Shuntkondensatorskydd

SVENSKA KRAFTNÄT ENHET, VERKSA MHETSOMRÅDE AS, Skyddssystem och nätdata VAR BETECKN ING TR02-05-6 DATUM 2017-03-23 UTGAVA 1 SAMRÄD AF, AU, NK /VA f- TEKNISK RIKTLINJE FASTSTÄLLD TD Shuntkondensatorskydd 1/12

Uppdateringar Utgåva Ändringsnot Datum 1 Första utgåva. Ersätter TR02-05-6-1 t.o.m. TR02-05-6-5 2017-03-23 2/12

Innehåll 1 Allmänt... 5 1.1 Reläskydd... 5 2 Funktionskrav... 6 2.1 Allmänna funktionskrav... 6 2.2 Överströmsskydd... 6 2.3 Jordströmsskydd... 7 2.4 Överlastskydd... 7 2.5 Obalansskydd... 7 2.6 Tillmanöverblockering... 8 2.7 Temporär tillmanöverblockering... 8 2.8 Brytarfelsskydd... 8 2.9 Nollspänningsautomatik... 8 2.10 Extremspänningsautomatik... 8 2.11 Brytarsynkroniseringsdon... 8 3 Tekniska krav... 9 3.1 Överströmsskydd... 9 3.2 Jordströmsskydd... 9 3.3 Överlastskydd... 9 3.4 Obalansskydd... 10 4 Utformning... 10 4.1 Allmänt... 10 4.2 Händelseregistrering... 11 4.3 Felsignalsystem... 11 4.4 Störningsskrivare i IED... 11 4.5 Provning... 11 4.6 Utlösningskretsar... 12 5 Bilagor... 12 3/12

Bilaga 1. Enlinjeschema för tvåbrytarställverk... 12 Bilaga 2. Enlinjeschema för enkelbrytarställverk... 12 Bilaga 3. Spänningskaraktäristik enligt IEC 60 871-1... 12 4/12

1 Allmänt Denna TR omfattar grundkrav för alla shuntkondensatorer anslutna till stamnätet vilket innebär direktjordade nät med systemspänningarna 400 kv eller 220 kv. Shuntkondensatorer på stamnätet används under normal drift för spänningsreglering. Shuntkondensatorer förses med extremspänningsautomatik som kan koppla in och ur shuntkondensatorn automatiskt beroende på vilka spänningsnivåer som råder i ställverket. I de fall ett ställverk är bestyckat med fler än en shuntkondensator kan strömbegränsningsreaktor installeras i serie medshuntkondensator. Det görs för att reducera storleken på inkopplingsströmstötar och felströmmar samt för att förhindra resonans mellan shuntkondensator och nätets kortslutningsreaktans. Hänsyn måste då tas till att dämpreaktorns termiska hållfasthet kan vara mycket lägre än shuntkondensatorns. I samband med överspänning och övertoner kommer shuntkondensatorn att generera mer ström. Om strömökningen blir för stor och pågår för länge kan termiska problem uppstå i kondensatorelementen. Shuntkondensatorer är dock känsligare för förhöjd spänning än förhöjd ström där toppvärdet i spänningen som funktion av tiden har stor inverkan på kondensatorernas elektriska hållfasthet. Manöver av brytarna för shuntkondensatorer ska ske via brytarsynkroniseringsdon medan relässkyddsutlösningar alltid sker separat och direkt till brytarens manöverdon. Kontrollanläggningen ska förses med en förregling, som automatiskt förhindrar ny inkoppling av shuntkondensatorn efter reläskyddsutlösning eller frånslagsmanöver. Förreglingen ska automatiskt återgå då shuntkondensatorn är tillräckligt urladdad för att åter kunna kopplas in till nätet. Krav på utförande av shuntkondensatorer finns i TR01-17. 1.1 Reläskydd Reläskyddsfunktioner för en shuntkondensator ska, förutom att skydda själva kondensatorn, även skydda de delar av facket som inte skyddas av ställverkets samlingsskeneskydd. Här omfattas anslutningen mellan fack och shuntkondensator. Vid shuntfel i anslutningen till eller på shuntkondensatorn ska dessa alltid kopplas bort momentant. Reläskyddsfunktioner för en shuntkondensator ska vara lika oberoende om ställverket är i enkel- eller tvåbrytarutförande. 5/12

