sahkonjakelu_johdanto 2015
BL20A0500 Sähkönjakelutekniikka Johdanto Jarmo Partanen BL20A0500 Sähkönjakelutekniikka, 8.0 op Luennot: Prof. Jarmo Partanen, ma 14-16 ja ti 14-16, sali 6311 Harjoitukset: TkT Jukka Lassila LUENTOAIHEET JA AIKATAULU Sähkönjakeluverkkotoiminta; tekniikka, tavoitteet, 2.11 Sähkönjakeluverkkojen laskenta; talous, sähkötekniikka, luotettavuus, 9.11, 10.11 Sähkönjakeluverkkojen strateginen suunnittelu, 16.11, 24.11 Sähköasemien ja keskijänniteverkon rakenteet ja suunnittelu, 30.11, 30.11 (16-18) Jakelumuuntamoiden ja pienjänniteverkkojen rakenteet ja suunnittelu, 1.12, 1.12 (16-18) Sähkönjakeluverkkojen suojaus, 11.1, 12.1 Sähkönjakeluverkkojen käyttötoiminta, 18.1 Sähkönjakeluautomaatio, 19.1 Smart Grids, 25.1, 26.1 Ajankohtaisia teemoja, 1.2 Teollisuusverkkojen erityispiirteet ja kertaus, 2.2 Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 3 Sähkölaitostoiminnan historiaa Suppea katuvalaistus Pariisissa 1881 Lamppunäyttely Pariisissa 1882 Finlaysonin kutomon sähkövalo 1888 Tampereen kaupungin sähkölaitos 1889 Oulun kaupungin sähkölaitos 1890 – 1920 Taajamiin sähkölaitoksia 1910 – 1939 Pieniä osuuskuntia tms. 1946 – 1950 Itä- ja Pohjois-Suomen suuret sähkölaitokset 1960 - Sähkölaitosfuusiot 1980 Sähkölaitossuunnittelualueet 1995 Sähkömarkkinoiden vapautuminen alkoi 1998 Asiakkaat voivat valita sähkönmyyjän Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 4 Sähkönjakelutekniikka Alueverkot 110 kV Sähköasemat 110/20 kV (110/10 kV) Keskijänniteverkko 20 kV (10 kV) Jakelumuuntajat 20/0,4 kV Pienjänniteverkko 1.0, 0.4 kV Teollisuusverkot 20, 10, 6, 3, 0,6, 0,5, 0,4 kV Sähkönjakeluverkko säteittäisesti käytettävä paljon solmuja pienet yksikkökustannukset paljon samanlaisia suunnittelu- ja rakentamistehtäviä case periaate laskennan lähtötietoja paljon ja niistä osa on puuttellisia Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 5 Background 400 V 20 kV 110/20 kV Primary substation (10...30 MVA) Network structure in rural areas: 20 kV 400 V Mostly overhead lines (400 V, 20 kV, 110 kV), 3-phase system at all voltage levels Feeders, in Finland: Total 350 000 km of distribution lines: 400 V low voltage (62 %) and 20 kV medium voltage (38 %) lines MV (20 kV): 30-50 km/feeder LV (400 V): 116 m/customer Lappeenranta University of Technology 6 Sähkönjakeluyhtiöiden omistus Suomessa Elenia Caruna Loiste 80 verkonhaltijaa 10 suurinta asiakasmäärän mukaan: Caruna Oy Helsingin Energia Elenia Oy Caruna Espoo Oy Tampereen Sähkölaitos Uudenmaan Sähköverkko Oy Savon Voima Oy Järvi-Suomen Energia Oy Vantaan Energia Oy Pohjois-Karjalan Sähkö Oy Lappeenranta University of Technology 403374 318 695 183 464 119 560 117 976 109 447 99 562 88 213 84 760 80 177 7 Jakeluverkko verrattuna siirtoverkkoon Lähellä ihmistä Pienemmät keskeytyskustannukset Tarkkailu vähäisempää Investointi/siirtoteho suuri Kuormitusvaihtelut suuremmat Resistanssi/reaktanssi jopa yli yhden Käyttö säteittäinen Taajamissa kaapelointi yleistä Isompi asiakas- ja solmupistemäärä johtolähtöä kohti Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 8 Tyypillisiä käytäntöjä kuormitustiheys asiakkaita muuntopiirissä pienjännitejohto johtolaji johdon poikkipinta-ala jakelumuuntaja verkkomuoto 20 kV 0,4 kV Taajama yli 5 MW/km² 50 ... 