FI115093B - Suojarelejärjestely sähkönjakeluverkon oikosulku- ja maasulkusuojauksessa - Google Patents

Description

115093

Suojarelejärjestely sähkönjakeluverkon oikosulku-ja maasul-kusuojauksessa

Keksinnön kohteena on suojarelejärjestely sähkönjakeluverkon oi-5 kosulku- ja maasulkusuojauksessa, joka järjestely käsittää ainakin kaksi saman sähköaseman suojarelettä, jotka on kukin sovitettu tarkkailemaan säh-j könjakeluverkon johdon yhtä tai useampaa fysikaalista suuretta, kuten virtaa ja/tai sen vaihekulmaa, oiko- tai maasulun havaitsemiseksi johdolla ja jotka käsittävät välineet kyseisten fysikaalisten suureiden mittaamiseksi, mittaustu-10 losten vertaamiseksi niille asetettuihin raja-arvoihin ja oiko- tai maasulku todettaessa ohjaussignaalien antamiseksi viallisen johdon erottamiseksi sähkönjakeluverkosta ja sähköasemaa sisäisen tiedonsiirtoväylän, kuten ns. kenttä-väylän.

Johdoilla, joissa oikosulkutehoa voi kulkea molempiin suuntiin, käy-15 tetään oikosulkusuojauksessa usein ns. suunnattuja ylivirtareleitä. Ne perustuvat ylivirran ja ns. polarisoivan jännitteen mittaamiseen. Polarisoivan jännitteen ja ylivirran vaihe-eron ollessa tietyllä alueella rele toimii, muuten ei. Polarisoivina jännitteinä käytetään tavallisesti yhtä tai useampaa pääjännitettä.

Esimerkkeinä suunnattujen ylivirtareleiden sovelluskohteista ovat 20 rinnakkaiset syöttöjohdot sekä verkot, joissa on useita generaattoreita. Näissä tapauksissa pelkkä vikavirran amplituditieto ei riitä selektiivisen suojauksen

• I

·* ** pohjaksi, vaan tarvitaan tietoa virran ja polarisoivan jännitteen vaihe-erosta.

• t

Ko. vaihe-ero kuitenkin riippuu vikavirtaan summautuneesta kuormitusvirrasta :, j : sekä vika-vastuksesta. Virran ja jännitteen mittauksen epäideaalisuudet tuovat ] 25 vaihekulmatietoon lisää epämääräisyyttä.

Toinen ongelma liittyy rinnakkaisjohtojen alkupään suuntaamatto-mien ylivirtareleiden toiminta-aikaan, joka on aseteltava niin pitkäksi, että loppupään suunnatut releet ehtivät toimia ensin. Numeerisilla releillä käytetään tyypillisesti vakioaikatoiminnassa150 ms ja käänteisaikatoiminnassa 200 - 500 30 ms aikamarginaaleja. Kestää näin ollen useita satoja millisekunteja, ennenkuin viallinen syöttöjohto on erotettu verkosta molemmista päistään.

Johdon alkupään releen toimintaa voidaan nopeuttaa ylemmällä , ylivirtaportaalla. Mikäli vikavirta ylittää tietyn tason, niin vika on varmasti syöt- töjohdoilla ja rele voi toimia välittömästi. Suurehkoilla vikavastuksen arvoilla ‘ ; 35 virta voi kuitenkin jäädä pikalaukaisurajan alapuolelle, vaikka vika onkin joh dolla. Toinen keino nopeuttaa suojauksen toimintaa on sijoittaa myös johdon 115093 2 alkupäähän suunnatut ylivirtareleet, joiden toiminta lukitaan tarvittaessa johtojen loppupään suunnatuilla ylivirtareleillä. Lukitus lähetetään, mikäli loppupään rele päättelee vian olevan vasta-aseman takana. Tällainen pitkittäisver-tosuojaksi kutsuttu ratkaisu vaatii siis viestiyhteyden johdon päiden välille.

5 Samat suojausperiaatteet soveltuvat myös pienellä vastuksella maadoitettujen verkkojen maasulkusuojaukseen, sillä näissä verkoissa voivat maasulkuvirrat olla suuruudeltaan oikosulkuvirtojen luokkaa. Pienellä vastuksella maadoitettujen verkkojen maasulkusuojaukselle pätevät samat tarkastelut, kuin oikosulkusuojaukselle, eikä sitä ole siksi käsitelty erikseen.

10 Sähkönjakeluverkoissa, joiden tähtipisteet ovat maasta erotetut tai maadoitetut ns. Petersenin kelalla tai suurella vastuksella, käytetään maasulkusuojaukseen yleisesti ns. suunnattuja maasulkureleitä. Ne perustuvat nolla-jännitteen ja nollavirran mittaamiseen. Perinteisesti jokainen suojarele toimii ! itsenäisesti ja vertaa nollajännitteen ja kyseisen johdon nollavirran välistä vai- 15 he-eroa. Mikäli vaihe-ero on tietyllä kulma-alueella, niin rele erottaa kyseisen viallisen johdon pois verkosta.

