Kortslutning och selektivitets studie för det avbrottsfria kraftssystemet till en gasturbin.

Transkript

1 C-uppsats LITH-ITN-EX--05/08--SE Kortslutning och seletivitets studie för det avbrottsfria raftssystemet till en gasturbin. Jonas Davidsson Department of Science and Technology Linöpings Universitet SE Norröping, Sweden Institutionen för teni och naturvetensap Linöpings Universitet Norröping

2 LITH-ITN-EX--05/08--SE Kortslutning och seletivitets studie för det avbrottsfria raftssystemet till en gasturbin. Examensarbete utfört i elanläggning vid Linöpings Tenisa Högsola, Campus Norröping Jonas Davidsson Handledare Jonas Vogel Examinator Lars Bacström Norröping

3 Avdelning, Institution Division, Department Institutionen för teni och naturvetensap Datum Date Department of Science and Technology Språ Language x Svensa/Swedish Engelsa/English Rapporttyp Report category Examensarbete B-uppsats x C-uppsats D-uppsats ISBN ISRN LITH-ITN-EX--05/08--SE Serietitel och serienummer ISSN Title of series, numbering URL för eletronis version Titel Title Kortslutning och seletivitets studie för det avbrottsfria raftssystemet till en gasturbin. Författare Author Jonas Davidsson Sammanfattning Abstract Kortslutning och seletivitets studie för det avbrottsfria raftssystemet till en gasturbin. Utfört på Siemens Industrial Turbomachinery. Nycelord Keyword Kortslutningsberäningar, seletivitet, effetbrytare, spänningsfall

4 Upphovsrätt Detta doument hålls tillgängligt på Internet eller dess framtida ersättare under en längre tid från publiceringsdatum under förutsättning att inga extraordinära omständigheter uppstår. Tillgång till doumentet innebär tillstånd för var och en att läsa, ladda ner, sriva ut enstaa opior för ensilt bru och att använda det oförändrat för iceommersiell forsning och för undervisning. Överföring av upphovsrätten vid en senare tidpunt an inte upphäva detta tillstånd. All annan användning av doumentet räver upphovsmannens medgivande. För att garantera ätheten, säerheten och tillgängligheten finns det lösningar av tenis och administrativ art. Upphovsmannens ideella rätt innefattar rätt att bli nämnd som upphovsman i den omfattning som god sed räver vid användning av doumentet på ovan besrivna sätt samt sydd mot att doumentet ändras eller presenteras i sådan form eller i sådant sammanhang som är ränande för upphovsmannens litterära eller onstnärliga anseende eller egenart. För ytterligare information om Linöping University Electronic Press se förlagets hemsida Copyright The publishers will eep this document online on the Internet - or its possible replacement - for a considerable time from the date of publication barring exceptional circumstances. The online availability of the document implies a permanent permission for anyone to read, to download, to print out single copies for your own use and to use it unchanged for any non-commercial research and educational purpose. Subsequent transfers of copyright cannot revoe this permission. All other uses of the document are conditional on the consent of the copyright owner. The publisher has taen technical and administrative measures to assure authenticity, security and accessibility. According to intellectual property law the author has the right to be mentioned when his/her wor is accessed as described above and to be protected against infringement. For additional information about the Linöping University Electronic Press and its procedures for publication and for assurance of document integrity, please refer to its WWW home page: Jonas Davidsson

5 Sammanfattning Denna tenisa rapport behandlar ett examensarbete utfört på Siemens Industrial Turbomachinery i Finspång. Examensarbetets syfte var att utföra ortslutningsberäningar samt att ta fram en seletivplan för det avbrottsfria raftsystemet till en av Siemens gasturbiner. Gasturbinen står ofta långt ifrån ontrollrummet där den styrs ifrån och i rapporten har denna längd antagits till 400 m. Beräningarna har inte sett på hela raftsystemet utan en avgränsning till åtta olia delar har gjorts. Rapporten tar upp teorin för gasturbiner, ortslutningar, syddsapparater och seletivitet. Även vila olia typer av ortslutningar som finns och deras effeter behandlas. Senare besrivs det avbrottsfria raftsystemet med de avgränsade delarna mer ingående. I själva huvuddelen finns resultat och beräningar sammanställda med avseende på spänningsfall, utlösningsvillor, ortslutningsströmmar och ortslutningseffeter. Seletivplaner och enlinjescheman finns presenterade i bilagor. I resultat och disussionsdelen finns det troliga händelseförloppet vid olia ortslutningar och onsevenser och åtgärder för spänningsfallen besrivet. Abstract This technical report refers to a thesis wor which has been carried out at Siemens Industrial Turbomachinery in Finspång. The purpose of the thesis wor was to mae short circuit calculations and create a selectivity plan for the UPS-system to one of Siemens gas turbines. The gas turbine is often located far away from the control room from which it is controlled and in the report this length is assumed to be 400 m. The calculations haven t been made on the whole power system, so a delimitation to eight different parts has been made. The report includes the theory for gas turbines, short circuits, protection devices and selectivity. Different types of short circuits and their effects are also treated. Later on is the UPS-system with the delimitated parts described more detailed. In the main part are the results and the calculations considering voltage drop, releasing conditions, short circuit currents and short circuit effects collected. Selectivity plans and single line diagrams is presented in the appendixes. In the result- and discussion part is the probably course of events when a short circuit occur and consequences and measures for the voltage drop described. 1

6 Förord Denna rapport är resultatet av ett examensarbete som gjorts på Siemens IT avdelning OPE i Finspång. Examensarbetet är på 10 poäng och utgör slutet på min utbildning Data- och eletroteni med inritning data- och elsystem. Jag vill taca personalen på Siemens avdelningar OPE och GRA för tips och idéer och ett vänligt bemötande. Jag vill även taca Marcus Samuelsson på rafteletroni i Växjö som gett mig mycet vitig information och svar. Slutligen vill jag taca handledare Jonas Vogel, ontatperson Håan Frid och examinator Lars Bacström för många goda råd. Norröping Jonas Davidsson

7 Innehållsförtecning 1 INLEDNING SIEMENS INDUSTRIAL TURBOMACHINERY AB BAKGRUND SYFTE METOD AVGRÄNSNING... GASTURBINER....1 GASTURBINENS FUNKTION.... GASTURBINEN GT10MD BESKRIVNING AV KRAFTSYSTEMET MATNING TILL KRAFTSYSTEMET SMÖRJOLJEPUMPAR UPS-SYSTEM SERVODRIFT OPERATÖRSSTATION I/O-ENHETER KORTSLUTNINGAR BESKRIVNING AV EN KORTSLUTNING VANLIGASTE TYPERNA AV KORTSLUTNINGAR Symmetris trefasig ortslutning Tvåfasig ortslutning Tvåfasig jordslutning Enfasig jordslutning KORTSLUTNINGSBERÄKNINGAR DATA FÖR SYSTEMETS DELAR ALLMÄNT MAXIMAL RESPEKTIVE MINIMAL KORTSLUTNINGSSTRÖM BERÄKNINGSFÖRFARANDE FRAMRÄKNADE EFFEKTER OCH STRÖMMAR ALLMÄNT OM SKYDD KORTSLUTNINGSSKYDD ÖVERSTRÖMSSKYDD SKYDD I KRAFTSYSTEMET Effetbrytare (MCCB) Dvärgbrytare (MCB) Frevensomritare Servocontroller VAL AV EFFEKTBRYTARE UTLÖSNINGSVILLKOR ALLMÄNT KONTROLL AV UTLÖSNINGSVILLKORET SPÄNNINGSFALL SELEKTIVITET ALLMÄNT SELEKTIVITETSGRÄNS STRÖMSELEKTIVITET...3 3

8 9.4 TIDSSELEKTIVITET UPPRÄTTANDE AV SELEKTIVPLAN RESULTAT KORTSLUTNINGSSTRÖMMAR OCH UTLÖSNINGSFÖRLOPP UTLÖSNINGSVILLKORET SPÄNNINGSFALL SLUTSATS DISKUSSION...9 REFERENSLISTA...30 BILAGA 1 SPÄNNINGSMATNING...31 BILAGA SLINGA1...3 BILAGA 3 SLINGA...33 BILAGA 4 SLINGA BILAGA 5 KOMPONENTFÖRTECKNING...35 BILAGA 6 KORTSLUTNINGSBERÄKNINGAR...39 BILAGA 7 SELEKTIVPLANER/UTLÖSNINGSKURVOR

