20 kV kojeiston suunnittelu sähkövoimalaboratorioon

Abstract

Työn lähtökohtana toimi Kemi-Tornion ammattikorkeakoulun sähkölaboratorioiden kehittämishanke, jonka tarkoituksena on täydentää opetuskalustoa mm. sähkölaitostekniikan saralla. Tehtävänä oli opetuskäyttöön hankittavan keskijännitekojeiston suunnittelu siten, että työn tuloksena syntyy toteutusehdotus sisältäen tarvittavat dokumentit hankittavaksi ehdotettavasta laitteistosta. Mikäli hankkeen rahoitus järjestyy, järjestelmän hankinta tarjouskilpailuineen tehdään myöhemmin projektin edetessä. Työn on siten tarkoitus toimia perustana varsinaiselle hankinnalle.

Työssä tutustuttiin kojeistoihin, kojeisiin, relesuojaukseen, apusähköjärjestelmään sekä sähkölaitosautomaatioon liittyvään teoriaan ja määriteltiin kojeistoon liittyvät opetustavoitteet yhteistyössä sähkötekniikan opettajien kanssa. Tämän jälkeen valittiin opetuskäyttöön soveltuva kojeiston kennovalikoima sekä tehtiin laitteiston tekninen määrittely. Seuraavassa vaiheessa luotiin kolme pääkaaviovaihtoehtoa valitulla kennovalikoimalla eri käyttöjännitteille sekä vertailtiin vaihtoehtoja keskenään. Vertailun tuloksena työssä tehtiin toteutusehdotus. Lisäksi työssä suunniteltiin kojeistoon liittyvä tasasähköjärjestelmä.

Aihepiirin laajuuden vuoksi työtä oli rajattava. Pois jätettiin relesuojausjärjestelmän tarkempi tekninen määrittely. Lisäksi toteutusvaihtoehtoihin liittyvät käyttöjännitteet rajattiin kattamaan tarkastelu ainoastaan 400 V:n, 690 V:n ja 20 kV:n jännitteillä.

Työssä asetetut tavoitteet täyttyivät. Toteutusehdotuksena esitettiin viisi kennoa sisältävän kojeiston hankintaa. Käyttöjännitteeksi valittiin 20 kV. Esitettävä toteutusehdotus osoittautui vertailussa kustannuksiltaan muita vaihtoehtoja kalliimmaksi sekä haastavammaksi toteuttaa. Vaihtoehto on kuitenkin todellisuutta vastaava ja käyttämällä aitoa keskijännitettä laitoksen opetussuunnitelmaan saadaan lisättyä suurjännitekoulutusta, mitä aikaisemmin ei ole ollut tarjolla. Työn tuotoksiin lukeutuvat kojeiston sijoituspiirustus, tekninen määrittely, jokaisen toteutusvaihtoehdon pääkaaviot ja tekniset erittelyt sekä tasasähköjärjestelmän pääkaavio.

The basis of this study was the development project of electrical engineering laboratories which aims to improve the equipment used in teaching power plant engineering among other things. The objective of this study was to design medium voltage switchgear in electrical engineering laboratory including all the necessary documents required for an acquirement. Provided that the financing of the project is arranged, the acquirement of the system including tender is carried out later as the project progresses. Thus the aim of this thesis is to serve as a basis for the actual acquirement.

In the study one became acquainted with theory involving medium voltage switchgears, components, relay protection, low voltage system and power plant automation. Teaching objectives were defined in co-operation with electrical engineering teachers. In the next stage a selection of cubicles that is suited for teaching purposes was chosen and a technical definition for the system was made. Three main circuit diagrams for three different operating voltages were then generated for the chosen cubicle selection and the alternatives were compared. As a result, an implementation suggestion was made. In addition, a low voltage system part of the switchgear was designed in the study. As a result from the width of the theme, the study had to be limited. A more precise technical definition of the relay protection system was dropped off. Additionally, operating voltages associated with the implementation alternatives were limited to cover the analysis only with voltages of 400 V, 690 V and 20 kV.

The goals set in the study were met. An acquirement suggestion of switchgear including five cubicles was made. An operating voltage of 20 kV was chosen. The presented implementation suggestion proved to be more expensive and more difficult to implement. However the suggested implementation is equivalent to a real world system and by using true medium voltage, high voltage education can be added to the school’s syllabus, which has not been available before. The outputs of the study include placement drawing of the switchgear, technical definition, main circuit diagrams and technical specifications of each implementation alternative, and a main circuit diagram of the low voltage system.