SE1100960A1 - Anordning vid jordfel - Google Patents

Abstract

Sammanfattning En anordning som kan hantera elektriska jordfel, dvs nar en oonskad strom mellan en ledare och jord upptrader. Anordningen alstrar en induktiv impedans cla en jordstr6m uppkonnmer. (Fig. 1)

Description

Anordning vid jordfel Tekniskt omrade Uppfinningen avser en anordning far hantering av jordfel. Sarskilt avser uppfinningen en anordning for hantering av jordfel i ett trefassystem.

Bakgrund Med jordfel avses bland annat att en ledare fatt kontakt med jord d.v.s. marken. Detta kan t.ex. bero pa brister i isolationen eller att en luftledning fallit ner pa marken eller annu varre att en manniska kommit i kontakt med spanningsforande ledare. lbland uppstar direkt kontakt (kortslutning) och ibland finns ett overgangsmotstand till jord. I vissa sammanhang tillats fortsatt drift med bestaende fel.

I ett elektriskt system sasom ett elektriskt trefassystem uppstar jordfel da en fasledare far kontakt med jord. Jordfel ar ett oonskat fenomen och kan inte alltid forebyggas. Da det kan vara svart att helt forebygga jordfel är det onskvart att de negativa konsekvenserna av ett jordfel minimeras. Ett exempel pa en anordning som minimerar konsekvenserna ãr sa kallade jordfelsbrytare som slar av spanningen pa en ledare da staff] mellan (fas) ledare och jord upptrader.

Uppfinningen i sammandrag Det är ett syfte med uppfinningen att astadkomma en elektrisk krets som minskar de negativa konsekvenserna vid uppkomsten av jordfel.

Detta syfte och aven andra kan uppnas medelst en anordning sasom definierad i de bilagda patentkraven.

I en utforingsform astadkoms en Anordning for inkoppling i ett elektriskt system och avsedd att minska jordstrommar i det elektriska systemet, sarskilt ett trefas vaxelspanningssystem. Anordningen innefattar minst en magnetisk karna och minst en 1 lindning innefattande en ingangsklamma och en utgangsklamma lindad runt den magnetiska karnan, varvid ingangs klamman och utgangsklamman al- seriellt anslutna till en ledare i det elektriska systemet. SarskiIt är minst en lindning per fas anordnad.

I en utforingsform da det elektriska systemet innefattar flera ledare har anordningen en lindning for varje ledare i forekommande fall aven for en nolledare.

I en utforingsform innefattar anordningen en lindning for en nolledare i det elektriska systemet.

I en utforingsform bildar den magnetiska karnan bildar en sluten krets.

I en utforingsform är minst en av lindningarna är uppdelad i tva eller flera lindningar. Sarskilt kan lindningarna vara symmetriskt uppdelade pa respektive fas.

I en utforingsform innefattar anordningen fler an en !Kama.

I en utforingsform är anordningen utformad att alstra en justerbar induktiv impedans.

I en utf6ringsform ar anordningen utforrnad att justera den induktiva impedansen medelst N2 forandring, forandring av luftgap eller parallell falfflodesforflyttning.

Det elektriska systemet kan vara ett lagspanningsnat (typiskt upp till 1000 Volt), ett mellanspanningsnat/distributionssystem ( typiskt upp till 36 kVolt), Overforingssystem/hogspanningsnat( typiskt over 36 kVolt), eller en elektrisk installation (till exempel en flerfasmotor).

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att beskrivas narmare och med hanvisning till de bilagda ritningarna, pa vilka: 2 Fig. 1a — 1c visar en anordning for hantering av jordfel i ett trefas system i en forsta utforingsform, Fig. 2 visar en anordning for hantering av jordfel i ett trefas system i en forsta ufforingsform, Fig. 3 visar en anordning for hantering av jordfel i ett trefas system i den forsta ufforingsformen inkopplad i ett elektriskt system, Fig. 4 visar en anordning for hantering av jordfel i ett trefas system i den andra utforingsformen inkopplad i ett elektriskt system, och Fig. 5 visar en anordning for kompensering av kapacitiva felstrommar.

