FI109945B - Menetelmä suojareleen yhteydessä ja suojarele - Google Patents

Description

109945

Menetelmä suojareleen yhteydessä ja suojarele

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on itsenäisten patenttivaatimusten 1, 4, 11, 16 ja 17 johdanto-osien mukaiset menetelmä ja suojarele.

5 Sähköverkon vikojen aiheuttamien jakelukeskeytysten minimoimi seksi sisältyy tunnettuihin ratkaisuihin usein niin kutsuttu jälleenkytkentäre-leistys, joka sulkee katkaisijan uudelleen jonkin ajan kuluttua sen avautumisesta. Koska avojohtoverkon vioista suuri osa on valokaarivikoja, jotka poistuvat itsestään kytkemällä viallinen johto lyhyeksi aikaa jännitteettömäksi, voi-10 daan sähkönjakelua usein jatkaa jälleenkytkennän avulla. Haittana on, että toisinaan vika ei poistukaan katkaisijan ollessa auki. Tällöin katkaisija tulee suljetuksi vikaa vasten, jolloin tarvitaan heti uutta reletoimintaa ja katkaisijan laukaisua. Tällöin on hyödyllistä pystyä tunnistamaan, milloin johdon kytkeminen jännitteettömäksi on johtanut vian poistumiseen, jotta voidaan estää turhat 15 jälleenkytkennät.

Toinen jälleenkytkentöjen haitta on niihin liittyvät vaaratekijät. On nimittäin aina mahdollista, että maasulkuun on osallisena ihminen tavalla tai toisella, jolloin jännitteen palauttaminen vialliselle johdolle saattaa olla vaarallista. Myös oikosulkuun saattaa liittyä maakosketus ja ihmisvahingon riski. 20 Maakosketuksen poistumisen toteaminen lisäisi siis turvallisuutta myös oiko-sulkujen yhteydessä. Tunnetuissa ratkaisuissa jälleenkytkennät joudutaan te-kemään epävarmuuden vallitessa tietämättä, onko vika poistunut. Seuraukse-na on usein epäonnistuneita jälleenkytkentöjä ja ihmisvahinkojen vaara.

Toisinaan johdolla on pienvoimalaitos hajautettua voimantuotantoa ♦ * ;y: 25 varten. Tällöin jännitteet katkaisijan takana eivät juurikaan muutu katkaisijan avautuessa. Pienvoimalaitos voi silloin jäädä syöttämään vikaa johdon katkaisijan ollessa auki. Koska pienvoimalaitos ei kykene syöttämään vikavirtaa yhtä . . paljon kuin koko verkko, on vian itsestäänsammumisella kuitenkin paremmat edellytykset johdon katkaisijan auettua. Näin on varsinkin maasulkuvian tapa- • » ·;·* 30 uksessa. On siis monessa tapauksessa tarkoituksenmukaista pitää avoimen katkaisijan takainen pienvoimalaitos toiminnassa jonkin aikaa, jolloin vian itse-sammumistodennäköisyys kasvaa. Tällöin parhaassa tapauksessa vika poistuu itsestään, eivätkä johdolla olevat sähkönkäyttäjät jää ilman sähköä hetkek-sikään. Ongelmana on tällöin tunnistaa, milloin vika poistuu johdolta.

'· ” 35 Sähköasemilla, kytkinasemilla sekä erotinala-asemilla on kiskolle, johdolle tai johtohaaralle usein saatavissa syöttö kahdesta tai useammasta 2 109945 suunnasta. Jos verkossa syntyy maasulku eikä yksikään johdon tai johtohaa-ran suojarele tai vianilmaisin ilmaise vian olevan jollain johdolla tai johtohaa-ralla, niin tällöin voidaan päätellä vian olevan syötön puolella. Tällöin on tapana avata syötön katkaisija ja sulkea toisen syötön katkaisija. Tällöin on kuiten-5 kin vaarana, että vika on syötön katkaisijan ja johdon katkaisijan välissä eli sähköaseman tai kytkinaseman kiskolla tai erotinala-aseman sisäpuolella. On siis tärkeää syötönvaihdon yhteydessä pystyä toteamaan, kummalla puolella avattua syötön katkaisijaa vika on ja olla sulkematta toisen syötön katkaisijaa, jos vika on kiskolla tai erotinaseman sisäpuolella.

10 Jakeluverkossa johdon varrella on yleensä sähkönkäyttäjiä, jotka kaikki menettävät syötön johdon alun Teletoiminnan seurauksena. Pysyvän vian tapauksessa on ongelmana pystyä tunnistamaan millä erotinvälillä vika on, jotta kyseinen johto-osa voidaan erottaa verkosta ja palauttaa syöttö muulle osalle verkkoa.

15 Mikäli johdolla on kondensaattoriparisto, saattaa johdon katkaisijan avaaminen synnyttää resonanssin johdolle. Resonanssitaajuus riippuu johdon kokonaiskapasitanssin ja kokonaisinduktanssin arvoista. Resonanssitilanne saattaa aiheuttaa ylijännitteitä johdolle ja vaurioittaa johdolla sijaitsevia komponentteja. Tällainen resonanssitilanne on tärkeää pystyä tunnistamaan, jotta 20 verkon topologia voidaan valita sellaiseksi, että resonansseja ei synny johtojen ja johto-osuuksien poiskytkennän yhteydessä. Perinteisesti tähän ei ole ollut • · · · keinoja, koska jännitteitä ei ole yleensä mitattu jakeluverkossa irtikytketyiltä I · · ··: johdoilta.

• ’·· Perinteisissä ratkaisuissa asetellaan jälleenkytkentäsekvenssien ns.

25 kuolleille ajoille, eli ajoille, jonka katkaisija on auki, ennalta tietyt pituudet. Voi-: Y: daan esimerkiksi ensin pitää katkaisijaa auki lyhyehkön ajan, kuten esimerkiksi 150 ms, ja tehdä sitten jälleenkytkentä. Mikäli vika poistuu tällä niinsanotulla • pikajälleenkytkennällä, voidaan pitää katkaisija kiinni ja jatkaa sähkönjakelua .·. : normaalisti. Mikäli johdolla on edelleen vika, niin katkaisija avataan uudelleen 30 pidemmäksi aikaa, esimerkiksi 1 minuutiksi. Tämän jälkeen suljetaan katkaisija uudelleen. Mikäli vika poistuu tällä niinsanotulla aikajälleenkytkennällä, voi-: '· daan pitää katkaisija kiinni ja jatkaa sähkönjakelua normaalisti. Muussa tapa-uksessa rele laukaisee johdon lopullisesti pois verkosta ja vikaa ryhdytään et-*·. simään. Edellä mainitusta yksinkertaisesta jälleenkytkentäsekvenssistä on 35 olemassa erilaisia muunnelmia, joille kaikille on kuitenkin yhteistä se, että * * kuolleitten aikojen pituudet asetellaan ennalta.

3 109945

Perinteisesti käytettyjen kuolleitten aikojen pituuksille on muodostunut erilaisia käytäntöjä kertyneen kokemuksen pohjalta. Pikajälleenkytkennän kuolleen ajan pituus on yleensä muutaman sadan millisekunnin luokkaa ja ai-kajälleenkytkennän kuolleen ajan pituus muutamia minuutteja.

5 Perinteisesti ei ole otettu huomioon johdolla olevien moottorikuor- mitusten aiheuttamaa jännitettä avoimen katkaisijan takaisella johdolla muulla tavalla kuin riittävän pitkillä jälleenkytkennän kuolleilla ajoilla. Ongelmaksi jää tällöin vian poistumisen toteaminen.