Yksi perinteisen suunnatun maasulkusuojauksen ongelma on Petersenin kelalla maadoitetussa verkossa esiintyvä epäselektiivisen toiminnan vaara, jos verkko on huomattavasti ylikompensoitu. Ylikompensointi tarkoittaa 20 sitä, että vikatilanteessa Petersenin kelan kautta kulkeva induktiivinen virta on suurempi, kuin verkon kokonaismaakapasitanssin kautta kulkeva virta.

Ylikompensoidussa verkossa nollajännitteen ja nollavirran välinen : vaihe-ero voi olla lähes samansuuruinen viallisella ja terveellä johdolla. Jotta : * viallisen johdon rele toimisi, täytyy sallia varsin laaja laukaisualue ko. vaihe- .·* 25 erolle. Tällöin voi käydä niin, että mittausvirheiden takia terveen johdon rele . .. päättelee vian olevan kyseisellä johdolla ja antaa väärän laukaisun.

Toinen ongelma liittyy kaksoismaasulkuun. Riippumatta siitä, onko verkko maasta erotettu tai maadoitettu Petersenin kelalla tai suurella vastuk-.:. sella, voi kahdella eri johdolla ja eri vaihejohtimissa yhtä aikaa esiintyvien [.'··, 30 maasulkujen nopea erottaminen verkosta olla vaikeaa.

“ ‘ Jos vikavastukset ovat suuria, niin maasulkuvirrat saattavat olla niin v\: pieniä, ettei viallisia johtoja voi tunnistaa virran suuruuden perustella, vaan laukaisu jää suunnatun maasulkureleen tehtäväksi. Kaksoismaasulkuun liitty-vä oikosulkuvirtakomponentti saattaa kuitenkin aiheuttaa sen, että toisella vial- * »» *·. : 35 lisella johdolla nollavirran ja-jännitteen vaihe-ero on alueella, jolla rele ei toimi.

Näin ollen aluksi vain toinen rele toimii, jonka jälkeen vika muuttuu tavalliseksi 115093 3 yksivaiheiseksi maasuluksi. Vasta sitten toinen rele toimii. Suojauksen koko-naistoiminta-aika voi tällöin olla kaksinkertainen normaalitapaukseen verrattuna.

Oikosulkusuojauksessa rinnakkaisjohtojen suojaukseen on käytet-5 tävissä monia muita perinteisiä menetelmiä mainitun suunnatun ylivirtasuoja-uksen lisäksi. Johtodifferentiaalisuojaus on yleisesti käytetty periaate. Pitkit-täisjohtodifferentiaalisuojauksessa verrataan johdon eri päiden virtoja reaaliaikaisesti, kun taas poikittaisjohtodifferentiaalisuojauksessa verrataan rinnak-! kaisten johtojen virtoja. Ero virroissa merkitsee vikaa johdolla.

10 Toinen tapa on verrata eri johtojen virtoja ja niiden vaihekulmia.

Päätelmä viallisesta johdosta tehdään itsenäisesti rinnakkaisjohdon molemmissa päissä. Tämä poikittaisvertosuojana tunnettu ratkaisu muistuttaa erillisillä suunnatuilla ylivirtareleillä toteutettua suojausta. Molemmissa periaatteissa mitataan sekä jännitteitä että molempien johtojen virtoja. Erona on, että poikit-15 taisvertosuojauksessa yksi rele mittaa molempien johtojen virtoja.

Distanssireleet ovat myös tavallisia rinnakkaisjohtojen suojauksessa. Usein käytetään apuyhteyttä johdon päiden välillä.

Verkossa, jossa on useita generaattoreita, voidaan periaatteessa saada aikaan selektiivinen johtosuojaus suuntaamattomilla käänteisaikareleil-20 lä. Koska vikavirta on suurin viallisella johdolla, niin kyseisen johdon releen toiminta-aika on lyhyempi kuin muilla releillä.

" Maasulkusuojauksen osalta Fl-patenttihakemuksesta 924515 tun- \ : netaan menetelmä, jossa mitataan sähköaseman kaikkien johtojen nollavirto- j jen suuruudet ja vaihekulmat suhteessa johonkin vertailujännitteeseen. Näi- • 25 den mittausten perusteella muodostetaan nollavirtaosoittimet kaikille johdoille.

Ne lasketaan yhteen vektoreina. Viallinen johto päätellään vertaamalla yksit- :' j *; täisten nollavirtaosoittimien suuntia summaosoittimen suuntaan.

*

Oikosulkusuojauksessa pitkittäis- ja poikittaisvertosuojat, pitkittäis-ja poikittaisjohtodifferentiaalisuojat sekä apuyhteydellä varustetut distanssire-30 leet soveltuvat hyvin selektiivisen rinnakkaisjohtosuojauksen toteuttamiseen.

;* Nämä ratkaisut vaativat kuitenkin erillistä viestiyhteyttä releiden välille. Esi- v merkiksi US-patenttijulkaisusta 4 408 246 tunnetaan pitkittäisdifferentiaa- lisuojausratkaisu, jossa verrataan saman johdon kahden eri pään mittauksia ! keskenään hyödyntäen viestiyhteyttä. Kyseisessä ratkaisussa käytetään hy- * · • . 35 väksi Kirchhofin lakia, jonka mukaan johdon eri päistä mitattujen virtojen summan on oltava nolla, jos johdolla ei ole vikaa. Täten ratkaisu edellyttää 115093 4 johdon molempien päiden tai monipäisen johtojärjestelyn kyseessä ollen johdon kaikkien päiden mittaustulosten olevan käytettävissä eli saapuvan perille kaikkien muiden päiden releille.

