FI106985B - Menetelmä sähkönjakeluverkon maasulkuvian etäisyyden määrittämiseksi laskennallisesti rengaskytkennässä - Google Patents

Description

106985

Menetelmä sähkönjakeluverkon maasulkuvian etäisyyden määrittämiseksi laskennallisesti rengaskytkennässä 5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä sähkönjakeluverkon maasulkuvian etäisyyden määrittämiseksi laskennallisesti rengaskytkennässä esimerkiksi numeerisen monitoimireleen mittaamaa informaatiota hyväksikäyttäen.

10 Maasulkuviat paikannetaan vallitsevan käytännön mukaisesti kokeilukytkentöjen avulla. Kun viallinen lähtö on selvillä, ko. lähtö jaetaan erottimella kahteen osaan. Tämän jälkeen lähdölle kytketään jännite ja nollajännitteen avulla havaitaan kummalla puolella erotinväliä vika sijaitsee. Näin jatketaan kunnes viallinen erotinväli on löytynyt. Viallinen erotinväli joudutaan tarkastamaan yleensä kävellen maastossa liikkuen. 15 Maakaapeliverkossa joudutaan vian lopulliseen paikantamiseen käyttämään esimerkiksi akustisia menetelmiä (johtotutka) tai siltamittauksia. Muita menetelmiä ovat mm. syöksyjännitemenetelmä ja suurtaajuusmenetelmä.

Maasta erotetun ja kompensoidun verkon maasulkuvian etäisyyden laskentaan kehitetyt ·,· · 20 menetelmät perustuvat maasulun alkuhetkellä esiintyvään transientti-ilmiöön [Leh92].

./S Viallisen lähdön viallisen vaiheen virrassa näkyy maasulun alkuhetkellä transientti, joka • · · ·...· koostuu varaus ja purkaustransientista. Varaustransientti aiheutuu terveiden vaiheiden • · ·.*·: kapasitanssien varautumisesta ja purkaustransientti viallisen vaiheen kapasitanssien • · · • · ’·’ * purkautumisesta. Vikaetäisyyden laskennassa käytetään varaustransienttia, koska se on • · · • · · *·’ 25 hallitseva komponentti kokonaistransientissa pienemmän taajuuden ja hitaamman vaimenemisen ansiosta. Transienttimenetelmät, joista on eri variaatioita, perustuvat • · · **. matemaattiseen differentiaaliyhtälömalliin, jonka avulla voidaan määrittää sähköaseman • · * • · · ’. ja vikakohdan välisen johto-osan induktanssi käyttäen mitattuja viallisen vaiheen virran • · · . *·* * ja jännitteen transientteja.

»*» 30 • V Julkaisussa [Win93] on esitetty menetelmä, jossa viallinen lähtö kytketään renkaaseen, jonka jälkeen jäännösvirran kompensointiin käytetyn invertterin viritystä muutetaan.

106985 2 Tällöin vikakohdassa alkaa kulkea virtaa. Tämä virran jakautumisen perusteella saadaan vikakohta määritetyksi.

Kokeilukytkentöjen haittana on se, että vikaetäisyyden määrittäminen on hidasta ja 5 työlästä. Vain osa kokeilukytkennöistä voidaan tehdä kauko-ohjattavilla erottimilla. Suurin osa kytkentätoimenpiteistä joudutaan suorittamaan manuaalisesti ohjattavilla erottimilla, mikä edellytää henkilöstön liikkumista pitkiäkin matkoja maastossa. Vianpaikannuksen aikana lähdön katkaisija joudutaan sulkemaan mahdollisesti useitakin kertoja vikaa vasten. Tämä aiheuttaa verkkoon käyttö- ja kytkentätaajuisia 10 ylijännitteitä, jotka rasittavat verkon eristystä ja saattavat joissakin tapauksissa johtaa vakavamman seurannaisvian syntymiseen.

Transienttimenetelmät perustuvat vikakohdan ja sähköaseman välisen johto-osan välisen induktanssin määrittämiseen. Kim kyseinen induktanssi muutetaan 15 johtopituudeksi, joudutaan johdon nollainduktanssi määrittämään laskennallisesti. Nollainduktanssin laskenta on epätarkkaa varsinkin maakaapelin tapauksessa. Tästä seuraa virhettä vianpaikannukseen. Menetelmät vaativat toimiakseen aina johdon myötä-, vasta- ja nollainduktanssin sekä tiedon johdon kytkentätilasta. Tämä edellyttää tiedonsiirtoa ylemmän tason järjestelmän ja releiden välillä.

20

Transienttimenetelmien ehkä merkittävin haitta on se, että alkutilan transientit • · · * » · vaimenevat nopeasti vikaresistanssin kasvaessa. Kyseiset menetelmät toimivat * · » • · · !.. * enimmillään 50 - 200 Ω maasuluissa. Alkutilan transientteihin vaikuttaa lisäksi tekijöitä, • · · 1.^ joita ei voida ottaa huomioon, kuten esimerkiksi kuormien taajuusominaisuudet. Myös • · · 25 kuormitustilanne vaikuttaa transienttien vaimenemiseen.

• · · • · · • · «

Transienttimenetelmien etuna on, että ne toimivat lähdön säteettäisessä kytkentätilassa • · · . I. eivätkä siten edellytä kytkentämuutoksia.

• · · • · • « · « · « « *·] 30 Julkaisussa [Win93] esitetyn menetelmän haittana on, että se edellyttää maasulkuvirran • · · • kompensointia ja kalliin tähtipisteinvertterilaitteiston käyttöä. Laitteisto ei taijoa « « ♦ ** ’* myöskään mahdollisuuksia verkkotietojen hyödyntämiseen vianpaikannuksessa, vaan tuloksena saadaan ainoastaan prosenttiosuus virran jakautumissuhteesta. Tällöin 3 106985 vianpaikannustarkkuus jää monissa tapauksissa vaatimattomaksi. Etuna on se, että menetelmän voidaan katsoa toimivan selvästi suuremmilla vikaresistanssin arvoilla kuin transienttimenetelmät. Vika voidaan paikantaa ainoastaan renkaan runkojohto-osalle.

5 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan ongelmat ja aikaansaada aivan uudentyyppinen menetelmä sähkönjakeluverkon maasulkuvian etäisyyden määrittämiseksi laskennallisesti rengaskytkennässä esimerkiksi numeerisen monitoimireleen mittaamaa informaatiota hyväksikäyttäen.

10 Keksintö perustuu siihen, että mitataan verkon nollajännite, vaihejännitteet, renkaaseen kytkettyjen lähtöjen nollavirrat sekä yksi pääjännite tahdistusta varten, mittausten jälkeen rengas avataan, tahdistetaan signaalit pääjännitteeseen nähden ja erotetaan signaaleista perustaajuudesta poikkeavat taajuuskomponentit ja lasketaan tehollisarvot käyttäen signaalien perustaajuisia komponentteja ja lasketaan vikaetäisyys, jonka 15 jälkeen viallinen erotinväli voidaan erottaa.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

« * < t : 20 Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja.

• ( I

«Iti I I I

4 I

;··, Keskijänniteverkkoja käytetään yleensä säteittäisinä, vaikka verkot on usein • «* *..* käyttövarmuussyistä rakennettu silmukoiduiksi. Kun verkkoon tulee maasulku eli yksi • · · • · · vaihejohdin joutuu johtavaan yhteyteen maan kanssa, verkon nollajännite nousee vian !«t 25 aiheuttaman epäsymmetrian seurauksena. Vikaindikaatio voidaan siten tehdä ... nollajännitteen avulla. Jokaisen lähdön suuntarele mittaa maasta erotetussa verkossa • · « nollavirran loiskomponenttia ja sammutetussa verkossa pätökomponenttia. Viallinen • · · lähtö voidaan ilmaista näiden virtakomponenttien suunnan ja suuruuden perusteella.

• · · • · ·

Suuri-impedanssisten vikojen tapauksessa voidaan käyttää myöhemmin tarkemmin • ♦ • · 30 kuvattavia menetelmiä.

• · « • · · • · • · • · ·

Maasulussa vikavirtapiiri sulkeutuu johtojen maakapasitanssien kautta. Tällöin maakapasitanssit, vikaresistanssi, ja kompensoidussa verkossa maadoituskuristimen 106985 4 induktanssi määräävät vikavirran suuruuden. Vikakohdan ja sähköaseman välillä olevan johdon pitkittäisimpedanssi on käytännössä merkityksettömän pieni vikavirtapiirin muihin impedansseihin verrattuna ja siksi vian etäisyys ei vaikuta vikavirran suuruuteen. Sen vuoksi vikaetäisyyttä ei myöskään voida laskea vikavirran avulla siten 5 kuin oikosulkuvioissa, vaan tarvitaan muita menetelmiä.