Syötön vaihdossa on perinteisesti pyritty päättelemään vian sijainti 10 ylivirtakriteerin avulla, eli jos avautuvan katkaisijan läpi todetaan kulkevan vikavirtaa, niin vian päätellään silloin olevan katkaisijan takana. Toisen syöttö-katkaisijan kiinniohjaus estetään tällöin, koska se johtaisi kytkentään vikaa vasten.

Julkaisuissa Gardiner M., Ramsden J. : On-Site Experience of an 15 Adaptive Autoreclosure Relay for HV Overhead Lines, Developments in Power System Protection, 25-27th March 1997, Conference Publication No. 434, ΙΕΕ, 1997. s. 377-380 ja Laycock W. J. : Adaptive Reclosure of HV Overhead Lines, s. 471-474, IEEE Transmission and Distribution Conference Proceedings, 1996 esitellään siirtoverkon 1-vaiheisiin maasulkuihin liittyvien 1-vaiheisten 20 jälleenkytkentöjen onnistumista parantamaan pyrkivä menetelmä. Julkaisuissa . kuvattu menetelmä ei sovellu käytettäväksi useimmissa jakelu- ja siirtoverkois-• · · · sa, koska yleensä katkaisijat toimivat 3-vaiheisesti.

I « * ···: Julkaisujen mukaisessa menetelmässä on heikkoutena sekin, että • · • ’·· valokaaren sammumisen toteaminen ei perustu yksiselitteisiin ja eksakteihin • « 25 kriteereihin. Julkaisuissa ehdotetaankin neuroverkkotekniikan käyttöä tarkoi-:V: tukseen. Haittana on tällöin se, että toiminta on neuroverkkojen toimintaperi- :T; aatteen mukaisesti osittain ennakoimatonta. Myös neuroverkon opettaminen on vaativa tehtävä, eikä yhden sähköverkon jännitetallenteilla opetettu neuro-: verkko välttämättä toimi optimaalisesti jossain toisessa verkossa.

• I · 30 Julkaisu Bo Z. Q. :A new approach to distinguish between transient and permanent faults using high frequency fault transients, 3rd International • * : '·· Conference on Advances in Power System Control, Operation and Manage-ment, Conf. Pubi. No CP417, Hong Kong 9.-11.11.1994, IEE 1995 esittää me-]·. netelmän, jolla voidaan todeta, onko siirtoverkon vika valokaarivika vai pysyvä i". 35 vika. Julkaisussa esitetyssä menetelmässä käytetään hyväksi valokaarivian '* synnyttämiä korkeataajuisia jännitesignaaleja. Jos katkaisija avautuu 3- 4 109945 vaiheisesti, voidaan valokaarivika erottaa pysyvästä viasta ennen katkaisijan avautumista suoritettavilla mittauksilla. Jos taas katkaisija avautuu 1-vaiheisesti, voidaan valokaarivika ja sen poistuminen todeta mittaamalla viallisen vaiheen jännitettä avatun katkaisijan takaa.

5 Edellä mainitun julkaisun mukainen ratkaisu edellyttää erikoislait- teita, jotta saadaan mitattua taajuudeltaan kymmeniä kilohertsejä olevia jännitteitä. 3-vaiheisen jälleenkytkennän yhteydessä julkaisussa esitetään vikojen luokittelemista pysyviin vikoihin ja valokaarivikoihin ennen katkaisijan avautumista. Tarkastellussa siirtojohdossa valokaarivika poistuukin heti, kun johto on 10 erotettu verkosta 3-vaiheisesti. Jakeluverkossa kuormituksena olevat pyörivät koneet synnyttävät kuitenkin vaihtojännitteitä, jotka saattavat pitää valokaarta yllä myös 3-vaiheisen jälleenkytkennän kuolleena aikana.

Julkaisu Thorp J. S. : Feasibility of adaptive protection and control, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 8, No. 3, July 1993. s. 975-983 15 esittelee siirtoverkkojen lähinnä 1-vaiheisiin jälleenkytkentöihin liittyviä ideoita, joilla jälleenkytkennän onnistumismahdollisuuksia voidaan lisätä. Julkaisussa mainitaan maasulkuvian poistumisen toteaminen vaihejännitteen äkillisen nousun perusteella. Vasta kun maasulkuvian on todettu poistuneen, tehdään jälleenkytkentä. Artikkelissa kerrotaan saman kriteerin soveltuvan myös 3-20 vaiheisen katkaisijatoiminnon yhteydessä käytettäväksi, sillä vaiheisiin jää va-. rausta katkaisijan avautuessa. Varaus purkautuu pitäen yllä valokaarta, ja valokaaren sammuessa viallisen vaiheen jännite äkisti kasvaa.

·*.: Julkaisussa kuvattu menetelmä ja sen teoreettinen pohja eivät sel- ’ ’·· laisenaan päde keskijännitteisellä jakelujohdolla, jonka varrella yleensä on ja-25 kelumuuntajia. Vaiheiden maakapasitansseihin jäänyt varaus tasoittuu nope-;Y: asti jakelumuuntajien ensiökäämien kautta. Keskijännitteisen jakelujohdon maasulun tapauksessa vian poistuessa ei siis yleisesti tapahdu viallisen vaiheen jännitteen nousua, mikä edellyttäisi terveiden vaiheiden jännitteiden ole- : van korkeammassa potentiaalissa ennen vian poistumista, jotta vian poistumi- • · · ‘..j 30 nen johtaisi potentiaalien tasoittumiseen eri vaiheiden kesken ja sitä kautta vi-*1* allisen vaiheen jännitteen nousuun.

: '·· Keskijännitteisellä jakelujohdollakin viallisen vaiheen jännite saattaa nousta, mutta vain silloin, kun johdolla on riittävästi moottorikuormitusta tai X hajautettuun voimantuotantoon liittyviä generaattoreita, jotka indusoivat joh-i’·. 35 dolle 3-vaiheisen vaihtojännitteen katkaisijan ollessa auki. Silloinkaan, kun • ” johdolla on moottorikuormitusta, viallisen vaiheen jännite ei välttämättä nouse.

5 109945 Tämä johtuu siitä, että moottoreiden indusoiman 3-vaiheisen jännitteen amplitudi usein pienenee nopeasti, jolloin vian poistumisesta muuten aiheutuva viallisen vaiheen jännitteen nousu kumoutuu jännitteiden yleisen pienenemisen seurauksena.

5 Toinen julkaisussa selostettu menetelmä perustuu 3-vaiheisesti avatun katkaisijan sulkemiseen siten, että ensin suljetaan yksi vaihe. Tällöin myös avoimiin vaiheisiin indusoituu jännitteitä. Mikäli kahden vaiheen jännitteiden todetaan seuraavan toisiaan, voidaan päätellä oikosulun olevan jäljellä eikä 3-vaiheista jälleenkytkentää tehdä. Tässä menetelmässä ei siis pyritä tote-10 armaan vian poistumishetkeä jälleenkytkennän kuolleena aikana, vaan varmistetaan vian poistuminen vasta jälleenkytkentää tehtäessä.

Patenttijulkaisussa SU 607305 A 19780424 esitellään menetelmä, jossa jälleenkytkennän kuolleen ajan pituus määrätään johdon läpi ennen vikaa siirretyn tehon suuruuden mukaan. Mitä suurempi on siirretty teho, sitä ly-15 hyemmäksi asetetaan jälleenkytkennän kuollut aika. Tämä ei luonnollisesti lisää vian poistumisedellytyksiä, vaan tällä pyritään parantamaan verkon stabii-lisuuden säilymisedellytyksiä.

Patenttijulkaisun US 5,805,400 mukaisessa menetelmässä jälleenkytkennän kuolleen ajan pituutta määriteltäessä otetaan huomioon siirtoverkon 20 toimintapisteen ja stabiilisuuden menettämispisteen välinen marginaali, jotta . voidaan minimoida stabiilisuuden menettämisen vaara jälleenkytkentää tehtäessä.

