävastuun kantavan voimalaitoksen asetteluarvot ovat herkemmät reagoimaan muutoksiin kuin muiden säätöön osallistuvien voimalaitosten. (Elovaara ym. 1999, 113-114.) 3.3 Sähköverkon jännite Jännite toisin kuin taajuus on paikallinen suure eli se ei ole samansuuruinen koko verkossa. Tästä johtuen verkon jännite säädetään paikallisesti. Sähköverkon jännitteen säädön voi yksinkertaistettuna ajatella tapahtuvan generaattoreiden magnetointivirtaa laskemalla tai nostamalla. Käytännössä tämä ei ole niin yksinkertaista, koska magnetointivirran muuttuminen muuttaa myös verkoon tuotetun loistehon suuruutta. (Aura ym. 1993, 113.) Verkon jännitettä voidaan myös muuttaa muuttamalla käämikytkinten avulla muuntajan muuntosuhdetta (Aura ym. 1993, 113). 3.4 Stabiilisuus Sähköverkon stabiilisuudella tarkoitetaan verkon vakautta. Vakauden määrittelee tahtigeneraattoreiden kyky pysyä tahdissa toisiin verkkoon kytkettyjen generaattoreiden kanssa. (Elovaara ym. 1999, 89.)

6 Staattisessa stabiilisuudessa generaattori on irtoamassa verkosta hitaasti eli tippuu verkon tahdista. Tähän voi olla syynä heikentynyt yhteys verkkoon eli yhteyden reaktanssi kasvaa liian suureksi. Verkon ja generaattorin yhteyttä voidaan parantaa kasvattamalla johdinpoikkipintaa. (Elovaara ym. 1999, 94-95.) Dynaaminen stabiilisuus liittyy nopeaan vikaan, jonka seurauksena tahtigeneraattori tippuu tahdista. Nopeita vikoja ovat esimerkiksi pääsiirtojohdoilla tapahtuvat oikosulut.. (Elovaara ym. 1999, 89; 105.)

7 4 VERKKOYHTIÖIDEN LIITYNTÄMÄÄRÄYKSET 4.1 Yleistä Verkonhaltijan antamat määräykset on toteuduttava, kun halutaan liittää voimalaitos yleiseen verkkoon. Energiateollisuus ry. on laatinut suositelman TLE05. Suositelma toimii ohjeistuksena sähkönjakeluverkonhaltijalle, kun laaditaan ehtoja pienvoimalaitosten liittämiseksi jakeluverkkoon. Lisäksi jakeluverkonhaltija voi määrätä lisäedellytyksiä liitettävälle tuotantolaitokselle. (Energiateollisuus ry.) Jakeluverkoksi käsitetään kaikki alle 110 kilovoltin sähkönjakeluverkot, joihin pienvoimalaitos ollaan liittämässä. Voimalaitos voi toimia jakeluverkon kanssa joko osin tai kokonaan rinnan. Tällöin osa tuotetusta energiasta tai koko tuotettu energia siirretään verkkoon. Ohjeistuksen tarkoituksena on välttää voimaloita tuottamasta häiriöitä jakeluverkkoon sekä estää vaaratilanteiden synty jakeluverkon kanssa työskenteleville henkilöille. (Energiateollisuus ry; Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) 4.2 Pienvoimalaitokset Pienvoimaloiksi lasketaan kaikki generaattorit ja staattisesti sähköä tuottavat laitteistot kuten akustot, valokennot ja polttokennot. Kaikille pienvoimalaitoksille riippumatta niiden käyttötarkoituksesta on voimassa samat ohjeistukset. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) 4.3 Sähköverkon häiriöt Häiriöiksi on laskettavissa jännitteen vaihtelu, verkkojännitteen vääristymä, vaiheiden epäsymmetria, käynnistyksen ja tahdistuksen aiheuttamat häiriöt ja väärä toiminta sähköverkon häiriötilanteessa. Voimalaitoksen omistajan on myös estettävä, ettei jakeluverkkoon tule takajännitteitä jakeluverkon haltijan tietämättä. (Helen Sähköverkko Oy 2006.)

8 4.4 Sähköntuotantolaitteistojen luokitukset Tuotantolaitteistot voidaan jakaa neljään eri ryhmään niiden toimintaperiaatteen mukaan. Tässä kappaleessa käsitellään mitä teknisiä reunaehtoja jakeluverkon haltijalla on eri luokituksille. 4.4.1 Luokka 1 Tähän luokkaan kuuluvat sellaiset tuotantolaitteistot, jotka ovat aina sähköisesti erillään jakeluverkosta eli tuotantolaitokset ovat kytketty kiinteistön omaan verkkoon. Tuotantolaitteiston rinnankäynti jakeluverkon kanssa tulee estää mekaanisella vaihtokytkimellä. Kytkimen tulee myös täyttää erotuskytkimelle asetetut vaatimukset. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) 4.4.2 Luokka 2 Jakeluverkosta erillään käyvä tuotantolaitteisto, joka on erotettu syötönvaihdolla tai mahdollisella tahdistuksella liittyvä tuotantolaitteisto. Yleisen jakeluverkon ja sähköntuotantolaitoksen maksimi rinnankäyntiaika on viisi sekuntia. Tämä on toteutettava releautomatiikalla. Releautomatiikan on oltava sellainen ettei sitä voida ohittaa jos halutaan pidentää rinnankäyntiaikaa. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Jakelulaitteiston käynnistyessä verkonhäiriötilanteessa tulee asiakkaan verkon olla erillään jännitteettömästä jakeluverkosta. Tällä estetään jakelunverkkoon tuleva takajännite. Häiriötilanteen jälkeen tuotantolaitos saa liittyä takaisin jakeluverkkoon tahdistamalla vasta sen jälkeen, kun verkon jännite on ollut normaaliarvossaan vähintään 10 minuuttia. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Jakelulaitteistoon täytyy myös kuulua lukittava erotuskytkin. Erotuskytkimellä erotetaan jakelulaitteisto jakeluverkosta esimerkiksi verkon huollon ajaksi. Tällä estetään sähkön tahaton syöttö jakeluverkkoon. Erotuskytkimen tulee sijaita sellaisessa paikassa johon

