BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi Vika- ja häiriötilanteita oikosulut maasulut ylikuormitus epäsymmetrinen kuorma kytkentätilanteet tehovajaus ja tehoheilahtelut Seurauksia: lämpeneminen mekaaninen rasitus hengenvaara sähkön laadun huonontuminen stabiilisuusongelmia 2
Suojarele mittaa ja tarkkailee havahtuu palautuu toimii Perusrakenteet ensiö/toisiorele sähkömekaaninen rele staattiset releet numeeriset releet ensiörele sähkömekaaninen rele staattinen rele numeerinen rele 3 Suojauksen filosofia aukoton selektiivinen luotettava (varasuojaus) edullinen Suojauksen suunnittelu vaatii mm. tehonjakolaskelmia vikavirtalaskelmia stabiilisuuslaskelmia 4
Siirtoverkon suojaus (distanssirele) Tuulivoimapuisto Muuntajasuojaus (differentiaalirele) Muuntajasuojaus Generaattori- ja moottorisuojaus 5 Hajautettua tuotantoa DC/AC 20 kv maastokatkaisija 20/0.4 kv 110 kv syötön suojaus Apusähkösuoja Pienjännitejohtolähtösulakesuojaus Muuntajasuojaus - Differentiaalirele - Kaasurele - Käämikytkimen painerele - Käämin lämpötila - Öljyn lämpötila - Öljyn korkeus 20 kv syötön suojaus Valokaarisuoja Johtolähtösuoja Kiskosuoja - Ylijännite, alijännite - Nollajännite (maasulkusuojaus) - Maasulkuvirta (maasulkusuojaus) - Ylivirta - Jälleenkytkentä - Ylitaajuus, alitaajuus.. 6
Sähkömarkkinalaboratorio, releopetustaulu 7 Sähkömarkkinalaboratorio, releopetustaulu 8
Releet Sähkömekaaniset releet energia mittamuuntajista (suuri taakka) liikkuvia osia (huolto, hitaus) tehollisarvomittaus huono asettelutarkkuus (suuri porrastus) yleisiä vielä maailmalla uusinakin releinä Numeeriset releet, nykytekniikkaa prosessointikyky muistia tietoliikennetoiminnot (integrointi) mittaus- ja rekisteröintitoimintoja hetkellisarvomittaus + laskenta runsaasti asetteluparametreja itsevalvonta Staattiset releet välivaiheen releitä (sähkömekaaninen numeerinen) energia apusähköyksiköstä nopeita tarkkoja laaja asettelualue vähäinen tilantarve 9 Erilaiset reletyypit ylivirtarele, toimii virran ylittäessä asettelun yli- ja alijänniterele, toimivat jännitteen ylittäessä/alittaessa asettelun taajuusrele, esim. valtakunnallinen tehonvajaussuojaus epäsymmetriarele, vinokuormitus (virrassa myötäkomponentin lisäksi vastakomponentti muodostaa koneissa vastustavaa vääntömomenttia, tärinää, ylijännitettä, ylikuumenemista) vertorele, erovirtojen mittaamiseen perustuva distanssirele, vikapaikan etäisyyden mittaamiseen perustuva suuntarele, virta + virran ja jännitteen välinen kulma (esim. maasulkusuojaus) tehorele, esim. takatehorele, joka estää generaattorin käymisen moottorina 10