500 alle 300 m maakaapeli 120 ... 400 mm² 300 ... 1250 kVA silmukoitu renkaita ja säteittäishaaroja Lappeenranta University of Technology Haja-asutusalue alle 100 kW/km² 1 ... 5 alle 1000 m yleensä ilmajohto 16 ... 70 mm² 16 ... 50 kVA renkaita ja säteittäishaaroja säteittäinen 19.10.2015 9 110/20 kV sähköasema 110 kV kytkinkenttä Päämuuntaja, 1-3 kpl, Sn = 10…40 MVA, jännitteensäätö 20 kV kiskosto yksikiskojärjestelmä kiskoapukiskojärjestelmä kaksikiskojärjestelmä kaksoiskiskojärjestelmä (rinnakkaiskuristin joskus teollisuusverkossa) 20 kV johtolähdöt (kennot) katkaisija erottimet virtamuuntajat; mittaus, suojaus, nollavirta suojareleet; oikosulku, maasulku, jälleenkytkentä Jännitemittauskenno mittaus suojaus, nollajännite, avokolmiokytkentä Apusähköjärjestelmä - akusto Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 10 110/20 kV sähköasema Kiskojärjestelmät yksikiskojärjestelmä käyttöä ei voida jakaa katkaisijaa ei voi ohikytkeä kiskoapukiskojärjestelmä käyttöa ei voida jakaa katkaisijat voidaan ohikytkeä melko yleisesti käytössä kaksikiskojärjestelmä käyttö on jaettavissa kisko voidaan huoltaa katkaisijan korvaus kiskokatkaisijalla duplex-järjestelmä käyttö yleensä kaksikiskojärjestelmässä vaunukatkaisijasovitteet Lappeenranta University of Technology K1 K2 PM1 25 MVA 19.10.2015 PM2 16 MVA 11 Keskijänniteverkko (20, 10 kV) 1) City company 2) Rural area company - 16 000 customers - 112 km 20 kV - Peak power 45 MW - Cabling rate 72 % - 11 000 customers - 430 km of 20 kV network - Peak power 50 MW - Cabling rate 12 % MARTINKYLÄ 110/20 kV 20/0.4 kV distribution substation (300– 1000 kVA) 110/20 kV MASSBY 110/20 kV 20/0.4 kV distribution substation (30–200 kVA) KALLBÄCK 20 kV underground cable 450 000 Finnish distribution companies 110/20 kV LANDBO Number of customers 400 000 350 000 300 000 250 000 200 000 150 000 1) 2) 10 miles 100 000 20 kV overhead line 50 000 0 (total number 91) Lappeenranta University of Technology 12 Keskijänniteverkko (20, 10 kV) 110/20 kV Control room automation (SCADA, GIS, automatic fault location and separation…) Substation automation (110/20 kV) Manual 20 kV disconnector Remotecontrolled 20 kV disconnector NEED FOR.. 20 kV feeder (65 km) 2 miles - several branch lines - some rings yet radially operated Pole-mounted switchgear (reclosers) Lappeenranta University of Technology 13 Keskijänniteverkko (1/2) 3-vaiheinen, 20 kV, 10 kV Silmukoitu, käytetään säteittäisenä erottimet, osassa kauko-ohjaus korvausmahdollisuudet vikatilanteissa Maasta erotettu tai sammutettu (keskitetty, hajautettu) Suojaus releillä + katkaisijoilla Tyypillinen siirtomatka 20…30 km (Lapissa jopa 100 