9 jakeluverkon henkilökunnalla on esteetön pääsy, tällaisia paikkoja ovat esimerkiksi pääkeskuksessa pääkytkimen vieressä. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) 4.4.3 Luokka 3 Sähköntuotantolaitteisto käy rinnan yleisen jakeluverkon kanssa, mutta tuotantoa ei siirretä yleiseen jakeluverkkoon. Liittämiskohdan oikosulkutehon tulee olla vähintään 25-kertainen laitteiston nimellistehoon verrattuna, jotta sähköntuotantolaitteisto voidaan kytkeä verkkoon. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Jännitteen kadotessa jakeluverkosta on sähköntuotantolaitteiston irrottava verkosta. Verkosta on irtauduttava myös silloin, kun sähköntuotantolaitteiston liitäntänavoissa oleva jännite ja taajuus poikkeaa verkon normaalitilanteessa olevista arvoista. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Verkkoon tahdistukseen on käytettävä pääsääntöisesti automaattitahdistusta. Tahdistusehdot sekä jakeluverkon ja tuotantolaitteiston välisten suojalaitteiden asetteluarvot löytyvät liitteestä 1. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Tehon suunnan valvonta tulee järjestää lähelle sähkönkäyttöpaikan pääkatkaisijaa. Tehon suunnan valvojan tehtävä on katkaista sähkötuotantolaitteisto irti jakeluverkosta, viiden sekunnin kuluessa siitä, kun tuotantolaitos on alkanut syöttämään jännitteistä verkkoa. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Sähköntuotantolaitteisto on myös suojattava jakeluverkon käyttöhäiriöiltä, joita ovat muunmuassa oiko- ja maasulut, pikajälleenkytkennät ja taajuushäiriöt. Häiriöt voivat aiheuttaa tahdistamattoman jälleenkytkennän ellei suojalaitteisto ole kytkenyt tuotantolaitteistoa irti verkosta. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Tuotantolaitteisto saa kytkeytyä takaisin yleiseen jakeluverkkoon vasta sitten, kun verkon taajuus ja jännite on pysynyt vähintään 10 minuuttia vaadittujen suojalaitteiden asetteluarvoissa. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.)

10 Jakelulaitteistoon täytyy myös kuulua lukittava erotuskytkin. Erotuskytkimellä erotetaan jakelulaitteisto jakeluverkosta esimerkiksi verkon huollon ajaksi. Tällä estetään sähkön tahaton syöttö jakeluverkkoon. Erotuskytkimen tulee sijaita sellaisessa paikassa, johon jakeluverkon henkilökunnalla on esteetön pääsy esimerkiksi pääkeskuksessa pääkytkimen vieressä. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) 4.4.4 Luokka 4 Luokkaan neljä kuuluvat sähköntuotantolaitteistot, jotka käyvät rinnan yleisen jakeluverkon kanssa. Luokalle neljä on samat määräykset kuin luokalle kolme. Sen lisäksi luokalle neljä on muutama ehto lisää. Tuotanto, joka ylittää oman käyttötarpeen, voidaan siirtää jakeluverkkoon. Liittämiskohdan oikosulkutehon tulee olla vähintään 25-kertainen laitteiston nimellistehoon verrattuna, jotta sähköntuotantolaitteisto voidaan kytkeä verkkoon. Generaattorilaitteiston tulee käydä suuremmalla tehonkertoimella kuin cosφ = 0,95, rinnankäytössä yleisen jakeluverkon kanssa. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) Tuotantolaitteisto on varustettava vähintään seuraavilla suojalaitteilla. Yksinään syötön estämiseksi tulee olla jänniterele, joka laukaisee generaattorin irti verkosta, kun jännite poikkeaa vähintään 15 % nimellisjännitteestä. Taajuusrele laukaisee generaattorin irti verkosta taajuuden poiketessa yli 3 % nimellistaajuudesta. Ylivirtarele asennetaan oikosulkusuojaksi. (Keuruun Sähkö Oy 2008.) Myös muita suojalaitteita on syytä asentaa, koska verkonhaltija ei ota vastuuta laitteiston hajotessa verkosta tulleesta häiriöstä. Suojareleiden toiminta-arvot määritellään yhdessä verkonhaltijan kanssa. Suojareleiden tulee olla kolmivaiheisia, poikkeuksena taajuusrele, joka voi olla yksivaiheinen. Tuotantolaitokset, joiden teho on yli 1MVA, vaaditaan sähkölaitostyyppiset suojareleet. Alta 1MVA tehon tuotantolaitokset voivat käyttää teollisuustyyppisiä releitä. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.)