Patenttijulkaisu US 5,543,995 esittää menetelmän, jolla voidaan to- «« • '·· deta siirtojohdon johtimen katkeaminen estimoimalla vikakohdan jännitteen T‘·: 25 johdon molempien päiden jännite- ja virtamittauksilla ennen katkaisijan avau-: Y: tumista ja estää jälleenkytkentä, jos todetaan johdinkatkeama. Tämä mene- telmä ei siis kykene toteamaan oikosulku- ja maasulkuvikojen poistumista johdon ollessa kytkettynä irti verkosta.

: Jakelujohdon viallisen osan erottamiseen on käytössä erilaisia tun- 30 nettuja menetelmiä. Yhtenä menetelmänä on laskea johdon alun mittausten *:*’ avulla vian sijainti verkossa ja erottaa viallinen johto-osuus kauko-ohjatuilla : '·· erottimilla. Koska käytössä ei yleensä ole riittävän nopeaa kommunikaatiota, ei : viallista johto-osaa saada erotetuksi verkosta pikajälleenkytkennän kuolleena ’·. aikana.

• · · 35 Toisena tunnettuna menetelmänä viallisen johto-osuuden erottami- ‘ '· seksi on soveltaa paikallista logiikkaa hyödyntäviä kytkimiä johdon varrella.

6 109945 Nämä avautuvat jännitteen poistuessa aikajälleenkytkennän kuolleena aikana ja sulkeutuvat uudelleen jännitteen palautuessa. Ensin sulkeutuu lähinnä vikaa oleva kytkin ja sitten sen jälkeiset kytkimet yksi kerrallaan. Kun välittömästi ennen vikakohtaa sijaitseva kytkin sulkeutuu, niin vikavirta alkaa uudelleen 5 kulkea aiheuttaen johdon alun releen laukaisun ja viimeksi sulkeutuneen luk-kiutumisen auki. Seuraavassa jälleenkytkennässä muut kytkimet sulkeutuvat palauttaen sähkönjakelun sille osalle johtoa, jolla ei ole vikaa.

Tunnettujen ratkaisujen haittana on, että ei yleensä tiedetä ennen katkaisijan sulkemista mitään siitä, onko vika poistunut. Jotta vian poistumisen 10 todennäköisyys olisi mahdollisimman suuri, ei kuollutta aikaa voi tehdä kovin lyhyeksi, jotta kuormituksena olevien moottoreiden synnyttämät jännitteet johdolla ehtisivät vaimentua ja valokaaren aiheuttama ionisaatio poistua vikakoh-dasta. Toisaalta pidemmistä kuolleista ajoista on yleensä enemmän haittaa sähkönkäyttäjille. Käytännössä kuolleen ajan pituutta valittaessa joudutaan te- 15 kemään kompromissi eri näkökohtien välillä, mistä seuraa toisaalta epäonnistuneita jälleenkytkentöjä ja siten turhia katkaisijan ohjauksia, kun vika ei ole ehtinyt poistua ennen katkaisijan sulkemista. Toisaalta jakelukeskeytys saattaa olla vian poistumisen kannalta myös tarpeettoman pitkä, jos vika poistuu pian katkaisijan avaamisen jälkeen.

20 Perinteisten ratkaisujen haittana on sekin, että vian poistumisen edellytykset riippuvat johdon kuormituksesta. Mikäli kuormituksena on runsaasti moottoreita, saattaa jännite johdolla pysyä katkaisijan avautumisen jäl-keen yllä pitkään heikentäen vian poistumisedellytyksiä. Toisinaan taas kuor- * ’·· mitukset saattavat olla pääosin lämmitys- tai valaistuskuormia, jotka eivät pidä 25 yllä jännitettä avoimen katkaisijan takana. Jälkimmäisessä tapauksessa kat- :Y: kaisija voitaisiin siis sulkea uudelleen nopeammin, mutta perinteisissä ratkai- suissa ei ole mahdollisuutta ottaa tällä tavalla huomioon kuormituksen ominaisuuksia.

.·. : Johdolla saattaa olla myös hajautettuun voimantuotantoon liittyviä • · · l./ 30 generaattoreita, jotka voivat pitää jännitettä yllä estäen vian poistumisen. Esi-merkkinä on tuulivoimalaitos, jonka päälläolo riippuu luonnollisesti tuulioloista, • · : “·· jolloin vian itsestäänsammumisen edellytykset saattavat huomattavasti vaih-della tilanteen mukaan. Perinteiset ratkaisut eivät kykene ottamaan tällaista Y tilannetta huomioon.

* · · 35 Sellainen perinteinen ratkaisu, jossa johdolla oleva pienvoimalaitos • * kytketään pois heti, kun johdon katkaisija avautuu, johtaa monessa tapauk- 7 109945 sessa tarpeettomaan sähkönjakelukeskeytykseen johdon varrella oleville sähkönkäyttäjille. Vian mahdollista itsesammumista johdon katkaisijan avauduttua ei pystytä perinteisellä ratkaisulla hyödyntämään.

Perinteinen syötönvaihtologiikka estää toisen syöttökatkaisijan oh-5 jäämisen kiinni, jos havaitaan vikavirran kulkeneen avautuneen katkaisijan kautta. Tämä menetelmä ei ole kattava, sillä on mahdollista, että vika on avautuvan katkaisijan ja virran mittauspisteen välissä. Tällöin vikavirtaa ei havaita, mutta vika ei silti poistu katkaisijan avaamisella. Toinen syöttökatkaisija tulee tällöin ohjattua kiinni vikaa vasten, mikä on luonnollisesti haitallista. Yli-10 virtakriteerin käyttöön perustuvan ratkaisun luotettavuus myös riippuu siitä, tuleeko ylivirtaa mittaavan laitteen lähettämä lukitusviesti perille syötönvaihdon suorittavalle laitteelle. Mikäli lukitusviesti ei tule perille, niin toisen syötön katkaisija tulee ohjatuksi kiinni vikaa vasten haitallisin seurauksin.

Mainitussa jännitteen mittaukseen perustuvassa jälleenkytkentäme-15 netelmässä on seuraavat heikkoudet. Menetelmä perustuu viallisen vaiheen jännitteen taajuussisällön mittaamiseen ja neuroverkon opettamiseen tunnistamaan verkosta erotetussa vaiheessa palavan ns. sekundaarisen valokaaren sammuminen. Sekundaarinen valokaari aiheutuu siitä, että vaiheiden välisen kapasitanssin kautta kytkeytyy verkosta erotettuun vaiheeseen vaihtojännite. 20 Tämä menetelmä ei sovellu käytettäväksi muiden kuin 1-vaiheisen maasulun yhteydessä eikä toimi 3-vaiheisten jälleenkytkentöjen yhteydessä.

Edellämainittujen julkaisujen menetelmät liittyvät siirtoverkon jäl- • ••i leenkytkentöihin, eikä niissä oteta huomioon jakeluverkolle tyypillistä kuormi- • '·· tuksena olevien moottoreiden vaikutusta.

V-j 25 Missään mainitussa julkaisussa ei esitetä ratkaisua kuormituksena :Y: olevien pyörivien koneiden indusoimien jännitteiden huomioonottamiseksi jäl- leenkytkentöjä tehtäessä, mikä johtuu siitä, että julkaisut käsittelevät siirtoverkon jälleenkytkentöjä eikä siirtojohdoilla ole pyöriviä koneita kuormituksena.

: Julkaisuissa ei myöskään esitetä jakeluverkkoon soveltuvia mene- 30 telmiä vikapaikan rajoittamiseen johdolla olevilla erottimilla eikä ratkaisua nopean syötönvaihdon toteamiseen sähköasemalla tai johdon varrella sijaitse-: ‘ · valla erotinasemalla.