km) Tyypillinen siirtoteho muutamia megawatteja Ilmajohdot teräsalumiinijohtimet 25…201 mm2 hinta 18…29 k€/km Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 14 Keskijänniteverkko (2/2) Päällystetyt ilmajohdot, PAS-johdot ohut eristys pinnassa - ei täyttä jännitekestoisuutta kapeampi linjakatu, 2- ja 3-johdot 20…30 % kalliimpi kuin vastaava avojohto Suurjänniteilmakaapeli SAXKA - vähän käytetty Maakaapelit täysi eristyskyky, muovikaapelit poikkipinnat 120…240 mm2 hinta 30…50 k€/km kaivuolosuhteista riippuen käyttö lisääntyy myös maaseutumaisissa verkoissa Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 15 Pienjänniteverkko (400 V, 3-vaiheinen) 110/20 kV MARTINKYLÄ = 20/0.4 kV distribution substation 20 kV 20 kV 400 V 400 V MASSBY KALLBÄCK LANDBO 20 kV 400 V 20 kV medium voltage network 400 V Lappeenranta University of Technology 1 mile (1.6 km) 16 Jakelumuuntamo 20 kV verkon ja muuntajan välissä yleensä erotin Muuntamorakenne + muuntaja ilmajohdoissa pylväsmuuntamo, 1- tai 2-pylväsrakenne kaapeliverkoissa puisto- tai kiinteistömuuntamo Pj-keskus pylväsmuuntamossa pylväsvarokekotelot puistomuuntamossa ‘oikea’ keskus Muuntajan runko on suojamaadoitettu Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 17 Pienjänniteverkko, 0.4 kV Yleensä 3-vaiheinen, nollajohdin käyttömaadoitettu Säteittäinen, yleensä vähän varayhteyksiä AMKA-johdot ilmajohtoverkossa 16…120 mm2, 15…20 k€/km Muovikaapelit kaapeliverkossa käytetään aurausta, jos mahdollista 35…240 mm2, 15…35 k€/km jakokaapit Sulakesuojaus; ylikuormitus-, oikosulku- ja turvallisuussuojaus Suoja- ja käyttömaadoitukset useasti yhdistetty Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 18 Pohjoisamerikkalaista käytäntöä Sähköasema (SJ/KJ) SJ/KJ muuntaja Katkaisija Nollajohdin Haarajohto Sulakkeet Jälleenkytkennällä varustettu katkaisija Jakelumuuntamo (KJ/PJ) Automatisoitu erotin Pohjoisamerikkalainen jakelumuuntaja Keskijännitejohto Runkojohto: kolme vaihetta + nollajohdin Haarajohto: yksi, kaksi vai kolme vaihetta + nollajohdin Lappeenranta University of Technology KJ PJ PJ 19.10.2015 19 Ulkomaisia käytäntöjä a) b) c) Kuva 2.4 Kojeliityntöjen eri käytäntöjä, a) Eurooppa b) USA ja Japani c) Iso-Britannia Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 20 MV-lines in Canada, 11 kV 1-phase 11 kV line 19.10.2015 Lappeenranta University of Technology MV-lines in Canada, 11 kV Fuse 1-phase transformer Neutral conductor 19.10.2015 Lappeenranta University of Technology MV-lines in Canada, 11 kV Fuses 3-phase transformer 19.10.2015 Lappeenranta University of Technology Sähkönjakelujohtojen määrääviä mitoitustekijöitä Jännitteenalenema pitkät 20 kV ja 0.4 kV avojohdot Häviöt 20 kV runkojohdot ilmajohtoverkossa Lämpeneminen runkojohdot 20 kV ja 0,4 kV kaapeliverkoissa Oikosulkuvirta ohuet haarajohdot syöttöpisteen lähellä Vikavirtasuojauksen nopea toiminta pitkät vähäkuormaiset 0.4 kV johdot Lappeenranta University of Technology 19.10.2015 24
© Copyright 2024