BL20A0700
Sähköverkkotekniikan
peruskurssi
Vikavirtasuojaus
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Vikavirtasuojaus
Vika- ja häiriötilanteita
–
–
–
–
–
–
oikosulut
maasulut
ylikuormitus
epäsymmetrinen kuorma
kytkentätilanteet
tehovajaus ja tehoheilahtelut
Seurauksia:
–
–
–
–
–
lämpeneminen
mekaaninen rasitus
hengenvaara
sähkön laadun huonontuminen
stabiilisuusongelmia
Lappeenranta University of Technology
2
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Vikavirtasuojaus
Suojarele
–
–
–
–
mittaa ja tarkkailee
havahtuu
palautuu
toimii
Perusrakenteet
–
–
–
–
ensiörele
sähkömekaaninen rele
ensiö/toisiorele
sähkömekaaninen rele
staattiset releet
numeeriset releet
staattinen rele
numeerinen rele3
Lappeenranta University of Technology
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Vikavirtasuojaus
Suojauksen filosofia
–
–
–
–
aukoton
selektiivinen
luotettava (varasuojaus)
edullinen
Suojauksen suunnittelu vaatii mm.
– tehonjakolaskelmia
– vikavirtalaskelmia
– stabiilisuuslaskelmia
Lappeenranta University of Technology
4
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Vikavirtasuojaus
…
Tuulivoimapuisto
Siirtoverkon suojaus
(distanssirele)
Muuntajasuojaus
(differentiaalirele)
Muuntajasuojaus
Generaattori- ja
moottorisuojaus
Lappeenranta University of Technology
5
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Vikavirtasuojaus
DC/AC
20 kV maastokatkaisija
Hajautettua
tuotantoa
20/0.4 kV
110 kV syötön
suojaus
…
Johtolähtösuoja
Valokaarisuoja
Muuntajasuojaus
- Differentiaalirele
- Kaasurele
- Käämikytkimen painerele
- Käämin lämpötila
- Öljyn lämpötila
- Öljyn korkeus
20 kV syötön
suojaus
Apusähkösuoja
Pienjännitejohtolähtösulakesuojaus
Kiskosuoja
- Ylijännite, alijännite
- Nollajännite (maasulkusuojaus)
- Maasulkuvirta (maasulkusuojaus)
- Ylivirta
- Jälleenkytkentä
- Ylitaajuus, alitaajuus..
Lappeenranta University of Technology
6
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Sähkömarkkinalaboratorio,
releopetustaulu
Lappeenranta University of Technology
7
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Sähkömarkkinalaboratorio,
releopetustaulu
Lappeenranta University of Technology
8
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Releet
Sähkömekaaniset releet
– Staattiset releet
energia mittamuuntajista (suuri taakka)
liikkuvia osia (huolto, hitaus)
tehollisarvomittaus
huono asettelutarkkuus (suuri porrastus)
yleisiä vielä maailmalla uusinakin releinä
– Numeeriset releet, nykytekniikkaa
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
välivaiheen releitä
(sähkömekaaninen
numeerinen)
energia
apusähköyksiköstä
nopeita
tarkkoja
laaja asettelualue
vähäinen tilantarve
prosessointikyky
muistia
tietoliikennetoiminnot (integrointi)
mittaus- ja rekisteröintitoimintoja
hetkellisarvomittaus + laskenta
runsaasti asetteluparametreja
itsevalvonta
Lappeenranta University of Technology
9
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
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
Lappeenranta University of Technology
10
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
t
Ylivirtareleet
2
3
hetkellinen ylivirtarele (1)
1
I
0
toimii lisäviiveettä kun virta ylittää asetteluarvon
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 Ik’ mukaan
Lappeenranta University of Technology
11
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
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
I1
I2
A
Id = I 1 – I2
Lappeenranta University of Technology
2
H
12
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Distanssireleet
Mittaavat releen ja vikapaikan välistä impedanssi
– jännite Uv
– virta I
Z = U/I
jX
A
Z
Havahtuminen, kun
L
O
R
– ylivirtaelin toimii
– ali-impedanssielin toimii
– toimintakarakteristika, Zasettelu
Soveltuu silmukkaverkon oikosulku- ja maasulkusuojaukseen
(pienet vikaresistanssit)
Havahtuminen
3
A
U
U
2
1
I
I
Lappeenranta University of Technology
13
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Distanssireleen toimintavyöhykkeet
toiminta-aika
havahtuminen
3. vyöhyke
2. vyöhyke
1. vyöhyke
B
A
A
1. vyöhyke
2. vyöhyke
3. vyöhyke
havahtuminen
C
D
B
E
C
F
D
E
F
toiminta-aika
Distanssireleen
vyöhykkeiden
asettelu
Vyöhyke
Hidastus
Ulottuma 1
1
0s
2
0,4 s
3
1s
Sitä seuraavan johdon alueelle
hav.
5s
Niin laajalle kuin kuormitus sallii
85 % suojattavasta johdosta
1> 120 % suojattavasta sekä
50 % <1< 85 % seuraavasta johdosta 1)
Lappeenranta University of Technology
1) Jos vasta-asemalta
lähtee useita johtoja,
kuten tavallista,
tarkastellaan lyhintä
asemalta lähtevää johtoa,
jottei selektiivisyys
vaarantuisi.
14
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
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)
Lappeenranta University of Technology
15
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
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
Lappeenranta University of Technology
16
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
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
Ik
PJK
t1
0,1
0,2
AJK
t/s
t’ + 0,1
t0
t2
120
t’ + 0,1
t ’ = releeseen aseteltava laukaisun
aikahidastus
PJK = pikajälleenkytkentä
AJK = aikajälleenkytkentä
Lappeenranta University of Technology
17
BL20A0700 Sähköverkkotekniikan peruskurssi
Muuntajien suojaus
Ylivirtasuojaus
Differentiaalisuoja
Lämpötilan mittaus
Kaasurele
Kaasuanalyysi
Lappeenranta University of Technology
18