JK:n käynnistäminen suoraan havahtumista olisi kuitenkin ongelmallista, sillä suoja
releen havahtuminen on monesti liian nopea ja PJK käynnistyisi silloin liian herkästi.
Lisäämällä havahtumisen ja JK:n käynnistyksen väliin sopiva viive, päästään JK:n käynnistys ja “havahtumisherkkyys” asettelemaan tarpeen mukaan. Sillä, toteutetaanko
viivästäminen itse havahtumissignaalin viivästämisenä suojareleessä, vai
JK:nkäynnistyksen viivästämisenä JК-automatiikassa ei ole juurikaan merkitystä. Käytännön releratkaisuissa on päädytty jälkimmäiseen toteutustapaan.
Tämä menetelmä sopii hyvin tilanteisiin, missä suojauksen toiminta-ajat ovat vakio- aikaisia. Menetelmää voi käyttää käänteisaikaisten suojareletoimintojen kanssa vain,
mikäli jälleenkytkentä saa käynnistystietoina sekä suojareleen havahtumis-, että laukaisutiedon. Muuten vaarana on, että suojarele laukaiseekin jo ennen havahtumisesta käynnistykselle asetettua viivettä, eikä JK-automatiikka tunnista tilannetta oikein.Menetelmä on hyvin yleinen Suomessa ja monissa itä-euroopan maissa. Voidaan sanoa, että muualla päin maailmaa tämä menetelmä on kutakuinkin täysin tuntematon.
4.3 Nopea lopullinen laukaisu
Kahdessa edellä esitetyssä menetelmässä on vielä se epäoptimaalinen tekijä, että
viimeisen jälleenkytkentäyrityksen jälkeen, kun katkaisija pitää vielä kerran laukaista (ns. lopullinen laukaisu) on JK-automatiikka jo poissa pelistä ja joudutaan odottamaan suojan toimintahidastusta. Samalla kuitenkin tiedetään, että vika on erittäin todennäköisesti pysyvä eikä odottamisesta ole enää mitään hyötyä. Parasta siis olisi vain todeta, onko tilanne näin (eli onko vika pysyvä) ja ohjata katkaisija välittömästi auki.
Ensin esitellyssä menetelmässä (JK:n käynnistys laukaisusta) ei ole mitään käytössä olevaa ratkaisua esitettyyn optimointi-ongelmaan, ellei sitten nopean portaan lukitussignaalia pystytä muuttamaan sellaiseksi, että se palautuu jo viimeisen JK:n aikana.
Sitävastoin kotimaisiin JK-releisiin on kehitetty erityinen nopean lopullisen laukaisun
toiminto (fast trip to lockout). Vaikka jälleenkytkennät lukitaankin viimeisen JK- yrityksen jälkeen, kykenee JK-automatiikka vielä tekemään havahtumissignaaliin perustuvan laukaisun (kuva 32).Katkaisijan
asento Vian syntyhetki Kiinni.
Auki
Nopea laukaisu У
UK
2-JK O !
--- ► Aika
Kuva 32. JK-sekvenssin aika-tilakaavio, viimeisen laukaisun aika on myös lyhyt.
Tämä menetelmä tuli käyttöön ensimmäisen kerran 1990-luvun alussa. Sitä ei kuitenkaan käytetä joka paikassa. Syynä tähän todennäköisesti on vanhat tottumukset ja se, että samalla sähkölaitoksella on käytössä eri aikakauden releitä. Kun kaikissa ei ole samaa ominaisuutta, ei sitä yhtenäisyyden vuoksi käytetä uusissa releissäkään.
4.4 Vikatyypin vaikutus JK-sekvenssiin
Yksinkertaisimmillaan jälleenkytkentäsekvenssi (toiminta-ajat) ei ole riippuvaisia
vikatyypistä tai vikavirran voimakkuudesta. Monesti tämä ei kuitenkaan ole täysin tarkoituksen mukaista.Erityyppisiä vikoja, kuten maasulkua, ylikuormitusta tai oikosulkua varten on relesuojauksessa yleensä omat suojat tai toimintaportaat. Näillä on luonnollisesti omat toiminta-aikansa, joten jo pelkästään niiden perusteella JK-sekvenssistä tulee hieman erilainen eri vikatyypeille.