11 5 TAHTIGENERAATTORIN VERKKOON TAHDISTUS Tässä kappaleessa tarkastellaan käsisäätöisen tahtigeneraattorin kytkemistä jännitteelliseen verkkoon ja ehtoja joiden pitää toteutua sekä generaattorin säätöä, jotta ehdot toteutuvat. Verkkoon liityntä tapahtuu käsikäyttöisen katkaisijan kautta. Jakeluverkkoyhtiöillä on yleisesti yhteiset säädökset jännitteen arvojen poikkeamille, joilla voimalaitokset saavat liittyä jakeluverkkoon. Generaattorin pääjännite saa poiketa jakeluverkon jännitteestä enintään ± 8 %, taajuus saa poiketa enintään ± 0.5 Hz ja vaihekulmaero saa poiketa enintään ±10 astetta. (Helen Sähköverkko Oy 2006; Keuruun Sähkö Oy 2008.) 5.1 Ehdot Generaattorin tuottaman jännitteen tulee olla itseisarvoltaan ja vaihekulmaltaan samansuuruinen liitettävänverkon kanssa. Tämän ehdon toteutuessa kytkentävirta jää mahdollisimman pieneksi ja jännitteet ovat ajallisesti samat. (Aura ym. 1996, 232-234.) Taajuuksien ja kulmataajuuksien tulee olla samat, jolloin jänniteosoittimet pysyvät tarpeeksi kauan päällekkäin. Tämä tarkoittaa sitä, että jännite pysyy riittävän kauan lähes nollassa, jotta generaattori voidaan kytkeä verkkoon. (Aura ym. 1996, 232-234.) Vaihejärjestyksen on oltava generaattorilla ja verkolla sama. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että generaattorin U 1 on verkon L 1, V 1 on L 2 ja W 1 on L 3. Tällä saadaan aikaiseksi, että jänniteosoittimet pyörivät samaan suuntaan. (Aura ym. 1996, 232-234.) 5.2 Säätö Generaattorin pääjännite U 2 on aseteltava verkon pääjännitteen U 1 suuruiseksi, tämä onnistuu generaattorin magnetointivirtaa säätämällä. (Aura ym. 1993, 113.)

12 Generaattorin tuottamaa taajuutta muutetaan voimakoneen pyörimisnopeutta muuttamalla, joka tapahtuu voimakoneen jännitettä säätämällä. Taajuuden säätö toteutetaan laboratoriossa tällä tavalla, koska voimakoneena toimii sähkömoottori. Voimalaitoksessa säätö toteutetaan voimakoneen nopeutta muuttamalla eri tavalla. (Aura ym. 1993, 112-113 & Elovaara ym. 1999, 94.) Vaihejärjestyksen muuttaminen tapahtuu helpointen, kun vaihdetaan generaattorilla kahden vaiheen paikkaa. Kyseinen toimenpide koskee vain laboratoriotyötä, koska voimalaitoksen rakennusvaiheessa vaihejärjestys on otettu huomioon.

13 6 LAMPPUJEN AVULLA TOTEUTETTU VERKKOON TAHDISTUS Tässä kappaleessa tarkastellaan kahta liityntätapaa, jotka toteutetaan lamppujen ja mittareiden avulla. Nämä kytketkentätavat olivat käytössä sähkötekniikan laboratoriossa ennen kuin sinne oli hankittu synkronoskooppi. 6.1 Pimeäkytkentä Pimeäkytkentää käytetään silloin, kun tahdistetaan generaattori käsin verkkoon. Pimeäkytkennän perusideana on, että oikea kytkentähetki määritellään kolmen lampun avulla. Oikea kytkentähetki on, kun kaikki lamput ovat pimeinä. Käytännössä tällä ei saada määriteltyä riittävän tarkkaa kytkentähetkeä, joten lamppujen lisäksi tarvitaan muitakin laitteita. (Paavola 1973, 248-252.) Kytkennässä jokaisella vaiheella on erikseen lamppu, joka on kytketty koskettimen rinnalle. Lamput kuitenkin sammuvat jo ennen kuin jännite on laskenut nollaan, eivät ne eivät aivan tarkasti ilmoita oikeaa kytkentähetkeä. Tarkemman tuloksen saavuttamiseksi, onkin parempi kytkeä lamppujen rinnalle volttimittari. (Paavola 1973, 248-252.) Taajuusmittareilla tarkistetaan, että generaattorin ja verkon taajuus on samansuuruinen. Kun taajuusmittarit näyttävät samaa suuruutta, mutta lamput palavat tai volttimittarit näyttävät jännitettä, ei generaattoria saa kytkeä verkkoon. (Paavola 1973, 248-252.) Kuviossa 1 on esitetty perusperiaate pimeäkytkennälle. Kuviosta 1 on jätetty tarkoituksella pois sulkeutuvien katkaisijoiden pitopiiri ja säätölaitteisto kuvion selkeyttämiseksi.