Funktionskraven i detta dokument baseras på en direktjordad shuntkondensator som fasvis är kopplad i H-brygga eller kopplad som dubbelt Y. Dessa kopplingsarter är vanligast förekommande vid större direktjordade shuntkondensatorer. 2 Funktionskrav 2.1 Allmänna funktionskrav Överströmsskyddet utgör huvudskydd för detektering av shuntfel på kondensatorn och dess anslutning. För att detektera inre fel på shuntkondensatorn används obalansskyddet. Överlastskyddet är avsett att skydda kondensatorn mot överbelastning orsakad av överspänningar och övertonsströmmar. Jordströmsskydd utgör reservskydd för uppkomna jordfel på shuntkondensatorn, och fel i nätet samt skydd för seriefel i brytare. Shuntkondensatorn ska ha följande reläskyddsfunktioner: Sub1 Överströmsskydd (Ism) Jordströmsskydd (JS) Överlastskydd (Ith) Obalansskydd (Iob) Brytarfelsskydd (BFS) Nollspänningsautomatik (U0) Sub2 Överströmsskydd (Ism) Jordströmsskydd (JS) Brytarfelsskydd (BFS) 2.2 Överströmsskydd Överströmsskyddet ska vara grundtonsmätande och stabilt mot inverkan av övertoner i mätströmmen. I de fall shuntkondensatorn är ansluten till tvåbrytarställverk ska skyddet mäta totala fasströmmen från båda strömtransformatorerna. 6/12

Överströmsskyddet ska mäta alla tre fasströmmar och bestå av två strömsteg, ett momentant och ett konstanttidsfördröjt. Förutom utlösning av egen brytare ska skyddet starta brytarfelsskydd och ta extremspänningsautomatiken ur drift. 2.3 Jordströmsskydd Jordströmsskyddet ska vara grundtonsmätande och stabilt mot inverkan av övertoner i mätströmmen. Skyddet ska dessutom blockeras om andratonshalten överstiger en inställbar nivå. Skyddet ska mäta summan av fasströmmarna, 3I0, och bestå av ett strömsteg med konstanttidsfördröjning. I de fall shuntkondensatorn är ansluten till tvåbrytarställverk ska skyddet mäta den totala 3I0-strömmen från båda strömtransformatorerna. Skyddet ska vara försett med undertidsfunktion som aktiveras vid brytarläge från och ska då fungera på en inställbar kortare tid. Funktionen ska vara aktiv under en inställbar tid efter tillslag av brytaren. Förutom utlösning av egen brytare ska skyddet starta brytarfelsskydd och ta extremspänningsautomatiken ur drift. 2.4 Överlastskydd Överlastskyddet ska mäta strömmens toppvärde i samtliga tre faser för att sedan omvandla dem till spänning för ett mått på överbelastning av shuntkondensatorn. I de fall shuntkondensatorn är ansluten till tvåbrytarställverk ska skyddet mäta totala fasströmmen från båda strömtransformatorerna. Skyddet ska vara utformat i två steg varav ett konstanttidssteg och ett inverttidssteg enligt IEC 60 871-1. Förutom utlösning av egen brytare, ska skyddet starta brytarfelsskydd och ta extremspänningsautomatiken ur drift. 2.5 Obalansskydd Obalansskyddet ska mäta den obalansström som uppstår vid genomslag i enskild enhet och ges sådan inställning att kondensatorelementens spänningstålighet innehålls. Obalansskyddet ska fasvis anslutas till strömtransformator placerad i shuntkondensatorns elektriska mittpunkt vid en H-kopplad shuntkondensator. För en dubbel Y- kopplad shuntkondensator kan obalansströmmen uppmätas på olika sätt från de två Y-halvornas respektive nollpunkt och ses därför som leverantörsspecifik. Mätprincipen ska baseras på mätning av strömmens grundton och bestå av två ström respektive tidssteg med konstanttidsfördröjning. Det känsligaste steget ska endast ge larm efter inställd tid medan det andra steget ska frånkoppla shuntkondensatorn. 7/12