JK-sekvenssiin voidaan vaikuttaa vieläkin enemmän ottamalla relesuojaukselta yhden JK:n käynnistyssignaalin sijasta tieto useamman (jokaisen) suojausportaan toiminnasta (havahtumisesta ja/tai laukaisusta). Relesuojaukselta saatavien tietojen ja JK- automatiikan mahdollisuuksien puitteissa voidaan JK-sekvenssin ajat ja kestot valita vikatyyppikohtaisesti. Tällaista jälleenkytkentäautomatiikan kykyä valita suoritettava JK-sekvenssi vikatyypin perusteella sanotaan joskus adaptiivisuudeksi, vaikka selektiivisyys (valitsemiskyky) on ehkä osuvampi termi.
4.4.1 Oikosulkuviat
Yleensä mitä suurempi vikavirta on, sitä todennäköisemmin vika on pysyvä ja sitä suurempi on myös johtimille ja laitteistoille aiheutuva rasitus. Tämän vuoksi ei esimerkiksi Suomessa oikosulkuvioissa yleensä tehdä sekä PJK:ää, että AJK:ää vaan ainoastaan jompikumpi tai sitten ei kumpaakaan.
Samoilla linjoilla ovat Apostolov, Bronfeld ja Feltis (1995) esittäessään JK-sekvenssin rajoittamista vikavirran voimakkuuden perusteella katkaisukyvyn rajoilla toimivilla katkaisijoilla seuraavasti:
- Virran ollessa alle 92
%
katkaisukyvystä tehdään täysi 3x15 sekunnin JK-sekvenssi.- Virran ollessa yli 92 %, mutta alle standardin katkaisukyvyn tehdään vain 2x15 sekunnin sekvenssi.
- Muulloin sallitaan vain 1x15 sekunnin jälleenkytkentä. (Apostolov, Bronfeld & Feltis 1995.)
4.4.2 JK-sekvenssin lyhentäminen vikavirran suuruuden perusteella
Käänteisaikaisten ylivirtasuojien käytön yhteydessä jälleenkytkentäsekvenssin lyhentäminen on mahdollista tehdä käyttämällä niin sanottua diskriminointiaikaa. Tämä aika lähtee käyntiin jälleenkytkentäautomatiikan suorittaessa kiinniohjauksen.
Mikäli verkossa oleva vika on pysyvä seuraa kiinniohjausta uusi suojareleen tekemä laukaisu. Koska kyseessä on käänteisaikainen Teletoiminta, laukaisee rele sitä nopeammin mitä suurempi vikavirta on. Pitkä laukaisuaika merkitsee “pientä vikaa” ja on oletettavaa, että jälleenkytkentäsekvenssin jatkamisesta on silloin hyötyä. Lyhyt laukaisuaika puolestaan kertoo suuresta vikavirrasta, jolloin vika todennäköisesti on myös pysyvä.
Jälleenkytkentäautomatiikassa voi olla erillinen asettelu (diskriminointiaika), millä määritellään raja sille, kuinka nopeasti seuraava laukaisu voi tulla kiinniohjauksen (jälleenkytkennän) jälkeen. Jos laukaisu tulee vasta diskriminointiajan kuluttua loppuun, jatketaan JK-sekvenssiä normaalisti. Jos taas rele tekee laukaisu diskriminointiajan vielä käydessä, lukitaan jälleenkytkennät välittömästi ja katkaisija jätetään laukaisun jälkeen auki.
Käyttämällä jokaisen J K-jälleenkytkentäyrityksen jälkeen asteittain edellistä lyhempää diskriminointiaikaa saadaan aikaan toiminnallisuus, missä JK-sekvenssi on sitä lyhyempi (vähemmän JK-yrityksiä) kuin mitä suurempi vikavirta on. Kuva 33 esittää suojareleen käänteisaikaisella laukaisuaikakäyrällä tilannetta (arvot kuvitteellisia), missä ensimmäisen JK:n jälkeiseksi diskriminointiajaksi on valittu ti ja toisen JK:n jälkeiseksi diskriminointiajaksi t2. Ensimmäisen JK:n jälkeen sekvenssi jatkuu vain, jos vikavirran suuruus alittaa arvon li, ja toisen JK:n jälkeen sekvenssin jatkuminen on mahdollista vain, jos vikavirta on alle arvon h.