14 KUVIO 1. Pimeäkytkennän periaate. Mittari V1 mittaa verkon pääjännitettä ja V2 mittaa generaattorin tuottamaa pääjännitettä. Taajuusmittarit mittaavat verkon ja generaattorin pääjännitteen taajuutta. Mittari V3 mittaa katkaisijan yli olevaa jännitettä. (Paavola 1973, 248-252.) 6.2 Kirkas-pimeäkytkentä Kirkas-pimeäkytkentä on toinen tapa, kun tahdistetaan generaattori käsin verkkoon lamppujen avulla. Oikeaa kytkentähetkeä etsittäessä, seurataan lamppuja, jolloin niiden pitäisi olla vuoron perään pimeinä. Jos lamput on asennettu tasasivuisen kolmion nurkkapisteisiin, niin valo näyttää kiertävän, mikäli tuotettu taajuus ei ole oikea. (Paavola 1973, 248-252.) Oikealla kytkentähetkellä lamppu 1, joka on kytketty välille A1 ja A2, on pimeänä. Lamppu 2, joka on välillä B1 ja C2 sekä lamppu 3, joka on kytketty välille C1 ja B2, palavat kirkkaasti. Oikealla kytkentähetkellä välillä C1-C2 jännite on nolla, mutta välillä

15 C2-B1 yhtä suuri jännite kuin välillä C1-B1, eli pääjännite U. Tästä johtuen lamput 2 ja 3 palavat kirkkaasti. (Paavola 1973, 248-252.) Samoin kuin pimeäkytkennässä kuviosta 2 on jätetty pois pitopiiri ja säätäjät kuvion selkeyttämiseksi. KUVIO 2. Kirkas-pimeäkytkennän perusperiaate. Mittarit ovat kytkettynä samoin kuin pimeäkytkennässä. Lamppujen kytkennässä on kaksi eroavaisuutta pimeäkytkentään. (Paavola 1973, 248-252.)

16 7 LABORATORIOTYÖ Laboratoriotyö suoritettiin Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulun Ylivieskan yksikön sahkötekniikan laboratoriossa. Työn tavoitteena oli tutkia tahtigeneraattorin verkkoon tahdistusta käsin synkronoskoopin avulla. Tässä kappaleessa tarkastellaan laboratoriotyössä käytettäviä laitteita, laitteistoja, niiden käyttötarkoitusta ja laitteistojen kytkentäjärjestystä. Havainnollistavia kuvia on otettu yhdeksän kappaletta. Lisäksi esitellään tahdistuksen eri työvaiheet ja ehdot. 7.1 Laitteisto Jännitelähdevaunu on Terco merkkinen (KUVIO 3). Jännitelähdevaunusta otetaan voimakoneen pääjännite ja magnetoimisvirta. Pääjännite otetaan säädettävästä jännitelähteestä, jonka antama suurin virta on 16 A. Jännitelähdevaunussa on voltti- ja ampeerimittari, joista seurataan voimakoneen ottamaa jännitettä ja virtaa. Voimakoneen magnetointi otetaan liittimestä, jonka antama suurin virta on 3.5 A. Kuviossa 3 on Terco:n mittaristo. Mittaristossa on säädettävä virtalähde, jolla säädetään voimakoneen magnetointia ja virran suuruutta seurataan ampeerimittarilla. Magnetointivirta otetaan jännitelähdevaunusta. Mittaristossa on kierroslukumittari, joka näyttää voimakoneen pyörimisnopeuden sekä momenttimittari voimakoneen tuottamalle vääntömomentille. Voimakoneena toimii Terco:n tasasähkökone, jonka nimellisteho on 2.2 kw:a pyörimisnopeudella 1500 kierrosta minuutissa. Voimakone pyörittää tahtigeneraattoria, joka tuottaa sähköä verkkoon. Tahtigeneraattorina on Terco:n 1.2 kva:n tahtikone, joka kytketään tähteen. (KUVIO 7.) Tahtigeneraattori muuttaa voimakoneen tuottaman mekaanisen energian sähköenergiaksi. Tuotettu sähköenergia syötetään verkkoon.