Viallisen lähdön pituus voi olla kymmeniä kilometrejä, joissakin tapauksissa jopa yli 100 km. Maasulkuvian etäisyys voidaan laskea kytkemällä viallinen lähtö renkaaseen jonkin terveen lähdön kanssa, mihin on usein mahdollisuus. Tällöin vikakohdan ja 10 sähköaseman välisen vikaetäisyyden määrittäminen laskennallisesti lyhentää merkittävästi vian selvitykseen kuluvaa aikaa ja pienentää häiriön vaikutuksia, koska kokeilukytkentöjä ei tarvitse tehdä. Maasulun laskennallinen paikantaminen vähentää myös henkilöstön tarvetta liikkua maastossa, koska kokeilukytkentöjen tekeminen edellyttää useimmiten manuaalisesti käytettävien erotinten ohjauksia.

15

Lisäksi kokeilukytkentöihin verrattuna keksintö nopeuttaa oleellisesti maasulkuvian paikannusta vialliselle lähdölle. Lisäksi vältytään verkkoa rasittavilta kytkentätoimenpiteilta (katkaisijan sulkeminen vikaa vasten).

« · « ·· · 20 Transienttimenetelmiin nähden keksinnöllä on se merkittävä etu, että vian etäisyys • « « *;;; pystytään määrittämään yli kaksi dekadia suuremmilla vikaresistanssin arvoilla.

;*·. Keksinnönmukaisilla menetelmillä pystytään määrittämään vikaetäisyys useiden • a · » ·« !..* kymmenien kilo-ohmien vikaresistansseilla (<200 kQ). Esimerkiksi puuvikojen * · · . yhteydessä vikaresistanssi on yleensä aluksi hyvin suuri, pienentyen ajan myötä. Tällöin • · · 25 vika on mahdollista paikantaa ennen kuin vikaresistanssi pienenee niin paljon, että se aiheuttaa käyttökeskeytyksen. Lisäksi transientti-ilmiön mittaukseen ja alkuperään • · · liittyvältä epävarmuudelta voidaan välttyä, koska keksinnönmukaisessa laskennassa .1. käytetään perustaajuisia jännitteitä ja virtoja. Maasulun alkutilan transientteihin • * ♦ L. perustuvat menetelmät edellyttävät aina verkkotietojen hyväksikäyttöä. Maakaapelin 30 nollainduktanssin määrittäminen laskennallisesti on epätarkkaa. Tämä rajaa « · « **. '* transienttimenetelmien käyttöä pääasiassa avoj ohto verkkoihin. Keksinnön menetelmillä * * maasulun etäisyyden laskenta voidaan toteuttaa esimerkiksi avojohtoverkossa ilman verkkotietojen hyödyntämistä. Tällöin menetelmä on hyvin yksinkertainen toteuttaa.

5 106985

Julkaisussa [Win93] esitettyyn menetelmään verrattuna keksinnöllä on kaksi etua. Keksinnön menetelmät toimivat kompensoidussa ja maasta erotetussa verkossa ilman kallista invertterilaitteistoa. Myöskään maasulkuvirran kompensointi ei ole keksinnön 5 toiminnan kannalta välttämätön. Keksinnönmukaisen ratkaisun toiminta ei edellytä uusia laiteinvestointeja verkkoon. Laskennan suorittaminen käytöntukijäqestelmä-ympäristössä tarjoaa mahdollisuuden verkkotietojen käyttöön vianpaikannuksen tarkentamiseksi. Tätä mahdollisuutta ei julkaisussa [Win93] esitetyllä laitteistolla ole.

10 Esitetty menetelmä on kokonaisuutena edullinen, koska se ei vaadi uusia mittauksia tai laitteita. Menetelmä voidaan toteuttaa ohjelmallisesti käytöntukijäijestelmään, joka kommunikoi käytönvalvontajäqestelmän kanssa ja saa sitä kautta tarvitsemansa mittaustiedot.

15 Mittaustietoina tarvitaan yksi nollajännite, vaihejännitteet, yksi pääjännite ja rengaslähtöjen summavirrat. Kaikki em. mittaukset ovat käytettävissä kaikilla sähköasemilla. Pääjännite mitataan muiden suureiden tahdistusta varten, jotta laskennassa käytettävät suureet saadaan osoitinmuotoon.

4 1« : - · · 20 Keksinnön etuna voidaan pitää sitä, että sen toteuttaminen ei vaadi uusia laiteratkaisuja « « € •;;; eikä mittauksia verkosta, vaan algoritmit voidaan liittää ohjelmallisesti olemassaoleviin • « « « tietojäijestelmiin ja numeerisiin monitoimireleisiin. Laskenta voidaan toteuttaa • · · • «· I..* käytöntukijäqestelmäympäristössä. Tämä taqoaa mahdollisuuden verkkotietojen • 4 · hyödyntämiseen.

• 44 25

Keksintöä ryhdytään seuraavassa tarkastelemaan oheisen kuvion mukaisen • · · suoritusesimerkin avulla.

• · · ♦ • · · 4 4 4 • · «

Kuvio 1 esittää vuokaaviona keksintöön liittyvää suuriresistanssisten maasulkuvikojen • · *·* 30 ilmaisumenetelmää.

•« · • · « • · * « • · • · # ** * Kuvio 2 esittää kaavallisesti yhtä keksinnön käyttöympäristöä.

6 106985

Maasulkuvian etäisyys voidaan määrittää kytkemällä viallinen lähtö renkaaseen jonkin terveen, samalta sähköasemalta syötetyn lähdön kanssa kuvion 2 mukaisesti. Sähköaseman ja vikakohdan välisen etäisyyden laskentaan -esitetään neljää eri menetelmää. Tunnusomaista kaikille menetelmille on se, että niissä hyödynnetään 5 verkon nollajännitteen ja renkaaseen kytkettyjen lähtöjen summavirtojen mittauksia.

Seuraavassa on esitetty koko vianpaikannusprosessin kulku kuvion 2 ympäristössä, jossa päämuuntaja 10 syöttää keskijänniteverkkoa 11. Muuntajan 10 tähtipisteeseen on tarvittaessa kytketty maadoituskela 12, jota kutsutaan myös Petersenin kelaksi. 10 Maadoituskela voidaan kytkeä verkkoon myös maadoitusmuuntajan välityksellä. Keskijänniteverkko puolestaan koostuu esim. lähdöistä 1 - 6. Lähtöjen lukumäärää ei kuitenkaan ole mitenkään rajoitettu kuuteen, vaan niitä voi olla mikä tahansa tarpeellinen määrä. Jokainen lähtö on varustettu summavirran mittalaitteella 13 sekä katkaisijalla 14.

15 1.)

Vika ilmaistaan ja viallinen lähtö 6 määritetään nollavirran ja nollajännitteen mittauksen avulla (suuntarele) tai suuri-impedanssisten maasulkujen tapauksessa myöhemmin esitetyillä menetelmillä.

t I « · 20 20 • · *;··', Vikaresistanssi lasketaan myöhemmin esitetyillä menetelmillä (kaavat 5 ja 8).

* φ · • · · !..* Vikaresistanssi voidaan laskea tunnetusti myös maasulkuvirtapiiriä kuvaavan • « » • · · !.. Theveninin ekvivalenttipiirin avulla. Tällöin vikaresistanssi voidaan laskea kun verkon » · « 25 nollajännite, pääjännite, kokonaismaakapasitanssi ja mahdollisen maadoituskuristimen ... induktanssi tunnetaan.

• * ♦ • · « « • * · • · · I · · 3) • · · • · ·

Kun vianpaikannukseen kuluva enimmäisaika (erottimen ohjausaika + mittaukseen 30 kuluva aika) tunnetaan ja vikaresistanssi tunnetaan voidaan kosketusjännitevaatimusten • * · « · * ' *' toteutuminen tarkistaa etukäteen.

« · • · « • · · • · 4.) 7 106985

Kytketään viallinen lähtö 6 renkaaseen jonkin terveen lähdön 5 kanssa erottimella. Kauko-ohjattavan erottimen puuttuessa renkaan kytkeminen manuaalisesti ohjattavalla erottimella nopeuttaa myös monissa tapauksissa vianpaikannusta. Jos kosketusjännitevaatimukset eivät salli vikaetäisyyden määrittämistä käytön aikana, 5 voidaan vikakohta määrittää kokeilukytkennän omaisesti. Tällöin lähtö saa ensin laueta normaalisti ja rengas muodostetaan ainoastaan hetkellisesti mittauksia varten. Tämäkin menettely nopeuttaa vian selvittämistä.

