© ABB| Slide 1

Kaapeliverkkojen haasteet ja ratkaisutMaasulkusuojaus jakeluverkoissa

Antti Hakala-Ranta, Medium Voltage Products, Menestyksen tekijät –juhlaseminaari, 29.8.2014

August 28, 2014

© ABB| Slide 2

Vaatimukset sähkön laadulle ja saatavuuden luotettavuudelle kasvavat jatkuvasti

Maasulut ovat yleisin vikatyyppi keskijänniteverkoissa – erityisesti maakaapeli-verkoissa

Luotettava ja turvallinen maasulkusuojauksen toiminta on äärimmäisen tärkeää

Sähköturvallisuus

Vahinkojen minimointi

Keskeytyskustannusten minimointi

Uudella tekniikalla maasulkusuojaukseen parempaa vianhallintaa

August 28, 2014

Taustaa

© ABB| Slide 3

Maasulkuvirran kompensointi käyttämällä sammutuskuristinta yleistyy koko ajan

Erityisesti kaapeliverkkojen myötä

Kuristimen kautta kulkeva induktiivinen virta kompensoi kapasitiivisen maasulkuvikavirran

Vikavirta laskee 90…95%

Valokaaret sammuvat itsestään

Pikajälleenkytkennät (PJK) vähenevät 80-90%

Mahdollista jatkaa verkon käyttöä maasulun aikana

Viallinen verkon osa on kuitenkin löydettävä ja korjattava nopeasti, koska vakavamman vian riski kasvaa

Uudella tekniikalla maasulkusuojaukseen parempaa vianhallintaa

August 28, 2014

Maasulkuvirran kompensointi

L1L2

L3IRES

IRES = Residual current

IL

IC IC

CO

IL

© ABB| Slide 4

Maasulkuvirran kompensoinnilla saadaan etuja verkon operoimiseen – mutta maasulkusuojaus muuttuu huomattavasti vaikeammaksi

Erittäin alhaiset vikavirrat

Herkkyysvaatimukset ja riski, ettei vikaa huomata, tai sen suuntaa tulkita oikein

Katkeilevat maasulut – kaapeliverkkojen ominaisuus

Riski epäselektiiviseen laukaisuun

Riski koko sähköaseman laukaisuun

Tarve erikoisjärjestelyille suojauksessa

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuutta

August 28, 2014

Erityistarpeet suojaukselle

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

3Io

Uo

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

© ABB| Slide 5

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuuttaEsimerkki haasteista

Io

Uo

110kV sekä 20kV katkaisijoiden laukaisukäsky

Vaihevirta

© ABB| Slide 6

”Wischer”-rele vertaa maasulun transienttien polariteettia

Menetelmän haasteita:

Tarve erilliselle analogiatekniikkaan perustuvalle laitteelle

Transienttien magnitudi ja taajuus vaihtelee

Erityisesti pitkillä lähdöillä haasteita

Verkossa myös muita transientteja

Tarve uudelle, digitaaliselle adaptoituvalle suojaustoiminnalle joka integroituu muuhun suojausjärjestelmään

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuutta

August 28, 2014

Perinteinen ratkaisu, “Wischer” -menetelmä

Residual voltage Uo

Io faulty feeder

Io healthy feeder

Io ja Uo transientit samaa polariteettiä Viallinen lähtö

© ABB| Slide 7

”Wischer”-rele vertaa maasulun transienttien polariteettia

Menetelmän haasteita:

Tarve erilliselle analogiatekniikkaan perustuvalle laitteelle

Transienttien magnitudi ja taajuus vaihtelee

Erityisesti pitkillä lähdöillä haasteita

Verkossa myös muita transientteja

Tarve uudelle, digitaaliselle adaptoituvalle suojaustoiminnalle joka integroituu muuhun suojausjärjestelmään

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuutta

August 28, 2014

Perinteinen ratkaisu, “Wischer” -menetelmä

Io ja Uo transientit vastakkaista polariteettiä Terve lähtö

Residual voltage Uo

Io faulty feeder

Io healthy feeder

© ABB| Slide 8

Digitaalinen integroitu ratkaisu katkeileviin maasulkuihin

Erittäin herkkä – toimii luotettavasti pitkilläkin lähdöillä ollen immuuni muille transienteille