9 Figur och tabellförtecning FIGUR 1. FÖRBRÄNNINGSPROCESSEN...3 FIGUR. GASTURBINENS FUNKTION...3 FIGUR 3. SKISS ÖVER TURBINEN...4 FIGUR 4. SPRÄNGSKISS AV GASTURBIN GT10B...4 FIGUR 5. APPLIKATION MED FREKVENSOMRIKTARE OCH BACKUP-BATTERI...6 FIGUR 6. FÖRLOPP VID KORTSLUTNING....7 FIGUR 7. SYMMETRISK TREFASIG KORTSLUTNING...8 FIGUR 8. TVÅFASIG KORTSLUTNING...9 FIGUR 9. TVÅFASIG JORDSLUTNING...9 FIGUR 10. ENFASIG JORDSLUTNING...10 FIGUR 11. IMPEDANSER I SERIEKRETS...1 FIGUR 1. MERLIN GERIN EFFEKTBRYTARE MED KORTSLUTNINGS- OCH ÖVERSTRÖMSKYDD...15 FIGUR 13. PANEL MED IR OCH ISD, DÄR ISD ÄR FAST, SAMT UTLÖSNINGSKURVA FIGUR 14. MOELLER PLN-6 DVÄRGBRYTARE (MCB)...17 FIGUR 15. YASKAWA F7 FREKVENSOMRIKTARE...18 FIGUR 16. MOOG SERVOCONTROLLER FIGUR 17. STRÖMSELEKTIVITET...4 FIGUR 18. TIDSSELEKTIVITET...5 TABELL 1. FRAMRÄKNADE VÄRDEN VID FELSTÄLLET...14 TABELL. INSTÄLLNINGAR FÖR EFFEKTBRYTARE OCH STRÖMVÄRDE FÖR KABLAR...16 TABELL 3. BRYTSTRÖM FÖR DVÄRGBRYTARE OCH STRÖMVÄRDE FÖR KABLAR...17 TABELL 4. FREKVENSOMRIKTARNAS BRYTSTRÖMMAR...18 TABELL 5. EFFEKTBRYTARE 0, S...0 TABELL 6. OMRIKTARE ~ 0, S...1 TABELL 7. DVÄRGBRYTARE TYP C, 0,1 S...1 TABELL 8. FRAMRÄKNADE SPÄNNINGSFALL... 5

10 Ordförlaringar UPS Uninterrupted Power Supply eller oavbruten strömförsörjning SEK - Svensa Elerisa Kommissionen SS Svens Standard Ljusbåge Eletris urladdning i gas mellan två eletroder Momentan - Ögonbliclig MCB - Miniature Circuit Breaer MCCB - Molded Case Circuit Breaer Intermittent - Förlöpande med upprepade avbrott PWM Pulse Widht Modulated eller Pulsreddsmodulerad Diretjordad Syddsjordledaren är förbunden diret till jorduttag Uppström med uppströms apparat menas på ovansidan (primärsidan) på tex ett sydd. Nedström - med nedtröms apparat menas på nedsidan (seundärsidan) på tex ett sydd. Tecenförlaringar S Kortslutningseffet (Senbar) Z Kortslutningsimpedans I 3 Trefasig ortslutningsström I Tvåfasig ortslutningsström I 1 Enfasig ortslutningsström U h Huvudspänning U f Fasspänning u z Procentuella spänningsfallet V LL Växelspänning, line to line (för omritare) V Lispänning, (för liritare) d 6

11 1 Inledning 1.1 Siemens Industrial Turbomachinery AB Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT AB) i Finspång är ett etablerat företag inom raftgenerering. De utveclar, onstruerar, producerar och säljer gas- och ångturbiner, ompletta raftver samt tillhörande service. De har ca.000 personer anställda och omsätter ca 4,5 miljarder ronor. Siemens är ett av världens största företag inom IT, eletroni och elteni. Koncernen har fler än medarbetare i över 190 länder. Siemens Sverige är idag totalt ca medarbetare. 1. Bagrund Under åren har mindre ändringar och uppdateringar av det avbrottsfria raftsystemet till gasturbinen sett, därav uppgiften att verifiera och utreda dagens onstrution. 1.3 Syfte Studien sa omfatta genomgång av befintligt raftsystem hos gasturbinen GT10MD med syfte att definiera de funtioner, dimensioner, normer och rav som systemet sa uppfylla. Studiens resultat sa visa vila ortslutningsströmmar som an tänas uppomma i systemets olia delar, samt vila utlösningsvillor som finns. Vid beräningar sa hänsyn tas till abellängder upp till 400 m. Till systemet sa även en seletivitetsplan tas fram. I uppdraget ingår ocså att undersöa systemet med avsiten att hitta förbättring och besparingsmöjligheter. 1.4 Metod I inledningsfasen gjordes en litteraturstudie av det material som fanns om ortslutningsberäningar och seletivitet. Även gasturbinens funtion och uppbyggnad studerades. I nästa steg gjordes ortslutningsberäningar, gransande av utlösningsvillor, spänningsfallsberäningar och slutligen framtagande av seletivplan. Data för utrustningen har samlats in genom att söa och leta i retsscheman, abellistor, enlinjescheman, datablad från tillverare och genom att fråga insatta personer på Siemens och hos underleverantörer. Gransning av utlösningsvilloret har dels sett med dimensioneringsprogrammet El-vis och dels genom att handräna och slå i tabeller från SEK, se [3]. Seletivitetsplanerna har tagits fram i dimensioneringsprogrammet Ecodial 3. 1

12 1.5 Avgränsning Eftersom raftsystemet till gasturbinen är mycet omfattande var det tvunget att göra en avgränsning till ett antal relevanta delar. Det blev totalt åtta stycen laster av blandad aratär: 1. Smörjoljepumparna MBV1AP005 och MBV51AP005. Händelseförlopp/utlösningsvillor vid fel på belastning efter frevensomritare. Kortslutning/jordfel i motor/abel.. Servomotordrift MBT10AE005. Händelseförlopp/utlösningsvillor vid ortslutning, jordfel och överlast. 3. Vägguttag i apparatsåp och ontrollrum, Händelseförlopp/utlösningsvillor vid olia laster som t.ex. operatörsstation samt andra tänbara laster. 4. Krets (4VDC) med digital insignal. 5. Krets (4VDC) med digital utsignal. 6. Analog mätrets med termoelement. 7. Analog mätrets med PT100-givare. 8. Analog mätrets, 4-0 ma. Motorbetecningarna är hämtade ur [7] och [8]. Numreringen 1-8 ommer fortsättningsvis att benämnas slinga 1-8. Gasturbiner.1 Gasturbinens funtion En gasturbin är en ort sagt en masin som omvandlar värmeenergi till meanis rörelse. Värmeenergin produceras oftast från bränsle och syre, enligt figur 1. I en gasturbin blir 5-45 % av den tillsatta energin omvandlad till rörelseenergi, de resterande % avges som värmeförluster.

13 Figur 1. Förbränningsprocessen Förenlat sagt består gasturbinen av tre huvuddelar: ompressor, brännammare och turbin, se figur. Figur. Gasturbinens funtion Till ompressorn är en startmotor ansluten via en oppling som drar igång ompressorn vid start. Kompressorn sapar ett luftflöde genom röret (brännammaren) som när det passerar turbinen får den att rotera och ger den en meanis rörelse. Sulle processen fortgå utan förluster, vilet är omöjligt i pratien sulle ingående effet vara lia med utgående effet. Värmer man luften i röret genom att förbränna t ex gas får man luften att expandera vilet i sin tur medför öad lufthastighet genom turbinen. Vid öad värmetillförsel ger turbinen tillräclig uteffet för att driva ompressorn. Kopplas då startmotorn bort är gasturbinen självdrivande. För att få en användbar uteffet måste doc värmetillförseln öas ytterligare. Figur 3 visar en ritig siss av en gasturbins onstrution. 3