Jakelujohdon viallisen osuuden erottamiseen perinteisesti käyte-. ’·. tyissä menetelmissä on haittana hitaus. Vianpaikannukseen ja kauko-35 ohjattuihin erottimiin perustuva ratkaisu vaatii kommunikaatioyhteyttä erotti- ! i · 1 · miltä sähköasemalle tai valvomoon. Nopean viestiyhteyden rakentaminen kai- 8 109945 kille erotinala-asemille on kuitenkin kallista. Lisäksi vikaetäisyyden laskennan tarkkuus riippuu monesta eri seikasta, kuten virtojen ja jännitteiden mittaustarkkuudesta sekä laskennassa käytettävien johdon parametrien tarkkuudesta. Käytännössä on siten mahdollista, ettei viallista erotinväliä saada paikallistet-5 tua oikein.

Paikallislogiikaan perustuvat ratkaisut viallisen johto-osuuden erottamiseksi eivät tarvitse nopeaa kommunikaatiota, mutta koska vikapaikan löytäminen perustuu erotinten vaiheittaisiin kokeilukytkentöihin ja niitä seuraa-vaan toiseen reletoimintoon, aiheutuu sähkönkäyttäjille väistämättä pitkähkö 10 jakelukeskeytys. Perinteisesti onkin sovellettu paikallislogiikkaan perustuvia ratkaisuja vain aikajälleenkytkennän yhteydessä, jos vika ei ole pikajälleenkyt-kennällä poistunut.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, joka 15 välttää edellä mainitut epäkohdat, ja mahdollistaa jälleenkytkentöjen ja syö-tönvaihtojen toteuttamisen aikaisempaa luotettavammalla tavalla. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa mitataan jännitteitä erotetulta johdolta, johto-osuudelta tai kiskolta, muodostetaan erotetun johdon, 20 johto-osuuden tai kiskon tilaa kuvaavia tunnuslukuja mitatuista jännitteistä, ja päätellään tunnuslukuihin perustuen erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon vian poistuminen tai sen poistumismahdollisuus.

·’·.· Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kun johdolta tai johto- osuudelta kytketään syöttö pois, johto tai johto-osuus ei mene välittömästi jän-25 nitteettömäksi, vaan johdon kuormituksena olevat moottorit toimivat gene- « · . *; *. raattoreina indusoiden vaihtojännitteitä johdolle.

Keksintö tekee mahdolliseksi todeta vian poistumisen tai pysymisen . . katkaisijan ollessa 3-vaiheisesti auki. Tällöin voidaan vian poistuessa nopeasti katkaisijan avauduttua minimoida kuolleen ajan pituus ja toisaalta pysyvän tai • · ·;·* 30 hitaasti poistuvan vian tapauksessa pitää katkaisijaa auki pidempään. Perin-teisen ratkaisun haittana oleva pakko tehdä kompromissi kuolleen ajan pi-tuutta aseteltaessa vältetään, kun kuolleen ajan pituus asetellaan käsillä olevaan vikatapauksen mukaan eikä tilastollisiin tarkasteluihin tai kokemukseen pohjautuen.

'· '· 35 Keksinnönmukaisella ratkaisulla voidaan hyödyntää vian itsestään- sammumismahdollisuutta myös tilanteessa, jossa johdolla on pienvoimalaitos.

109945 g

Pienvoimalaitosta ei tarvitse kytkeä pois heti, kun johdon katkaisija avautuu, vaan voidaan odottaa vian poistumista. Mikäli vika poistuu itsestään, vältytään kokonaan sähkönjakelukeskeytykseltä.

Samoin keksinnön avulla voidaan estää turhat jälleenkytkentäyrityk-5 set tilanteessa, jossa johdolla olevat sähkökoneet pitävät yllä jännitettä johdolla estäen vian poistumisen.

Keksintö tekee mahdolliseksi syötönvaihdon yhteydessä todeta vian sijaitsemisen kiskolla tai erotinala-aseman sisäpuolella myös sellaisessa tapauksessa, jossa se sijaitsee katkaisijan ja virran mittauspisteen välissä. Keksin-10 nonmukaisella ratkaisulla voidaan myös lisätä syötönvaihtoautomatiikan luotettavuutta, koska toiminta ei ole enää riippuvainen syötön ylivirtareleeltä tulevasta lukitusviestistä, joka on perinteisessä ratkaisussa välttämätön.

Keksintö tekee mahdolliseksi tunnistaa avatun katkaisijan takaisen resonanssin ja sen taajuuden, jolloin verkon topologiaa voidaan muuttaa reso-15 nanssin syntymisen välttämiseksi tulevaisuudessa.

Keksinnönmukainen ratkaisu toimii perustaajuisten ja sitä matalam-pitaajuisten signaalien mittausten avulla, jolloin käytettävä tekniikka on luotettavaa ja edullista.

Toisin kuin tunnetut menetelmät, keksinnönmukainen menetelmä 20 soveltuu myös 3-vaiheisen katkaisijatoiminnan yhteydessä toteamaan 2- ja 3-vaiheisten vikojen poistumisen jälleenkytkennän kuolleena aikana. Keksinnönmukainen ratkaisu ottaa yksinkertaisella tavalla huomioon myös moottori-··' kuormitusten vaikutuksen sallimalla jälleenkytkennän vasta, kun vian on to- * " dettu poistuneen tai moottorien synnyttämät jännitteet ovat pienentyneet niin 25 paljon, että valokaarivikojen poistuminen on mahdollista.

:V: Toisin kuin tunnetut viallisen johto-osuuden erottamiseen käytetyt menetelmät, keksinnönmukainen ratkaisu tekee mahdolliseksi erottaa paikalli-sautomaation avulla nopeasti viallinen johto-osuus ilman tarvetta nopeisiin : viestiyhteyksiin. Keksinnönmukainen ratkaisu ei myöskään, toisin kuin vikapai- 30 kan laskentaan perustuva menetelmä, edellytä johdon parametrien tuntemista eikä tarkkoja virtojen ja jännitteiden mittauksia. Tarvitaan vain jännitteiden ; ’·· mittaukset, eikä niiden tarvitse olla tarkkoja, jotta voidaan todeta, onko vika *,, #: poistunut kyseiseltä johto-osuudelta.

. * ·. Keksinnön kohteena on myös itsenäisen patenttivaatimuksen 4 mu- • · « 35 kainen menetelmä. Menetelmän mukaisesti keksinnön mukaista ajatusta säh-‘ * köverkon tilan määrittämisestä voidaan käyttää kaikkien verkkoon kohdistuvien 10 109945 kytkentätilanteiden yhteydessä, jolloin vikaantumattoman verkon taipumus re-sonanssiylijännitteisiin saadaan selvitettyä.

Keksinnön kohteena on edelleen itsenäisen patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä. Menetelmän mukaisesti jännitteisiin perustuvia tunnus-5 lukuja muodostetaan kytkinlaitteen molemmilla puolilla vaikuttavista jännitteistä.

Keksinnön kohteena on myös suojarele, joka käsittää kytkinelimen vikaantuneen johdon, johto-osuuden tai kiskon 3-vaiheiseksi erottamiseksi ja kytkemiseksi, jolloin suojareleelle on tunnusomaista se, että suojarele käsittää 10 lisäksi jännitteenmäärityselimen, joka on sovitettu määrittämään suojareleen yhteydessä olevan sähköverkon jännitteen suuruutta, ja prosessointielimen, joka on sovitettu muodostamaan erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa kuvaavia tunnuslukuja ja päättelemään erotun johdon, johto-osuuden tai kiskon vian poistumisen tai sen poistumismahdollisuuden. Tällaisen suojare-15 leen avulla voidaan keksinnön mukaisen menetelmän tarjoamat edut saavuttaa yksinkertaisella ja luotettavalla rakenteella.