t Ylivirtareleet hetkellinen ylivirtarele (1) 0 toimii lisäviiveettä kun virta ylittää asetteluarvon 2 3 1 I vakioaikaylivirtarele (2) aika voidaan asetella, toiminta-aika riippumaton ylivirran suuruudesta käänteisaikaylivirtarele (3) toimii sitä nopeammin, mitä enemmän virta ylittää releeseen asetellun toimintaarvon lämpörele (suojattavan kohteen lämpenemämalli) rele selvittää kuormitusvirrasta kohteen lämpötilan, voidaan ottaa ympäristön lämpötilan vaikutus huomioon (käyttö: erityisesti generaattorit ja moottorit) ylivirtareleiden oikea asettelu edellyttää pienimpien ja suurimpien oikosulkuvirtojen tuntemista Releet asetellaan muutosoikosulkuvirran I k mukaan 11 Differentiaalireleet (vertorele) virtojen, jännitteiden tai vaihekulmien vertailu haasteena normaalien tapahtumien ja vikojen erottelukyky, esim. muuntajan tyhjäkäyntivirta muuntajan kytkentäsysäysvirta muuntosuhde ja kytkentäryhmä ei voi toimia varasuojana muuntajat, generaattorit, johdot, kiskostot 1 1 I 1 I 2 I d = I 1 I 2 2 A H 12
Distanssireleet Mittaavat releen ja vikapaikan välistä impedanssi jännite U v virta I Z = U/I jx A Havahtuminen, kun ylivirtaelin toimii ali-impedanssielin toimii O Z L R toimintakarakteristika, Z asettelu Soveltuu silmukkaverkon oikosulku- ja maasulkusuojaukseen (pienet vikaresistanssit) A Havahtuminen 3 2 1 U U I I 13 Distanssireleen toimintavyöhykkeet toiminta-aika havahtuminen 3. vyöhyke 2. vyöhyke 1. vyöhyke A B C 1. vyöhyke 2. vyöhyke 3. vyöhyke havahtuminen toiminta-aika D E A D B E C F F Distanssireleen vyöhykkeiden asettelu Vyöhyke Hidastus Ulottuma 1 1 0 s 85 % suojattavasta johdosta 2 0,4 s 1> 120 % suojattavasta sekä 50 % <1< 85 % seuraavasta johdosta 1) 3 1 s Sitä seuraavan johdon alueelle hav. 5 s Niin laajalle kuin kuormitus sallii 1) Jos vasta-asemalta lähtee useita johtoja, kuten tavallista, tarkastellaan lyhintä asemalta lähtevää johtoa, jottei selektiivisyys vaarantuisi. 14
Apuyhteysvertoreleet Johtosuojauksessa, kilometreistä kymmeniin (tarvitaan apuyhteys) Releet keskustelevat keskenään, vaatii tiedonsiirtoyhteyden (linkki, sähköverkko, ymv.) Mahdollistaa nopean laukaisun Tiedonsiirtotien häiriöt otettava huomioon jännitteenalenema kapasitanssit viive (radiolinkkiyhteys, aikaleimat) 15 Kantaverkon johtosuojaus Suojauksen nopeus kriittinen stabiiliuden kannalta Viallinen verkon osa tulee erottaa muusta verkosta nopeasti, luotettavasti ja selektiivisesti Maasulkusuojauksen nopeusvaatimukset myös vaarajännitteistä 400 kv ja 200 kv verkot tehollisesti maadoitettu 110 kv verkko osittain maadoitettu Siirtoverkko on silmukoitu Suojaus toteutetaan pääasiassa distanssireleillä Suojareleet ovat pääsääntöisesti laukaisevia 16
Jälleenkytkennät Avojohtojen vikavirtasuojauksen yhteydessä käytetään lähes poikkeuksetta jälleenkytkentöjä; pikajälleenkytkentä, aikajälleenkytkentä. tavoitteena on, että valokaarivioissa lyhyen jännitteettömän ajan aikana valokaari sammuu (vika poistuu) ja verkko saadaan nopeasti uudelleen käyttöön Esimerkki PJK/AJK toiminnasta I k PJK AJK t 1 t 0 t 2 t/s t = releeseen aseteltava laukaisun aikahidastus PJK = pikajälleenkytkentä AJK = aikajälleenkytkentä 0,1 0,2 t + 0,1 120 t + 0,1 17 Muuntajien suojaus Ylivirtasuojaus Differentiaalisuoja Lämpötilan mittaus Kaasurele Kaasuanalyysi 18