14 Figur 3. Siss över turbinen. Gasturbinen GT10MD Gasturbinen GT10MD är en av Siemens största gasturbiner, se figur 4. Betecningen MD står för Mechanical Drive vilet talar om att den används främst till att pumpa olja och gas i pipelines eller på oljeriggar. Det finns även de turbiner som används till att generera eletricitet. GT10MD har en verningsgrad på 35,1 % och ett varvtal mellan rpm. Den an öras både på gas och dieselolja och uteffeten är 5430 W eller shp. Figur 4. Sprängsiss av gasturbin GT10B 4

15 All änslig eletroni som t ex styrsystem, frevensomritare, sydd, datorer mm sitter i ett separat ontrollrum eftersom delar runt gasturbinen är Ex-lassad, dvs. explosionsris finns. Det är från ontrollrummet som hela masinen styrs och övervaas. I vissa fall an gasturbinen stå hela 400 m ifrån ontrollrummet. 3 Besrivning av raftsystemet I ontrollrummet finns raftsystemet som försörjer gasturbinens alla motorer, pumpar och styrsystem mm. Kraftsystemet består av ett lågspänningsställver som matas av en transformator. I ställveret sitter alla frevensomritare, styrsystem, mindre transformatorer och sydd. Systemet är ett avbrottsfritt raftsystem, vilet menas att även om matande spännig in till ontrollrummet försvinner sa fortfarande systemets vitigare delar fungera. Detta ser mha ett bacup-batteri som laddas ontinuerligt. I systemet omfattas hela edjan från transformator via sydd och ner till last, se bilagor 1-4 och omponentförtecning bilaga 5. Nedan följer en mer ingående besrivning av de delar av raftsystemet som rapporten behandlar. 3.1 Matning till raftsystemet Se enlinjeschema bilaga 1 Beroende på i vilet land gasturbinen sall placeras an matningen variera från V. I rapporten behandlas ett standardfall och beräningarna baseras på U H = 400V och I = 35A från matande nät. Kraftsystemets transformator som är opplad på det matande nätet ger 400V ut på seundärsidan. Den är Dyn11-opplad och diretjordad. 3. Smörjoljepumpar Se enlinjeschema bilaga Smörjoljepumparna har till uppgift att smörja turbinens lager. Detta är mycet vitigt att det fungerar, stannar pumparna brister lagren och turbinen stannar. Pumparna matas från frevensomritare som tar spänningen från bacup-batteriet vid ett eventuellt spänningsbortfall. Appliationen an illustreras enligt figur 5, från [4]. Motorerna är raftigt överdimensionerande och en 30 W motor drar sällan mer än 15 W. 5

16 Figur 5. Appliation med frevensomritare och bacup-batteri. 3.3 UPS-system Se enlinjeschema bilaga 3 UPS-systemets uppgift är att försörja vitiga delar som t.ex. styrsystem och operatörsstationer utan avbrott, dvs. även vid ett eventuellt spänningsbortfall. UPSsystemet består av en transformator som matas av en frevensomritare. Anledningen till att frevensomritare används är att det är enelt att gå in med bacup-batteriet på lispänningsledet i frevensomritaren, se figur Servodrift Se enlinjeschema bilaga 3 Servomotorn har till uppgift att styra luftspjällen som i sin tur vinlar luftflödet inne i gasturbinen. Servomotorn är trefas PWM-styrd och matas från en servocontroller. 3.5 Operatörsstation Se enlinjeschema bilaga 3 Operatörsstationen består av en PC med ringutrustning som t.ex. särm och olia srivare. Från operatörsstationen styr och övervaas gasturbinens styrsystem. 3.6 I/O-enheter Se enlinjeschema bilaga 4 I ontrollrummet finns det ett stort antal digitala och analoga I/O-enheter som sicar signaler från styrsystemet och tar emot signaler från t.ex. givare på gasturbinen. I denna rapport behandlas en digital utgång opplad till ett relä, en digital ingång 6

17 opplad till en felsignal, en analog signal från en mätrets 4-0mA, en analog signal från en PT100-givare och en analog signal från ett termoelement. 4 Kortslutningar 4.1 Besrivning av en ortslutning Med ortslutning menas ontat med lågt motstånd mellan två punter med olia potential. I en enfasig växelströmsrets där spänningen inte påveras av ortslutningen får strömmen i s i tillståndet efter ortslutningen en större amplitud och en annan fasförsjutning i förhållande till spänningen än före ortslutningen. Enligt elläran an övergången från förloppet efter ortslutningen besrivas med en liströmsomponent i t, som avtar snabbt med tiden. Den resulterande strömmen blir alltså i = i s + it. Förloppet återges enligt figur 6, hämtad från [6]. Övergångsströmmens storle och varatighet beror av strömmens momentanvärde i det ögonblic då ortslutningen inträffar och av förhållandet mellan resistans och reatans i den ortslutna retsen. Figur 6. Förlopp vid ortslutning. Ett stort problem i anläggningar är intermittenta ljusbågar som an upphöra spontant för att sedan omma tillbaa. Glappontat är ett exempel på intermittent fel som an ge upphov till ljusbågar. Felströmmen vid dessa fel blir då inte tillräcligt stora för att sydden sa lösa ut, eftersom felströmmen består av upprepade strömpulser. Ljusbågar är mycet farliga för omgivningen vid bränder i ablar och de an föreomma vid alla ledarareor. 7

18 4. Vanligaste typerna av ortslutningar Kortslutningar an uppstå på olia sätt, de olia felen an rangordnas enligt följande: - Enfasig jordslutning (80% av alla fel) - Tvåfasig ortslutning (15 % av alla fel). Denna typ av fel degenereras oftast till en trefasig ortslutning. - Trefasig ortslutning (5% av alla fel) Nedan besrivs de vanligaste feltyperna med opplingsbild och dess onsevenser enligt [1] Symmetris trefasig ortslutning Symmetris trefasig ortslutning orsaar höga felströmmar med termisa och meanisa påänningar. Ris för pendlingar och urfasfall, se figur 7. Figur 7. Symmetris trefasig ortslutning 8

19 4.. Tvåfasig ortslutning Den tvåfasiga ortslutningen ger något lägre felströmmar jämfört med en trefasig ortslutning, se figur 8 och avsnitt 5.3. Figur 8. Tvåfasig ortslutning 4..3 Tvåfasig jordslutning Vid tvåfasig jordslutning beror felströmmens storle helt på jordningsmetod. I ett diretjordat nät blir strömmen lia stor som i en trefasig ortslutning. I ett högimpedansjordat nät blir strömmen relativt liten pga att den höga impedansen i jordledningen begränsar strömmen, se figur 9. Figur 9. Tvåfasig jordslutning 9

20 4..4 Enfasig jordslutning Felströmmens storle beror helt på jordningsmetod. I diretjordat nät blir strömmen lia stor som i en tvåfasig ortslutning. I högimpedansjordat nät blir strömmen relativt liten liten pga att den höga impedansen i jordledningen begränsar strömmen, se figur 10. Kortslutningsströmmar Del av ortslutningsströmmarna i ledare och jord Figur 10. Enfasig jordslutning 5 Kortslutningsberäningar 5.1 Data för systemets delar För att unna göra ortslutningsberäningar rävs en hel del data om raftsystemets utrustning. Data för systemets delar finns sammanställd i en omponentförtecning i bilaga Allmänt För att unna dimensionera en anläggning och att unna välja rätt ortslutningssydd måste man ta hänsyn till olia ortslutningsströmmar som siljer sig i fråga om storleen. Den högsta effeten fås ur en trefasig ortslutning nära raftällan och den minsta, och anse vanligaste, fås ur en enfasig ortslutning långt ifrån raftällan. - Den största ortslutningsströmmen bestämmer erforderlig ortslutningshållfasthet för elutrustningen och valet av ortslutningssydd. - Den minsta ortslutningsströmmen och andra sidan avgör valet av ortslutningssydd med hänsyn till utlösningsvilloret. 10

