1. No category

9. RELÄSKYDD, SELEKTIVITET, FASNINGSUTRUSTNING. 9.1. Allmänna klasskrav. Varje separat krets skall ha överströms‐ och kortslutningsskydd. Säkringar > 320A får inte användas som överlastskydd. Om en säkring endast används som kortslutningsskydd får den vara större än kretsens nominella ström. Ett överströmskydd får inte ställas högre än kabelns tillåtna ström eller förbrukarens nominella ström. Skydden skall ha fullständig och koordinerad selektivitet. En generator skall ha följande skydd: överlastskydd i form av bortkoppling av oviktig last, funktion < 100% av överströmreläinställning eller annan form av lastreduktion. Detta skall fungera i alla nätkopplingskonfigurationer. - överströmsskydd inställt 110 – 125% av nominell ström med utlösning på 20 – 120s. - kortslutningsskydd inställt < generatorns kontinuerliga kortslutningsström, utlösningstid så kort som möjligt, max 1s. - skydd mot interna kortslutningar för generatorer > 1500 kVA, detta är oftast ett differentialrelä - bakeffektskydd inställt på < 15% för dieselgeneratorer och < 6% för turbogeneratorer, utlösning 3 – 10s - underspänningsspole. Transformatorer och motorer skall ha överströms‐ och kortslutningsskydd. -
9.4. Elektroniska externa generatorskydd. Dessa kompletterar skydden i brytaren med funktioner för bakeffektskydd och överlastskydd (bortkoppling av last). Dessutom kan de fungera som egentligt överströms‐ och kortslutningsskydd varvid brytarens skydd är back‐up. De har oftast även andra skydds/larmfunktioner som överspänningslarm, över/underfrekvenslarm, förreglingsfunktioner för erhållande av selektivitet samt olika indikerings‐ och larmfunktioner. Elektroniska reläer är alltid anslutna via strömtransformatorer med sekundärström 1A eller 5A, inställningsvärdena är relaterade till detta värde. Reläerna kan vara självförsörjande genom att ta sin hjälpspänning från strömtransformatorn eller från nätspänningen eller så ansluts de till extern hjälpspänningsmatning från batteri eller UPS. Om matningen tas från nätspänningen måste reläet ha någon form av energilagring för att kunna fungera upp till 1 s då nätspänningen vid stum kortslutning är noll. Det elektroniska skyddsreläet har i allmänhet fler utgångsreläer med olika (ofta valbar) funktion, ett exempel ses i fig 9.1. .
Fig 9.1 Elektroniskt generatorskyddsrelä. Reläet innehåller följande skyddsfunktioner: - kortslutningsskydd I4>>; 100 – 300%, 100 – 600 ms - överströmsskydd I3>; 50 – 130%, 5 – 60 s - överlastskydd I2>; 50 – 130%, 5 – 60 s och 0 – 5 s - överlastskydd I1>, 50 – 130%, 5 – 60 s och 0 – 5 s - bakeffekt P>; 1 – 20&, 1 – 6 s. I2> och I3> är avsedda för bortkoppling av oviktig last i flera steg eller till startsignal för stand‐
by aggregat. Nedan är en beskrivning av ett mer avancerat mikroprocessorbaserat generatorskydd, med samma grundfunktioner som klassreglerna förutsätter. 2 3 Moduler inom parentes används inte för lågspänningsgeneratorer. 4 5 6 7 8 9.5 Isolationsövervakning. Här behandlas endast utrustning för övervakning av isolation i isolerade nät. I direkt driftjordade nät är ett isolationsfel samtidigt en kortslutning och hanteras av kortslutningskyddet. Impedansjordade nät förekommer främst i högspänningsanläggningar och deras isolationsövervakning/jordfelsskydd behandlas i avsnittet om högspänningsanläggningar. Enligt klassreglerna skall varje galvaniskt åtskilt driftsisolerat nät förses med kontinuerlig isolationsövervakning mot jord som ger akustisk eller optisk indikering vid låga isolationsvärden eller automatisk bortkoppling av felaktig nätdel. Inkopplingsbara testlampor mellan fas och jord är tillåtna endast i vissa batterikretsar. Funktionen är att om ena polen har jordfel kommer en lampa inkopplad mellan denna och jord att lysa svagt medan en lampa mellan andra polen och jord lyser starkt. Detta användes tidigare också i trefasväxelspänningsnät. Den vanligaste skyddsapparaten är ett isolationsövervakningsrelä som matar in en låg likspänning (20V) mellan en punkt i nätet och jord och mäter läckströmmen genom hela nätets isolation, fig 9.6, 9.7. Mätströmmen är enligt klasskraven max 30mA vid direkt jordkontakt och visas på en A‐meter kalibrerad i kΩ. Ett inbyggt strömrelä ger larm vid inställbart isolationsmotstånd. Fig 9.6 Isolationsmätning med injicerad likspänning. 9 9.6 Fasning av generatorer. Som bekant måste en synkrongenerator inkopplas till ett nät så att inkopplingen sker utan en stor strömstöt, dvs fasas in till nätet. En felaktigt utförd inkoppling kan åstadkomma så stora strömstötar att utrustningen eventuellt skadas. De fyra sk fasningsvillkor som måste vara uppfyllda är: ‐1. Nätet och generatorn har samma fasföljd ‐2. Nätet och generatorn har lika spänning ‐3. Nätet och generatorn har lika frekvens ‐4. Nätets och generatorns spänningar har lika fasläge Skillnaden mellan felaktiga och riktiga fasvillkor ses i figur 9.8. Fig 9.8 Felaktiga och riktiga fasvillkor. 10 Fasföljden är bestämd av generatorns konstruktion och rotationsriktning och behöver i princip bara kontrolleras vid idifttagning av anläggningen, men på fartyg måste utrustning för kontroll av fasföljd finnas för inkoppling av landanslutning, klasskrav: fasföljdsvisare och V‐meter eller signallampa.. Fig 9.9 visar ett exempel på fasföljdsvisare med inbyggd V‐meter och relä för indikering av fel fasföljd, tex för att förhindra inkoppling/fasning. Spänningens storlek sammanhänger med generatorns magnetisering och kan justeras med spänningsregulatorns börvärdesgivare. Ofta anser man dock att spänningen skall vara tillräckligt nära det riktiga värdet utan att justeras; börvärdesgivaren är då inte alltid direkt åtkomlig från tex ställverksfronten. Frekvensens storlek bestäms av generatorns varvtal som styrs av drivmaskinens varvtalsregulator, vars börvärde skall vara fjärrinställbart från synkroniseringsplatsen (i allmänhet ställverkets generator‐ eller synkroniseringsfack). Fasläget eller fasvinkelskillnaden varierar i tiden då frekvensen hos nätet och generatorn inte är exakt samma. Fig 9.9 Fasföljdsvisare med V‐meter (Megacon) Vid en felaktig (dåligt utförd) inkoppling uppträder i systemet en utjämningsström med sammanhängande strömtopp och momenttopp som ger påkänningar på generatorn, kopplingen och drivmotorn. 11 Om generatorn och nätet har olika spänning vid fasning uppträder en reaktiv ström i systemet, som är proportionell mot spänningsdifferensen och omvänt proportionell mot generatorns strömstatik. Figur 9.10 visar som exempel storleken på reaktiva strömmen som funktion av spänningsskillnaden med 5% statik för det fallet att infasande generator är lika stor (kVA) som nätet, undre kurvan, och det fallet att infasande generator är hälften så stor som nätet, övre kurvan. Vid 20% spänningsskillnad blir strömmen ca 2 ggr märkströmmen, vilket inte ger besvärande påkänningar. 12