Usean generaattorin verkon johtosuojauksen toteuttaminen suun-5 taamattomilla käänteisaikaylivirtareleillä on halpa ratkaisu. Selektiivisyyden varmistaminen pakottaa kuitenkin pitkien toiminta-aikojen käyttöön.

Maasulkusuojauksen osalta Fl-patenttihakemuksesta 924515 tunnetun menetelmän haittana on se, että viallisen johdon päättelyssä tarvitaan kaikkien johtojen nollavirtaosoittimia. Tällainen ratkaisu johtaa käytännössä 10 siihen, että tarvitaan erillinen keskusyksikkö, joka kerää tiedon kaikilta johdoilta. Tiedonsiirron luotettavuusvaatimukset ovat myös korkeat, sillä menetelmä ei toimi, jos keskusyksikkö menettää jonkin johdon mittaustuloksen. Tarvitaan siis joko erilliset tähän tarkoitukseen tehdyt tiedonsiirtokanavat, mikä on kallista, tai sitten on huolellisesti varmistettava viestien perillemeno yleistä väylää 15 käytettäessä, mikä johtaa hitaampaan tiedonsiirtoon ja suojauksen pitempään toiminta-aikaan.

Toinen kyseisen menetelmän heikkous on, ettei se toimi kaksivaiheisissa maasuluissa, jos viat ovat eri johdoilla. Viallisten johtojen maasulku-virtoihin summautunut oikosulkuvirtakomponentti ei näy nollavirtojen summa-20 vektorissa, mutta sen sijaan vaikuttaa viallisilla johdoilla mitattujen nollavirta-osoittimien suuntiin. Voi siis käydä niin, että ensin vain toinen viallisista joh-" doista laukaistaan pois.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on tuoda esiin suojarelejärjeste- • » : ly, jossa useimmat edellä mainituista tunnettujen menettelytapojen ongelmista • ,· 25 on onnistuttu poistamaan. Tähän päästään keksinnön mukaisen suojarelejär- jestelyn avulla, jolle on tunnusomaista, että johdantokappaleessa mainittujen rakennepiirteiden lisäksi kukin rele edelleen käsittää välineet mittaustulosten-sa tai niistä johdettujen tietojen välittämiseksi tiedonsiirtoväylän kautta muille järjestelyn releille ja välineet näiden mittaustulosten tai niistä johdettujen tieto-30 jen vastaanottamiseksi ainakin yhdeltä, miltä tahansa muulta, järjestelyn releeltä ja niiden käyttämiseksi tehtäessä päätös ohjaussignaalin antamisesta, v Siten keksinnön mukaisesti riittää, että rele vastaanottaa tiedot ainakin yhdel- tä, miltä tahansa muulta järjestelyn releeltä eikä tarvetta muiden releiden tietojen vastaanottoon tai perilletuloon ole oikean toiminnan aikaansaamiseksi.

»· ·, ; 35 Tämä perustuu siihen, että rele pystyy jo yhdeltä muulta releeltä vastaanotta- * · miensa tietojen perusteella päättelemään, että siihen liittyvä johto ei ole vialli- 115093 5 nen. Jos nimittäin yhdenkin muun releen mittaamat amplitudit ja vaihekulmat ovat samansuuruisia kuin releen itsensä mittaamat amplitudi ja vaihekulma, niin rele voi päätellä oman johtonsa ei vialliseksi. Jos kahden tai useamman muun releen mittaamat amplitudit ja vaihekulmat puolestaan ovat keskenään 5 samansuuruisia, mutta selvästi erilaisia kuin releen itsensä mittaamat amplitudi ja vaihekulma, niin rele voi päätellä oman johtonsa vialliseksi.

Kun keksinnön mukaista suojarelejärjestelyä sovelletaan oikosul-! kusuojaukseen ja kukin suojarele käsittää välineet suunnatun tai suuntaamat toman ylivirtareleen asettelujen suorittamista varten, on edullista, että kukin 10 suojarele edelleen käsittää välineet muilta järjestelyn releiltä vastaanotettujen virran amplitudiarvojen vertaamiseksi kyseisen releen mittaamaan virran amp-litudiarvoon ja ohjaussignaalin antamiseksi kyseisen releen mittaaman virran amplitudin ylittäessä ennalta määrätyllä määrällä tai alittaessa ennalta määrätyllä määrällä muilta järjestelyn releiltä vastaanotetut virran amplitudit.