21 För att inte handräningen sulle bli allt för omplex var det tvunget att göra vissa förenlingar och antaganden. Enligt [4] an man försumma ledningens reatans om ledarens area är mindre än 95mm. Detta an göras då ställveret är ett Lv-ställver med U H < 1 V och de delar som gransats har en maxarea på 5mm. Vissa impedanser för ablarna inne i ställveret har försummats pga deras orta längder relativt sett ablarna ut till gasturbinen. För de flesta ablarna har doc reatansen ränats med då impedansen tagits fram enligt [3]. För ablar med små areor och som inte finns i tabeller har endast resistansen ränats fram enligt: 17, 5 R CU = a där a = area i mm R = Ω /m CU Vid beräning av slinga -8 antas UPS-transformatorn vara tillopplad och inte BYPASS-transformatorn, se bilaga 3. Vidare har operatörsstationens lasteffeter antagits vara maxlast och vid effetfatorn = 0, Maximal respetive minimal ortslutningsström Som nämndes tidigare fås den maximala ortslutningsströmmen vid en trefasig ortslutning och den minimala ortslutningsströmmen fås vid en enfasig ortslutning. Trefasig ortslutning beränas enligt: I S 3 = eller 3 * U H I 3 = U H Z 3 Den enfasiga ortslutningen har samma ström som en tvåfasig ortslutning i ett diretjordat nät enligt [1], se figur 10 och beränas enligt: U 3 U 3 U 3 I = H H H = I 1 = * = I = * I 3 0,87 * * Z Z * Z I Beräningsförfarande Enlinjeschema enligt bilagor 1-4. Beräningarna baserar sig på s.. delortslutningseffeter som går ut på att ortslutningseffeten för nätets olia delar beränas för sig. 11

22 Nedan följer de formler som används för att räna ortslutningseffeter och ortslutningsströmmen från matande nät ut till lasten på slinga 1-8. Beräningsförfarandet är relativt lia oavsett vilen slinga som beränas. Fullständiga beräningar finns samlade i bilaga 6. Matande nät: S = 3 * U * I H K För huvudtransformator: 100 S = * S u n Summerade effeter efter huvudtransformator: Vid impedanser i serie enligt figur 11 an nedanstående formler med härledning användas. Figur 11. Impedanser i serierets U U U Z Z 3 = S 1 =, Z =, S 1 S 3 Total impedans i punten mellan Z och Z 3 Z = Z 1 + Z U = S 1 U + S = U 1 S S 1

23 Kortslutningseffet i punten S U = Z = 1 S S S = S S * 1 1 S + S Impedans före ablar: Trefas Enfas Z Z 1 = 1 = U S U S H f Impedans för abel: Z = r * L ohm/fas, r = mω / m, L = längd i meter Total impedans: Z = Z + Z 1 Kortslutningseffet och ortslutningsström i felstället: Trefas Enfas S S U = Z U = Z H f I I I 3 1 = S = U f S 3 * U H = 0,87* I 3 U = Z f = U H 3 * Z Z i enfasfallet är summan av impedanserna i den rets som genomflyts av ortslutningsströmmen och i trefasfallet impedansen i en fas. Spänningslagen: U 1 = U N N 1 13

24 Strömlagen: I I 1 N = N 1 I I 1 U = U 1 Omvandling mellan AC och DC: För trefasomritare V = 0,78* V enligt [5]. För enfasliritare V = 0,9 * V enligt [5]. Effetomvandling: in ut in d LL in ac S * η = S U * I * η = U * I där η = verningsgraden ut d ut 5.5 Framränade effeter och strömmar Kortslutningsberäningar har gjorts på alla slingor. I slinga 4-8 har doc ortslutningsströmmen beränats vid I/O-enheterna. I tabell 1 finns framränade effeter och strömmar redovisade. Tabell 1. Framränade värden vid felstället Slinga Z (Ω) * S (VA) ( ) I 1AC A I AC ( A) I 3AC ( A) 1 0, ,86 16, ,53 34, ,3 0,317 1,4 - - *Impedans per fas vid trefas och serieimpedans vid enfas. 6 Allmänt om Sydd I avsnitt i SS står det att Automatis frånoppling av matningen fodras när ett fel uppstår och det finns ris för sador på personer på grund av beröringsspänningens värde och varatighet (se IEC ). 6.1 Kortslutningssydd Kortslutningssydd sa vara dimensionerade så att abeln inte sadas eller orsaar sada i omgivningen genom termisa och meanisa påänningar. Kortslutningssydd an bestå av säring, dvärgbrytare även allad MCB (Miniature Circuit Breaer) eller effetbrytare även allade MCCB (Molded Case Circuit Breaer). Vid valet av ortslutningssydd sa minsta ortslutningsströmmen beatas eftersom utlösningsvilloret sa uppfyllas, se avsnitt 7. 14

25 6. Överströmssydd Med överström menas en ström som är större än strömvärdet för en ledare eller större än märströmmen. Överströmssyddet har till uppgift att bryta vid överlast av abeln så att inte överströmmen ger upphov till temperaturstegringar som an sada sarvar, anslutningar, isolering och ledarens omgivning. Ett överströmsydd eller dvärgbrytare som syddar en abel måste uppfylla följande villor: I B I I det vill säga: n Z Belastningsströmmen I B sa vara mindre eller lia med överströmssyddets märström I n, som sa vara mindre eller lia med strömvärdet för ledaren I Z. Strömvärdet anger högsta belastningsström som abeln tål. 6.3 Sydd i raftsystemet Effetbrytare (MCCB) Effetbrytarna är eletromeanisa effetbrytare med termomagnetis utlösare från Merlin Gerin. Brytningsförmågan I cu = 5A, se figur 1. Figur 1. Merlin Gerin Effetbrytare med ortslutnings- och överströmsydd Effetbrytarna fungerar både som ortslutningssydd och överströmssydd. På sydden an överströmmen I r ställas in mellan 0,8 1* I n. Överströmsyddet löser ut med inverttidsarateristi, vilet innebär att syddet löser snabbare ju större strömmen är. Kortslutningsströmmen I m är fast i de sydd som avgränsningen innefattar och är satt till 8 * I n. I figur 13 visas frontpanelen med dess inställningar och utlösningsurvan för en effetbrytare. 15

26 Figur 13. Panel med Ir och Isd, där Isd är fast, samt utlösningsurva. Effetbrytare Q30 är överliggande sydd och Q, Q1, Q8 och Q18 syddar underliggande frevensomritare, se bilaga och 3. I tabell finns syddens inställningar samt de syddade ablarnas strömvärde samlade. Tabell. Inställningar för effetbrytare och strömvärde för ablar Sydd Area på syddad abel (mm ) Inställning för överlastsydd I (A) Fast värde för ortslutningssydd I (A) r m Strömvärde I * (A) Q *0,7 = 70,7 Q *0,7 = 4 Q *0,7 = 56 Q8, *0,7 = 17,5 Q18, *0,7 = 17,5 * Vid förläggningssätt E. Enligt tabell A. och A.10 SS , se [3]. Fatorn 0,7 är omräningsfatorn vid förläggning av ablar på stegar med fler än 9 ablar i bredd och 3 stegar i höjd. Z 6.3. Dvärgbrytare (MCB) Längst ner i systemets hierari sitter det dvärgbrytare som syddar mot mindre ortslutningseffeter, se bilaga 3 och 4. Dvärgbrytarna är av fabriat Moeller och av typ C, se figur 14. Dessa tillåter ortvariga högre strömstötar och har brytningsförmåga I cu = 6 A. I styrsystemets I/O-enheter som matas via dvärgbrytare sitter det glassäringar om 0,1 A (F) som syddar in eller utgången. 16

27 Figur 14. Moeller PLN-6 Dvärgbrytare (MCB). I tabell 3 finns syddens brytström samt de syddade ablarnas strömvärde samlade. Tabell 3. Brytström för dvärgbrytare och strömvärde för ablar Sydd Area på syddad abel (mm ) Brytström I Strömvärde ( I Z ) * F1 1, *0,7 = 11, F,5 4 5*0,7 = 17,5 F3 1,5 6 16*0,7 = 11, F4 0,5 6 ~3*0,7 =,1 F5 0,5 4 ~3*0,7 =,1 F *0,7 = 7 * Strömvärden för styrablar. Enligt tabell A.7 och A.10 SS Värden för 0,5 mm finns ej doumenterade i tabellerna så det värdet är uppsattat. Fatorn 0,7 är omräningsfatorn vid förläggning av ablar på stegar med fler än 9 ablar i bredd och 3 stegar i höjd Frevensomritare Systemets frevensomritare är av fabriat Yasawa, se figur 15, och används dels för att styra motorer men även för att på ett smidigt sätt unna oppla in bacupbatteriet på frevensomritarens dc-mellanled. Omritarna har inbyggd strömbegränsning som tillåter 150 % (vid långa abellängder) och 10 % (vid orta abellängder) överström under 1 minut för att sedan lösa ut, enligt [9]. Det finns även sydd för jordfel integrerat och ett sydd som löser ut momentant (< 0,s) då strömmen överstiger 00 % av märströmmen. Dessa sydd är till för att sydda frevensomritaren, se tabell 4. 17