Beskrivning av utforingsformer Uppfinningen kan realiseras i olika utforingsformer beroende p tillampning och onskad konstruktion. Till exempel behover omraden sasonn: Lagspanningssystem (typiskt upp till 1000 Volt) Mellanspanningssystem/distributionssystem ( typiskt upp till 36 kVolt) Overforingssystem ( typiskt Over 36 kVolt) Elektriska installationer (till exempel marina och offshoreinstallationer) en anordning som kan hantera elektriska jordfel, dvs nar en oonskad strom mellan en ledare och jord upptrader. Dessa olika omrAden har alla olika behov och en anordning for begransning av jordstrom eller andra oonskade strommar maste darfor utformas olika beroende p6 tillampning.

Lagspanningssystem Anordningen som beskriv hari syftar for fallet med ett lagspanningsnat till att minimera kortslutningsstrommar. I lagspanningsfallet kan syftet salunda vara att motverka ett hogohmigt fel frAn fas till jord for minskad felfunktion i en installerad jordfelsbrytare eller att minska paverkan fr6n vagabonderande jordstrommar. 3 Exemplet visat nedan i anslutning till Fig. 1 visar hur en enhet med 4 lindningar kan anvandas i ett lagspanningssystem. Funktionen är att vid fel, dvs slutning mellan fas och jord sa tar enheten upp spanningen aver den lindning som jordsluts och bildar en induktans. lnduktansen fungerar i detta fall som en strombegransare for strommen som kan komma att flyta mellan fas och nolledare, sá kallad nollsekvens. Forhallande plus / minusfoljd (fas / fas matning) paverkas inte i namnvard omfattning.

I Fig. la visas en anordning for begransning av jordstrom enligt ett forsta utforingsexempel. Anordningen är avsedd att anslutas i ett lagspanningssystem med tre fasledare och en nolledare. Anordningen kan exempelvis anordans pa ingangen i ett elektriskt lagspanningsnat. Till exempel kan anordningen placeras i anslutning till en matartavla for ett elektriskt system pa ett hus eller motsvarande.

Anordningen i Fig. la best& av en karna anordnad att sluta ett magnetiskt flocle. Kaman är av detta skal fOretradesvis formad i en sluten krets aven onn det är nnojligt att lata kretsen innehalla ett luftgap. (vara Open). Kaman bestar till exempel av jam n eller transforrnatorplat eller av nagot annat material med god ledningsformaga for ett magnetiskt flode.

Kring karnan finns ett antal lindningar anordnade. Lindningarna best& av ett material med god elektrisk ledningsformaga sasom koppar eller aluminium. For fallet med ett trefassystem med nolledare kan fyra lindningar vara anordnade. Lindningarna har en ingangsklamma (Al, A3, A5, Neutral IN), samt en utgangsklamma (A2, A4, A6, Neutral OUT) Varje lindning kan aven besta av flera, typiskt seriellt, anordnade lindningar for att na en likartad seriell resistans. Delta visas i Fig. 1 b. I Fig lb visas en vasentligen rektangular karna 1 med (minst) tva ben. Kring respektive ben är tre lindningar 2 vardera (en for varje fas) anordnade. Lindingarna pa respektive ben är seriellt ansluta for att bilda en sammankopplad lindning per fas. Harvid kan den yttre lindningen pa det ena benet vara sammankopplad med den inre lindningen pa det andra benet sa att den totala lindningslangden (och armed resistansen) sammanlagt blir vasentligen densamma for alla faser/ledare. Detta framgar ocksa i Fig. lc som är ett snitt fran ovan 4 av anordningen visad i Fig. 1 b. Har anges respektive lindning 2 som lindning 2a, 2b respektive 2c.

Anordningen är kopplad sa att vane lindnings ingangsklamma är ansluten till det elektriska natet och utgangsklammorna utgor utgangsklamnnor till vilket olika laster kan anslutas.