5.) 10 Mitataan nollajännite, vaihejännitteet, renkaaseen kytkettyjen lähtöjen nollavirrat sekä yksi pääjännite tahdistusta varten. Mittausten jälkeen rengas avataan, jolloin viallinen lähtö saa laueta. Jos verkkoa voidaan pitää jonkin aikaa maasulussa, viallinen erotinväli voidaan erottaa suoraan ilman, että koko lähtöä tarvitsee laukaista.

15 6.)

Tahdistetaan signaalit pääjännitteeseen nähden ja erotetaan signaaleista perustaajuudesta poikkeavat taajuuskomponentit. Tehollisarvot lasketaan käyttäen signaalien perustaajuisia komponentteja.

·· ί 20 7.) i * < ;;; Lasketaan vikaetäisyys (4 eri menetelmää), jonka jälkeen viallinen erotinväli voidaan 4 4 ;*] erottaa.

• 4 « • «4 4 · • · · • · · * · « I.. Suurresistanssisen maasulun ilmaisua kuvataan seuraavassa: • · · « · · 25 Lähinnä verkon maakapasitanssien epäsymmetriasta johtuen suuren reaktanssin kautta • » · ; ,··,·, maadoitetussa (kompensoitu verkko) tai maasta erotetussa veikossa esiintyy • a · .·, normaalitilassakin pieni nollajännite. Normaalitilan nollajännitettä voidaan muuttaa « · 9 • · · kompensoidussa verkossa maadoituskuristimen viritystä muuttamalla. Sekä « i "* 30 kompensoidussa että maasta erotetussa verkossa kytkentätilan muutos aiheuttaa • 4 4 4 4 4 : muutoksen myös nolla-jännitteessä. Normaalitilan nollajännitteeseen on mahdollista 4 4* *· ’· vaikuttaa myös keinotekoisesti aiheutetun kapasitanssiepäsymmetrian avulla. Tällöin verkon yhteen vaiheeseen kytketään kondensaattori, jolla verkon terveen tilan 106985 8 nollajännite saadaan nousemaan. Verkon nollajännitettä voidaan muuttaa myös verkon tähtipisteeseen tehtävän virtainjektion avulla. Tämä voidaan toteuttaa suhteellisen yksinkertaisesti kytkemällä maadoituskelan apukäämiin (500 V) tai mittauskäämiin 230 V jännite. Järjestelmä voidaan erottaa pienjännitejäijestelmästä tarkoitukseen sopivan 5 erotusmuuntajan avulla. Virranrajoituskomponenttina voidaan käyttää kondensaattoria. Injektiovirran suuruudeksi riittää alle 1 A ja kestoajaksi muutama sekunti. Esitetyt menetelmät ovat ennestään tunnettuja. Keksinnöllistä on se, miten nollajännitteen muutoksen mittausta sovelletaan.

10 Kun verkon nollajännite muuttuu, myös lähtöjen nollavirrat muuttuvat. Lähdön maa-admittanssi voidaan laskea nollavirran- ja nollajännitteen muutoksen avulla. Seuraavassa määritellään laskennassa tarvittavat parametrit ja niiden laskentamenetelmät. Maa-admittanssien ja epäsymmetria-asteen laskentaan keksinnössä käytetyt kaavat 1-4 ovat yleisesti tunnettuja. Niitä on aikaisemmin esitelty mm. 15 viitteissä [Lei97] ja [Lei94]. Keksinnön uutuusarvo perustuu näiden laskentamenetelmien uudentyyppiseen jatkuvatoimiseen soveltamiseen ja kehittämiseen numeerisen monitoimireleen suojaustoiminnoksi ilman, että suojarele tarvitsee lisäinformaatiota ylemmän tason automaatiojärjestelmistä.

< « e •;« 20 Määrittelyssä käytetään seuraavia alaindeksejä: I » I 4 : r = lähdön numero, i = 1,2,3,...

• · · : v = vaiheen tunnus 1,2,3 • · · · t = kolmen vaiheen summa 25 E = maapiste • · · • · · '·’ * Ui = vaihejännite ♦ · · • · » *\ * a = -1/2 +jV3/2 (vaiheensiirto-operaattori) • · · *.* * Kolmen vaiheen yhteenlaskettu maa-admittanssi on pääasiassa kapasitiivinen. ω on 50 • « « « * ’·;·* Hz perustaajuutta vastaava kulmataajuus (ω = 2πί).

\ 30 +ja>CtE (1) : ·.: κιε • ·

Kompensoidun verkon teorian mukaan epäsymmetria-aste määritellään seuraavasti: 9 106985 k — —>£ + — Σ.2 E + gXag (2)

Epäsymmetria-aste voidaan määritellä sekä koko verkolle että yksittäiselle lähdölle. Yksittäisen lähdön tapauksessa admittanssit ovat kyseisen lähdön vaiheen ja maan välisiä admittansseja.

5 Lähdön maa-admittanssi voidaan laskea nollavirran ja nollajännitteen muutoksen avulla (kaava 3). Alaindeksit a ja b vastaavat kahta eri nollajännitteen ja nollavirran mittausta. Nollajännitteiden ja nollavirtojen osoittimia verrataan sellaiseen referenssiosoittimeen, joka ei muutu maasulun aikana. Sopiva referenssiosoitin on yksi pääjännite. 10 Nollajännitteen ja nollavirran muutoksen käyttö maa-admittanssin laskentaan eliminoi kapasitanssiepäsymmetrian aiheuttaman nollavirran vaikutuksen lopputulokseen. Pieniresistanssisten maasulkujen yhteydessä lähtöjen maa-admittanssit voidaan laskea myös suoraan nollavirran ja nollajännitteen avulla, koska epäsymmetrian vaikutus on merkityksetön. Tämä johtuu siitä, että kapasitanssiepäsymmetrian aiheuttama 15 nollavirtakomponentti ei riipu nollajännitteestä.

V _ — Ob i-Oa /"ϊ Λ —tE u - u y~ab Si-oe

Epäsymmetria-aste koko verkolle tai yksittäiselle lähdölle voidaan laskea vastaavasti '*,' kaavasta 4.

' ! ! . K _ Loa ~ T|£ U_Qa - je>c,Eux < 4 «14 '; 20 Keksinnön perusajatus on se, että lähtöjen maa-admittanssit ja epäsymmetria-asteet • · · lasketaan joka kerta kun verkon nollajännite muuttuu. Tällöin lähtöjen mittauksiin • · · • · i * perustuvat maa-admittanssit ja niistä lasketut vikavirta-arvot vastaavat aina verkon sen

... hetkistä kytkentätilaa. Tavoitteena on vikaresistanssiltaan 100 - 200 kQ

• · · maasulkuvikojen ilmaisu. Alle 10 kQ maasuluissa viallinen lähtö voidaan määrittää « · · 25 suoraan maa-admittanssin muutoksen perusteella. Tällöin laskenta toimii normaalin • · · • · · suuntarelesuojauksen tukena. Menetelmä toimii samalla tavalla maasta erotetussa kuin '·* kompensoidussakin verkossa eikä edellytä toimintakarakteristikan vaihtoa, mikäli « · · : ·[ kompensointikuristin kytketään pois verkosta.

• · · • 4 » 10 106985

Seuraavassa on kuvioon 1 viitaten esitetty keksinnön toimintaperiaate johdon sähköisen pituuden määrittämiseen, suuri-impedanssisten maasulkujen indikointiin ja viallisen lähdön määrittämiseen: 5 1.)

Lasketaan kunkin lähdön maa-admittanssille Y® ja epäsymmetria-asteelle |kj| alkutilan referenssiarvo (referenssikytkentätila, josta lähdetään liikkeelle) käyttäen keinotekoista nollajännitteen poikkeutusta, kytkentämuutoksen tai maasulun aikaansaamaa muutosta nollajännitteessä. Tältäosin laskenta vastaa aiemmin viitteessä [Lei97] esitettyjä 10 menetelmiä. Lisäksi kompensoidun verkon tapauksessa maa-admittanssin ja epäsymmetria-asteen arvot lasketaan myös koko verkolle käyttäen syötön vaihevirroista laskettua nollavirtaa tai kuristinhaaran nollavirtaa, jos ko. mittaus on olemassa.