Laukaisu aika (s)
Vikavirran suuruus (M>)
Kuva 33. Diskriminointiajan käyttöesimerkki.
4.4.3 Herkkä maasulkusuojaus
Herkkää maasulkusuojaa (SEF, sensitive earth-fault protection) tarvitaan esimerkiksi silloin, jos yksi vaihejohdin putoaa (kuivaan, johtamattomaan) maahan, eikä vikavirta yletä havahduttamaan normaalia maasulkusuojausta. Tällainenkin vika on rele
suojauksen toimintamahdollisuuksien (herkkyyden) puitteissa pyrittävä poistamaan nopeasti, sillä se aiheuttaa vaaratilanteen ihmisille ja eläimille. Vastaavia suuri- resistiivisiä maasulkuvikoja on muitakin, kuten kuivan puun kosketus linjaan.
Tällaiset viat ovat pääsääntöisesti pysyviä (GEC Measurements 1983, 240) ja näissä vioissa jälleenkytkennät yleensä lukitaan, koska JK:stä ei kuitenkaan olisi mitään hyötyä. On myös mahdollista, että vika näennäisesti poistuu laukaisun jälkeen.
Esimerkiksi johtimen pudotessa hiekkapinnalle vikavirta sulattaa hiekkaa. Jos silloin tehdään jännitekatkos (jälleenkytkentä) pääsee sulanut aine lasittumaan muodostaen eristeen (Rosen, n.d.). Jälleenkytkennän jälkeen vika näyttää poistuneen, mutta vikapaikka on aivan yhtä hengenvaarallinen kuin hetki sitten.
4.4.4 Hälyttävä maasulkusuojaus
Ns. hälyttävällä maasululla tarkoitetaan tilannetta, missä pysyvää maasulkuvikaa ei laukaista pois. Aluksi vika kyllä yritetään saada pois tekemällä jälleenkytkennät, mutta kun kaikki JK:t on tehty katkaisija jätetään kiinni. Tällaisesta tilanteesta annetaan hälytys, joka pysyy aktiivisena kunnes maasulku poistuu tai katkaisija ohjataan auki.
JK-automatiikan osalta tässä menetelmässä ei ole mitään dramaattista. Automatiikan pitää vain tunnistaa tilanne, pysyä lukittuna kunnes maasulku poistuu. Hälytyksen muodostuslogiikka voi myös sijaita JK-automatiikassa.
5. SUOJAUSKOORDINAATIO
Suojauskoordinaatiolla tarkoitetaan sähkövoimajäijestelmän eri komponenttien relesuojauksien yhteen sovittamista siten, että vikojen nopea laukaisu selektiivisesti, aukottomasti ja luotettavasti on varmistettu (Elovaara & Laiho 1988, 410.) Seuraavassa tarkastellaan lähinnä suojauksen ja jälleenkytkentätoimintojen välistä koordinointia.
5.1 Sulakkeen säästö -metodi
Jakeluverkossa, joissa käytetään johtolähdöillä suurjännitesulakkeita (kuva 34), koordinoidaan sulakkeiden ja suojarele/JK-automatiikan välinen toiminta tavallisesti siten, että aluksi suojarele toimii sulakkeita nopeammin. Kun sähköverkkoon sulakkeen suojaamalle osalle tulee vika, toimii suojarele ja käynnistää ensimmäisen jälleen- kytkennän. Sulakkeet jäävät ehjiksi, ja jos jälleenkytkentä onnistuu, on silloin vältytty turhalta ja usein hitaalta sulakkeenvaihto-operaatiolta.