Keksinnön kohteena on lisäksi itsenäisen patenttivaatimuksen 17 mukainen suojarele, jonka avulla itsenäisen patenttivaatimuksen 11 mukaisen menetelmän tarjoamat edut saavutetaan yksinkertaisella rakenteella.

20 Kuvioiden lyhyt selostus ' ' Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa: • · • '·· Kuvio 1 esittää sähköverkon vaihejännitteitä mitattuna johdolta 2- vaiheisen oikosulun aikana; 25 Kuvio 2 esittää sähköverkon pääjännitteitä mitattuna johdolta 2- : ’: ·. vaiheisen oikosulun aikana;

Kuvio 3 esittää sähköverkon nollajännitettä mitattuna johdolta 1-_· . vaiheisen maasulun aikana;

Kuvio 4 esittää sähköverkon vaihejännitteitä mitattuja johdolta 1-;·’ 30 vaiheisen maasulun aikana; ja : Kuvio 5 esittää sähköverkon pääjännitteitä mitattuna johdolta 3- : ” ’: vaiheisen oikosulun aikana.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kun johdolta tai johto-osuudelta kytketään jännitesyöttö pois, johto 35 tai johto-osuus ei mene välittömästi jännitteettömäksi, sillä johdon kuormituk- „ 109945 11 sena olevat moottorikuormat toimivat generaattoreina indusoiden vaihtojännitteitä johdolle.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti sähköverkon johdolla tai johto-osuudella havaitaan vika. Tällainen vika voi olla esimerkiksi oiko- tai 5 maasulku, joka vaikuttaa normaaliin sähköverkon toimintaan. Kun vika johdolla tai johto-osuudella on havaittu suoritetaan vikaantuneen osuuden laukaisu pois muusta verkosta, eli erotetaan vikaantunut osuus. Erottaminen suoritetaan suojareleessä tai sen yhteydessä olevalla kytkinlaitteella, joka voi olla esimerkiksi mekaaninen kytkinelin tai puolijohdekytkin.

10 Keksinnön menetelmän mukaisesti vian havaitsemisen ja vikaantu neen verkko-osuuden erottamisen jälkeen mitataan jännitettä erotetulta johdolta tai johto-osuudelta. Jännitteen mittaaminen suoritetaan suojareleeseen tai sen yhteyteen sovitetulla jännitteenmäärityselimellä. Jännitettä mitataan keksinnön mukaisesti siis erotetulta johdolta tai johto-osuudelta. Mitatuista 15 jännitteen suuruuksista muodostetaan edelleen erotetun osuuden tilaa kuvaavia tunnuslukuja. Tunnuslukujen muodostaminen tapahtuu suojareleen pro-sessointielimessä, joka on yhteydessä jännitteenmäärityselimeen.

Tunnuslukujen muodostamisen jälkeen päätellään edelleen proses-sointielimessä tunnuslukuihin perustuen erotetun johdon tai johto-osuuden vi-20 an poistuminen tai sen poistumismahdollisuus. Tunnuslukujen muodostaminen tapahtuu keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti siten, että määritetään erotetun johdon tai johto-osuuden yhden tai useamman vaihe- tai pää-·.·! jännitteen perustaajuisen komponentin amplitudin suuruus. Tunnuslukujen • ’·· muodostaminen voi edelleen käsittää vaiheen, jossa verrataan ennalta mää-1,’·: 25 rättyjen amplitudien suuruuksia keskenään.

:Y; Kun tunnuslukujen perusteella on voitu määrittää vian poistuminen tai sen poistumismahdollisuus, kytketään keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti erotettu johto tai johto-osuus takaisin verkkoon ennalta määrätyn : ajan kuluttua.

30 Kuviot 1 ja 2 esittävät esimerkkejä verkosta irti kytketyn johdon tai johto-osuuden jännitteiden käyttäytymisestä tilanteessa, jossa vika ei poistu : '* katkaisijan ollessa auki. Kuvio 1 esittää vaihejännitteet johdolta mitattuina sen '[[[' jälkeen, kun johto on kytketty irti 2-vaiheisen oikosulun seurauksena. Katkai- . X sija avautuu noin hetkellä 0.03 s, mutta kahden vaiheen välinen oikosulku ei tl· l". 35 poistu heti. Viallisten vaiheiden jännitteet seuraavat toisiaan, mikä osoittaa vi- I » i ’ ' an vaikuttavan edelleen.

| i | 12 109945

Kuvio 2 esittää pääjännitteet johdolta mitattuina sen jälkeen, kun johto on kytketty irti 2-vaiheisen oikosulun seurauksena. Katkaisija avautuu noin hetkellä 0.03 s, mutta kahden vaiheen välinen oikosulku ei poistu heti. Yhden pääjännitteen pysyminen pienenä ilmaisee kahden vaiheen olevan 5 edelleen oikosulussa. Kuvion pääjännitteet liittyvät kuvion 1 vaihejännitteisiin.

Mikäli taas vika poistuu katkaisijan ollessa auki, niin tämä ilmenee siten, että jännitteet muuttavat luonnettaan. Esimerkkejä tästä on annettu kuvioissa 3 ja 4. Nollajännite, jolla tarkoitetaan vaihejännitteiden summaa sellaisenaan tai jollain vakiolla kerrottuna, muuttuu matalataajuiseksi vian poistues- 10 sa. Vaikuttava matala taajuus määräytyy johdon induktanssien ja kapasitanssien muodostaman resonanssipiirin ominaistaajuudesta. Vastaavaan tilanteeseen liittyvät vaihejännitteet näkyvät kuviossa 4. Aluksi viallisen vaiheen jännite on selvästi matalin, mutta vian poistuttua kaikki vaihejännitteet ovat likimain samansuuruiset.

15 Kuvio 5 liittyy 3-vaiheisen oikosulun poistumiseen katkaisijan avau tumisen jälkeen. Kaikki pääjännitteet kasvavat äkisti oikosulun poistuessa.

Kuvoissa 1 - 5 näkyvä jännitteiden vaimeneminen johtuu siitä, että johdon kuormana olevat oikosulkumoottorit eivät kykene pitämään jännitettä yllä, koska johdon luonnollisista kapasitansseista saatava magnetointivirta ei 20 ole moottoreille riittävä. Taajuuden aleneminen taas johtuu kuormana olevien moottoreiden hidastumisesta tehonsyötön poistuessa.

* «· ·

Mikäli vika ei poistu katkaisijan avautuessa, niin avoimen katkaisijan ···· takaisten jännitteiden luonne riippuu vikatyypistä. Kaksivaiheinen oikosulku il- • *·· menee siten, että viallisten vaiheiden välinen jännite on hyvin pieni verrattuna • · 25 muihin pääjännitteisiin. Tällainen tilanne ilmenee kuviosta 2. Jos kaksivaihei-:V: nen vika poistuu, niin viallisten vaiheiden välinen pääjännite nousee suuruu- : ‘ I'; deltaan samaksi kuin muut pääjännitteet.

Yksivaiheisen maasulun pysyminen katkaisijan avautumisen jälkeen : ilmenee siten, että nollajännite pysyy suurena ja viallisen vaiheen jännite pie- • · ♦ 30 nenä suhteessa muihin vaihejännitteisiin. Kun maasulku poistuu, niin nollajän- * nitteen amplitudi ja taajuus laskevat ja viallisen vaiheen jännite nousee yhtä * · : ’·· suureksi kuin muut vaihejännitteet. Sekä vian pysyminen että myöhempi poistuminen ilmenevät kuvioista 3 ja 4, joissa katkaisija aukeaa hetkellä 1.5 s . *·. ja maasulkuvika pysyy hetkeen 1.6 s saakka. Kuvio 4 esittää vaihejännitteitä i 35 johdolta mitattuina sen jälkeen, kun johto on kytketty irti 1-vaiheisen maasulun ' ’ seurauksena.