15 Sovellettaessa keksintöä rinnakkaisten johtojen oikosulkusuojauk- seen ja kunkin suojareleen käsittäessä välineet suunnatun tai suuntaamattoman ylivirtareleen asettelujen suorittamista varten, on edullista, että kukin suojarele edelleen käsittää välineet muilta järjestelyn releiltä vastaanotettujen virran vaihekulma-arvojen vertaamiseksi kyseisen releen mittaamaan virran vai-20 hekulma-arvoon ja ohjaussignaalin antamiseksi vaihekulmien poiketessa toisistaan vähintään ennalta määrätyllä määrällä tai ylivirtareleen toiminnan es-·' " tämiseksi vaihekulmien poiketessa toisistaan vähemmän kuin ennalta määrä- V : tyllä määrällä.

· Kun keksinnön mukaista suojarelejärjestelyä sovelletaan maasul- • V 25 kusuojaukseen ja kukin suojarele käsittää välineet suunnatun maasulkusuoja-releen asettelujen suorittamista ja jatkuvaa nollavirran mittaamista varten, on edullista, että kukin suojarele edelleen käsittää välineet mittaamiensa nollavirran ja nollajännitteen vertaamiseksi ennalta määrättyyn virtarajaan ja vastaa-vasti nollajännitteen muutosrajaan ja jomman kumman ylittyessä kyseisen re-30 leen nollavirtaosoittimen tietojen lähettämiseksi muille järjestelyn releille, väli-neet ennalta määrätyltä määrältä järjestelyn releistä vastaanotettujen nollavir-:taosoittimien vertaamiseksi kyseisen releen määrittämään nollavirtaosoitti-.· meen ja kyseisen releen virran tai sen vaiheen poiketessa ennalta määrätyllä määrällä muilta suojareleiltä vastaanotetuista virroista tai niiden vaiheesta tätä ; 35 ilmaisevan vikailmoitussignaalin antamiseksi muille järjestelyn suojareleille, ja I · 115093 6 ohjaussignaalin antamiseksi mikäli muilta järjestelyn releiltä ei ennalta määrätyn ajan kuluessa vastaanoteta vastaavaa vikailmoitussignaalia.

Keksinnössä hyödynnetään sähköasemalla joka tapauksessa olevaa kenttäväylää vikavirtaosoitintietojen siirtämiseen suojareleeltä toiselle.

5 Kun oikosulkusuojauksessa suunnatut ylivirtareleet kykenevät keskustelemaan keskenään, ne voivat käyttää toistensa mittaustuloksia lisäkriteereinä laukaisulle, jolloin päästään varmempaan selektiivisyyteen.

Kun releet maasulkusuojauksessa keskustelevat keskenään niin, että ne lähettävät toisilleen tiedon mittaamiensa nollavirtojen suuruuksista ja 10 vaihekulmista, niin voidaan asettaa suojareleiden toiminnalle lisäehtoja, joilla väärien toimintojen ja toiminnan hidastumisen mahdollisuudet minimoidaan.

Ratkaisu mahdollistaa myös maasulkusuojauksen herkistämisen. Hyvin suurilla vikavastuksilla nollavirrat jäävät niin pieniksi, että häiriöiden ja mittausvirheiden takia ei päästä luotettavaan suunnattuun maasulkusuojauk-15 seen ilman releiden välistä kommunikaatiota. Mutta kun voidaan käyttää toisten releiden mittaamia nollavirtaosoittimia hyväksi, on entistä suuremmilla vikavastuksilla mahdollista päätellä luotettavasti viallinen johto.

Rinnakkaisjohtojen oikosulkusuojauksessa voidaan menetellä esimerkiksi seuraavasti. Johtojen alkupään suuntaamattomat ylivirtareleet lähet-20 tävät havahtuessaan tiedon mittaamiensa vaihevirtojen amplitudeista toisil-.. leen. Jos rele toteaa mittaamansa virran selvästi suuremmaksi kuin muiden ; ” releiden mittaustulokset, se toimii viiveettä. Jos yhden releen vikavirta on niin :· pieni, ettei se ylitä havahtumisrajaa, kyseinen rele lähettää kuitenkin tiedon i.i * mittaamastaan virrasta saatuaan ensin viestin havahtuneelta releeltä, j 25 Rinnakkaisten generaattorilähtöjen oikosulkusuojauksessa voidaan ;menetellä esimerkiksi seuraavasti. Kukin ylivirtarele lähettää havahtuessaan itiedon muille releille mittaamansa vikavirran amplitudista. Mikäli rele toteaa mittaamansa virran selvästi suuremmaksi kuin muiden lähtöjen virta, se toimii viiveettä. Jos yhden johdon vikavirta on niin pieni, ettei se ylitä havahtumisra-30 jaa, kyseinen rele lähettää kuitenkin tiedon mittaamastaan virrasta saatuaan • * ensin viestin joltain havahtuneelta releeltä.

v Johtojen loppupään suuntareleet lähettävät toisilleen kenttäväylää : pitkin tiedon mittaamiensa vaihevirtojen amplitudeista ja vaihekulmista. Mikäli : . rele toteaa mitanneensa samat virtaosoittimet kuin toisen johdon rele, se päät- , : 35 telee vian olevan muualla kuin kyseisellä johdolla eikä anna laukaisua, vaikka eri syiden vuoksi vaihevirtaosoittimista yksi tai useampi sattuisikin olemaan 115093 7 laukaisualueella. Mitattujen virtojen samankaltaisuus osoittaa molempien johtojen syöttävän jossain muualla olevaa vikaa.