Luotettava ja varma selektiivisyys

Integroitu johtolähtösuojaan

Ei erityisiä mittamuuntajavaatimuksia

Ratkaisu pohjautuu

Vuosien tutkimustyöhön maasulkujen detektoinnissa ja paikannuksessa

Esim. nolla-admittanssin monitaajuusanalyysi

Nykyaikaiseen digitaaliseen signaalinkäsittelyyn ja laitteistoon

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuutta

August 28, 2014

Patentoitu, digitaalinen ratkaisu katkeileviin maasulkuihin

Transient detector

General fault

detection Uo>

Directional evaluation

Current magnitude supervision

TR

IP L

OG

IC

START

OPERATE

BLK_EF

Io

Uo

PROTECTION FUNCTION INTRPTEF

© ABB| Slide 9

Erittäin laajasti testattu sekä kenttätesteillä että simulaatioilla

ABB tehnyt Suomessa ja Ruotsissa lähes 2000 maasulkukoetta kehittäessään uusia maasulkusuojatoimintoja sekä vianpaikannusominaisuuksia.

Validoinnissa varmistettiin erityisesti erilaiset verkon rakenteet, mm. hajautettu vikavirran kompensointi ja erittäin pitkät kaapelilähdot

Tulokset osoittavat toiminnon luotettavuuden ja selektiivisyyden

Ratkaisu kaapeliverkkojen maasulkuhaasteisiin

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuuttaRatkaisun validointi

August 28, 2014

© ABB| Slide 10

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuuttaRatkaisun validointi

August 28, 2014

0.5 1 1.5 2 2.5-20

0

20

40RESIDUAL VOLTAGE U0

kV, p

rim

0.5 1 1.5 2 2.5-200

0

200

400

600RESIDUAL CURRENT 3I0

Time (sec.)

A, p

rim

0.5 1 1.5 2 2.5

BINARY SIGNALS

Time (sec.)

BlkEF_Intrptf

Op_Intrptef

St_Intrptef

0.5 1 1.5 2 2.5-20

-10

0

10

20

30RESIDUAL VOLTAGE U0

kV, p

rim

0.5 1 1.5 2 2.5-60

-40

-20

0

20

40RESIDUAL CURRENT 3I0

Time (sec.)

A, p

rim

0.5 1 1.5 2 2.5

BINARY SIGNALS

Time (sec.)

BlkEF_Intrptf

Op_Intrptef

St_Intrptef

TEST NUMBER:104

Viallinen lähtö Terve lähtö

Todettu vika Laukaisu Todettu terveeksi

© ABB| Slide 11

Uusi algoritmi ja toiminnallisuus takaavat turvallisen ja luotettavan katkeilevien ja transientti maasulkujen hallinnan

Menetelmä löytää luotettavasti matalimmatkin virtapiikit katkeilevien maasulkujen aikana, joka helpottaa erityisesti keskijännitejakeluverkkojen kaapeloinnin tuomaa haastetta suojaukselle

Aikainen katkeilevan maasulun havainnointi mahdollistaa vian korjaamisen ennen sen leviämistä kaksoismaasuluksi ja isommaksi keskeytykseksi

Uusi menetelmä on yksinkertaisempi ja kustannustehokkaampi kuin perinteiset ratkaisut

Uusi tekniikka maasulkusuojauksessa parantaa luotettavuutta

August 28, 2014

Yhteenveto

© ABB| Slide 12

Maasulun havainnointimetodit

August 28, 2014

Katsaus eri tekniikoihin ABB:n ratkaisuissa

3I0, U0

Virtapohjaiset (3I0)

Teholaskenta pohjaiset (Po)

Admittanssipohjaiset (Yo)

Transienttimenetelmät

Io, Iocos, Iosin, ph angle (EFxPTOC, DEFxPDEF)

Wattmetric/Varmetric (WPWDE)

Neutral admittance (EFPADM)

Intermittent/transient (INTRPTEF)

f=50Hz

f>>50Hz

Yliaaltoihin perustuvatf=n*50Hz

Harmonic based (HAEFPTOC)

Sormenjälkimenetelmät (HIZ)