Sähköaseman suojaus on kaksiportainen. Ensimmäisen JK:n aikana lukitaan nopea suojareleporras, ja jos vika on pysyvä toimii seuraavaksi sulake ennen suojauksen hitaampaa porrasta. Näin vika saadaan rajattua sulakkeen perässä olevaan johto- osuuteen ja/tai kuormaan.
Johtohaara (lateral)
MV-johto Sähköasema
Aseman suoja- ja jälleenkytkentäreleet
<_uva 34. A voj ohto verkon suojaus sulakkeilla ja sähköaseman releistyksellä.
Tämä metodi tunnetaan nimellä sulakkeen säästö -metodi (fuse saving, myös termiä fast tripping käytetään) (Bollen 2000, 117-118). Metodi sopii hyvin alueille, missä on toistuvasti myrskyjä ja salamointia. Muilla alueilla tästä metodista voi olla enemmän haittaa kuin hyötyä, varsinkin teollisuudelle.
Tämä metodi on muun muassa USA:ssa yleisesti käytössä pyrittäessä estämään sulakkeiden palaminen salamoinnista ja tuulesta johtuvista vioista. Kuitenkin vuonna 1990 USA:ssa tehdyssä kyselyssä setvisi että 40 % sähköjakeluyhtiöistä (lähinnä kaupunkialueella, teollisuusasiakkaita) on reagoinut jännitekatkoksista johtuviin asiakasvalituksiin luopumalla nopeasta laukaisusta (fast tripping). Ilman nopeaa laukaisua ehtii lähinnä vikapaikkaa oleva sulake palaa ennen suojareletoimintoja. Silloin vain sulakkeen takana oleva alue kokee käyttökatkoksen, eikä koko johto. Luopumalla nopeasta laukaisusta saatiin sähkön laatu tietyille teollisuusasiakkaille paranemaan huomattavasti, vaikka samalla luotettavuus kaiken kaikkiaan hieman heikkeni. (Dugan, Ray, Sabin, Baker, Gilker, & Sundaram 1996b.)
Yleisin tapa on tehdä ensimmäinen suojarelelaukaisu nopeasti (usein viiveettä) ja toinen hidastettuna, kuten edellä on esitetty. Dugan et ai. (1996a, 61) esittävät myös toisenlaisen (ilmeisesti Yhdysvalloissa käytettävän) periaatteen. Tätä periaatetta käytetään paikoissa, missä kokemus on osoittanut valtaosan ohimenevien vikojen tarvitsevan kaksi nopeaa laukaisua vian poistamiseksi. Joillain linjarakenteilla ja jännitetasoilla on suurempi todennäköisyys että salamoinnin aikaansaama valokaari voi syttyä ensimmäisen JK:n jälkeen uudestaan, ja tarvitaan toinenkin JK valokaaren sammuttamiseksi. Myös osa puukosketuksista palaa pois. (Dugan, McGranghan &
Bcaty 1996a, 61).
5.2 Verkon automaattinen jakaminen osiin
Jakeluverkon suojaus sijaitsee ensisijaisesti sähköasemilla. Kun suojattavassa johtolähdössä havaitaan vika, laukaistaan lähdön katkaisija ja koko johto-osuus kokee katkoksen. Katkosalueen pienentämiseksi on johdon varrella ja sen haarautumakohdissa erottimia tai katkaisijoita, joilla verkko voidaan jakaa osiin ja vika-alue rajata mahdollisimman pieneksi.
Jälleenkytkentäreleen ja automaattisten kytkinlaitteiden (Pole Mounted Recloser ja Sectionalizer) koordinoinnissa pitää huomioida seuraavat seikat:
- Erottimen avausaika on huomioitava jälleenkytkennän jännitteettömän väliajan pituudessa (toisin sanoen väliajan tulee olla riittävän pitkä).
- Recloser -ratkaisuissa suojaus koordinoidaan muiden suojauslaitteiden, lähinnä sähköaseman suojauksen kanssa.
- Sektionalizer-laitteen pulssilaskuri nollaus tai vastaavasti recloserin ja J К-releen palautuminen tulee asettaa tapahtumaan samanaikaisesti.