13 109945

Kuvio 5 esittää pääjännitteitä johdolta mitattuina sen jälkeen, kun johto on kytketty irti 3-vaiheisen oikosulun seurauksena. Katkaisija avautuu noin hetkellä 0.68 s, mutta oikosulku poistuu vasta hetkellä 0.75 s, mikä ilmenee pääjännitteiden äkillisenä kasvamisena.

5 Keksinnön menetelmän mukainen tunnusluku on esimerkiksi 2- vaiheisessa oikosulussa osallisena olevien vaiheiden välisen pääjännitteen perustaajuisen komponentin amplitudin suhde suurimman pääjännitteen tai vaihejännitteen perustaajuisen komponentin amplitudiin. 2-vaiheisen oikosulun poistuminen voidaan todeta siitä, että viallisten vaiheiden jännitteet lakkaavat 10 olemasta samat. Keksinnönmukaisessa ratkaisussa 2-vaiheisen vian poistuminen voidaan todeta ilman kytkentätoimenpiteitä hyödyntäen moottorikuor-man indusoimien jännitteiden mittauksia.

Toinen mahdollinen tunnusluku muodostuu kaikkien vaihe- tai pääjännitteiden perustaajuisten komponenttien amplitudeista tai kaikkien vaihe- tai 15 pääjännitteiden taajuusspektrin amplitudiltaan suurimman komponentin amplitudi ja taajuus. 3-vaiheisen oikosulun poistuminen voidaan todeta siitä, että kaikki vaihe- tai pääjännitteet äkillisesti nousevat.

Tunnuslukuna voidaan käyttää myös kaikkien vaihe- tai pääjännitteiden suurinta hetkellisarvoa, nollajännitteen taajuusspektrin amplitudiltaan 20 suurimman komponentin taajuutta tai nollajännitteen kahden peräkkäisen . merkinvaihtokohdan välistä aikaa.

M < » 1-vaiheisen maasulun poistuminen voidaan todeta keksinnön mu- • · * kaista menetelmää käyttämällä seuraavien kriteereiden perusteella. Maasulku * '·* on poistunut, jos nollajännitteen taajuusspektrin amplitudiltaan suurimman • · :Λ: 25 komponentin taajuus alittaa ennalta asetellun rajan tai jos nollajännitteen kah-den peräkkäisen merkinvaihtokohdan välinen aika ylittää ennalta asetellun ra- :T: jän. 1-vaiheisen maasulun poistumisen toteamiseen käytettävät kriteerit so veltuvat myös maakosketuksen poissaolon tai poistumisen toteamiseen 2- ja ,\ : 3-vaiheisten vikojen yhteydessä. Tällaisen päättelyn avulla voidaan henkilötur- 30 vallisuutta parantaa merkittävästi.

V Vian poistumisedellytysten voidaan todeta syntyneen, kun jännitteet t « : ' · · johdolla tai johto-osalla ovat laskeneet tietyn rajan alle. On ennestään tunnet-tua, että johdolla olevat moottorikuormat synnyttävät johdolle vaihtojännitteitä, . .·. jotka hidastavat vian poistumista jälleenkytkennän kuolleena aikana. Keksin-

I I I

35 nön menetelmän mukaisesti nämä jännitteet mitataan johdolta, jolloin kyetään ’ ’ suoraan toteamaan vian poistumisedellytysten syntyminen senhetkisessä 14 109945 kuormitusten kytkentätilanteessa. Kuormitustilanne vaihtelee, ja perinteistä ratkaisua käytettäessä on jälleenkytkennän kuollut aika valittava suurinta moottorikuormaa ja hitainta jännitteiden vaimenemista edustavan kytkentäti-lanteen mukaan, mikä johtaa muiden kytkentätilanteiden kannalta tarpeetto-5 man pitkään kuolleeseen aikaan.

Keksinnön mukaisesti muodostetuista tunnusluvuista määritetään johdon tai johto-osuuden resonanssiylijännite ja ilmaistaan joko resonanssiyli-jännitteen ilmeneminen tai sen suuruus ja/tai taajuus sähköverkon käyttöhenkilökunnalle. Resonanssiylijännitteet voidaan tunnistaa siitä, että jonkin tai 10 kaikkien pää- tai vaihejännitteiden suurin hetkellisarvo tai amplitudiltaan suurimman taajuuskomponentin amplitudi ylittää ennalta asetellun rajan. Reso-nanssiylijännitteiden esiintymisen mahdollisuus verkon kytkentätoimenpiteiden yhteydessä on ennestään tunnettua. Keksinnön suoritusmuodon mukaisesti todetaan resonanssiylijännitteiden syntyminen irtikytketyllä jakeluverkon joh-15 dolla tai kiskolla mittaamalla suoraan kyseisten johto-osien jännitteitä aina katkaisijan tai muun kytkinlaitteen avauduttua. Esitettyä resonanssiylijännitteen määritystä voidaan soveltaa silloinkin, kun kyse ei ole vikatilanteesta tai jäl-leenkytkennästä.

Kun vian on todettu poistuneen tai vian poistumisedellytykset ovat 20 olemassa alentuneiden jännitteiden vuoksi, voidaan keksinnön erään suori-. tusmuodon mukaisesti kytkeä sama tai eri syöttö päälle jakeluverkon sähkö-asemalla tai erotinala-asemalla. Mikäli vika poistui välittömästi katkaisijan avautuessa, vika oli syötön puolella, jolloin on syytä vaihtaa syöttöä. Jos taas • ·* vika poistui vasta jonkin ajan kuluttua katkaisijan avautumisesta, vika ei ollut t · 25 syötön puolella, jolloin sama syöttö voidaan turvallisesti kytkeä takaisin. Mikäli '·//· vian ei voi todeta poistuneen, voidaan joko olla kytkemättä syöttöä ollenkaan :T: takaisin turvallisuussyistä tai sitten voidaan jompi kumpi syöttö kytkeä päälle ennalta asetellun ajan kuluttua siitä, kun vian poistumisedellytykset ovat syn-: tyneet.

.···’ 30 Jännitteen mittausten ja niihin perustuvien tunnuslukujen perus- '·' teella voidaan viallinen johto-osuus erottaa verkosta paikallisautomaatiolla : ’·· ohjattavilla erottimilla. Tässä tapauksessa jännitteiden mittaukset ja näihin pe-rustuvat päätelmät tehdään erottimen eri puolilla sijaitseville johto-osille erik- . !·. seen. Erotin avataan jännitteistä laskettujen tunnuslukujen osoittaessa vian * · 35 syntyneen sähköverkossa. Erotin suljetaan tällöin nopeasti uudelleen, mikäli ’ ’ jännitteet molemmin puolin erotinta osoittavat, ettei kyseisillä johto-osuuksilla <κ 109945 15 ole vikaa. Erottimen sulkeminen voidaan tehdä jo pikajälleenkytkennän kuolleena aikana, jolloin toista jälleenkytkentää ja vaiheittaisia erottimien sulkemisia ei tarvitse tehdä ollenkaan eikä niitä seuraavaa toista Teletoimintaa ja syö-tönkatkosta tule. Päästään siis huomattavasti lyhyempään jakelukeskeytyk-5 seen, kuin perinteisellä paikallislogiikkaan perustuvalla menetelmällä.

Keksinnön mukaista menetelmää käyttämällä jälleenkytkentöjä on periaatteessa mahdollista tehdä myös maakaapeliverkon maasulkujen yhteydessä, mikäli keksinnönmukaista mentelmää soveltamalla todetaan maasulku-vian poistuneen. Lisäksi menetelmä mahdollistaa nopean syötön palautuksen 10 sähköasemalla, kytkinasemalla tai erotinala-asemalla myös silloin, jos vika on avautuneen katkaisijan takana, mutta poistuu katkaisijan avauduttua. Perinteisillä ratkaisuilla ei ole käytössä tietoa vian poistumisesta, ja syötön nopea palauttaminen edellyttäisi riskinottamista.