Anledningen till all det anvands 4 ledare igenom enheten är att det skall vara mojligt i ett lagspanningssystem att installera enfaslaster som relaterar till systemets nolla, dvs samma punkt som systemets jord dock med en parallel! ledning. Anordningen kan aven realiseras utan en lindning for nolledaren sasom visas i Fig. 2.

I fig. 3 visas anordningen har benamnd "zero sequence device" (nollfoljdsanordning) inkopplad mellan en delta (D) — Y kopplad transformator (transformer) och slutanvandare/last (load). Anordningen i Fig. 3 har tre lindningar, en for vardera fas (Li , L2, L3), dar vane lindning delats upp i tva (del) lindningar. I Fig. 4 visas anordningen (zero sequence device) inkopplad i ett system utan nolledare. Samma delar benamns har pa samma satt som i Fig. 3. Det är dock att marka att dinnensioneringen av olika delar kan skilja sig beroende pa olika tillampningsomraden (se nedan). Dimensionering sker sa att den induktiva impedanser blir stor i forhallande till den resistiva lasten genom vilken en uppkommen jordstrom kan forvantas ga. Pa sa satt begransas jordstrommen avsevart eller elimineras helt.

Funktion i anordningen baseras pa forhallandet plussekvens, minussekvens samt nollsekvens enligt foljande: Kaman som är uppbyggd av till exempel transformatormaterial tjanar med en summastromstransformators funktion. Dvs, nar strOmmarna är symetriska i systemet och när inga fel till jord intraffar är anordningens induktans nara nail. Salunda, inget flode i karnan och armed forsumbar induktans. Under normaldrift finns endast ledarna i serie som tillagg i den elektriska kretsen. Vid jordslutning (jordfel) kommer dock enheten att reagera med en forflyttning i energiringen fran Y:s fas — fas vektorer i felfallet till D:s parallellforflyttning.

Plus / minus sekvens kommer inte att se nagon induktans genererad med det att symmetri fortgar. Natets konfiguration (Delta D) med matande transfornnators sekundara sida (Y) ger da foljande. Transformatorn kommer att se anordningen sasom beskriven had som en mycket stor induktans vid feltillfallet per den fas som kortslutits och UO spanningen (fas-noll spanningen) kommer att falla over enheten motsvarande jordfelets storlek och induktiva Ohm tal. Salunda kommer ingen aktiv strom (aktiv effekt) ett flyta igenom nollfoljdskretsen i felfallet, detta oberoende av den kortslutna kallans resistans.

Detta loser personsakerhetsproblematik i hemmet, kontorsarbetsplatser, industribyggnader, fartyg samt ovriga "off shore" el- installationer. Dessutom kan driftproblem kopplade till jordfelsstrommar i ex fartyg och "off shore" — anlaggningar elimineras.

Distributionssystem I kabelifierade system eller i fallet "over headlines" genereras en reaktiv effekt som kan definieras som en kapacitiv felstrom (ICj). Denna felstrom kan kompenseras med en anordning sasom beskriven hari samtidigt som en resistiv felstrommen nninimeras. Denna funktion erhalls genom att anordningen forses med en justerbarhet i den alstrade induktansen som, I\12 forandring, forandring av luftgap eller parallell falfflodesforflyttning, tex genom likspanningsmagnetisering av i kretsen ingaende karndel.