28 Figur 15. Yasawa F7 frevensomritare Frevensomritaren har även ett överspänningssydd som ocså har till uppgift att sydda själva omritaren. Syddet fungerar så att det mäter spänningen på dcmellanledet från matande nät (566 VDC) och bacup-batteriet (440 VDC). Så fort spänningen överstiger 800 V ommer frevensomritaren att lösa ut och därmed stanna motorerna eller pumparna vilet som nämndes tidigare, är mycet ritist. Varierande generatorspänningar och åsnedslag an göra att överspänningssyddet löser ut, därför sitter det på ac-sidan en appliation som deteterar transienter med snabb stigtid och bryter ac-matningen så att omritaren går över till batteridrift. När ac-matningen är stabil igen opplas omritaren tillbas till matande ac-spänning. Vid långa ledningar och hög frevens öar impedansen och därmed förlusterna i ledningar. För att minsa förlusterna i långa ledningar minsar man därför frevensomritarens s opplingsfrevens som är en överliggande frevens. Är det en lång ledning med en liten drift an det bli så att ledningen tar upp hela spänningsfallet och motorn står still samtidigt som frevensomritaren varnar för överlast. Tabell 4. Frevensomritarnas brytströmmar Sydd Inställd Märström I Överströmssydd m Momentant sydd * I m (A) 1,5/1,* I m (A) (A) FO1 +T1 6,3 93,5 15 FO +T6 13,3 16 6,6 18

29 6.3.4 Servocontroller Servocontrollern är programmerbar och av fabriat MOOG, se figur 16. Dess uppgift är att styra en borstlös servomotor. Utspänningen till servomotorn har PWM-mönster. I servocontrollern finns det överströmsydd som begränsar momentet till 9,3 Nm eller motsvarande 15 A samt ett överspänningssydd som ontrollerar dc-mellanledet och bryter och varnar då spänningen överstiger 400 VDC. Det sitter även ett ortslutningssydd som änner av fas till fas-ortslutning. Uppgifterna om syddet är doc osära och i rapporten har det antagits att syddet löser momentant, dvs < 0, s vid en ström som överstiger 50 A. Figur 16. MOOG servocontroller. 6.4 Val av effetbrytare Vid val av effetbrytare i en fördelning är följande fatorer dimensionerande: - Den maximala driftströmmen I b som retsen sa hantera - Den maximala ortslutningsströmmen I i den punt effetbrytaren sall installeras. Effetbrytaren väljs så att: - Effetbrytarens märström I n I b - Effetbrytarens brytförmåga I cu I 19

30 7 Utlösningsvillor 7.1 Allmänt Enligt tabell 41A i SS finner man att maximala frånopplingstiden är 0, s vid U 0 = 400V (Nominella spänningen). Doc får enligt huvudledningar tillåtas en frånopplingstid av längst 5 s och gruppledningar som enbart matar stationär materiel en frånopplingstid som överstiger 0, s, doc inte längre än 5 s. En säring eller ett sydd sa alltså lösa inom en ort tid. Vid långa ledningar och ett lent matande nät erhålls en hög impedans som begränsar utlösningsströmmen. Vid tvåfasig ortslutning eller jordslutning som innebär den minsta ström, blir denna ström ej så stor att säringen/syddet löser inom den orta tiden pga. ledningsslingans impedans. 7. Kontroll av utlösningsvilloret För dvärgbrytare har 0,1 s använts som utlösningsstid. Effetbrytarna, frevensomritaren och servocontrollern har setts som en effetbrytare med momentanutlösare, dvs. utlösningstid 0, s. Beräningarna har sett mha. tabellsamlingarna SS , SS (utgåva 1) och med dimensioneringsprogrammet El-vis. I tabell 5, 6 och 7 finns maximal ledningslängd för respetive sydd samlade. I de olia tabellerna används spänningsfatorn c, detta för att ta hänsyn till spänningsvariationer i nätet. Begynnelsetemperaturen har antagits vara 70 C för isolerade ledare. Tabell 5. Effetbrytare 0, s Sydd Kabelarea (mm) Effetbrytarens märström (momentanutlösare) I eller I m (A) Maximal ledningslängd (m) 1 Maximal ledningslängd ränat i El-vis (m) Ungefärlig verlig ledningslängd (m) Q *8= Q 10 40*8= Q *8= Q8,5 16*8= Q18,5 16*8= Enligt tabell 7A SS Ränat med huvudspänningen 400 V. Spänningsfatorn c = 0,7. El-vis larar inte av att hantera flera olia spänningsnivåer i systemet. 0

31 Tabell 6. Omritare ~ 0, s Omritare Kabelarea (mm) Omritarens märström (momentanutlösare) I eller I m (A) 1 Maximal ledningslängd (m) Maximal ledningslängd ränat i El-vis (m) 3 FO1 +T1 16 *6,3=14, (36 vid 70 V) SC (50 vid 54 V) SC (90 vid 54 V) Ungefärlig verlig ledningslängd (m) Servocontrollern bryter vid fas-fas-ortslutning. Dess märström är ej änd, därmed är värdet uppsattat. Enligt tabell 7A SS Ränat med huvudspänningen 400 V. Spänningsfatorn c = 0,7. 3 El-vis larar inte av att hantera flera olia spänningsnivåer i systemet. Tabell 7. Dvärgbrytare typ C, 0,1 s Sydd Kabelarea (mm) Dvärgbrytarens märström (A) Förimpedans (mω) Maximal ledningslängd (m) 1 Maximal ledningslängd ränat i Elvis (m) F1 1, F, F3 1, F4 0, ~30-10 F5 0, ~54-10 F ~ Enligt tabell 10 i SS För F4-F5 har värdet uppsattats eftersom det inte finns listat i tabellerna. Värden tagna ur tabell för 30/400 V nät. Spänningsfatorn c = 0,95. El-vis larar inte av att hantera flera olia spänningsnivåer i systemet. Ungefärlig verlig ledningslängd (m) Frevensomritaren och servocontrollerns utgångar har inte onstant frevens (50 Hz) utan varierar i frevens, vilet medför varierande ledningsimpedanser. Liaså minsar ledningsimpedansen vid en minsad opplingsfrevens från frevensomritaren, se avsnitt Detta spelar in vid ontroll av utlösningsvilloret men hänsyn har inte tagits till detta i rapporten pga det är svårt att anta en fast frevens och att det är svårt att föra in dessa fatorer i de beräningshjälpmedel som använts. 8 Spänningsfall Vid långa abellängder öar ocså spänningsfallet på ledningen. Siemens har som rav att spänningsfallet inte får överstiga 5 %, dvs. abelns spänningsfall får inte vara mer än 5 % av den nominella spänningen. Funtionen hos ablarna har ontrollerats på motorablaget och signalablaget till I/O-enheterna. I tabell 8 finns framränade spänningsfall. 1

32 För att beräna spänningsfallet har följande formler använts: DC : U = * I * RDC * l AC 1-fas : U = * I * Z * l AC 3-fas : U = 3 * I * Z * l Där: I = Ström (A) R DC = Liströmsresistans ( Ω /m) Z = Växelströmsimpedans ( Ω /m) l = Längd (m) Tabell 8. Framränade spänningsfall Slinga Ledningens totala impedans* (Ω) Sp.fall (V) Sp.fall (%) Sp.fall framränat med El-vis (%) Maximal längd map sp.fallet 5% / Ränat i Elvis (m) Minimal abelarea för längden 400m / Ränat i Elvis (mm) Notis 1 0,54 (~410m) 51, 19,1 108,5 / / 50 Z vid 55 C,33 (~417m) 13,75 5,98 5,7 37 / 37 6 / 4 Ränat på I=continous stall current. Z vid 55 C 3 0,138 (~10m) 3,55 1,55 1, Ränat med oänd last=1500w och cosϕ = 0,9. Z vid 55 C 4 33,94 (~40m) Inget sp.fall har beränats pga att all spänning är över abeln, ingen last finns i slingan. R vid 0 C 5 8,48 (~40m) 0,89 3,7 3,0 - - R vid 0 C (~40m) Bevaad av isolator HiS 06. R vid 0 C 7 16,56 (~40m) 8 16,97 (~40m) * Enel längd 0, Bevaad av isolator HiS 07. R vid 0 C 0,679,83, R vid 0 C

