Maasulkuvirran kompensointi 20kV jakeluverkossa : Leppäkosken Sähkö Oy

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin maasulkuvirran kompensointia Leppäkosken Sähkö Oy:n omistamassa 20 kV:n jakeluverkossa. Työn ensisijainen päämäärä oli saada yleispätevä ohje hajautetun maasulkuvirran kompensoinnin mitoittamiseen ja sijoittamiseen verkkoon siten, että se toimisi mahdollisimman tehokkaasti erilaisissa kytkentätilanteissa. Edellä mainitun lisäksi työssä käsiteltiin keskeisimmät periaatteet, jotka koskevat maasulkuvirran keskitettyä kompensointia ja maasulkuvirran hallitsemista muun muassa relesuojauksin.

Nykyisin merkittävästi kasvanut maakaapelointiaste tuo omat haasteensa maasulkuvirtojen aiheuttamien kosketusjännitteiden kasvuun ja niiden hallintaan. 20kV:n jakeluverkot ovat jo pitkään olleet rakenteeltaan sellaisia, että sähkön jakelu kaupunkien keskusta- ja taajama-alueille on toteutettu maakaapeleilla, kun taas hyvinkin pitkistä johto-osuuksista koostuva haja-asutusalue on käytännössä rakennettu ilmajohtotekniikalla. Nykyisin vanhoja ilmajohdolla toteutettuja haja-asutusalueiden johtolähtöjä saneerattaessa, vanha ilmajohto korvataan usein nykyaikaisella maakaapelilla. Pitkät maakaapelilähdöt aiheuttavat kuitenkin huomattavasti suuremman maasulkuvirran kuin ilmajohdot, ja tuottavat ongelmia maasulkuvirtojen kompensointiin pelkästään keskitetysti.

Maasulkuvirtojen aiheuttamien kosketusjännitteiden hallintaan liittyvät vahvasti erilaiset maadoitusrakenteet ja niiden kunnon valvonta. Erityisesti pitkien ilmajohdoilla rakennettujen johtolähtöjen maakaapelointi antaa mahdollisuuden päivittää vanhoja erillisiä maadoitusjärjestelmiä yhteen liitetyksi maadoitusjärjestelmäksi, jolloin erillisten maadoitusjärjestelmien galvaaninen yhteys parantaa yksittäisten maadoitusjärjestelmien maadoitusominaisuuksia. Jakeluverkon maadoitusjärjestelmät ovat kuitenkin niin laaja aihe, ettei niitä ollut kokonaisuudessaan mahdollista sisällyttää tähän työhön. Tässä työssä keskityttiin hajautettuun kompensointiin ja sen mitoitukseen, mutta erilaiset maadoitusjärjestelmät käytiin teoriassa läpi, sillä nämä aiheet liittyvät hyvin vahvasti toisiinsa.

The purpose of this thesis was to examine solutions for earth fault current compensation in a 20kV distribution network owned by Leppäkosken Sähkö Oy in Finland. The main objective was to create effective general guidelines for distributed compensation methods. Different conclusions are introduced in the theory section of this work, and their practical application to the distribution network is discussed in the methodology section.

This thesis also covers the central principles of central compensation of earth fault current accomplished by arc suppression coil and relay protection against dangerous touch potential that high earth fault current might produce on certain places during earth fault.

Long cable feeders at countryside are nowadays significantly more common when compared to structure of traditional distribution network built with overhead lines. These long cable feeders produce very high amounts of earth fault current when one or more conductors get in touch with earth potential and traditional central compensation equipment is easily overwhelmed by this increased amount of current that needs to be neutralized. As a solution it is necessary to install local compensation coils that neutralize major part of the capacitive current produced by the cable during an earth fault situation.

Different earthing systems do a significant part of keeping touch potential in the safe range which is defined in standards. While this thesis is not about earthing systems it is still important to understand the theory of how different earthing systems behave in earth fault situations and how the allowed amount of uncompensated earth fault current rely on the earthing resistances of secondary substations. because of this importance the basic theory of different earthing systems was also introduced in the theory section of this thesis.