17 Mittapöytä on Telemerkki nimiseltä valmistajalta. Mittapöydästä on käytössä maastaerotettumuuntaja ja tasasuuntaaja. Kuviossa 6 näkyvä tasasuuntaaja tuottaa tahtigeneraattorin magnetointivirran, joka on käsinsäädettävissä ja jännitteen suuruutta seurataan mittapöydässä olevasta volttimittarista. Toisen maastaerotettumuuntajan kautta kytketään tahtigeneraattori verkkoon. (KUVIO 8.) Napapistokkeesta otetaan käyttöjännite kytkimelle ja kelalle nolla. KiloWatti-mittari on erillinen pöydällä oleva mittari, josta nähdään tahtigeneraattorin verkkoon tuottama teho. (KUVIO 5.) Kontaktori on pöydällä oleva erillinen komponentti, josta on käytössä neljä sulkeutuvaa kosketinta ja kela. Kolme kosketinta erottaa verkon ja tahtigeneraattorin. Yksi kosketin ja kela muodostavat pitopiirin, kun tahtigeneraattori kytketään verkkoon. Jännite-eromittarilla mitataan verkon ja tahtigeneraattorin jännitettä, mittari ei kerro suoraan eroa vaan ero havaitaan kahdesta erillisestä osoittimesta, joille on sama asteikko. Synkronoskooppi mittaa verkon ja tahtigeneraattorin välisen jännitteen taajuuseroa, vaihekulmaeroa ja jännitteen suuruutta. Synkronoskooppi ilmoittaa, kun kyseiset arvot ovat tarpeeksi lähellä toisiaan, jolloin generaattori voidaan kytkeä verkkoon. Kytkintä painettaessa, synkronoskooppi kytkee tahtigeneraattorin verkkoon ja kontaktorilla oleva pitopiiri pitää tahtigeneraattorin verkossa. Ampeerimittareita on kaksi erillistä. Toisella mitataan tahtigeneraattorin magnetointivirtaa ja toisella tahtigeneraattorin verkkoon tuottaman virran suuruutta. 7.2 Tahdistukseen liittyvien laitteiden kytkentä Seuraavaksi käsitellään tahtigeneraattorin, voimakoneen ja oheislaitteiden kytkentää. Jokaisesta kytkentävaiheesta on otettu kuva havainnollistamisen parantamiseksi. Tahtigeneraattorin, kw-mittarin, synkronoskoopin, kontaktorin ja jännite-eromittarin kytkennästä on tehty taulukot, nämä selventävät kuvien kanssa yhdessä kyseisiä kytkentöjä.

18 Ensimmäisenä kytketään suojamaa. (KUVIO 3). Seuraavaksi kytketään voimakoneelle syöttö ja magnetointi. Syöttö ja magnetointi otetaan jännitelähdevaunusta. Voimakoneen magnetointivirta kytketään Terco:n mittaristossa olevan säätimen kautta. (KUVIO 4.) Kytketään pyörimisnopeusmittari, josta nähdään voimakoneen pyörimisnopeus. Mittari sijaitsee Terco:n mittalaitteistossa. Voimakoneen pyörimisnopeus mitataan voimakoneen akselilta anturin avulla. (KUVIO 5.) Mittapöydässä oleva maastoerotettumuuntaja on kytketty tasasuuntaajaan. Tasasuuntaajalta otetaan magnetointi generaattorille. Magnetointi tulee generaattorin liittimiin F1 ja F2. Tasasuuntaajan plus-liittimen ja generaattorin F1-liittimen väliin tulee virta-mittari. (KUVIO 6.) Voimakone kytketään tähteen, jotta se tuottaa 50Hz:n taajuutta pyörimisnopeudella 1500 kierrosta minuutissa. Koskettimien ns. alapuolelle on kytketty tahtigeneraattorin jännite puoli. Verkkoon tuotetun virran suuruutta mitataan vaiheelta L1, joka otetaan generaattorin napaliittimestä U2. Generaattorin vaiheet L1 ja L3 kytketään kilowattimittarin kautta kontaktorille, vaihe L2 kytketään suoraan kontaktorille. (KUVIO 7.) (LIITE 2.) Seuraavaksi kytketään verkonpuoli kontaktorille, verkko kytketään koskettimien ns. yläpuolelle. Kontaktorin ja verkon väliin on laitettu 10 ampeerin sulakkeet. Generaattori kytketään verkkoon muuntajan kautta, koska generaattorin tuottama pääjännite on 220 volttia ja verkon pääjännite on 400 volttia. (KUVIO 8.) (LIITE 2.) Generaattorin ja verkon pääjännitteet otetaan kontaktorilta jännite-eromittarille. Generaattorin pääjännite mitataan vaiheiden L1 ja L2 väliltä, samoin verkon jännite. (KUVIO 9.) (LIITE 2.) Jännite-eromittarilta otetaan synkronoskoopille verkon ja generaattorin pääjännitteet. (KUVIO 10.) (LIITE 2.) Viimeisenä kytketään synkronoskoopille pitopiiri. (KUVIO 11.) (LIITE 2.)

19 KUVIO 3. Suojamaa kytkettynä. Suojamaa kytketään generaattorille, mittaristolle ja jännitelähdevaunuun. Vasemmalla on Terco:n mittaristo, keskellä on Tercon:n tahtigeneraattori ja edustalla on Terco:n jännitelähdevaunu. KUVIO 4. Voimakoneen syöttö ja magnetointi ovat kytkettyinä.

20 KUVIO 5. Voimakoneen pyörimisnopeusmittari kytkettynä. KUVIO 6. Generaattorille kytketty magnetointi. Magnetointivirta mitataan ampeerimittarilla, joka on vasemmalla. Ylhäällä on maastaerotettumuuntaja ja tasasuuntaaja kytkettyinä. Keskellä on tehomittari ja oikealla on jännite-eromittari.

21 KUVIO 7. Tehomittarin, kontaktorin ja tahtigeneraattorin kytkentä. KUVIO 8. Verkko on kytketty kontaktorille sulakkeiden kautta.

22 KUVIO 9. Jännite-eromittari kytkettynä. KUVIO 10. Synkronoskooppille on kytkettynä generaattorin ja verkon pääjännitteet.