5.3 Pumppauksen esto
Kaksiportaisessa suojauksessa, missä nopeampi suojausporras lukitaan ensimmäisen jälleenkytkennän käynnistyttyä lopun sekvenssin ajaksi (kuten sulakkeen säästö - metodissa) käytetään usein myös erilaisia vikavirran havahtumistasoja. Hitaampi suojausporras on usein nopeaa porrasta epäherkempi antaen muille suojauslaitteille (sulakkeille) paremman mahdollisuuden toimia (kuva 35).
Mutta niinkin voi käydä, että vika ei ole sulakkeen takana (tai sulake ei toimi). Silloin, pysyvän vian tapauksessa jälleenkytkentäsekvenssi jatkuu toisen suojausportaan toimesta vain, jos vikavirran amplitudi ylittää epäherkemmän suojausportaan asettelun.
Jos vika ei poistu, ja vikavirran amplitudi on ensimmäisen ja toisen suojausportaan välissä tulee tästä ongelma:
- Ensimmäisen suojausportaan ollessa lukittuna ei toinen suojausporras havaitse vikaa, ja tehty jälleenkytkentä tulkitaan virheellisesti onnistuneeksi.
- Jälleenkytkennän palautumisajan jälkeen ensimmäisen suojausportaan lukitus poistuu.
- Koska vika on pysyvä, havahtuu ensimmäinen suojausporras uudestaan ja käynnistää JK-sekvenssin alusta uudestaan.
- Näin jatkuu, ensimmäistä JK-yritystä toistaen kunnes vika poistuu tai käyttöhenkilökunta huomaa katkaisijan pumppauksen.
Edellä kuvattua tilannetta ei ymmärrettävästi voida sallia, ja siksi eri relevalmistajat ovat kehittäneet erilaisia ratkaisuja tällaisen pumppaamisen estämiseksi.
100,00 v
2. suojausporras
Sulakkeet
1. suojausporras
Vikavirta (A)
Kuva 35. Esimerkki kahden portaan ylivirtasuojauksen ja sulakkeen toiminta-ajoista.
5.3.1 Pumppauksen estoautomatiikka
Kun vikavirran amplitudi ei nopean suojausportaan lukituksen jälkeen riitä havahduttamaan hidasta suojausporrasta, on yksi mahdollisuus on tehdä laukaisu pitkällä viiveellä “lukitulta” nopealta suojausportaalta. Tällaisesta logiikasta käytetään nimitystä pumppauksen estoautomatiikalla (Anti-pumping logic). Lukittu suojausporras muodostaa siis toisen laukaisun (johon lukitus ei vaikuta), ennen kuin jälleenkytkennän palautumisaika ehtii kulua loppuun. Tämä laukaisu on vakioaikainen. (Hydro-Québec
1994).
Kanadalainen Hydro-Québec käyttää tätä toista (anti-pumping-)laukaisua jatkamaan jälleenkytkentäsekvenssiä (Hydro-Québec 1994). Toisaalta voidaan kysyä, onko JK- sekvenssin jatkaminen perusteltua, sillä yleensä “toinen laukaisu” tulee vasta melko pitkän ajan kuluttua (esimerkiksi 5—180 s).
Tunisialainen Société Tunisienne de VElectricite et du Gaz (STEG), jonka suojausperiaatteet ovat tosin kanadalaista perua haluaa, että “toinen laukaisu” tehdään 40 sekunnin kuluttua ja jälleenkytkennät lukitaan (Lehesvuo 2002).
5.3.2 Lukituksen katkaisu
ABB Inc:n (USA) suojareleessä DPU2000R tarjotaan ratkaisuksi lukituksen katkaisua (cutout timer). Erikseen asetettava aikapiiri käynnistyy samanaikaisesti jälleen- kytkennän palautu mi sajan kanssa, mutta sen aika on lyhyempi kuin palautumisaika.
Aikapiirin toimiessa ensimmäisen suojausportaan lukitus poistetaan, jolloin porras pääsee havahtumaan uudestaan ja jatkamaan jälleenkytkentää (tai tekemään lopullisen laukaisun). Tyypillinen asettelu on 10-15 s. (ABB Inc 2002, 1-41.)