Nollajännite lasketaan vaihejännitteiden osoitinsummana tai mitataan jännitemuuntajien

avokolmiokäämityksestä. Kunkin lähdön epäsymmetria-asteen maakapasitanssina CtE

15 käytetään referenssikapasitanssia, jonka suuruudeksi valitaan koko verkon kolmen vaiheen yhteenlaskettu maakapasitanssi referenssikytkentätilassa. Koko verkon yhteenlaskettu maakapasitanssi saadaan laskettua syötön nollavirran muutoksen avulla käyttäen kaavoja 1 ja 3. Lähtökohtaisia maa-admittansseja tarvitaan johdon sähköisen : :': pituuden määrittämisessä ja suuri-impedanssisten maasulkujen indikoinnissa.

·:· 20 < ( I « O 2·)

Tallennetaan jokaisen lähdön i maa-admittanssi YtEiref ja |kirefj referenssiarvoiksi.

• · · : Tallennetaan myös normaalin kytkentätilan aikainen nollajännite, lähtöjen nollavirrat ja * · · :: * syötön nollavirta referenssiarvoiksi Uoref, lorefi ja IorefS.

25 1 3.) • · · • · * ’♦’ * Kun verkossa tapahtuu joko kytkentätilan muutoksen tai maasulkuvian seurauksena • · · ·.♦ · nollajännitteen muutos AUo, joka ylittää asetellun raja-arvon AUoas, lasketaan jokaiselle • # · lähdölle uudet maa-admittanssiarvot Y® ja epäsymmetria-asteet ]ki|. Toisena : 30 nollajännitteen ja lähdön nollavirran arvona käytetään talletettuja arvoja U^f, Ioka.

’·.'·· Viallisen lähdön nollavirran muutosta ei sinänsä käytetä vian indikointiin, vaan vian aikaisen nollajännitteen, lähdön nollavirran ja ennakkoon lasketun maa-admittanssin avulla lasketaan lähdön epäsymmetriaa kuvaava parametri k, jonka muutoksesta 11 106985 voidaan tehdä vikaindikaatio. Laskenta suoritetaan samanaikaisesti kaikille lähdöille, jolloin viallinen lähtö nähdään suoraan laskennan tuloksena, eikä vian olemassaoloa tarvitse määrittää koko verkon tasolla siten kuin FI-patenttijulkaisussa 100922 B on esitetty. Näin päästään parempaan herkkyyteen vian paikallistamisessa kuin käyttämällä 5 pelkästään lähdön maa-admittanssin muutosta.

4.) Lähtöjen laskettuja maa-admittanssiarvoja verrataan referenssiarvoihin YtEiref. Jos lähdön maa-admittanssi ei poikkea laskenta-ja mittausepätarkkuudesta johtuvaa virhettä 10 ΔΥιΕί enempää arvosta YtEiref, lähdön kytkentätila ei ole muuttunut eikä lähdöllä ole maasulkuvikaa. Tällöin muistissa olevaa referenssiarvoa ei muuteta. Jos lähdön maa-admittanssin poikkeama referenssiarvosta YtEiref on suurempi kuin AYtEi, voidaan päätellä, että lähdön kytkentätila on muuttunut tai lähdöllä on maasulkuvika. Kytkentätilan muutos voidaan päätellä myös koko verkon maa-admittanssin 15 muutoksesta, joka lasketaan syötön nollavirran avulla. Tällöin sähköisen johtopituuden muutoksen täytyy olla kuitenkin suurempi, kuin mittausepätarkkudesta johtuva hajonta koko verkon maa-admittanssissa. Kytkentätilan muutoksen seurauksena tallennetaan uudet referenssiarvot.

f · * I i · t 20 5.) ...: Lähtöjen laskettuja epäsymmetria-asteita verrataan referenssiarvoihin |kirefl. Jos laskettu

• * I

' " epäsymmetria-aste on suurempi kuin |kiref) ja muutos on suurempi kuin |Akj|, voidaan • · · • · · * päätellä, että lähdöllä on suuri-impedanssinen yksivaiheinen maasulku. Epäsymmetria- • · · * · * ’ asteet voidaan laskea kaavan 4 mukaisesti ilman uutta nollajännitteen poikkeutusta, kun ... 25 lähtöjen maa-admittanssit tunnetaan ko. kytkentätilassa.

• · · « · · a « · • · · • · · 6.) • · · • · · * · * * Vaihtoehtoinen menetelmä epäsymmetria-asteen seuraamiselle on lähtöjen eri vaiheiden « * vuotoresistanssien seuranta. Vuotoresistansseja voidaan seurata myös epäsymmetria-: '. · 30 asteen ohella. Mikäli lähdön epäsymmetria-aste muuttuu, voidaan lasketun resistanssin ·.·: Rf avulla päätellä onko kysymyksessä kytkentämuutos vai vika. Tuloksena saadaan myös informaatio viallisesta vaiheesta, mitä voidaan hyödyntää sellaisten vikojen paikallistamisessa, joissa vika ei ole silmin havaittavissa. Esimerkiksi 12 106985 venttiilisuojavikojen yhteydessä voidaan määrittää, mikä kolmen vaiheen suojista on viallinen. Venttiilisuojia käytetään tyypillisesti jakelumuuntamoiden ja maakaapeleiden ylijännitesuojaukseen. Jakelumuuntamoilla ja kaapelipäätteillä vaihejäijestys on yleensä tunnettu. Eri vaiheiden vuotoresistanssit voidaan laskea kaavan 5 avulla.

5 Rf =-^- (5)

Uv = vaiheen v jännite loi = lähdön i nollavirta lo

CiFj = lähdön i maakapasitanssi normaalitilassa

Uo = nollajännite 10 Lähdön nollavirta koostuu nollajännitteestä riippuvasta komponentista (luo) ja epäsymmetriasta riippuvasta komponentista (U) kaavan 6 mukaisesti. Käytännössä vaihekohtaiset maakapasitanssit eivät ole aivan yhtä suuret.

15 Loi = Luo +L =l'EiU0 + (£«££. + Zo2^2 +Z03C/3) (6)

YtEi = lähdön i kolmen vaiheen yhteenlaskettu maa-admittanssi :.: : You X02* X03 = vaiheiden 1,2 ja 3 maa-admittanssit ..!: ‘ Ui, U2, U3 = vaiheiden 1,2 ja 3 symmetriset jännitteet 20 • « *· " Kapasitanssiepäsymmetriasta aiheutuvan virheen vaikutusta voidaan vähentää M» • · · ’·* * seuraavasti. Kun lähdön nollasuskeptanssi BtE tunnetaan admittanssilaskennan • · · **’ tuloksena, kapasitanssiepäsymmetriasta riippuva osa nollavirrasta voidaan määrittää kaavan 6 avulla ja sen vaikutus vuotoresistanssin laskentaan näin eliminoida. Siten • « · *.. 25 lähtöjen vaihekohtaisia vuotoresistansseja voidaan seurata jatkuvasti ilman, että • I · » · · kapasitanssiepäsymmetria vaikuttaa lopputulokseen. Nollajännitteen muutokset eivät • · · • · · ’·' * vaikuta kapasitanssiepäsymmetriasta riippuvaan osaan nollavirrasta. Seuranta on siten « · *·;·’ jatkuva eikä vaadi nollajännitteen muutosta. Nollavirran epäsymmetriakomponenttia • voidaan käyttää myös suoraan vikaindikaattorina kaavan 6 mukaisesti. Maasulku •. ’ ·: 30 aiheuttaa vikavirran suuruisen muutoksen nollavirran epäsymmetriakomponenttiin.

13 106985 ^=7.,-4,^=(^,+¾1] (7) V KF )

IoKi = lähdön i epäsymmetriavirta normaalitilassa IoKfi = lähdön i epäsymmetriavirta vikatilassa 5 Kun nollajännite muuttuu esim. suuri-impedanssisen vian seurauksena (Rf = 10 - 200 kD) vikaresistanssi voidaan määrittää myös kaavan 8 avulla [Lei97]. Tällöin nollavirran ja nollajännitteen absoluuttiarvojen sijasta käytetään ko. suureiden muutoksia.