33 9 Seletivitet 9.1 Allmänt När ortslutningssydden sa samordnas bör man se till att få önsad seletivitetsnivå, vilet innebär att apparater som placeras i serie i en anläggning sa oordineras så att endast det sydd som befinner sig diret uppströms ett fel löser ut. På så sätt bibehålls matningen till alla felfria delar av anläggningen. De vanligaste seletivitetstenierna är: Strömseletivitet Tidsseletivitet Logis seletivitet I rapporten behandlas endast ström- och tidsseletivitet. 9. Seletivitetsgräns En seletivitetsgräns I s an definieras enligt: - Felström > I s : nedströms och uppströms sydd löser ut - Felström < I s : endast nedströms sydd löser ut Seletivitetsgränsen måste alltid ställas upp i relation till största felström I 3 som an uppomma vid nedströms sydd. Seletiviteten an sägas vara total eller begränsad i ett system. Definitionen är: - Total seletivitet fås då I s > I 3, d v s inga felströmmar an föreomma som sulle lösa ut uppströms och nedströms sydd. - Begränsad seletivitet fås då I s < I 3. För felströmmar upp till I s ommer endast nedströms sydd att lösa ut, därutöver löser båda sydden ut samtidigt. 9.3 Strömseletivitet De effetbrytare som används i systemet är eletromeanisa och inte eletronisa vilet bl.a. betyder att de inte har några inställningar för fördröjningar. Detta medför att strömseletivitet gäller för effetbrytare och dvärgbrytare. Denna teni bygger helt på sillnaden i ströminställningar i de olia apparaternas sydd, se figur 17. 3

34 Figur 17. Strömseletivitet Siemens använder effetbrytare av modell Compact NS från Merlin Gerin och detta gör att man erhåller naturlig seletivitet mellan effetbrytarna. Strömseletivitet vid överlast gäller så snart förhållandet mellan syddsinställningarna i uppströms och nedströms apparat är: - Större än 1,6 för I r -inställningen (överlast) - Större än för I sd -inställningen (ortslutning) Som nämndes i avsnitt är I sd -inställningen fast. 9.4 Tidsseletivitet Tidsseletivitet innebär en förbättring av strömseletiviteten genom att en tidssillnad mellan ortslutningsstegen i sydden introduceras. Tenien innebär att ortslutningssyddets I sd i uppströms sydd fördröjs med tiden t sd eller t, se figur 18. 4

35 Figur 18. Tidsseletivitet Systemets effetbrytare har inte några inställningar för tidsfördröjningar men tidsseletivitet an ändå uppnås vid låga ortslutningsströmmar. Detta an åstadommas då uppströms sydds reflexutlösning är något fördröjt. Därför ommer nedströms sydd, som har lägre märström, att reagera snabbare. Det löser alltså ut på ortare tid än fördröjningen i uppströms sydd. Enda ravet är att förhållandet mellan syddens märström är större än fator,5. I tabell 9 finns effetbrytarnas förhållande listade. Tabell 9. Förhållande mellan effetbrytarna Sydd I I n1 / n I / r1 I r I sd1 / I sd Q30/Q,5,5,5 Q30/Q8 6,5 6,5 6,5 Tabell 9 visar att mellan effetbrytarna Q30/Q erhålls strömseletivitet och mellan Q30/Q8 erhålls tidsseletivitet. 9.5 Upprättande av seletivplan Seletivplaner har gjorts i Ecodial 3 som är ett dimensioneringsprogram från Schneider Electric. Även utlösningsurvor för de två frevensomritarna har ritats i, doc ej för servocontrollern eftersom dess utlösningsarateristi är oänd. Dvärgbrytarna i systemet som är av fabriat Moeller typ C har antagits ha samma utlösningsarateristi som en linande dvärgbrytare av fabriat Merlin Gerin, eftersom just den modellen inte finns i dimensioneringsprogrammet. Seletivplaner har tagits fram för alla slingor från effetbrytare ner till dvärgbrytare. Diagrammen är logaritmisa ström-tid-diagram och visar överströmsinställningen, ortslutningsströminställningen samt utlösningstider, se bilaga 7. Att täna på är att strömmen ej behöver vara lia i hela slingan pga. att den transformeras av frevensomritare, dc-aggregat och transformatorer. 5

36 10 Resultat 10.1 Kortslutningsströmmar och utlösningsförlopp Nedan följer en sammanställning av händelseförloppet för de framränade ortslutningsströmmarna. Minsta ortslutningsström, syddsinställningar och strömvärden är hämtade från tabell 1-4. Vissa beräningsresultat är hämtade från bilaga 6. Utlösningsurvorna från bilaga 7 har ocså använts vid sammanställningen. För slinga 1: Minsta ortslutningsström som an fås vid fel längst ut vid lasten är 3 A. Detta ommer att medföra att frevensomritarens interna sydd löser ut momentant. Vid eventuellt jordfel eller jordslutning ommer frevensomritarens jordfelssydd att gå in. För slinga : Minsta ortslutningsström som an fås vid fel längst ut vid lasten är 33 A. Eftersom servocontrollern har inbyggt fas till fas-ortslutningssydd ommer den lösa momentant vid två- och trefasig ortslutning. Vid jordfel blir strömmen 33 A eller 64 A på servocontrollerns uppsida och 107 A på uppsidan av transformatorn. Detta medför att frevensomritaren ommer lösa momentant. Frevensomritaren löser tidigare än dvärgbrytaren eftersom frevensomritarens momentana gräns är lägre än dvärgbrytarens. (Sulle däremot strömbegränsningen hinna dra ner strömmen till 15 A på motorsidan sulle det bli 9 A på servocontrollerns uppsida och 48 A på transformatorns uppsida, vilet ocså sulle innebära att frevensomritaren löser momentant.) Högsta ström servomotorn an dra vid överlast är 1,4 A och det medför att servocontrollern drar 4 A eller 40 A på transformatorn uppsida. Följden blir att frevensomritarens momentana sydd löser ut innan dvärgbrytaren. För slinga 3: Vid ortslutning blir minsta ortslutningsströmmen 150 A. Detta ommer att medföra att dvärgbrytaren löser momentant innan frevensomritaren. Vid överlast, tex. att en extra last med för stor effet opplas in ommer dvärgbrytaren att bryta olia snabbt beroende på hur stor strömmen är. Endast den utrustning som finns installerad drar 1166W, vilet motsvarar 5,6 A. Sulle en extra last som tex. en dammsugare med en effet av 1500W opplas in blir strömmen 13 A och MCB-säringen sulle lösa efter ca 0 s. Doc är det sällan operatörsstationens utrustning drar maxeffet ontinuerligt. 6

37 För slinga 4-8: En ortslutning vid I/O-enheterna ger en maximal ortslutningsström på 1 A på 4 VDC-sidan. Överfört till 30 VAC-sidan blir strömmen endast 1,4 A eller,33 A innan transformatorn. Detta medför att inga sydd ommer att lösa vid felström. Dcaggregatet är osärat och har en märström på 10 A. Detta an medföra att den vid ortslutning går sönder efter en längre tid med följden att alla underliggande enheter tappar sin matning. 10. Utlösningsvilloret För alla ablage inne i ställveret är utlösningsvilloret väl uppfyllt, detta på grund av att abellängderna sällan överstiger 0 m. De ablage som går till smörjoljepumparna och till servodriften, dvs. de som är 400 m långa uppfyller ocså utlösningsvilloret då tabellslagning används. De stora sillnaderna mellan tabellslagning och beräningar i El-vis an dels bero på att tabbellerna i SS inte tar hänsyn till förimpedansen och dels på att det är svårt att definiera baomliggande nät i El-vis, samt att El-vis inte larar av att hantera flera olia spänningsnivåer i systemet. Därför har det i omritarnas fall gjorts beräningar både med den drivande huvudspänningen och med den utgående spänningen ifrån omritarna, dvs. 70 V och 54 V. Dessutom är den momentana utlösningsströmmen för servocontrollern helt uppsattad då data sanas. Ifall 0 A (400 V, El-vis) används som utlösningsström istället för 50 A är utlösningsvilloret uppfyllt. Vilet beräningssätt/beräningshjälpmedel som är mest rätt att använda är doc svårt att svara på. Som nämndes i avsnitt 7. spelar frevensomritarens och servocontrollerns frevens på utgången in, men det har inte tagits hänsyn till detta vid ontroll av utlösningsvilloret Spänningsfall För slinga 1: Det stora spänningsfallet an medföra att motorns effet och moment försvagas. Att gå upp i ledararea sulle lösa problemet men blir ostsamt. Att öa utspänningen på frevensomritaren sulle ompensera för spänningsfallet. För slinga: Spänningsfallet an medföra att motorns effet och moment försvagas. Spänningsfallet är på gränsen till vad som är reommenderat. Att gå upp i ledararea och/eller öa utspänningen på servocontrollern (om det är möjligt) sulle ocså minsa spänningsfallet 7