Käytettäessä tunnettua ylivirtalukitusta hyödyntävää syötönvaihto-15 automatiikkaa voidaan keksinnönmukaisella ratkaisulla saada aikaan lisäkri-teeri vian poistumisen toteamiseen. Keksinnönmukaista ratkaisua voidaan siis käyttää varmistamaan tunnettua menetelmää luotettavuuden lisäämiseksi.

Keksinnön mukainen menetelmä vaatii jännitteen mittauksen johdolta suojareleeseen yhdistetyn katkaisijan takaa, eikä kiskostolta, kuten on 20 aikaisemmin ollut tapana. Tällöin tarvitaan keksinnönmukaisen jälleenkytken-ttt. täreleistyksen toteuttamiseen ylimääräinen jännitteenmittauslaite katkaisijan takaista jännitettä mittaamaan. Toisaalta lisääntyvässä määrin käytetään kat-kaisijan takana jänniteilmaisimia tai -sensoreita myös muihin tarkoituksiin, jolloin keksinnönmukainen ratkaisu ei tuo lisäkustannuksia. Monissa uusissa ko- • · Ύ·: 25 jeistoissa jännitteiden mittaus kultakin johdolta katkaisijan takaa on jo standar-:,v diratkaisu. Lisäksi on huomattava, että keksinnönmukainen ratkaisu sovellet-tuna sähköasemien ja kytkinasemien syötönvaihtoreleistykseen toimii nimenomaan kiskojännitteiden mittausten avulla, jolloin ei tarvita ylimääräisiä jännit- : teenmittauslaitteita.

» * .···, 30 Erään keksinnön suoritusmuodon mukaisesti suojarele ei tee jäi- '·' leenkytkentää ollenkaan, ellei vian voi todeta poistuneen sinä aikana, kun jän- • " nitteet katkaisijan takana vielä ylittävät ennalta asetellun rajan, jolloin vika tul- :: kitaan pysyväksi.

. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa esimerkiksi si-

I I

35 ten, että jälleenkytkentää ei tehdä ennalta asetellun ajan kuluttua siitä, kun vian todetaan poistuneen, vaan odotetaan niin kauan, että jännitteet katkaisijan 16 109945 molemmin puolin ovat samassa vaiheessa. Tämä muunnelma edellyttää ainakin yhden pääjännitteen tai vaihejännitteen mittaamista katkaisijan edestä, mikäli jälleenkytkennän kuolleen ajan pituus on pidempi kuin muutama sekunti. Mikäli jälleenkytkennän kuollut aika on lyhyt, voidaan olettaa jännitteiden kat-5 kaisijan verkon puolella pysyvän likimain samanvaiheisina siihen saakka kun jälleenkytkentä tehdään. Rele voi siis tallentaa muistiin ennen katkaisijan avautumista mitatut jännitteiden vaihekulmat ja suorittaa jälleenkytkennän hetkellä, jolla avoimen katkaisijan takaa vian poistuttua mitattujen jännitteiden vaihekulmat ovat samat kuin muistiin tallennetut vaihekulmat. Mikäli verkon 10 taajuus poikkeaa nimellisestä, niin tunnetulla rekursiivisella Fourier-suodattimella mitatut jänniteosoittimet pyörivät kulmataajuudella ω = 2 * π * (f -fn). Rele mittaa siis taajuuden ennen katkaisijan avautumista ja muuttaa muistiin tallennettuja vaihekulmia edellä mainitun pyörimistaajuuden mukaan ja laskee näin estimaatit avoimen katkaisijan verkonpuoleisten jännitteiden vaihe-15 kulmille.

Maasulun poistumisen toteamisessa on monessa tapauksessa mahdollista tulla toimeen yhden vaihejännitteen mittauksella, sillä vian poistuessa syntyvä matalataajuinen nollajännite on suuri suhteessa kuormituksena olevien moottoreiden synnyttämiin perustaajuisiin vaihtojännitteisiin. Matala-20 taajuinen nollajännite summautuu perustaajuiseen jännitteeseen aiheuttaen , t. usein sen, että peräkkäisten nollakohtien välinen aika pitenee. Maasulun . poistuminen voidaan siis todeta myös mittaamalla yhden vaihejännitteen pe- räkkäisten nollakohtien välistä aikaa. Mikäli se ylittää asetellun rajan, niin maasulun tulkitaan poistuneen.

• · \‘i 25 Edullisin vaihtoehto oikosulkujen tapauksessa on sallia jälleenkyt- :,v kentä, kun vian todetaan poistuneen tai jännite on laskenut niin alas, että va-lokaarivian poistuminen on todennäköistä. Valokaari saattaa palaa viallisten vaiheiden välissä niin pitkään, kun jännitteet ovat riittävän suuria mitattaviksi. Oikosulkuvian poistumista ei siis aina voi todeta sinä aikana, kun jännitteet .*·, 30 avoimen katkaisijan takana pienenevät. Mikäli siis jälleenkytkentää ei tehtäisi, ^ ellei vian voi todeta poistuneen, niin jälleenkytkentää ei tehtäisi ollenkaan mo- ’* nessa sellaisessa tapauksissa, joissa vika poistuu vasta jännitteen pienennyt-:,..: tyä huomattavasti.

. .·. Maasulkujen tapauksessa edullisin vaihtoehto riippuu siitä, millaisia 35 vaihejohtimien ja maan välisiä impedansseja on avoimen katkaisijan takaisen johdon varrella ja kuinka haitalliseksi katsotaan epäonnistunut jälleenkytkentä j f 17 109945 maasulkua vasten. Mikäli johdon varrella vaihejohtimien ja maan väliset impedanssit mahdollistavat riittävän suuren maasulkuvirran kulkemisen eroonkyt-ketyllä johdolla, saattaa maasulun valokaari palaa niin pitkään, kun jännitteet katkaisijan takana ovat riittävän suuria mitattavaksi. Maasulkuvian poistumista 5 ei siis aina voi todeta sinä aikana, kun jännitteet avoimen katkaisijan takana pienenevät.

Jos taas johdon vaiheiden ja maan väliset impedanssit eivät mahdollista merkittävän maasulkuvirran kulkemista eroonkytketyllä johdolla, niin maasulkuvalokaari sammuu ja vika poistuu suurella todennäköisyydellä nope-10 asti katkaisijan avautumisen jälkeen. Maasulkuvirta tällöin yleensä pienenee katkaisijan avauduttua niin paljon, että valokaari sammuu heti. Tällaisessa tapauksessa on edullista olla tekemättä jälleenkytkentöjä, ellei vian voi todeta poistuneen. Jos nimittäin maakosketus pysyy yllä hyvin pienellä virralla, niin kyseessä on todennäköisesti pysyvä vika.

15 Mikäli epäonnistunut jälleenkytkentä maasululla katsotaan suureksi vaaraksi ihmisten ja eläinten kannalta, on johdolla olevien maadoitusten luonteesta riippumatta edullisinta olla tekemättä jälleenkytkentöjä, ellei maasulkuvian voi todeta poistuneen katkaisijan avauduttua.

Verkkoon aiheutuvien häiriöiden minimoimiseksi on edullisinta teh-20 dä jälleenkytkentä hetkellä, jolla jännitteet katkaisijan molemmin puolin ovat . samassa vaiheessa.

Mil

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin-

! I I

nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-' ·' muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaih- * i V! 25 della patenttivaatimusten puitteissa.