Rf =-^- (8) 7 Δ/0; - YlEiAU0 10

Uve = vaiheen v jännite vian (suuri-impedanssinen maasulku) aikana ΔΙοΐ = (lähdön i nollavirta lo vian aikana) - (lähdön i nollavirta Io ennen vikaa)

Yotot = lähdön i kolmen vaiheen yhteenlaskettu maa-admittanssi normaalitilassa ΔΙΙο = vian aiheuttama nollajännitteen muutos (Ho vian aikana - Ho ennen vikaa) 15

Suuri-impedanssisen vian indikointi ja viallisen lähdön määrittäminen epäsymmetria- « ·,· i asteen tai kaavojen 5, 7 tai 8 avulla edellyttää, että lähtöjen maa-admittanssit tunnetaan ennen vikaa vallinneessa tilanteessa. Jos nollajännitteen muutos aiheutuu maasulusta, saadaan maa-admittanssit laskettua kaikille terveille lähdöille. Jos nollajännitteen *. ’ *: 20 muutos aiheutuu kytkentämuutoksesta, maa-admittanssi saadaan laskettua kaikille niille • · · ’·* * lähdöille, joiden kytkentätila pysyy entisellään. Seuraavassa esitetään menetelmä ··« • · · *·* ‘ kytkentämuutoksen indikointiin ja uuden maa-admittanssin määrittämiseen kytkentämuutoksen jälkeen.

• · · • · · • · · • · · *. 25 Lähdön kytkentämuutos voidaan indikoida ja erottaa viasta nollajännitteen ja • · · : nollavirran muutosten avulla. Menetelmän keskeinen periaate on mitata nollajännitteen • · · *·;·* muutos ΔΗο = Hoi - H02 vastaten mittauksia 1 ja 2 sekä lähdön i nollavirran muutos ΔΙοί : = Ιοί -102. Johtolähdön maa-admittanssi Xoi on lähtötilanteessa tunnettu. Lähdön maa- admittanssin muutosta merkitään AXodla. Kun verkon nollajännite muuttuu, voidaan 30 lähdön i nollavirran muutokselle kirjoittaa seuraava yhtälö.

14 106985 Δ/,,=Μ0|-(Ιο,+ΔΖο)0η (9) Tästä maa-admittanssin muutokseksi saadaan ai, = (io) ii02

Yhtälöön 9 sisältyy oletus, että kapasitanssiepäsymmetrian aiheuttama nollavirta ei 5 muutu kytkentämuutoksen seurauksena. Niillä lähdöillä, joiden sähköinen pituus ei muutu eli ΔΥο = 0, yhtälö 9 pitää eksaktisti paikkansa. Siten kytkentämuutos voidaan indikoida luotettavasti. Jos lähdöllä ei ole tapahtunut kytkentämuutosta eikä vikaa maa-admittanssin muutos ΔΥο on nolla. Menetelmän avulla saadaan laskettua samalla arvio lähdön sähköisen pituuden muutokselle. Tällöin lähdön maa-admittanssi voidaan koijata 10 uutta kytkentätilaa vastaavaan arvoonsa. Maasulun olemassaolo ilmaistaan lähtökohtaisesti toteutetun vuotoresistanssin seurantalaskennan kaavat (5 ja 8) avulla.

Kun viallinen lähtö kytketään renkaaseen toisen, samalta sähköasemalta syötetyn lähdön kanssa maakapasitanssien ja vaiheiden välisten kapasitanssien tuottamat 15 varausvirrat jakautuvat puoliksi rengaslähtöjen kesken, jos johtojen pitkittäisimpedansseja ei oteta huomioon. Yhden vaiheen maakapasitanssin tuottama varausvirta on nolla siinä kohdassa rengasta, jossa maakapasitanssi on jakautunut tasan ;,· ; ko. kohdan kummallekin puolelle. Jos maakapasitanssien oletetaan jakautuneen « tasaisesti, kyseinen kohta sijaitee puolessa välissä rengasta. Samalla tavalla vaiheiden \· 20 välisten kapasitanssien tuottamien varausvirtojen voidan ajatella jakautuvan puoliksi \ ‘i rengaslähtöjen kesken. Käytännössä johtojen impedanssit ovat epätasaisesti • · · • · · V * jakautuneita, varsinkin sekaverkoissa. Tämä voidaan ottaa huomioon jäljempänä • · · • · · ’·* * esitetyllä menetelmällä.

··· • · · 25 Vikaresistanssin aiheuttama virtakomponentti jakautuu kääntäen verrannollisesti • · · • » · *. vikakohdan ja sähköaseman välisten johtojen impedanssien suhteen. Seuraavassa • · · V : tarkastelussa johdon impedanssien on oletettu jakautuneen tasaisesti koko • · · • · '··' johtopituudelle, jolloin impedanssin sijasta voidaan käyttää suoraan johtopituuksia.

| V Johtopituudet voidaan helposti korvata impedansseilla. Merkitään rengaslähtöjä :.*·| 30 tunnuksilla A ja B. Tällöin lähdön A vaiheiden varausvirroille voidaan kiijoittaa seuraavat yhtälöt, kun viallinen vaihe on 1. Vuotoresistansseja ei ole otettu huomioon.

15 106985 !»(Π) Ι,.'-^υ,,-^Σ^.Α’-^ΰ» Ο2) Ζ 1 ϊ-1 Δ 5 Ι,λ =-^0,,-^10^,^^)-^¾ (13)

UiF, ILf.ILf = vian aikaiset vaihejännitteet iiip, lkp,lhp - symmetriset vaihejännitteet (vaihejännitteiden myötäkomponentit)

Cor = renkaan runkojohdon kokonaismaakapasitanssi / vaihe 10 Cobi = runkojohtoon kytkeytyvän haaran i maakapasitanssi / vaihe

Ckr = rengasj ohtojen vaiheiden välinen kokonaiskapasitanssi

Rf = vikaresistanssi xA = etäisyys vikakohtaan lähtöä A pitkin xb = etäisyys vikakohtaan lähtöä B pitkin 15 dAi = haaran i etäisyys vikakohtaan lähtöä A pitkin .·_ dfii = haaran i etäisyys vikakohtaan lähtöäB pitkin < « e .:, 1 = renkaan runkojohdon pituus * I · • « · . *. i Vastaavat yhtälöt voidaan kiijoittaa lähdön B vaihekohtaisille varausvirroille.

• · 20 • · · :*·*: Vikaetäisyys voidaan laskea mittaamalla nollajännite, viallisen vaiheen jännite ja

rengaslähtöjen summavirrat vian aikana. Yhtälöiden 11-13 avulla lähtöjen A ja B

:T: summavirroille voidaan kiijoittaa seuraavat yhtälöt. Suskeptanssit on tässä korvattu • * · v ·* maa-admittansseilla, jotta vuotokonduktanssitkin voidaan ottaa huomioon. Alaindeksien 25 merkitykset ovat samat kuin kaavoissa 11-13. Kapasitanssiepäsymmetria aiheuttaa lisäksi lähtöjen A ja B summavirtoihin omat komponenttinsa. Ne voidaan määrittää :·!·. myöhemmin esitettävällä menetelmällä. Terveessä tilassa, jolloin Rf = °o, 4 « .·. : summavirtojen vikaresistanssista ja vian etäisyydestä riippuvat komponentit ovat nollia.

16 106985 ΣΙολ =Ι,α +Ι2α +Ϊ3Α =^-^ + (^+y|;(YobidBi)]u0 + l0kA (14)

ZioB = —IB +I2B + I3B = =iLT- + fr + TZ^ObidAi)]yo +I0kB (15) KF 1 V Z 1 j=i 5 Uvf = viallisen vaiheen jännite

IokA> lokB = lähtöjen A ja B kapasitanssiepäsymmetriasta aiheutuvat komponentit

Taustaverkko, joka muodostuu terveistä renkaan ulkopuolisista lähdöistä ja mahdollisesta maadoituskelasta, tuottaa vikavirran (EI0b), jonka suuruus on sama kuin 10 rengaslähtöjen nollavirtojen summa. Vikaresistanssi voidaan määrittää myös kaavan 16 avulla.

Iiob=ZioA+ZioB=^+Xocy0+iok ΟΦ

Yoc = renkaaseen kytkettyjen lähtöjen kokonaismaa-admittanssi haarat mukaanlukien 15 lok = rengaslähtöjen yhteenlaskettu epäsymmetriavirta I « < < « (

« < « I

Maasulun etäisyys kumpaakin rengaslähtöä pitkin voidaan laskea kaavojen 14 ja 15 t « I « , · ·, avulla.