5.4 Koordinointi-automatiikat
Kun kaksi (tai useampi) asema toimii ketjussa (kuva 36), ja käytössä on esimerkiksi aiemmin esitetty sulakkeen säästö -metodi tarvitaan asemien välille vielä koordinointi.
r\
k
i
k in
k
Vikapaikka F
m b
“ ? “ ? l
Rele A
▼
Rele В
Kuva 36. Kaksi peräkkäistä suojausta samalla johtolähdöllä (ABB Inc 2002, 13-14.)
Oletetaan, että vika syntyy aseman В jälkeisellä osuudella (paikassa F) ja molempien asemien ensimmäiset portaat havahtuvat (kuva 36). Aseman В suojausportaan toiminta- aika on aseteltu А-aseman aikaa nopeammaksi, joten asema В avaa katkaisijan ja tekee jälleenkytkennän.
Ongelmaksi muodostuu se, että kun asemalla В lukitaan ensimmäisen portaan toiminta pitäisi myös asemalla A tehdä samoin. Toisin sanoen aseman В tehdessä jälleen
kytkennän tulisi asemalla A edetä samaan kohtaan sekvenssiä, mutta ilman katkaisijan avaamista.
Käyttökelpoinen ratkaisu on erillisen ns. koordinointiportaan ja -automatiikan (zone sequence coordination, coordination unit) käyttö. Tämä olisi tavallisen suojausportaan kaltainen, mutta jonka tehtävänä ei ole katkaisijan laukaisu vaan sekvenssin
seuraaminen ja ohjaaminen. Kuvan 36 tilanteessa tällainen toiminta tarvitaan vain asemalla A.
Koordinointiportaan virta-asettelu asemalla A asetetaan riittävän herkälle, niin että se havahtuu aina kun aseman В ensimmäinen porras havahtuu (kuva 37). Kun koordinointiporras palautuu (ts. kun vika poistuu aseman В katkaisijatoiminnon vuoksi) askelletaan jälleenkytkentäsekvenssiä yhden askeleen verran eteenpäin, tietenkin vain mikäli asema A itse ei aloittanut jäileenkytkentää. (Hydro-Québec 1994, 6)
Vaihtoehtoisesti voidaan koordinointiportaan havahtumisesta aktivoida ensimmäisen portaan lukitus, jonka jälkeen toinen porras toimiessaan hyppäyttää sekvenssin suoraan toiseen jäileenkytkentään (Lehesvuo 2002).
100,00 T
i .J. L J
10,00 -- 2. suojausporras
1,00
ccc
_ L J
Sulakkeet
Koordinointiporras
1. suojausporras
Vikavirta (A)
Kuva 37. Esimerkki koordinointiportaan virta-asettelusta.
5.5 Jälleenkytkentä johdon kummassakin päässä
Jälleenkytkentöjen tekeminen siirtolinjassa vaatii, että linjan molemmat päät tulee laukaista ja ohjata takaisin kiinni jälleenkytkennöillä. Tahdissaolon tarkistus ennen kiinniohjausta täytyy tehdä aina, jos on mahdollista, että verkon eri puolet eivät kykenee säilymään samassa tahdissa jälleenkytkennän aikana.
Jakeluverkon jälleenkytkennöissä jännitteetön väliaika on pelkistetysti vain kuluttajien kokema katkos, kun taas siirtoverkoissa jälleenkytkennöillä voi olla suuri vaikutus myös verkon stabiilisuuteen. Siksi esimerkiksi lähellä voimantuotantogeneraattoria sallitaan vain yksinapaiset jälleenkytkennät, koska sellaisen aikana stabiilisuus voidaan vielä säilyttää.
Siirtolinjojen johtoviat laukaisevat siis katkaisijan johdon molemmista päistä, mutta miten jälleenkytkentä eli katkaisijan kiinniohjaus tulisi toteuttaa kummassakin päässä?