Obalansskyddets funktionsvärde ska rekommenderas av shuntkondensatorns leverantör. Förutom utlösning av egen brytare ska skyddet starta brytarfelsskydd och ta extremspänningsautomatiken ur drift. 2.6 Tillmanöverblockering Då tillmanöverblockering initierats från reläskyddsfunktioner som kan innebära fel på shuntkondensatorn ska upphävning enbart kunna ske manuellt och lokalt via tryckknapp. Berörda reläskyddsfunktioner är utlösning från obalansskyddet och överströmsskyddets momentana steg. Tillmanöverblockering ska då behålla läget även vid hjälpspänningsbortfall. 2.7 Temporär tillmanöverblockering Då shuntkondensatorn kopplas från, oavsett reläskyddsfunktion, automatik eller manuellt frånslag, ska alltid en tidsbegränsad tillmanöverblockering för brytare och jordningskopplare ske tills dess shuntkondensatorn är urladdad. Blockeringen ska automatiskt återgå efter den tid som finns specificerad för den aktuella shuntkondensatorn. Temporär tillmanöverblockering ska behålla läget även vid hjälpspänningsbortfall. 2.8 Brytarfelsskydd Utlösning från shuntkondensatorns brytarfelsskydd ska ta extremspänningsautomatiken ur drift. Brytarfelsskydd utförs enligt TR02-05-4. 2.9 Nollspänningsautomatik Nollspänningsautomatik utförs enligt TR02-06-04. 2.10 Extremspänningsautomatik Extremspänningsautomatik utförs enligt TR02-5-11-03. 2.11 Brytarsynkroniseringsdon Brytarsynkroniseringsdon utförs enligt TR02-06-06. 8/12

3 Tekniska krav 3.1 Överströmsskydd Inställningsområde strömsteg 1: Funktionstid steg 1: Inställningsområde tidssteg 1: 2-10 ggr märkström för EK <40 ms vid 1,5 ggr valt funktionsvärde 0-1,0 s (momentant) Återgångsförhållande steg 1: > 0,9 Återgångstid steg 1: Inställningsområde strömsteg 2: Inställningsområde tidssteg 2: 3.2 Jordströmsskydd Karakteristik: <40 ms 1-3 ggr märkström för EK 0-1,0 s konstanttid Inställningsområde strömsteg: 80-200 A (normalt 80 A) Inställningsområde tidssteg: 0 2 s (normalt 1 s) Andratonsstabilisering, inställbar: 15-35 % av uppmätt ström över hela funktionsområdet Undertidsfunktion: Aktiveringstid efter tillslag: Inställningsområde tidssteg 3.3 Överlastskydd Karakteristik steg 1: 0-5 s 0,1-0,5 s konstanttid Inställningsområde strömsteg 1: 100-200 % U (normalt 120%) Inställningsområde tidssteg 1: 0-100 s (normalt 60 s) Karakteristik steg 2: Inverttidssteg enligt IEC 60 87-1 Inställningsområde strömsteg 2: 100-200% U (normalt 115 %) Lutningskoefficient steg 2: 0,1-1,5 (normalt 1) 9/12

3.4 Obalansskydd Inställningsområde strömsteg 1: Inställningsområde tidssteg 1: 0-5 A 0-1 s Återgångsförhållande steg 1: > 0,9 Återgångstid steg 1: Inställningsområde strömsteg 2: Inställningsområde tidssteg 2: < 40 ms 0-5 A 0-10 s 4 Utformning 4.1 Allmänt En IED innehållande reläskyddsfunktioner ska vara av olika fabrikat i sub 1 och sub 2 samt installeras i olika skåp tillhörande eget skyddsobjekt. En IED ska vara utförd för montage i 19-tums ramverk och vara försedd med ett eller flera 24-poliga provdon av typ ABB, RTXP24. En IED ska vara tidsynkroniserad via tidstelegram och ge larm vid utebliven tidsynkronisering. En IED innehållande reläskyddsfunktioner ska vara försedda med utlösningsindikeringar i form av lysdioder. Tillmanöverblockering som initieras från reläskyddsfunktioner som löser för interna fel på shuntkondensatorn ska endast kunna upphävas lokalt genom en tryckknapp installerad i reläskåpet för sub 1. Tillmanöverblockeringen ska utformas med ett externt hjälprelä som blockerar samtliga tillmanövrar inklusive tillmanöver från reservstyrningspanel. Tryckknappen ska vara placerad på lämplig höjd och tydligt markerad. Tillmanöverblockering ska indikeras med lampa samt indikeras både lokalt och till fjärr som inkopplingsförbud. Temporär tillmanöverblockering som initieras vid frånkoppling av shuntkondensatorn och oavsett orsak ska under en tidsbegränsad period blockera samtliga tillmanövrar inklusive tillmanöver från reservstyrningspanel. Temporär tillmanöverblockering ska upphävas automatiskt, indikeras med lysdiod på IED i sub1 samt indikeras både lokalt och till fjärr som temporärt inkopplingsförbud. 10/12