Jos taas vika on jommalla kummalla johdolla, niin toisen releen lähettämien virtaosoitintietojen tulkinta riippuu kaksoisjohdon syöttämän sähkö-5 aseman takaisesta verkosta. Jos siellä on merkittävästi generaattoritehoa, niin siitäkin suunnasta tulee huomattavasti vikavirtaa vialliselle johdolle. Tällöin viallisen johdon loppupään rele mittaa suuremman vikavirran amplitudin kuin terveen johdon loppupään rele, mitä voidaan käyttää vahvistavana tietona vian suunnan mittaustulokselle. Selektiivinen laukaisu voidaan perustaa jopa pelk-10 kään amplituditietoon, jos se on kyllin selvä ja jos virtaosoittimien suunta on epämääräinen.

Jos taas rinnakkaisjohtojen syöttämän sähköaseman takana on vain kulutusta, voi käydä niinkin että virta on amplitudiltaan pienempi viallisen johdon lopussa kuin terveen johdon lopussa. Amplituditieto täytyy tällaisessa 15 tapauksessa tulkita siis eri tavalla.

Suojattaessa rinnakkaisjohtoja, voidaan menetellä myös seuraavasti. Kukin rele vertaa mittaamansa virran vaihekulmaa muiden releiden mittaamien virtojen vaihekulmiin ja antaa ohjaussignaalin, mikäli kyseinen vaihe-kulma poikkeaa ennalta määrättyä määrää enemmän muiden releiden mit-20 taamista vaihekulmista.

Verkossa, jossa on useita oikosulkutehoa syöttäviä johtoja, ampli-·' “ tuditiedon välittäminen releiden välillä helpottaa selektiivisen suojauksen to- : teuttamista. Vikavirta on viallisella johdolla verkon muiden oikosulkuvirtaa : syöttävien johtojen vikavirtojen summa, eli vikavirta on suurin viallisella johdol- * *t: 25 la. Tätä tietoa voidaan hyödyntää sellaisenaan tai täydentävänä kriteerinä suunnatulle oikosulkusuojaukselle.

Edellä kuvattujen lisäkriteerien toteuttamiseksi releessä on tavanomaisten suunnatun tai suuntaamattoman ylivirtareleen asettelujen lisäksi ol-tava seuraavia asettelumahdollisuuksia: 't 30 ki: Kuinka paljon suurempi suhteessa järjestelmän mui- den johtojen virtojen amplitudeihin releen mittaaman virran amplitudin on v oltava, jotta tarkasteltava johto pääteltäisiin vialliseksi.

• ,.·* k2: Kuinka paljon pienempi suhteessa järjestelmän mui- ! den johtojen virtojen amplitudeihin releen mittaaman virran amplitudin on olta- . 35 va, jotta tarkasteltava johto pääteltäisiin vialliseksi.

115093 8 Δαι : Kuinka paljon rinnakkaisten johtojen releiden mittaa mien virtojen vaihekulmat saavat enintään poiketa toisistaan, jotta vian päätellään olevan muualla kuin kyseisillä johdoilla.

Δα2: Kuinka paljon releen mittaaman virran vaihekulman on 5 poikettava järjestelmän muiden releiden mittaamien virtojen vaihekulmista, jotta johto päätellään vialliseksi.

Kyseisten kriteerien toteutumista tarkastellaan erikseen kullekin vaihevirralle. Parametreillä k-ι, k2ja Δα2 määritellyt kriteerit katsotaan täyttyneiksi, jos ne täyttyvät yhdellä vaihevirralla. Parametrillä Δαι määritellyn kritee-10 rin katsotaan täyttyneen vain, jos se täyttyy kaikilla vaihevirroilla.

Keksinnön mukaisessa suojarelejärjestelyssä hyödynnetään maa-sulkusuojauksessa sähköaseman kenttäväylää nollavirta-osoitintietojen siirtämiseen suojareleeltä toiselle. Rele toimii normaalina suunnattuna maasul-kusuojana ja mittaa siten jatkuvasti nollavirtaa. Kun nollavirta ylittää tietyn en-15 nakolta asetellun rajan, niin rele lähettää kenttäväylää pitkin tiedon mittaamastaan nollavirtaosoittimesta muille releille. Rele jää sitten odottelemaan muiden releiden viestejä. Kun muilta releiltä on tullut n kappaletta nollavirtaosoitinvies-tejä, jotka osoittavat nollavirran olevan muilla lähdöillä selvästi eri vaiheessa tai selvästi pienempi, niin suojarele päättelee oman johtonsa vialliseksi.

20 Ennen lopullista laukaisua rele lähettää vielä toisen viestin. Se il moittaa muille suojareleille havainneensa vian olevan omalla johdollaan ja jää : " taas odottelemaan muiden laitteiden viestejä. Jos muilta releiltä ei tule saman- '·: laista viestiä, niin rele tekee lopullisen päätelmän, että vika on sen omalla joh- . i dolla.

25 Jos rele taas saa muilta releiltä m kappaletta viestejä, jotka osoitta vat nollavirran olevan muilla johdoilla suunnilleen samassa vaiheessa, niin rele päättelee vian olevan muualla, kuin sen omalla johdolla.