23 KUVIO 11. Pitopiiri kytkettynä. 7.3 Tahtigeneraattorin verkkoon tahdistuksen eri työvaiheet Nyt kaikki tarvittavat laitteet ja mittarit ovat kytkettynä. Tämän jälkeen voidaan siirtyä seuraavaan vaiheeseen eli tahtigeneraattorin verkkoon tahdistukseen. Tarkistetaan, että mittapöydän ja jännitelähdevaunun valintakytkimet ovat nolla-asennossa. Tämän jälkeen vasta laitetaan pääkytkimet päälle on myös huomioitava, että jännite ja virta säätäjät ovat nolla asennossa. Voimakoneen magnetointivirta nostetaan 0.6 ampeeriin. Magnetointivirtaa säädetään Terco:n mittalaitteiston yhteydessä olevasta pyöritettävästä säätimestä ja magnetointivirran suuruus tarkastetaan mittaristosta (asteikko 0-1 A). Voimakoneen jännitettä nostetaan niin kauan, että voimakoneen pyörimisnopeus on 1500 kierrosta minuutissa, kierroslukumittari on Tercon mittaristossa. Jännitettä säädetään jännitelähdevaunussa olevasta säätimestä. Samalla jännitemittarista tarkkaillaan, ettei

24 jännitteen suurus ylitä 220 volttia. Tercon mittaristossa olevaa toista virtamittaria (asteikko 0-15 A) tarkkaillaan, ettei voimakoneen ottama virta ylitä 16 ampeeria. Kytketään verkko päälle mittapöydässä olevasta valintakytkimestä. Tarkastetaan jänniteeromittarista jännitteen suuruus. Nostetaan generaattorin magnetointivirtaa niin kauan, että generaattorin- ja verkonjännite ovat samansuuruiset. Magnetointivirransuuruutta tarkkaillaan erillisestä virtamittarista (asteikko 0-6 A). Jännitteiden suuruudet tarkastetaan jännite-eromittarista. Tarkastellaan synkronoskoopin ledejä. Kun ledit syttyvät ja sammuvat hitaasti peräkkäin, on vaihekulmaero lähellä nollaa. Kun alhaalla oleva ledi syttyy, painetaan kytkimestä, jolloin synkronoskooppi kytkee generaattorin verkkoon automaattisesti seuraavan niin kutsutun kierron alkaessa. Generaattori on nyt tahdistettu verkoon. Generaattori käy tyhjäkäyntitilassa eli se ei ota verkosta virtaa eikä anna verkoon virtaa. Voimakoneen ottamaa jännitettä lisäämällä lisätään voimakoneen vääntömomenttia, joka näkyy lisääntyneenä generaattorin tuottamana pätötehona verkkoon. Nostetaan myös hieman generaattorin magnetointia, ettei tapahdu ryntäystä. Kun halutaan irrottaa generaattori verkosta, ensimmäisenä saatetaan generaattori tyhjäkäyntitilaan. Tämä toimenpide tapahtuu voimakoneen momenttia pienentämällä, toisin sanoen pienennetään voimakoneen käyttöjännitettä. Tehomittarista seurataan, että generaattori ei tuota tehoa verkkoon. Tämän jälkeen voidaan kytkeä verkko pois päältä mittauspöydässä olevasta kytkimestä. Generaattorin magnetointi otetaan pois päältä. Voimakoneen pyörimisnopeus lasketaan nollaan vähentämällä voimakoneen jännitettä. Poistetaan voimakoneen magnetointi. Laitetaan kaikki kytkimet nollille.

25 7.4 Ehdot Ensimmäisenä on kytkettävä voimakoneen magnetointivirta. Magnetointivirta asetellaan lähelle nimellistä virtaa, joka on kyseisellä koneella 0.8 Ampeeria. Mikäli roottoriin kytketään jännite ennen magnetointivirtaa, voi tapahtua niinsanottu ryntääminen eli roottorin pyörimisnopeus kasvaa liian suureksi ja vaarana on laitteiston hajoaminen. Koska generaattorin napapariluku on kaksi taulukon 1 mukaisesti, on voimakone säädettävä pyörimään 1500 kierrosta minuutissa, jotta generaattorin tuottama jännite olisi taajuudeltaan 50Hz. Generaattorinmagnetoinnilla säädetään generaattorin tuottama jännite. Jännite on säädettävä mahdollisimman lähelle verkon jännitettä, jotta sysäysvirta olisi pieni, mielellään nolla. Synkronoskooppi vertaa generaattorin tuottaman jännitteen taajuutta, vaihekulmaa ja suuruutta verkon jännitteeseen. Kun synkronoskoopissa ledivalot kiertävät hitaasti, jännitteiden arvot ovat lähellä toisiaan. Kytkintä painettaessa valon ollessa ala-asennossa, synkronoskooppi kytkee generaattorin verkkoon automaattisesti ns. seuraavan kierron alussa.