4.2 Händelseregistrering Händelser och indikeringar från en IED till signalutrustning sker normalt via stationsbuss medan det i äldre stationer sker via utgångskontakter. Händelseregistrering utförs enligt TR02-08-03. 4.3 Felsignalsystem Signaler från en IED till signalutrustning sker normalt via stationsbuss medan det i äldre stationer sker via utgångskontakter. Alla signaler ska dessutom ge reservlarm. För reservlarm ska en IED ha egna kontakter för respektive larmgrupp som genereras. De ska även indikeras på frontsidan. En IED ska ge larm för såväl bortfall av matningsspänning som internt reläfel, IRF, och andra mjukvarubaserade övervakningsfunktioner. Det ska ske både via ordinarie larmsystem och via reservlarmssystemet. Felsignalsystem utförs enligt TR02-08-02. 4.4 Störningsskrivare i IED Störningsskrivare ska finnas i samtliga IED innehållande reläskyddsfunktioner. Samtliga strömmar och spänningar som är anslutna till IED ska registreras. Nollföljdsström som beräknas internt i IED ska även registreras. Binära indikeringar som ska registreras är reläskyddshändelser, blockeringar, interna larm och brytarlägen. Då brytarsynkroniseringsdon används för in och urkoppling av shuntkondensatorer ska det i en IED finnas fasvis registrering av till- respektive från-manöver av brytarna. Störningsskrivaren ska startas vid manöver av brytare för shuntkondensatorn samt vid reläskyddsstart. Störningsskrivaren ska inte blockeras vid provning. Ovanstående störningsskrivare ersätter inte den centrala störningsskrivaren som normalt finns i stationen. Start av den centrala störningsskrivaren ska blockeras vid provning av IED. Störningsskrivare i IED utförs enligt TR02-08-1. 4.5 Provning Alla mätvärden samt binära in- och ut- funktioner som är vitala för skyddsfunktioner i en IED ska anslutas via provdon av typ ABB RTXP24. Det ska vara möjligt att prova samtliga skyddsfunktioner och automatiker via provdonet. Instoppat provhandtag ska blockera samtliga skyddsfunktioner från att påverka primäranläggningen. Provning av ingående skydd och automatiker ska kunna göras på ett säkert och entydigt sätt. Samtliga kontakter i provdonet ska vara tydligt märkta med funktion. 11/12

Indikeringar ska även kunna levereras till lokal händelsehanterare. Normalt sker detta via stationsbuss, men i äldre stationer via utgångskontakter. 4.6 Utlösningskretsar Utlösningskretsar utformas enligt TR02-05-09. 5 Bilagor Bilaga 1. Enlinjeschema för tvåbrytarställverk Bilaga 2. Enlinjeschema för enkelbrytarställverk Bilaga 3. Spänningskaraktäristik enligt IEC 60 871-1 12/12

[Skriv text] Spänningskarakteristik text] enligt IEC 60 871-1-1 [Skriv Tabell för kortvarig spänningstålighet för shuntkondensatorer enligt IEC 60 871-1 Typ U alt. I (rms) [p.u] Max varaktighet 50 Hz 1,0 Kontinuerligt 50Hz 1,1 12 h under varje dygn 50 Hz 1,15 30 min under varje dygn 50 Hz 1,2 5 min 50Hz 1,3 1 min 50 Hz +övertoner 1,3In vid 1,0Cn 1,43In vid 1,1Cn kontinuerligt Undantag för korta perioder < 5min i samband med låglast och tillåtna spänningsgränser enligt ovan U [p.u] Spänningstålighet för Shuntkondensatorer vid grundton enligt IEC 60 871-1 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 Tid [s] Ström och spänning för shuntkondensatorn är proportionell och i samband med provning kan Y-axeln istället relateras till märkström. TEKNISK RIKTLINJE 2017-02-07 TR02-05-6 utg 1 Bilaga 3 Sida 1 av 1