Perinteiseen suunnattuun maasulkusuojaukseen liittyvien asettelujen lisäksi releessä on keksinnönmukaisessa ratkaisussa tarpeen tehdä seu-30 raavia asetteluja: • » lo: Nollavirran raja, jonka ylittyessä rele lähettää tiedon v.: mittaamastaan nollavirtaosoittimesta muille releille. Tämä asettelu voi olla

tl I

alempi, kuin tavallisen maasulkusuojauksen alimman portaan havahtumisraja. ·! Δϋο: Vaadittu nollajännitteen muutos, jolla rele lähettää : 35 tiedon mittaamastaan nollavirtaosoittimesta muille releille.

» · 115093 g n: Kuinka monta riittävän poikkeavaa nollavirtaosoitti- men mittaustulosta on vastaanotettava muualta, ennenkuin rele päättelee vian olevan omalla johdollaan. Kaksi on pienin määrä, ja suurin määrä on sähkö-aseman lähtöjen määrä yhdellä vähennettynä.

5 m: Kuinka monta riittävän samanlaista nollavirtaosoitti- men mittaustulosta on vastaanotettava muualta, ennenkuin rele päättelee vian olevan muualla, kuin sen omalla johdolla. Kaksi on pienin määrä, ja suurin määrä on sähköaseman lähtöjen määrä kahdella vähennettynä.

Δβ: Kuinka paljon muiden releiden lähettämien nollavirta- 10 osoittimien vaihekulman on poikettava releen omasta mittauksesta, jotta ne tulkitaan riittävän poikkeaviksi. Jos ero jää tämän rajan alle, niin vaihekulmat todetaan riittävän samanlaisiksi.

p: Kuinka moninkertainen releen oman nollavirtamitta- uksen on oltava muiden releiden lähettämien arvojen kanssa, jotta rele toteaa 15 nollavirran olevan selvästi suurin sen omalla lähdöllä.

Oikosulkusuojauksessa perinteisiin vertosuojiin, johtodifferentiaa-lisuojiin ja distanssisuojaan verrattuna suunnatuilla ja suuntaamattomilla ylivir-tareleillä saadaan rinnakkaisjohdoille järjestettyä selektiivinen suojaus edullisemmin hyödyntäen sähköaseman kenttäväylää.

20 Perinteiseen ylivirtasuojaukseen verrattuna releiden välinen kom munikaatio mahdollistaa suojauksen selektiivisyyden parantamisen, kokonais-«’ ‘ * toiminta-ajan lyhentämisen ja joissain tapauksissa suunnatun ylivirtasuojauk- . ’': sen korvaamisen suuntaamattomalla.

f Maasulkusuojauksessa ei tarvita erillistä keskusyksikköä nollavirta- •\* 25 tietojen keräämiseen, vaan toiminta on hajautettu usealle releelle ja on siis normaalia suunnattua maasulkusuojausta täydentävä lisäominaisuus releissä.

Koska kaikkien lähetettyjen mittaustietojen ei tarvitse välttämättä tulla perille koko suojauksen toimimiseksi, niin voidaan hyödyntää sähköaseman yleistä kenttäväylää ilman toimintaa hidastavia tiedon perilletulon varmis-‘ 30 teluja. Ei siis tarvita myöskään erillisiä tiedonsiirtokanavia tähän tarkoitukseen.

’ ' Ratkaisu mahdollistaa myös monessa tapauksessa kaksoismaasu- •V : lun molempien viallisten johtojen havaitsemisen yhtä aikaa, jolloin suojauksen ’ kokonaistoiminta-aika lyhenee. Kaksoismaasulkuun osallisena olevien johto- jen nollavirtojen vaihekulma riippuu molempien maasulkujen vikavastuksista ja ·· · . ( . 35 niiden suhteesta, jotka vaihtelevat tilastollisesti. Suuressa osassa tapauksista I > 10 115095 molempien viallisten johtojen nollavirtojen vaihekulmat ja/tai amplitudit poikkeavat selvästi terveiden lähtöjen arvoista.

Koska releiden välinen kommunikaatio oikosulkusuojauksessa käynnistyy vain, jos jokin ylivirtareleistä havahtuu, ei tämä toiminta kuormita 5 sähköaseman kenttäväylää jatkuvasti.

Releiden välinen kommunikaatio ei täysin poista suunnattuun ylivir-tasuojaukseen liittyvää epäselektiivisyyden riskiä. Esimerkiksi kaksoisjohdon loppupään molemmat releet saattavat päätellä vian suunnan samalla tavalla väärin, joilloin ne vain vahvistavat toistensa virheellisen toiminnan. Kommuni-10 kaatio ei kuitenkaan nimenomaisesti aiheuta epäselektiivistä toimintaa, vaan sama epäselektiivisyys esiintyisi myös, jos releet toimisivat täysin omien mittaustensa varassa.