26 8 HERRFORSIN VOIMALAITOS 8.1 Yleistä Kävin tutustumassa Ylivieskassa sijaitsevalla Herrforsin voimalaitoksella 9.12.2008, miten käytännössä voimalaitoksen tuottama sähköenergia liitetään yleiseen sähköverkkoon. Herrforsin voimalaitoksen tuottama sähköteho on 6.2 MW silloin, kun kaukolämpäteho on 17 MW. 8.2 Tahdistus Aiemmin on jo todettu, että voimalaitoksilla generaattorin säädöt tahdistuksen yhteydessä toteutetaan automatiikalla toisin kuin koulun laboratoriossa tehdyssä tahdistuksessa. Tahdistuksessa synkronoskooppi vertailee verkon ja generaattorin jännitettä. Vertailuarvoina ovat pääjännite, taajuus ja vaihekulmaero. Synkronoskooppi antaa automaatitahdistimelle säätöohjeet, jos generaattorin tuottama jännite ei vastaa ohjearvoa. Generaattorin tuottaman jännitteen ollessa ohjearvoissa, synkronoskooppi antaa pulssitiedon, jolloin kytkimet sulkeutuvat ja generaattori tuottaa tehoa verkkoon. Kuviossa 12 on esitelty Herrforsin voimalaitoksella oleva synkronoskooppi ja automaattitahdistin. Verkkoon tahdistuksen jälkeen generaattorin verkkoon tuottamaa pätötehoa säädetään käsin. Pätötehon tuotanto pitää olla vähintää 0.5 MW, jottei tapahdu takatehosta johtuvaa verkosta putoamista.

27 KUVIO 12. Kuva on otettu Herrforssin voimalaitoksen valvomosta. Ylhäällä vasemmalla on mittari, joka näyttää tahdistusjännitteen kilovolteissa. Keskellä ylhäällä on tahdistustaajuuden mittari. Ylhäällä oikealla on synkronoskooppi. Automaattitahdistin on alhaalla keskellä, ja oikella pikasulku painike.

28 9 YHTEENVETO Opinnäytetyöni tavoitteena oli tutkia tahtigeneraattorin verkkoon tahdistusta synkronoskoopin avulla. Pelkästään tahdistusta käsittelevää kirjallisuutta ei löytynyt. Alan kirjallisuudesta löytyi tietoa tahdistuksesta, mutta se oli vähäistä ja hajallaan. Tahdistukseen liittyvien muiden huomioitavien tekijöiden etsiminen, kuten verkon ominaisuudet ja niiden vaikutus tahdistamiseen lisäsivät työtä. Yliopettaja Jari Halme ohjasi opinnäytetyötä ja varmisti lähteiden oikeellisuuden ja sopivuuden, erityisesti sähköisten lähteiden osalta. Mielestäni teoriaosuudesta tuli hyvä ja riittävän kattava laboratoriotyötä ajatellen. Käytännön laboratiotyön tein Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulun, Ylivieskan yksikön sähkötekniikan laboratoriossa. Laboratorioinsinööri Markku Lohi auttoi kytkennöissä ja työosion tekemisessä. Labroratoriossa työ kesti yhden päivän sisältäen kytkennän ja tahdistuksen. Tahdistukseen liittyvien laitteiden kytkennästä otettiin kuvat sitä mukaan, kun kytkentätyö eteni. Laboratoriossa toteutettava tahdistaminen synkronoskoopin avulla oli helppoa sen jälkeen, kun olin selvittänyt tahdistamiseen liittyvät määräykset ja ehdot sekä selvittänyt generaattorilla ja voimakoneella tapahtuvat säädöt. Vertailun vuoksi kävin Ylivieskassa sijaitsevalla Herrforsin voimalaitoksella tutustumassa, miten käytännössä voimalaitoksen tuottama sähköenergia liitetään yleiseen sähköverkkoon. Tahdistus on sähköntuotantoon liittyvä perustapahtuma. Tahdistamisella pidetään huoli siitä, että kaikkien tuotantolaitosten tuottama sähkö on samanlaatuista. Sähkönlaadun poikkeavuus aiheuttaisi ongelmia sähkönsiirrossa, sähkön kulutuskojeilla ja toisilla sähköntuotatolaitoksilla. Riippumatta voimalaitoksen tuottamasta tehosta on tahdistusehdot toteuduttava, että generaattorin saa liittää verkkoon. Periaatteessa tahdistusehdot ovat yksiselitteiset. Verkon ja generaattorin pääjännite saa poiketa aika paljon eli ± 8 %, kun taas taajuus saa poiketa enintään ± 1 %.