38 För slinga 3: Spänningsfallet är inom det reommenderade området. För slinga 4: Ingen last finns, därmed allt spänningsfall över abeln. För slinga 5: Kretsen har ett godtagbart spänningsfall. Reläet fungerar med spänningsfall ända upp till 0 %. För slinga 6: Kabeln är bevaad av en mätvärdesomvandlare som sa ompensera för spänningsfallet. För slinga 7: Kabeln är bevaad av en mätvärdesomvandlare som sa ompensera för spänningsfallet. För PT100-givaren används s treledaroppling. Treledaroppling tar bort huvuddelen av abelresistansens inveran på mätvärdet men inte allt. Treledaroppling an ge ett felbidrag i intervallet 0,01-0,5 C. För att få bästa mätresultat rävs fyrledaroppling. För slinga 8: Kretsen har lågt spänningsfall. Strömmen är lia i hela serieretsen så mätvärdet påveras ej. 11 Slutsats De långa abellängderna mellan ontrollrummet och gasturbinen gör att utlösningsvillor och spänningsfallsnormer inte uppfylls i vissa fall. Lösningen på problemet ifall man inte an minsa abellängden är att gå upp i abelarea eller i vissa fall öa spänningen. Vad gäller operatörsstationen i slinga 3 an sägas att dvärgbrytaren är på gränsen till för liten om utrustningen drar maxeffet. Strömvärdet för vissa ablar är i underant för att lara den ström som an uppstå, om föresrifterna enligt SS sa följas. Det avbrottsfria raftsystemet har överlag god seletivitet. Det enda anmärningsvärda är att den ovanliggande frevensomritaren löser innan dvärgbrytaren och servocontrollern vid jordfel eller överlast i slinga. Detta innebär att UPS-delen faller bort. Annars är det endast små överlappningar för effetbrytare och dvärgbrytare enligt seletivplanerna i bilaga 7. Det visade sig att 8

39 frevensomritarna syddade ablar och motorer på ett bra sätt. Så bra att de i smörjoljepumparnas fall sulle lösa ut vid en eventuell ortslutning, vilet är mycet ritist. Angående besparingsmöjligheter har det inte hittats några tänbara sådana, förutom att de åtgärder som har föreslagits an ge besparingar på lång sit, i form av särare drift mm. 1 Disussion I ett system innehållande spänningsomvandlare och omritare av olia slag som gör att det blir flera spänningsnivåer, blir det lätt rångligt att räna ut systemets strömmar. Fatorer som variationer i matande nät, varierande driftstemperaturer mm an påvera beräningarna avsevärt, därför sa de framränade värdena endast ses som ritlinjer. Vissa data för omponenter som t.ex. MOOG servocontroller var osära. Därför är inte servocontrollerns roll vid beräning av utlösningsvilloret eller en eventuell ortslutning ritigt definierad utan dess inveran har antagits vara så som besrivits i rapporten. Liaså an man inte veta exat vilen frevensomritare/servocontroller och dvärgbrytare som löser först vid en viss ortslutningsström som är större än syddets ortslutningsström. Vid tidsangivelser, vad gäller händelseförlopp vid ortslutning har det antagits att utlösningsvilloret är uppfyllt. Som rapporten har visat är inte detta fallet i alla lägen, men det borde påvera/fördröja alla sydd relativt lia. Huruvida de teoretisa beräningar, händelseförlopp och analyser stämmer i pratien är svårt att svara på, då det i rapporten ej har tagits hänsyn till påveran av de delar av systemet som finns omring de avgränsningar rapporten behandlar. För att få en verlig bild av hur t.ex. mätsignaler påveras är en pratis uppmätning att föredra, då det är svårt att ta hänsyn till alla yttre omständigheter i teorin. Under arbetets gång visade det sig att mycet tid gic åt att samla in data för utrustning, sydd och ablar mm som var nödvändigt för framtagandet av seletivitetsplaner och ortslutningsberäningar. Ämnesområden som har blivit behandlade i rapporten är retsteori, ellära, rafteletroni och drivsystem. 9

40 Referenslista Litteratur [1] Andersson, Leif & Blomqvist, Hans. ( ). Elrafthandboen. Elraftsystem 1. Liber, Berling. 1. uppl. ISBN [] Almgren, N. C. Åe & Blomqvist, Hans. ( ). Elrafthandboen. Elraftsystem. Liber, Berling. 1. uppl. ISBN [3] Vägledning och dimensionering av ledningsnät för lågspänning. SEK Handbo 41. (005). Svensa Eletrisa Kommisionen. Utgåva 4. [4] Elsäerhet 004. Elsäerhetshandbo. (004). Elbranschens utveclings- och utbildningscenter. [5] Mohan, Ned m.fl. (003). Power Electronics. John Wiley & Sons, Inc. USA ISBN WIE ISBN [6] Franzén, Thomas & Lundgren, Sivert. (00). Elraftteni. Studentlitteratur. ISBN Siemens interna doument [7] Enlinjeschema, doument nr:1cs36398 [8] Kretsschema, doument nr: 1CS3919 Personlig ommuniation [9] Telefon och mailontat med Krafteletroni AB i Växjö. Perioden

41 Bilaga 1 Spänningsmatning 31

42 Bilaga Slinga 1 3

43 Bilaga 3 Slinga -3 33

44 Bilaga 4 Slinga

45 Bilaga 5 Komponentförtecning Spänningsmatning - Transformator T1 +BFT0GT005: Sn = 99VA u = 4% I max ut = 5A Primary = 400VAC Secondary = 400VAC - Batteri (NiCd) U = 440VDC I = 490A (15*apaciteten) - Reläsydd Q30 I = 100A t = 000s - Sheet 0098, 0138 och 0134 i [8] Slinga1 - Reläsydd Q I = 40A t = 000s - Reläsydd Q1 I = 64A t = 000s - Oljepump MBV51 Lindad 70V/50Hz P =,W I = 7,3A - Oljepump MBV1 Lindad 70V/50Hz P = 0W I = 55A - Frevensomritare +T1 Inställd brytström = 6,3A (7,3+55) Spänning på utgångarna = 70V Verningsgrad η = 98 % vid märström - Kabel MBV1001 FBBJ 3*16/16 r =,6mΩ / m, L = 400m - Kabel MBY101 FBBJ-EMC 3*10/10 r = 4,17mΩ / m, L = 6m 35

46 - Kabel MBY1013 FBBJ-EMC 3*10/10 r = 4,17mΩ / m, L = 10m - Sheet 876 och 3035 i [8] Före Slinga och 3 - Reläsydd Q8 I = 16A t = 000s - Reläsydd Q18 I = 16A t = 000s - Frevensomritare +T6 Inställd brytström = 13,3 A Spänning på utgångarna = 40V - Transformator 3x50/3x400V, T8 +BRA05: Sn = 7,5VA u =,4% I max ut = ~ 5A - Sheet 0100 och 0144 och i [8] Slinga - MCB F1 10A - Kabel BPA104 FBB-AL 3G1,5 r = 7,6mΩ / m, L = 0m - Servo Controller +B33.01 modell T Spänning på utgångarna (max) U H = 35VAC Strömbegränsning vid 9,3 Nm eller 15 A. - Servomotor MOOG M01, MBT10AE005 Pea stall current = 1,4 A Continuous Stall Current = 3,4 A - Kabel CJP1105 SABIX A81C 4x4 r = 10,5mΩ / m, L = 400m - Kabel MBP1111 COMBI CP 4x1,5 (x1) r = 7,6mΩ / m, L = 15m - Kabel MBP1105 COMBI CP 4x1,5 (x1) r = 7,6mΩ / m, L = m - Sheet 410 i [8] Slinga 3 (Vid maxförbruning) - MCB F3 6A 36