Koska releiden välinen kommunikaatio maasulkusuojauksessa käynnistyy vain, jos nollavirta ja nollajännitteen muutos ylittävät tietyn tason, ei 15 tämä toiminta kuormita sähköaseman kenttäväylää jatkuvasti. Haittana on, että johtoja on oltava riittävän suuri määrä, jotta kaikki releet pystyvät luotettavaan virtaosoittimien vertailuun. Pienellä johtojen määrällä on mahdollista, ettei tarpeeksi montaa vahvistavaa viestiä tule perille viallisen lähdön releelle, jotta se toimisi. Tällöin rele toimii kuitenkin tavallisena suunnattuna maasul-20 kusuojana.

Oikosulkusuojauksen yhteydessä vaihevirtaosoittimia laskettaessa • voidaan käyttää vaihekulmaa ja amplitudia tietyllä hetkellä vian syntymisen V * jälkeen. Vian syntymishetkeksi valitaan hetki, jolla eniten pienenevä pääjänni- · te alittaa tietyn rajan. Koska pääjännitteet ovat samat eri johdoille, tällä tavalla 25 saadaan mittaustulokset vertailukelpoisiksi.

Riippuu kenttäväylän nopeudesta ja kapasiteetista, kuinka tihein vä-i‘: lein releet lähettävät toisilleen uutta mittausdataa. Asiaan vaikuttaa sekin, kuinka moni rele on mukana lähettämässä sanomia.

Minimimäärä on yksi mittaustulos relettä kohti vikatilanteen aikana. 30 Käytännöllisenä maksimimääränä voidaan pitää virtaosoitintietojen lähettämis-

» I

tä kerran jaksossa. Jos kenttäväylän tiedonsiirtokapasiteetti sallii lähettää mit- t· * ·* v tausviestejä tiheästi, on mahdollista mittausarvon vaihdellessa huomattavasti ·' vikailmiön epäsäännöllisyyden vuoksi välittää uusia virtaosoitintietoja. Selektii- ] visyyden kannalta tämä on luonnollisesti parempi vaihtoehto kuin vain yhden ‘ ► » ’ . 35 mittaustiedon lähettäminen.

> * 115093 11

Maasulkusuojauksen yhteydessä nollavirtaosoittimia laskettaessa voidaan käyttää vaihekulmaa ja amplitudia tietyllä hetkellä vian syntymisen jälkeen. Vian syntymishetkeksi valitaan hetki, jolla nollajännite ylittää tietyn rajan. Koska nollajännite on sama kaikille johdoille, tällä tavalla saadaan mit-5 taustulokset vertailukelpoisiksi.

Toinen mahdollisuus on laskea osoittimien keskiarvo tietyllä aikavälillä, ja vertailla näitä keskiarvoja.

Kolmas tapa on mitata osoittimen vaihekulman ja amplitudin maksimi- ja minimiarvot tietyllä aikavälillä ja laskea näiden keskiarvo.

10 Toinen ja kolmas tapa ovat immuunimpia häiriöille, kuin ensimmäi nen tapa. Kolmas tapa on kevyemmän laskennan kannalta edullisempi kuin toinen vaihtoehto.

Tiedonsiirtoväylän mahdollistaman releiden välisen kommunikaation avulla voidaan myös toteuttaa suojausjärjestelmän valvontatoimintoja. 15 Esimerkiksi kukin järjestelmän rele voi määräajoin lähettää tiedot mittaamistaan vaihevirroista valvontalaitteelle, joka laskee virrat yhteen. Mikäli tulos poikkeaa nollasta ennalta määrättyä määrää enemmän, niin jokin mittaustulos on väärä tai mahdollisesti puuttuu kokonaan laitevian vuoksi. Samoin voidaan verrata eri suojareleiden mittaamia jännitteitä. Mikäli ne poikkeavat toisistaan 20 ennalta määrättyä määrää enemmän, tilanne tulkitaan laiteviaksi. Valvontalai-; te lähettää molemmissa edellä mainituissa tapauksissa käyttöhenkilölle tiedon ! ’* havaitsemastaan suojareleviasta.

Oikosulun tai maasulun sattuessa suojareleet voivat lähettää vai- * • · vontalaitteelle tiedot mittaamistaan virroista tai jännitteistä sekä tekemistään 25 ohjaustoimenpiteistä. On edullista, jos valvontalaitteella on muistissaan järjestelmän releiden asettelut. Valvontalaite tekee sitten päätelmiä suojareleiden toiminnan oikeellisuudesta ja antaa käyttöhenkilölle tiedon siitä, vastasiko releiden toiminta ennalta määrättyä. Valvontalaitteen suorittama suojareleiden toimintakunnon tarkkailu lisää relejärjestelyn luotettavuutta mahdollisten suo-30 jarelevikojen tullessa ilmi ja korjatuiksi, ja toisaalta voidaan jättää turhia huoltotoimenpiteitä tekemättä, mikäli valvontalaitteelta on saatu vahvistus laitteiston hyvästä kunnosta.