4 I

« « I

• * • · · • Il • a VJ 20 iOB-i^-+l2aObi4Ai)Vy0-i0l[E (n)

• ; · 1 L ' i i=i ' J —vF

• · · ··· Γ/η'Ν Π ;!·! I..-as)

·.· · 1 [_ V 1 1 i=l y' J HvF

• · · • « · ♦ · · « « · «' 4 ^ Merkitään summavirtojen lausekkeiden 14 ja 15 renkaan maa-admittansseja kuvaavia 25 sulkulausekkeita admittansseilla Yoai ja Yobi- Kyseiset admittanssit kuvaavat renkaan « · :*·.· runkojohdon ja sen haarojen vaikutusta rengaslähtöjen summavirtoihin.

• · 106985 17 ϊ.„=[^+{Σ(Υ«,“β,)| (19) ϊ"““(^+τΣ(ϊ·“'ί'")) (20) 5 Admittanssit Χοαι ja Υοβι voidaan määrittää kahdella eri tavalla. Jos rengas ja sen haarat koostuvat ainoastaan avojohdoista oletus, että maakapasitanssien tuottamat varaus virrat jakautuvat puoliksi lähtöjen A ja B kesken, on hyväksyttävä. Monissa tapauksissa haarojen vaikutus on niin pieni, että se voidaan jättää huomiotta tai huomioidaan ainoastaan sähköiseltä pituudeltaan pisimmät haarat. Tällöin joudutaan käyttämään 10 verkkotietoja. Admittanssit korvataan tällöin vastaavilla suskeptansseilla. Epäsymmetriavirtojen vaikutus on yleensä suhteellisen vähäinen. Niiden merkitys kuitenkin kasvaa, kun pyritään paikantamaan hyvin suuri-impedanssisia maasulkuja.

Käytännöllisempi ja tarkempi keino määrittää admittanssit Yoa> ja XoBt on kytkeä lähdöt 15 A ja B renkaaseen ilman vikaa. Rengaslähtöjen summavirrat mitataan kahdella eri nollajännitteen arvolla. Tällöin admittanssit Xoai ja Xobi voidaan laskea etukäteen : : *; suunnitelluissa rengaskytkennöissä kaavoista 21 ja 22. Ne pysyvät samoina niin kauan • l< * kuin vianpaikannuksessa käytettävä rengaskytkentä pysyy samana. Näin ennalta määritettyjä admittansseja voidaan käyttää suoraan vikaetäisyyden laskennassa. Tällöin • t :,*·{ 20 johtojen impedanssien ja haarojen epätasainen jakautuminen tulee automaattisesti • · · V : huomioiduksi. Koko renkaan maa-admittanssi haarat mukaanlukien voidaan laskea • ·· · kaavasta 23. Epäsymmetriavirrat eivät vaikuta ko. admittansseihin, koska ne eivät riipu nollajännitteestä.

• ·· • · · • · * • · · 25 (21) ♦ ·· ALL • * * • · · * · • · :1: (22) * · ΔΗο • « • · « • ·« Χθ.=ϊθΛ,+ϊθΒ, (23) 18 106985

Jos verkon terveen tilan nollajännitettä ei voida muuttaa, voidaan admittanssit YoAt ja YoBt laskea käyttäen toisena referenssimittauksena renkaan terveen tilan summavirtoja ja nollajännitettä (kaavat 24 ja 25). Toinen mahdollisuus on tehdä maasulkukoe tai 5 käyttää todellisessa maasulussa mitattuja summavirtoja ja nollajännitettä referenssimittauksena. Referenssimittauksista tarvitaan lisäksi viallisen vaiheen jännite sekä vikakohdan ja sähköaseman välisen johto-osan ja koko renkaan impedanssin suhde, joka on tunnettu. Siten admittanssien YnAt ja Yobi ajantasaisuus voidaan tarkistaa jokaisen renkaassa paikannetun maasulun yhteydessä sen jälkeen, kun vikakohta on 10 tunnettu. Jos referenssimittauksena käytetään maasulkumittausta, tarvitaan laskennassa myös vikaresistanssi, joka voidaan laskea sätettäisessä kytkentätilassa edellä esitellystä esitellystä vuotoresistanssin kaavasta 8.

-ΣΠΓ- <24) A!„ 15 —kr-1 (25) « « « 1 ..!:' Kun admittanssit Yoai ja YoBt tunnetaan, voidaan epäsymmetriavirrat IokA, IokB ratkaista I I t ·...’ kaavoista 14 ja 15. Tarkempaan tulokseen päästään, jos IokA-η ja Iokem laskennassa « 4 4 4 4 *. käytetään terveen tilan mittauksia. Epäsymmetriavirrat eivät muutu nollajännitteen ♦ «· ♦ ♦ ♦ *·* * 20 muuttuessa. Näin määritettyjä arvoja voidaan käyttää vianpaikannuksessa laskettaessa « · 4 *·* * vikaetäisyyttä kaavoista 17 ja 18. Kyseisiä admittansseja Yoai ja Yoet hyödynnetään myös jäljempänä esiteltävissä menetelmissä.

• « · • · · • · · • « · • · · *. Yleensä renkaaseen kytketyt lähdöt eivät ole verkon ainoat lähdöt, vaan sähköasema • · · * · · 1 * 25 syöttää lisäksi myös muita, tässä tapauksessa terveitä lähtöjä. Verkon tähtipisteeseen • « · « t *·;·* mahdollisesti kytketty Petersenin kela tuottaa maasulussa induktiivisen nollavirran

• · I

• lisäksi resistiivisen häviökomponentin. Maadoituskelan rinnalle voidaan mahdollisesti • · V*: kytkeä lisäkuormitusvastus, jolla varmistetaan vikavirran pätökomponentin riittävyys sammutetun verkon suuntarelesuojauksen kannalta. Tällöin taustaverkon ja mahdollisen 30 tähtipisteimpedanssin maasulussa yhteensä tuottama nollavirta jakautuu rengaslähtöjen 19 106985 kesken vikakohdan ja sähköaseman välisten impedanssien suhteessa. Rengaslähtöjen yhteenlaskettu maa-admittanssi Yoc sekä admittanssit YoAt ja Yoet voidaan määrittää edellisessä kohdassa (maasulun etäisyyden laskenta nollavirtojen ja nollajännitteen avulla) esitetyillä menetelmillä.

5

Taustaverkon (lähdöt+tähtipisteimpedanssi) tuottama nollavirta voidaan laskea kaavan 16 avulla. Epäsymmetriavirtojen vaikutus on suhteellisen vähäinen, mutta sekin voidaan eliminoida edellisessä kohdassa (maasulun etäisyyden laskenta nollavirtojen ja nollajännitteen avulla) esitetyn menetelmän avulla. Verkon maasulkuvirta voidaan 10 tällöin laskea seuraavasti.

l. ==^=Σίο*-ϊ*2ο-ί.» <26)

Kp Tällöin lähdön A osuus maasulkuvirrasta (La) on 15 ΙΙΛ=ΣϊθΛ-ϊθΛ,υο-ΙΟΙ[Λ (27) « :.! i ja lähdön B osuus (Lb) • « « < « « « I < I « 20 IcB=ZioB-XoB,yo-IokB (28) I « I « · · « · ··« • * · • · «

Vikaetäisyyksille xa ja xb voidaan kirioittaa seuraavat lausekkeet • · « ; ‘ * * · XA _ leB XB _ leA XA _ IcB (29) • · · 11. 1 Ie Xb La • · · » » * ‘•25 «»» ♦ · · *;*,* Etäisyydet xA, xb ja 1 voidaan korvata vastaavilla johdon pitkittäisimpedansseilla, jotka • · i i muodostuvat ao. johto-osuuksien myötä-, vasta- ja nollaimpedanssien summana. Virrat «· · : V Ie, La ja Lb voidaan tahdistaa nollajännitteeseen ja jakaa siten pätö- ja • · « · · *· loiskomponentteihin. Tällöin vikaetäisyys voidaan määrittää myös erikseen pätö- ja 30 loiskomponentin perusteella. Johtojen impedanssit täytyy tällöin jakaa myötä-, vasta- ja nolla resistanssiin ja reaktanssiin. Vikaetäisyys saadaan tällöin resistanssi- tai 20 106985 reaktanssisuhteena riippuen siitä käytetäänkö maasulkuvirran pätö- vai loiskomponenttia.