I Fig. 5 visas en anordning konstruerad for denna tillampning. Anordningen bestar av 4 karnor (3a, 3a, 3b, 3b). Varje karna kan innefatta ett eller flera ben. Anordningen har vidare 3 stycken lindningar (3d, 3f, 3g). Dessa lindningar är anordnade en for vane fas och for att seriellet anslutas till respektive fas sasom fram gar av ovanstaende, t ex sasom visas i Fig. 4. I anordningen är faslindningarna (3d, 3f, 3g) uppdelade i tva lindningar varvid respektive lindning omsluter tva ben tillhorande olika karnor. De uppdelade lindningarna är forbundna med varandra vi respektive ledningar (3h, 3i, 3j). 6 Vidare innefattar anordningen en ytterligare lindning, en likspanningslindning (3c) som kan vara anordnad kring tva ben av olika karnor sasom framgar av bilden varvid likspanningslindningen är anordnad att nnatas med likspanning for att styra magnetiseringen i kretsen varvid den induktiva impedans som alstaras av anordningen kan styras sa att en kapacitiv felstrom kan kompenseras pa onskat satt. Flarigenom erhalls en anordning som bade kan motverka resistiva jordstrommar samt anvandas for att kompensera for kapacitiva felstrommar.

I Fig. 5 är saledes 4 rektangulart fornnade karndelar anordnade. Kring ett ben pa en forsta karndel och kring ett ben pa en andra karndel är tre forsta lindningar anordnade. Vidare är likspanningslindningen anordnad kring ett ben pa den andra karnadelen och kring ett ben pa en tredje karndel. Vidare är ytterligare tre andra lindningar som är sammankopplade med respektive tre forsta lindningar anordnade runt ett ben pa den tredje karndelen och kring ett ben pa den fjarde karndelen.

Transmissionssystem Transmissionssystem ar per idag direktjordade och atersluts vid ett jordfel med ett Mgt Amperetal i omradet 20 -45 kA. Med detta i atanke finns det all anledning att forsoka nedbringa denna kortslutningsstrft till ett hanterbart varde. Detta kan astadkommas medelst anordningen sasom beskriven had vilken vid felfall kan utformas att alstra en hog induktiv impedans (i enlighet med beskrivningen ovan for lagspanningssystem) vilket reducerar kortslutningsstrommen.

Elaktriska installationer I fallet med t ex marin och offshore tillampningar finns det elektriska installationer som kan alstra jordstrommar som negativt kan paverka motorer/motorlager negativt. Anordningen sasom beskriven had kan kopplas in i det elektriska systemet i detta fall for att nnotverka dessa jordstrommar.

Genom anvandning av anordningen som beskrivs hari kan resistiva jordstrommar reduceras eftersom anordningen for detta fall alstarar en hog induktiv impedans som 7 syftar till att begransa den resistiva strommen mellan ledare och jord. Dessutom kan anordningen utformas att ge en justerbar induktiv impedans far distributionssystem far att motverka/kompensera for kapacitiva strammar som dar kan upptrada. 8

Claims (9)

Patentkrav

1. Anordning far inkoppling i ett elektriskt system och avsedd att minska jordstrommar i det elektriska systemet varvid anordningen innefattar: - minst en magnetisk karna - minst en lindning innefattande en ingangsklamma och en utgangsklamma lindad runt den magnetiska karnan, varvid ingangsklamman och utgangsklamman är seriellt anslutna till en ledare i det elektriska systemet.

2. Anordning enligt krav 1 varvid det elektriska systemet innefattar flera ledare och anordningen innefattar en lindning for vane ledare.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, varvid anordningen aven innefattar en lindning for en nolledare i det elektriska systemet.

4. Anordning enlig nagot av kraven 1 — 3, varvid den magnetiska karnan bildar en sluten krets.

5. Anordning enligt nagot av kraven 1 — 4, varvid minst en av lindningarna är uppdelad i tva eller flera lindningar.

6. Anordning enligt nagot av kraven 1 — 5, varvid anordningen innefattar fler an en !Kama.

7. Anordning enligt nagot av kraven 1 — 6, varvid anordningen är utformad att alstra en justerbar induktiv impedans.

8. Anordning enligt krav 7, varvid anordningen är utformad att justera den induktiva impedansen medelst N2 forandring, forandring av luftgap eller parallel! faltflodesforflyttning. 9

9. Anordning enligt n6got av kraven 1 — 8, varvid det elektriska systemet är ett trefas vaxelspanningssystem. 1/ Al A3 A4 A A6 Neutral in Neutral out