SE537358C2 - Anordning vid jordfel - Google Patents

Abstract

537 358 Sammanfattning En anordning som kan hantera elektriska jordfel, dvs nar en oonskad strom mellan en ledare och jord upptrader. Anordningen alstrar en induktiv impedans da en jordstrom uppkonnmer.

Description

537 358 Anordning vid jordfel Tekniskt omrade Uppfinningen avser en anordning fOr hantering av jordfel. Sarskilt avser uppfinningen en anordning for hantering av jordfel i ett trefassystem.

Bakgrund Med jordfel avses bland annat att en ledare fat 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.

Ibland 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 ãr 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 är sa kallade jordfelsbrytare som slar av spanningen pa en ledare cla strom 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 sesom 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 1 537 358 lindning innefattande en ing6ngsklamma och en utOngsklarnma lindad runt den magnetiska karnan, varvid ingangs klamman och utgangsklamman är seriellt anslutna till en ledare i det elektriska systemet. Sarskilt 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 p6 respektive fas.

I en utforingsform innefattar anordningen fler an en karna.

I en utf6ringsform är anordningen utformad att alstra en justerbar induktiv impedans.

I en utforingsform ar anordningen utformad att justera den induktiva impedansen medelstN2forandring, forandring av luftgap eller parallell falthodesforflyttning.

Dot 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, p6 vilka: 2 537 358 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 utforingsform, Fig. 3 visar en anordning for hantering av jordfel i ett trefas system i den forsta utforingsformen inkopplad i ett elektriskt system, Fig. 4 visar en anordning for hantering av jordfel i ett trefas system i den andra unringsformen 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 p5 tillampning och onskad konstruktion. Till exempel behover omraden s5som: L.5gspanningssystem (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 m5ste darfor utformas olika beroende pa tillampning.

Lagspanningssystem Anordningen som beskriv h5ri syftar for fallet med ett I5gspanningsnat 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. 3 537 358 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. Induktansen fungerar i detta fall som en strOmbegransare for strommen som kan komma att flyta mellan fas och nolledare, sa kallad nollsekvens. Forhallande plus / minusfoljd (fas / fas matning) paverkas inte i namnvard omfattning.

I Fig. la visas en anordning f6r 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 far ett elektriskt system pa ett hus eller motsvarande.

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

Kring karnan finns ett antal lindningar anordnade. Lindningarna bestar 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. Detta 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 vane 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 f6r alla faser/ledare. Detta framgar ocksa i Fig. lc som är ett snitt fran ovan 4 537 358 av anordningen visad i Fig. lb. 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 utgangsklammor till vilket olika laster kan anslutas.

Anledningen till att 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 parallell 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 far vardera fas (L1, L2, L3), dar varje 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 ar 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 uppkomnnen jordstrom kan farvantas gá. 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 an symetriska i systemet och nar inga fel till jord intraffar är anordningens induktans nara noll. Salunda, inget Wide 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 537 358 att reagera med en forflyttning i energiringen fr8n 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 fort*. Natets konfiguration (Delta D) med matande transforrnators sekundara sida (Y) ger da foljande. Transformatorn kommer att se anordningen sasom beskriven hari 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. S8lunda kommer ingen aktiv strom (aktiv effekt) ett flyta igenom nollfoljdskretsen i felfallet, detta oberoende av den kortslutna kallans resistans.

Della 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 s8som beskriven h5ri samtidigt som en resistiv felstrommen minimeras. Denna funktion erhalls genom att anordningen forses med en justerbarhet i den alstrade induktansen som, N2 forandring, forandring av luftgap eller parallell falfflodesforflyttning, tex genom likspanningsmagnetisering av i kretsen ing8ende 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 s8som 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 tv8 ben tillhorande olika karnor. De uppdelade lindningarna är forbundna med varandra vi respektive ledningar (3h, 31, 3j). 6 537 358 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 sat Flarigenom erhalls en anordning som bade kan motverka resistiva jordstrommar samt anvandas far 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 är 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 kortslutningsstrom till ett hanterbart varde. Detta kan astadkonnmas medelst anordningen sasom beskriven had vilken vid felfall kan utformas att alstra en hag induktiv impedans (i enlighet med beskrivningen ovan for lagspanningssystenn) 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 han kan kopplas in i det elektriska systemet i detta fall for att motverka dessa jordstrommar.

Genom anvandning av anordningen som beskrivs hari kan resistiva jordstrommar reduceras eftersom anordningen for detta fall alstarar en hog induktiv impedans som 7 537 358 syftar till att begransa den resistiva strommen mellan ledare och jord. Dessutom kan anordningen utformas att ge en justerbar induktiv impedans for distributionssystem for att motverka/kompensera for kapacitiva str6mmar som dar kan upptrada. 8

Claims (7)

537 358 Patentkrav 1. Anordning for inkoppling i ett elektriskt trefas vaxelspanningssystem och avsedd att minska jordstrommar i det elektriska systemet varvid anordningen innefattar:

1. minst en magnetisk karna 2. minst en lindning for varje ledare i vaxelspanningssystemet, varvid vane lindning innefattar en ingangsklamma och en utOngsklamma lindad runt den magnetiska karnan, och varvid ing6ngsklamman och utg6ngsklamman är seriellt anslutna till en respektive ledare i vaxelspanningssystemet.

2. Anordning enligt krav 1, varvid anordningen aven innefattar en lindning for en nolledare i vaxelspanningssystemet.

3. Anordning enlig n6got av kraven 1 — 2, varvid den magnetiska karnan bildar en sluten krets.

4. Anordning enligt nagot av kraven 1 — 3, varvid minst en av lindningarna är uppdelad i tva eller flera lindningar.

5. Anordning enligt nagot av kraven 1 — 4 varvid anordningen innefattar fler an en magnetisk karna.

6. Anordning enligt n6got av kraven 1 — 5, varvid anordningen är utformad att alstra en justerbar induktiv impedans.

7. Anordning enligt krav 6, varvid anordningen är utformad att justera den induktiva impedansen medelst N2 forandring, forandring av luftgap eller parallell falfflodesforflyttning. 9 537 358 1/ Al A3 A AS Noll in Noll ut