Esitellyn menetelmän etuna aiemmin (maasulun etäisyyden laskenta nollavirtojen ja 5 nollajännitteen avulla) esitettyyn menetelmään verrattuna on se, että vikaresistanssin suuruutta ei tarvitse laskea etukäteen. Koska menetelmä perustuu lisäksi vertailuun eli kummankin lähdön vikavirtakomponenttia verrataan kokonaismaasulkuvirtaan, menetelmän tarkkuus on parempi kaavoihin 17 ja 18 verrattuna. Vikaetäisyys voidaan määrittää kolmella eri tavalla käyttäen kokonaisnollavirtaa, nollavirran 10 pätökomponenttia tai loiskomponenttia. Tämä parantaa mm. virheen arviointimahdollisuuksia. Lisäksi jokaisessa vianpaikannustapauksessa saadaan informaatio rengasjohdon pitkittäisten impedanssien jakautumissuhteesta vian eri puolille. Jokaisen vianpaikannuksen yhteydessä saadaan rengasjohdolle uusi ’’kalibrointipiste”, jossa rengaslähtöjen vikavirran jakautumissuhde ja sitä kautta myös 15 impedanssisuhde tunnetaan. Tätä tietoa voidaan hyödyntää jatkossa, jolloin vianpaikannustarkkuus paranee sitä mukaan, kun vikoja paikannetaan ao. menetelmällä. Kun laskettu vikakohta osuu kahden ’’kalibrointipisteen” väliin voidaan tulosta tarkentaa interpoloimalla. Tämä mahdollistaa varsinkin homogeenisissa verkoissa (puhdas avojohto- tai kaapelirengas) maasulun etäisyyden määrittämisen ilman < 1

i It C

,; t 20 verkkotietojen käyttöä.

«

tiu I < I % I

< < <

Maasulku voidaan paikantaa rengaskytkennässä mittaamalla rengaslähtöjen « · summavirrat vian aikana kahdella eri nollajännitteen arvolla, jolloin voidaan laskea •T: maa-admittanssin muutoksen jakautuminen rengaslähtöjen kesken. Tämä muutos on 25 verrannollinen vikaetäisyyteen. Nollajännitettä voidaan muuttaa kompensoidussa ίΤ: verkossa maadoituskuristimen viritystä muuttamalla. Sekä kompensoidussa että maasta ί ,ί ί erotetussa verkossa kytkentätilan muutos aiheuttaa muutoksen myös nollajännitteessä.

·*» • · · • · · :"*· Suuri-impedanssisen maasulun tapauksessa (esim. puuvika) vikaresistanssi yleensä c « * :v. 30 pienenee vikavirran vaikutuksesta, jolloin nollajännite kasvaa. Tällöin • · • i : vianpaikannukseen voidaan soveltaa admittanssimenetelmää, vaikka verkon • M • · nollajännitettä ei muutettaisikaan keinotekoisesti.

21 106985 Lähtöjen A ja B maa-admittanssit rengaskytkennässä vian aikana voidaan laskea seuraavasti: YQA = + y = Ξί-L + y (30)

“0yi AU0 l Rf AU0 ~oa‘ l RF -*M

5 Y =^M. = ^L-L^^ + y =f±_L + y (31) ~0B AU0 l Rf AU0 ~0BI l Rf m

Koko renkaan admittanssi voidaan esittää summana. Vian seurauksena siinä näkyy vikaresistanssin edustaman konduktanssin suuruinen muutos. Vikaresistanssin suuruus voidaan laskea kaavasta 32.

10 Υο,ο,=Χ»α+Ϊοβ=^-+Ιοο (32)

Kp

Vikaetäisyys kumpaakin lähtöä pitkin voidaan tällöin laskea mittausten perusteella laskettujen maa-admittanssien reaaliosien perusteella.

xa _ Re(Xoi) xb _ Re(Xo><) xa _ ) /^3)

/ ~Re(r0w,)’ / ~ Re(70,oi) ’ xB~Re(Y0J

. 15 Jos admittanssit Yoai , Yarn ja Yoc tunnetaan (kaavat 21-23), voidaan vikaetäisyydet ( ( c '' V määrittää suoraan erotusten Yoa - Yoai, Yob - Yobi ja Yotot - Yoc avulla.

e 4 € ( ( 4(4 « 4 4 4 4 I 4 . ·. : Eräänä variaationa edellisessä kohdassa (maasulun etäisyyden laskenta maa- admittanssien muutoksen avulla) esitellystä menetelmästä vikaetäisyys voidaan laskea 20 myös vikaresistanssin jakautumissuhteen avulla. Vikaresistanssi voidaan laskea rengaskytkennän mittauksista kaavan 34 avulla. Vikaresistanssi lasketaan kaavan 34 :T: avulla käyttäen erikseen jokaisen vaiheen vianaikaista jännitettä. Tuloksena saadaan kompleksiluku, jonka reaaliosa on viallisen vaiheen tapauksessa positiivinen ja terveen vaiheen tapauksessa negatiivinen. Viallinen vaihe on siis se, jonka kaavasta 34 lasketun . * * *. 25 luvun reaaliosa on suurin. Kyseinen reaaliosa ilmaisee myös vikaresistanssin suuruuden.

• · ·

• IJ

·· · £ __Hvf_ (34)

: F (LA+W-Xocyo-QofcA+W

• · • » · *· Mikäli rengaskytkennän nollavirrat tunnetaan terveessä tilassa, voidaan vikaresistanssi laskea kaavasta 35.

22 106985 RF --Mvf- (35) Δ|01)-Υ0οΔυ0

Vikaresistanssin edustama konduktanssi jakautuu käänteisessä suhteessa vikaetäisyyteen nähden rengaslähtöjen kesken. Lähtöjen A ja B ’’näkemät” vikaresistanssit voidaan laskea seuraavasti.

5 rfa=-Mvf- (36)

loA-XoAÄ-lotA

Rra =-^- (37)

i«B-X0B,U0-I0kB

Lähtöjen A ja B ’’näkemät” vikaresistanssit voidaan laskea myös kaavan 35 mukaisesti nollavirran ja nollajännitteen muutosten avulla, mikäli rengaskytkennän nollavirrat on 10 mitattu terveessä tilassa ennakkoon. Vikaetäisyyksien suhteet voidaan tämän jälkeen määrittää kaavojen 38 mukaisesti.

Ref—1 Ref—1 Ref—1

XA _ vRfb/ XB '^FA^ XA _ \®-FB' /--ION

''-(f)' x'=Kir) VKFy \KFy VKFAy Käytännössä myös johtojen myötä-, vasta- ja nollaimpedanssit vaikuttavat vikaresistanssista aiheutuvan virtakomponentin jakaantumissuhteeseen. Vikaetäisyydet '··' · 15 xa, xb ja 1 voidaan muuttaa impedansseiksi verkkotietojen avulla. Tällöin metreissä •j mitattu etäisyys vastaa ko. johto-osan myötä-, vasta- ja nollaimpedanssin summaa.

« « *;··] Vikaetäisyyden laskentaa on mahdollista tarkentaa sitä mukaan kun maasulkuja * · · paikannetaan keksinnönmukaisilla menetelmillä ennalta suunnitelluissa • · · • · · rengaskytkentätilanteissa. Kun maa-admittanssisuhde tunnetaan kahdessa renkaan eri « · · • · · 20 kohdassa olleessa vikatapauksessa voidaan vikakohta määrittää inteipoloimalla. Tällöin ... vikaetäisyyden laskenta tarkentuu sitä mukaan kun maasulkuja paikannetaan • · · • ·. keksinnönmukaisilla menetelmillä.

* · · ♦ ♦ « « ♦ ♦ ♦ ’:*/ Maasulkuvian etäisyyden laskenta hyödyntää numeerisilta suojareleiltä saatavaa ‘‘ 25 mittausinformaatiota. Itse laskenta tulee toimimaan valvomon I « : tietojärjestelmäympäristössä, jolloin mm. verkkotietojen hyödyntäminen on • · > « '· ’« mahdollista. Käytöntukijäijestelmällä on käytönvalvontajäijestelmän kautta reaaliaikainen tieto verkon kytkentätilasta. Yhdessä edellä kuvatun suuri-impedanssisen 23 106985 maasulkuvikojen ilmaisumenetelmien kanssa keksintö muodostaa suuri-impedanssisten maasulkuvikojen indikointi-, paikannus-ja etäisyydenlaskentajärjestelmän.