47 - Kabel BPA103 FBB-AL 3G1,5 r = 7,6mΩ / m, L =? m - PC 400W - Lasersrivare 580W - Bläcsrivare 68W - Matrissrivare 68W - TFT-särm 50W 1166W, cos(ϕ) 0,9 - Kabel BPA103 FBB-AL 3G1,5 r = 7,6mΩ / m, L = 10m - Oänd last tex. Dammsugare ~1500W - Sheet 0800 i [8] Före Slinga MCB F 4A - Kabel BPA10 FBB-AL 5G,5 r = 16,9mΩ / m, L = 0m - Power Supply AC/DC 30/4 V 10 A. TramoETV LOTKX-10, ej särad. - Sheet 0106 i [8] Slinga 4 - MCB 6A - Digital Input Board ABB AC100, DSDI 110AV1 3 ch, 4 VDC - Kabel CJP8305 FBAR-PG x0,5 r = 80,8mΩ / m, L = 40m - Sheet 3530 i [8] Slinga 5 - MCB 4A - AC100, DO630 Digital Output. ABB 16 CH. Max load A, 40W DC - Kabel CJP849 och MMA809 FBAR-PG x1 r = 40,4Ω / m, L = 40m - Relä DOLD BN3081. Voltage tolerance 0,8-1, VnDC - Sheet 3300 i [8] För Slinga MCB 4A - ABB Analog input board AC400, DSAI130A - ABB Connection unit DSTA131 - Sheet 0150 i [8] Slinga 6 - Analog mätrets termoelement P01 37

48 - Isolator Temperature converter mv/tc, ELCON. HiD 06/Type K Dual Channel 4 VDC - Termoabel CJP8511, MBB8556 och MBB8519 P/ALPTWK-4-0-KX r = 1900 Ω / m, L = 40m - Sheet 505 i [8] Slinga 7 - Analog mätrets PT100 P01 - Isolator RTD/potentiometer converter, ELCON. HiD07 Dual Channel 4VDC - Kabel CJP863 FBAR-PG 8xx0,5 r = 80,8Ω / m, L = 400m - Kabel MMA861 FBAR-TG 3x1 r = 40,4Ω / m, L = 0m - Sheet 305 i [8] Slinga 8 - Analog mätrets 4-0mA - Säring 0,1A Fast - Kabel CJP8467 FBAR-PG 8xx0,5 r = 80,8Ω / m, L = 400m - Kabel MMA844 FBAR-PG x0,5 r = 80,8Ω / m, L = 0m - Sheet 0600 i [8] 38

49 Bilaga 6 Kortslutningsberäningar Slinga1 Matande nät: S = 3 * U H * I K = 3 *400*35*10 3 = 4, 5MVA För huvudtransformator: S = * S n = *99000 =, 48MVA u 4 Efter huvudtransformator: S1 * S 4,5*,48 S = = =, 5MVA S + S 4,5 +,48 1 Impedans före ablar: Z U 400 = = = 71, mω 6 S,5*10 1 Impedans för 400m abeln:,6* Z = r * L ohm/fas, r = mω / m, L = 400m Z = 54 mω *,6 är taget ur tabell och gäller för impedans i hel slinga Impedans för 10m abeln: 4,17* Z = r * L ohm/fas, r = mω / m, L = 10m Z = 0, 9mΩ *4,17 är taget ur tabell och gäller för impedans i hel slinga Total impedans: Z = 71, ,5 = 608mΩ 39

50 Kortslutningseffet i punten: U H 70 S = = = 10VA Z 0,608 Kortslutningsströmmar i punten: I I 3 = S 3 * U H = 0,87* I *10 * = 57A 3 *70 = 0,87*57 = 3A Kortslutningsströmmar på frevensomritarens uppsida: Verningsgraden an sättas till 98%. För trefasig ortslutning vid motorn: U ut * I ut 70* 57 I in = = = 177A U * η 400* 0,98 in För tvåfasig ortslutning vid motorn: U ut * I ut 70* 3 I in = = = 154A U * η 400* 0,98 in 40

51 Slinga Efter huvudtransformatorn:,5mva För T8: 100 S = *7500 = 313MVA,4 Efter T8:,5* 0,313 S = = 74VA,5 + 0,313 Impedans före ablar: 400 Z = = 584mΩ 3 74*10 Impedans för abel: Z = 180 mω (mellan trafo till servo) Z = 100 mω (400m) Z = 07 mω (15m) Z = 7, 6mΩ (m) Total impedans: Z = ,6 + ( )* = 3860mΩ = 3, 86Ω *Innan servot är det enfassystem, därmed dubblas impedansen. Kortslutningseffeter i punten: V = 0,78* enligt [5] LL V d Servot har 35 V på dc-mellanledet. V LL = 0,78* 35 = 54V 41

52 54 S = = 16, 7VA 3,86 Kortslutningsströmmar i punten: 3 16,7*10 I 3 = = 38A 3 *54 I = 0,87*38 33A = Kortslutningsströmmar på servocontrollerns uppsida: Effetresonemang I η * U, η 98% 1 * U f * = 3 * I 3 motor För trefasig ortslutning vid motorn: 3 *38*54 I 1 = = 74A 30* 0,98 För tvåfasig ortslutning vid motorn: 3 *33*54 I 1 = = 64A 30* 0,98 Vid jordfel begränsar servocontrollern strömmen till 15 A på motorsidan. 3 *15*54 I1 = = 9A 30*0,98 Servocontrollern ommer dra 9 A. Vid överlast drar motorn 1,4 A på motorsidan. 3 *1,4*54 I1 = = 4A 30* 0,98 Servocontrollern ommer dra 4 A. Ström på transformatorns uppsida: Vid tvåfas-ortslutning U 400 I1 = * I = *64 = 107A U

53 Vid jordfel U 400 I1 = * I = *9 = 48A U 40 1 Vid överlast U 400 I1 = * I = *4 = 40A U

54 Slinga 3 Efter T8: 74 VA Impedans före ablar: 400 Z = = 584mΩ 3 74*10 Impedans för ablar: Z = 4, 3mΩ (mellan trafo och MCB) Z = Z = 138 mω (mellan MCB och powersocet) Total impedans: Z = ,3 = 764mΩ Enfasig ortslutning medför hela serieimpedansen Z = 764 = 1530mΩ = 1, 53Ω Kortslutningseffeter i punten: 30 S = = 34, 6VA 1,53 Kortslutningsströmmar i punten: 3 S 34,6*10 I 1 = = = 150A U 30 f Ström på transformatorns uppsida: U 400 I1 = * I = *150 = 50A U

55 Slinga 4-8 Efter T8: 74 VA Impedans före ablar: 400 Z = = 584mΩ 3 74*10 Impedans för abel: Z = 4, 3mΩ (mellan trafo och MCB) Z = 169 mω (mellan MCB och dc-aggregat) Z = 350 mω (mellan dc-aggregat och I/O-enheter) Total impedans: Z = 4, = 1150mΩ Enfasig ortslutning medför hela serieimpedansen Z = 1150 = 300mΩ =, 3Ω Kortslutningseffet i punten: V = 0,9 * enligt [5] d V ac Dc-aggregatet har 4VDC på utsidan V Vd 4 = = = 0,9 0,9 ac 7 V 7 S = = 317VA ( 50W ),3 Kortslutningsström i punten: Kortslutningsström på nersidan av dc-aggregatet 317 I 1 = = 1A 7 45

56 Ström och spänningslagen ger I I 1 = N N 1 I I 1 U = U 1 Kortslutningsström på uppsidan av dc-aggregatet I U * I = U 7*1 1 = = 1, Ström på transformatorns uppsida: U 400 I1 = * I = *1,4 =, 33A U 40 1 A 46

57 Bilaga 7 Seletivplaner/Utlösningsurvor Slinga 1 47

58 Slinga 1. Förhållande mellan Q och Q1 48

59 Slinga 49

60 Slinga 3 50

61 Slinga 4 51

62 Slinga 5-8 5