I I I

I » 1 • t * I · • 1 · » i * 1 »

I I I

• 1 il1 f · > ill • I I » I · • « · » » I »

III

%

III

*»l tl»

* ; I

• »

Claims (19)

1. Menetelmä suojareleen yhteydessä suojareleen ollessa yhdistettynä sähköverkkoon, menetelmän käsittäessä vaiheet, joissa havaitaan vika sähköverkon johdolla, johto-osuudella tai kiskolla, ja 5 erotetaan vikaantunut johto, johto-osuus tai kisko, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa mitataan jännitteitä 3-vaiheisesti erotetulta johdolta, johto-osuudelta tai kiskolta, muodostetaan erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa kulo vaavia tunnuslukuja mitatuista jännitteistä, ja päätellään tunnuslukuihin perustuen erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon vian poistuminen tai sen poistumismahdollisuus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa kytketään erotettu johto, johto- 15 osuus tai kisko ennalta määrätyn ajan kuluttua vian poistumisesta tai vian poistumismahdollisuuden ilmenemisestä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa kytketään sama tai eri syöttö sähköverkon syöttöasemalla tai erotinala-asemalla erotettuun johtoon, johto- 20 osuuteen tai kiskoon ennalta määrätyn ajan kuluttua vian poistumisesta tai vi-an poistumismahdollisuuden ilmenemisestä.

4. Menetelmä suojareleen yhteydessä suojareleen ollessa yhdis- • tettynä sähköverkkoon, menetelmän käsittäessä vaiheet, joissa erotetaan johto, johto-osuus tai kisko, tunnettu siitä, että me-25 netelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa mitataan jännitteitä 3-vaiheisesti erotetulta johdolta, johto-osuudelta tai kiskolta, . . muodostetaan erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa ku- ;, / vaavia tunnuslukuja mitatuista jännitteistä, ja • | ·;·* 30 määritetään tunnusluvuista johdon tai johto-osuuden resonanssiyli- jännite, ja ilmaistaan resonanssiylijännite ja/tai sen suuruus ja taajuus sähköverkon käyttöhenkilökunnalle.

‘ 5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetel- *· " 35 mä, tunnettu siitä, että erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa ku vaavien tunnuslukujen muodostaminen käsittää vaiheen, jossa määritetään 19 109945 erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon yhden tai useamman vaihe- tai pääjännitteen perustaajuisen komponentin amplitudin suuruus.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa verrataan amplitudien suuruuk- 5 siä keskenään.

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa kuvaavien tunnuslukujen muodostaminen käsittää vaiheen, jossa määritetään erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon kaikkien vaihe- tai pääjännitteiden 10 taajuusspektrin amplitudiltaan suurimman komponentin amplitudi ja taajuus.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa kuvaavien tunnuslukujen muodostaminen käsittää vaiheen, jossa määritetään erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon kaikkien vaihe- tai pääjännitteiden 15 suurin hetkellisarvo.

9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa kuvaavien tunnuslukujen muodostaminen käsittää vaiheen, jossa määritetään erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon nollajännitteen taajuusspektrin amp- 20 litudiltaan suurimman komponentin taajuus.

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon tilaa ku- ···: vaavien tunnuslukujen muodostaminen käsittää vaiheen, jossa määritetään • · • '·· erotetun johdon, johto-osuuden tai kiskon nollajännitteen kahden peräkkäisen ·'.·:* 25 merkinvaihtokohdan välinen aika. :Y:

11. Menetelmä suojareleen yhteydessä suojareleen ollessa yhdisti*: tettynä sähköverkkoon, menetelmän käsittäessä vaiheet, joissa havaitaan vika sähköverkossa, ja : avataan johdolla oleva kytkinlaite, tunnettu siitä, että menetel- .·.·[ 30 mä käsittää lisäksi vaiheet, joissa mitataan jännitteitä 3-vaiheisesti avatun kytkinlaitteen eri puolilta, : '·· muodostetaan avatun kytkinlaitteen eri puolilla olevien johto- •.,.: osuuksien tiloja kuvaavia tunnuslukuja mitatuista jännitteistä, ja . ’·. päätellään tunnuslukuihin perustuen johto-osuuksien vian tai viko- • I » 35 jen poistuminen tai poistumismahdollisuus. • · · • · 20 109945

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa suljetaan kytkinlaite ennalta määrätyn ajan kuluttua vian tai vikojen poistumisesta kytkinlaitteen eri puolilla olevilta johto-osuuksilta tai vian tai vikojen poistumismahdollisuuden 5 ilmenemisestä.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa suljetaan kytkinlaite ennalta määrätyn ajan kuluttua siitä, kun vian tai vikojen on päätelty poistuneen kytkinlaitteen eri puolilla olevilta johto-osuuksilta.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa tallennetaan muistiin sähköverkon jännitteiden vaihekulmat ennen johdon, johto-osuuden tai kiskon erottamista, verrataan muistissa olevia jänniteosoittimien vaihekulmia mitattujen 15 jännitteiden vaihekulmiin, ja kytketään johto, johto-osuus tai kisko vian poistumisen jälkeen hetkellä, jolla muistiin tallennetut ja mitatut jänniteosoittimien vaihekulmat poikkeavat toisistaan ennalta määrättyä määrää vähemmän.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheet, joissa mitataan jännitteen taajuutta ennen johdon, johto-osuuden tai kiskon erottamista, ja muutetaan muistiin tallennettuja jännitteen vaihekulmia mitatun ‘ “ taajuuden mukaan. • ·

16. Suojarele, joka käsittää kytkinelimen vikaantuneen johdon, joh- :.v to-osuuden tai kiskon 3-vaiheiseksi erottamiseksi ja kytkemiseksi, tun- : T: n e 11 u siitä, että suojarele käsittää jännitteenmäärityselimen, joka on sovitettu määrittämään suojare- . : leen yhteydessä olevan sähköverkon jännitteen suuruutta, ja .···1 30 prosessointielimen, joka on sovitettu jännitteenmäärityselimen yhte- yteen ja muodostamaan sähköverkon jännitteen suuruudesta erotetun johdon : ’·· tai johto-osuuden tilaa kuvaavia tunnuslukuja ja päättelemään erotun johdon • · · tai johto-osuuden vian poistumisen tai sen poistumismahdollisuuden.

. 17. Suojarele, joka käsittää kytkinelimen verkon kytkinlaitteen * i · ,·**: 35 avaamiseksi ja sulkemiseksi, tunnettu siitä, että suojarele käsittää lisäksi » I ft 21 109945 jännitteenmäärityselimen, joka on sovitettu määrittämään jännitteen suuruutta kytkinlaitteen eri puolilla olevilla johto-osuuksilla, ja prosessointielimen, joka on sovitettu jännitteenmäärityselimen yhteyteen ja muodostamaan kytkinlaitteen eri puolilla olevien jännitteiden suuruuk-5 sista johto-osuuksien tiloja kuvaavia tunnuslukuja ja päättelemään mainittujen johto-osuuksien vian tai vikojen poistumisen tai poistumismahdollisuuden.

18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen suojarele, tunnettu siitä, että suojarele käsittää lisäksi ajanmittauselimen johdon, johto-osuuden tai kiskon kytkemiseksi 10 ennalta määrätyn ajan kuluttua siitä, kun vika on poistunut tai vian poistumis-mahdollisuus on ilmennyt.

19. Patenttivaatimuksen 16 mukainen suojarele, tunnettu siitä, että suojarele käsittää lisäksi muistielimen ennen kytkinlaitteen avaamista mitattujen jänniteosoit-15 timien vaihekulmien tallentamiseksi, ja taajuudenmittauselimen muistiin tallennettujen vaihekulmien muuttamiseksi taajuuden mukaan. «· · · • · • · * # · • · · • · • · » · 1 · » · 109945