Aiemmin esitettyjä laskentamenetelmiä voidaan soveltaa jopa paremmin ja 5 tehokkaammin maasulun paikantamiseen, jos lähtöjä käytetään jatkuvasti renkaassa. Rengas voidaan avata automaattisesti esim. nollajännitettä mittaavan erotinala-asemalla sijaitsevan laitteen avulla. Erotinala-aseman laite voi myös sulkea erottimen itsenäisesti, kun tilanne on normalisoitunut, joten kommunikaatiota kyseiselle erotinala-asemalle ei välttämättä tarvita. Näin vältetään renkaan kytkemiseen kuluva aika ja laskettu 10 vikakohta saadaan selville ennen vikaa ja vian aikana tehtävien mittausten (nollajännitteet ja rengaslähtöjen summavirrat) avulla. Esitetyt menetelmät toimivat sellaisenaan myös tässä tilanteessa. Vikaresistanssi voidaan laskea suoraan kaavan 35 avulla. Tämän jälkeen voidaan soveltaa periaatteessa mitä tahansa menetelmää. Rapasitanssiepäsymmetrian vaikutus saadaan helposti eliminoitua, jos käytetään 15 hyväksi rengaslähtöjen summavirtojen muutoksia. Vikaetäisyydet voidaan ratkaista kaavoista 39 ja 40.

ΔίθΑ= r7^+-oa,ä-° (39) Ϊ, ΔΙ0Β==^+Υ0Β1Δυ0 (40) kf 1 « » * 20 *. ' ί Vikaetäisyyden laskenta edellyttää viallisen lähdön kytkemistä renkaaksi jonkin toisen • · · • · *·* ’ lähdön kanssa. Kauko-ohjattavan erottimen ohjaamiseen kuluu tyypillisesti muutama

Ml • · · ’·* kymmenen sekuntia. Tämän ajan vika on päällä. Maadoitusjännitevaatimusten toteutuminen voidaan tarkastaa laskemalla vikaresistanssi esimerkiksi edellä kuvatuilla • · · • · · 25 menetelmillä , joita käytetään suuriresistannsisen maasulkuvian ilmaisun yhteydessä.

• · · • · · *. Maadoitusjännitevaatimukset eivät yleensä rajoita kyseisen menetelmän käyttöä • · · • · ’ vikaimpedanssiltaan sellaisten vikojen yhteydessä, joiden paikantamiseen keksinnön- • · * ·;·* mukaiset menetelmät on tarkoitettu. Sammutetussa verkossa jäännösvirta on niin pieni, • · » • V että verkkoa voidaan käyttää renkaan muodostamiseen ja purkamiseen kuluvan ajan.

• · :.**i 30 Tiedonsiirtoyhteyksien kehittyessä kauko-ohjattavan erottimen ohjaukseen kuluva aika tulee oleellisesti lyhenemään.

24 106985

Laskennan tuloksena vika saadaan paikannettua rengasjohdon runko-osalle. Jos vika sijaitsee pitkässä haarassa, se joudutaan paikantamaan muilla keinoilla, esimerkiksi vianilmaisimia käyttäen.

5 Lähteet [Leh92] : Lehtonen M. : Transient analysis for ground fault distance estimation in electical distribution networks. Technical Research Centre of Finland, Publications no. 115, Doctoral thesis of Tampere University of Technology, Espoo, 1992,182 pp + app.

10 [Win93] : Winter K. : Swedish distribution networks - a new methode for earth fault protection in cable- and overhead systems. Developments in Power System Protection, DPSP’93, 3pp.

15 (Lei97) : Leitloff V. et.al. : Detection of resistive single-phase earth fault in a compensated power-distribution system. ETEP Vol. 7, No 1, January/February 1997.

(Lei94): Leitloff V. et.al.: Messung der Parameter eined kompensierten Netzes durch ,·. Injektion eines Stromes in den Stempunkt. Elektizitätswirtschaft, Jg. 93 ( 1994), Heft “!:! 20 22.

4 4 4 (Sch94) : Schäfer H.-D. : Erhöhung der Verlagerungsspannung in Mittelspannungs- • ·

Kabelnetzed mit Erdschlusskompensation. Elektizitätswirtschaft, Jg. 93 ( 1994), Heft :T: 21.

• · » • · · • · · • · » • · · « » · · • · · • · ·

Claims (9)

25 106985

1. Menetelmä sähkönjakeluverkon maasulkuvian etäisyyden määrittämiseksi 5 laskennallisesti rengaskytkennässä esimerkiksi numeerisen monitoimireleen mittaamaa informaatiota hyväksikäyttäen, jossa menetelmässä - vika ilmaistaan ja viallinen lähtö (6) määritetään, - vikaresistanssi lasketaan, - kytketään viallinen lähtö (6) renkaaseen jonkun terveen lähdön (5) kanssa, 10 tunnettu siitä, että - mitataan nollajännite, vaihejännitteet, renkaaseen kytkettyjen lähtöjen nollavirrat sekä yksi pääjännite tahdistusta varten, 15. mittausten jälkeen rengas avataan, - tahdistetaan signaalit pääjännitteeseen nähden ja erotetaan signaaleista perustaajuudesta poikkeavat taajuuskomponentit ja lasketaan tehollisarvot käyttäen ;: signaalien perustaajuisia komponentteja ja < < t I *: · - lasketaan vikaetäisyys, jonka jälkeen viallinen erotinväli voidaan erottaa. 20

:/'< 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vika ilmaistaan • » · · seuraavasti: * · · · - lasketaan kunkin lähdön maa-admittanssille (Y«e0 ja epäsymmetria-asteelle (|kj|) vertailuarvo (YtEiref ja |kjref|) vertailukytkentätilassa nollajännitteen keinotekoisen • · « • · · 25 poikkeutuksen perusteella saaduilla mittaustiedoilla, • · ♦ • · · \ - tallennetaan jokaisen lähdön (i) maa-admittanssi (Y®ref) ja (|kiref|) sekä normaalin • · · *·* * kytkentätilan aikainen nollajännite (Ufoef) sekä lähtöjen nollavirrat (Ιοκβ ) ja syötön ' ; · ‘ nollavirta (Iorefe) referenssiarvoiksi, • *.: · seurataan nollajännitettä (Uo) ainakin likimain jatkuvasti ja mikäli nollajännite (Uo) 4 « ·.**: 30 muuttuu enemmän kuin ennalta määritelty raja-arvo (AUoas), lasketaan jokaiselle lähdölle (i) uudet maa-admittanssiarvot (Y©) ja epäsymmetria-asteet (|kj|), 26 106985 - verrataan uusimpia laskettuja maa-admittanssiarvoja (Y®) vertailuarvoihin (YtEiref) ja määritetään, onko näiden välinen erotus mittausepätarkkuutta (ΔΥ® ) suurempi, - mikäli ero on mittausepätarkkuutta (ΔΥ® ) suurempi, tarkistetaan esimerkiksi syötön nollavirrasta laskettavissa olevan koko verkon maa-admittanssin muutoksen 5 perusteella onko verkon kytkentätila muuttunut ja mikäli näin on käynyt, tallennetaan uusimmat mitatut maa-admittanssiarvot (YtEi) ja epäsymmetria-asteet (|kj|) vertailuarvoiksi, ja mikäli verkon kytkentätila ei ole muuttunut, todetaan maasulku, - tarvittaessa verrataan lähtöjen (i) laskettuja epäsymmetria-asteita verrataan 10 referenssiarvoihin |kjrefl ja mikäli lasketun epäsymmetria-asteen muutos on suurempi kuin ennalta määritelty muutoksen raja-arvo |Akj|, määritetään, että lähdöllä on suuri-impedanssinen yksivaiheinen maasulku.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vikaresistanssi lasketaan kaavojen 5 ja 8 avulla.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viallisen lähdön (6) sallitaan laueta.

: 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ': ‘ lasketaan vikaetäisyys nollavirtojen ja nollajännitteen avulla esimerkiksi kaavojen :, f: 20 14-25 mukaisesti. · I • « a

· · : 6. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasketaan • aa V ; vikaetäisyys maasulkuvirran jakautumissuhteen avulla esimerkiksi kaavojen 26-29 mukaisesti. • aa v : 25 • · ·

7. Patenttivaatimuksen 1,2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasketaan • · « v : vikaetäisyys maa-admittanssien muutoksen avulla esimerkiksi kaavojen 30-33 :... mukaisesti. I · · : \: 30

8. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasketaan vikaetäisyys vikaresistanssin avulla esimerkiksi kaavojen 34-38 mukaisesti. 27 106985

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään vianpaikannukseen kuluva enimmäisaika erottimen ohjausajan ja mittaukseen kuluvan ajan summana. • · · • · · • · · • · · • · · • i > • · · • · 1 • · · • · · • · · • · · • · · • · · • · · < r > • · · 28 106985