< I

Claims (7)

115093

1. Suojarelejärjestely sähkönjakeluverkon oikosulku- ja maasul-kusuojauksessa, joka järjestely käsittää ainakin kaksi saman sähköaseman ( 5 suojarelettä, jotka on kukin sovitettu tarkkailemaan sähkönjakeluverkon johdon yhtä tai useampaa fysikaalista suuretta, kuten virtaa ja/tai sen vaihekulmaa, oiko- tai maasulun havaitsemiseksi johdolla ja jotka käsittävät välineet kyseisten fysikaalisten suureiden mittaamiseksi, mittaustulosten vertaamiseksi niille asetettuihin raja-arvoihin ja oiko- tai maasulku todettaessa ohjaussignaa-i 10 lien antamiseksi viallisen johdon erottamiseksi sähkönjakeluverkosta ja säh köaseman sisäisen tiedonsiirtoväylän, kuten ns. kenttäväylän, tunnettu siitä, että kukin rele edelleen käsittää välineet mittaustulostensa tai niistä johdettujen tietojen välittämiseksi tiedonsiirtoväylän kautta muille järjestelyn releille ja välineet näiden mittaustulosten tai niistä johdettujen tietojen vastaanot- 15 tamiseksi ainakin yhdeltä, miltä tahansa muulta, järjestelyn releeltä ja niiden käyttämiseksi tehtäessä päätös ohjaussignaalin antamisesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojarelejärjestely oikosul-kusuojauksessa kunkin suojareleen käsittäessä välineet suunnatun tai suuntaamattoman ylivirtareleen asettelujen suorittamista varten, tunnettu siitä, 20 että kukin suojarele edelleen käsittää välineet muilta järjestelyn releiltä vastaanotettujen virran amplitudien vertaamiseksi kyseisen releen mittaamaan ·' ** virran amplitudiin ja ohjaussignaalin antamiseksi kyseisen releen mittaaman : virran amplitudin ylittäessä ennalta määrätyllä määrällä tai alittaessa ennalta j. 1 j määrätyllä määrällä muilta järjestelyn releiltä vastaanotetut virran amplitudit.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suojarelejärjestely rinnak- kaisten johtojen oikosulkusuojauksessa kunkin suojareleen käsittäessä väli-neet suunnatun tai suuntaamattoman ylivirtareleen asettelujen suorittamista varten, tunnettu siitä, että kukin suojarele edelleen käsittää välineet muilta ,järjestelyn releiltä vastaanotettujen virran vaihekulmien vertaamiseksi kyseisen ’’ 30 releen mittaamaan virran vaihekulmaan ja ohjaussignaalin antamiseksi vaihe- :1 kulmien poiketessa toisistaan vähintään ennalta määrätyllä määrällä.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suojarelejärjestely rinnak-kaisten johtojen oikosulkusuojauksessa kunkin suojareleen käsittäessä välineet suunnatun tai suuntaamattoman ylivirtareleen asettelujen suorittamista > »» ‘ . 35 varten, tunnettu siitä, että kukin suojarele edelleen käsittää välineet muilta ' ‘ järjestelyn releiltä vastaanotettujen virran vaihekulmien vertaamiseksi kyseisen 115093 releen mittaamaan virran vaihekulmaan ja ylivirtareleen toiminnan estämiseksi vaihekulmien poiketessa toisistaan vähemmän kuin ennalta määrätyllä määrällä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suojarelejärjestely maasul-5 kusuojauksessa kunkin suojareleen käsittäessä välineet suunnatun maasul- kusuojareleen asettelujen suorittamista ja jatkuvaa nollavirran mittaamista varten, tunnettu siitä, että kukin suojarele edelleen käsittää välineet mittaa-miensa nollavirran ja nollajännitteen vertaamiseksi ennalta määrättyyn virtara-jaan ja vastaavasti nollajännitteen muutosrajaan ja jomman kumman ylittyessä 10 kyseisen releen nollavirtaosoittimen tietojen lähettämiseksi muille järjestelyn releille, välineet ennalta määrätyltä määrältä järjestelyn releistä vastaanotettujen nollavirtaosoittimien vertaamiseksi kyseisen releen määrittämään nollavir-taosoittimeen ja kyseisen releen virran tai sen vaiheen poiketessa ennalta määrätyllä määrällä muilta suojareleiltä vastaanotetuista virroista tai niiden 15 vaiheesta tätä ilmaisevan vikailmoitussignaalin antamiseksi muille järjestelyn suojareleille, ja ohjaussignaalin antamiseksi mikäli muilta järjestelyn releiltä ei ennalta määrätyn ajan kuluessa vastaanoteta vastaavaa vikailmoitussignaalia.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 5 mukainen suojarelejärjestely, tunnettu siitä, että kukin rele käsittää välineet suunnatun maasulkusuojauk- 20 sensa toiminnan estämiseksi ennalta määrätyn lukumäärän järjestelyn releiltä vastaanotetuista nollavirran vaihekulmista poiketessa ennalta määrättyä mää- • I ·' ** rää vähemmän kyseisen releen mittaaman nollavirran vaihekulmasta. Vi

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen suojarelejärjestely, :.· j tunnettu siitä, että järjestely edelleen käsittää suojareleiden valvontalait- : 25 teen, jolle suojareleet lähettävät tiedon mittaamistaan virroista ja jännitteistä I' ·sekä tekemistään ohjaustoimenpiteistä ja joka näistä tiedoista päättelee suoja- ' j ‘: relejärjestelyn toimintakunnon ja välittää tästä tiedon käyttöhenkilölle. • 1 115093