29 Käytännössä tahdistus muodostuu laajaksi prosessiksi, kun joudutaan ottamaan huomioon generaattorin suojalaitteet, verkon ja generaattorin välisen rajapinnan suojalaitteet, toiminta generaattorin tai verkon vikatilanteessa ja säätöautomatiikka. Tahdistusehdot ovat samat käytettiin tahdistuksessa lamppuja, synkronoskooppia tai automaattitahdistusta. Käsin tahdistuksessa täytyy ymmärtää verkon ominaisuuksien vaikutus tahdistukseen. Täytyy myös ymmärtää generaattorin yhden säädön vaikutus muihin ominaisuuksiin esimerkiksi generaattorin tuottaman jännitteen säätö, joka toteutetaan generaattorin magnetointivirtaa muuttamalla, tämä muuttaa myös generaattorin tuottamaa loistehoa. Sähköntuotantolaitoksissa käsin tahdistusta ei ole käytössä verkkoyhtiöiden liityntävaatimuksista ja automaattitahdistusvaatimuksesta johtuen. Tahdistuksen hoitaa automaattitahdistuksessa automatiikkka ja synkronoskooppi. Synkronoskoopin osuus käsin tahdistuksessa on seuraava: Generaattorin tuottaman pääjännitteen arvot ovat manuaalisesti säädetty tahdistusehdoissa mainittujen ohjearvojen sisälle. Pääjännitteen ollessa raja-arvoissa, kytkintä painettaessa annetaan lupa synkronoskoopille kytkeä tahtigeneraattori verkkoon. Automaattitahdistuksessa synkronoskooppi antaa säätöautomatiikalle ohjeistusta säätöarvoista ja automatiikka säätää generaattorin tuottaman jännitteen arvoja. Arvojen ollessa raja-arvojen sisällä, synkronoskooppi antaa luvan kytkeä generaattorin verkkoon. Opinnäytetyöni on Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulun, Ylivieskan yksikön sähkötekniikan laboratorion käyttäjien tarpeisiin suunnattu. Mielestäni selvitystyö on kokonaisuudessaan hyvä. Halutessaan tästä opinnäytetyöstä saa kuvalliset kytkentäohjeet laboratoriossa tarvittaville laitteille, joita käytetään tahtigeneraattorin käsin verkkoon tahdistuksessa synkronoskoopin avulla sekä kirjalliset ohjeet, joiden avulla itse tahdistustapahtuma toteutetaan. Henkilökohtaista tietoperustaani ja ammatillista osaamista tämän opinnäytetyö on kehittänyt monipuolisesti. Käytännössä tietoni sähköverkosta, sen ominaisuuksista ja sähköntuotannosta ja tahdistuksesta on huomattavasti lisääntynyt..

30 LÄHTEET Painetut kirjat Aura, L. & Tonteri, A. J. 1996. Sähkökoneet ja tehoelektroniikan perusteet. Ensimmäinen painos. Helsinki: Werner Söderström Osakeyhtiö. Aura, L. & Tonteri, A. J. 1993. Sähkölaitostekniikka. Ensimmäinen painos. Helsinki: Werner Söderström Osakeyhtiö. Elovaara, J. & Laiho, Y. 1999. Sähkölaitostekniikan perusteet. Viides painos. Helsinki: Yliopistokustannus / Otatieto. Paavola, M. 1973. Sähkötekniikan oppikirja. Yhdestoista painos. Porvoo: Werner Söderström Osakeyhtiö. Sähköiset julkaisut Energiateollisuus ry. Sähköntuotannon liittymisehdot TLE05. Saatavissa: http://www.turkuenergia.fi/index.php?action=archive-getattachment&archivehash=aec3f735ea85519f3b337a30e4a1360. Luettu 10.11.2008 Helsingin Energia. 2006. Generaattoreiden liittäminen Helen Sähköverkko Oy:n sähkönjakeluverkkoon. Saatavissa: http://www.helen.fi/urakoitsijat/urakointiohjeet/su6082006.pdf. Luettu 10.11.2008 Keuruun Sähkö Oy. 2008. Sähköntuotantolaitteiston verkkoon liittämisen tekniset reunaehdot. Saatavissa: www.keuruunsahko.fi/fileadmin/user_upload/keuruunsahko/dokumentit/ehdot/tuotannon_ tekniset_ehdot.doc. Luettu 10.11.2008

LIITE 1 SUOJARELEIDEN ASETTELUARVOT VERKON JA GENERAATTORIN LIITYNTÄPISTEESSÄ Suojarele Asetteluarvo Kokonaishidastusaika / s Ylijännite (porras 1) Un + 10 % 1.5s Ylijännite (porras 2) Un + 15 % 0.15s Alijännite (porras 1) Un 15 % 5s Alijännite (porras 2) Un 50 % 0.15 Ylitaajuus 51Hz 0.2 Alitaajuus 48Hz 0.5 Yksin syötön esto (*) 0.15 (*) Laukaisuraja-asettelu sovitaan Keuruun Sähkön kanssa riippuen valitusta YSE-suojatyypistä. Taulukukon aikahidastus muodostuu releen ja katkaisijan yhteen lasketusta toiminta-ajasta. Taulukko on otettu suoraan Keuruun sähkön verkkoon liityntäohjeista

LIITE 2 TAULUKKO 1. Taulukossa yksi kerrotaan mitkä tahtigeneraattorin, mittapöydän, kw-mittarin ja kontaktorin nastoista kytketään toisiinsa. Tahtigeneraattori Mittapöytä kw-mittari Kontaktori U2 1 V2 5 15 W2 7 F1 M+ F2 M- TAULUKKO 2. Taulukossa kaksi kerrotaan mitkä kontaktorin, jännite-eromittarin, mittapöydän, synkronoskoopin, sulakkeiden ja kw-mittarin nastoista kytketään toisiinsa. Kontaktori Jännite-eromittari Mittapöytä Synkronoskooppi Sulakkeet kw-mittari 13 2a 3 15 2b 14 1a 4 16 1b 5 17 9 18 6 19 24 20 23 A2 N A1 24 TAULUKKO 3. Taulukossa kolme kerrotaan mitkä synkronoskoopin, jännite-eromittarin, kytkimen ja mittapöydän nastoista kytketään toisiinsa. Synkronoskooppi Jännite-eromittari Kytkin Mittapöytä L1 2a L2 2b U 1a V 1b 23 2 1 L1