Yksi vaihtoehto on ohjata kummankin pään katkaisijat kiinni itsenäisesti joko saman, tai erimittaisen JK:n jälkeen. Esimerkiksi syöttävän pään katkaisija 0,4 ja vastaanottavan pään katkaisija 0,6 sekunnin kuluttua PJK:llä.
Silloin, kun johdon kumpikin pää voi antaa jännitteen johdolle käytetään myös master
slave -menetelmää (master-slave tai master-follower konsepti), missä toinen pää on määritelty masteriksi ja toinen orjaksi (slave, follower). Näiden välillä on kommuni- kointiyhteys (kuva 38).
Master -pään JK-automatiikka suorittaa JK:n ensin. Vasta jos tämä onnistuu, pääsee toisen pään JK käyntiin. Kummassakin päässä tarvitaan omat JK-releet ja tahdissaolon valvontareleet. Menetelmästä on se etu, että pysyvässä viassa vain toinen katkaisijoista ohjataan kiinni ja toinen katkaisija säästyy tältä rasitukselta. (ABB Switchgear Ab 2001, 69.)
Master comnumdWaiiForMästet
kommunitointikanava Vikapaikka
Kuva 38. Master-slave menetelmä siirtojohdon jälleenkytkennöissä.
Silloin, kun johdon päiden välisessä viestiyhteydessä on vikaa, pitää lisäksi huomioida, että Master -pään aukiohjaus on voinut viivästyä (distanssisuojauksessa: laukaisu toiselta vyöhykkeeltä). Tässä tilanteessa Slave -päässä joko estetään jälleenkytkennän käynnistyminen kokonaan, tai JK-automatiikalle annettavalla ohjaussignaalilla (communication lost) pidennetään Ж-aikaa sopivasti (extenssion time, esim 0,4 sekuntia). (ABB Switchgear Ab 2001,75.)
5.6 Siirtolinjan distanssisuojaus ja jälleenkytkennät
Siirtolinjan suojauksessa, missä syöttö tapahtuu kummastakin suunnasta, määritellään linjan jännitteetön väliaika sellaiseksi ajaksi, jolloin kummankin pään katkaisija on auki.
Distanssisuojauksessa on tavallista, että nopein vyöhyke (zone 1 ) asetetaan suojaamaan noin 80 % johdon pituudesta ja loput johtopituudesta katetaan hidastetulla vyöhykkeellä (zone 2). Jos vika sattuu tulemaan johdon päähän, esimerkiksi 90 % kohdalle, toimii distanssisuojaus siis hidastetulla vyöhykkeellä. Samanaikaisesti toisesta suunnasta
katsottuna vika on
lähellä, jatoisen pään
suojaustoimiikin nopealla vyöhykkeellä.
Lopputuloksena on, että katkaisijat avautuvat eriaikaan, eikä lyhyttä JK-aikaa
käytettäessä jännitteetön väliaika johdolla muodostu riittävän pitkäksi. Tämä ongelma voidaan ratkaista joko laajentamalla nopean vyöhykkeen aluetta tai käyttämällä linjan päiden välissä kommunikointia. (GEC Measurements 1983, 245; ks. myös Ziegler, Gerhard 1999,53.)Riippumatta kumpaa menetelmää käytetään, on tapana yleensä myös lukita jälleen- kytkentärele distanssireleen toisen ja kolmannen vyöhykkeen (zone 2, zone 3) toiminnasta (GEC Measurements 1983, 245).
5.6.1 Nopean portaan yliulottaminen
Edellä esitetty ongelma distanssireleen ja jälleenkytkentäreleen yhteistoiminnassa ratkeaa yliulottamalla nopea vyöhyke esimerkiksi 130 % linjapituudesta. Tällöin molemmista suunnista katsoen vika on nopean portaan alueella, ja molemmat katkaisijan laukaistaan samanaikaisesti.
Yliulottumincn kuitenkin poistetaan, ja ulottuma palautetaan normaaliarvoonsa
(80 %)
JK-releeltä saatavalla signaalilla. Signaali aktivoidaan jo jälleenkytkennän aikana ennen kiinniohjausta, ja se pysyy päällä kunnes JK-releen palautumisaika on umpeutunut.Signaali on aktiivinen myös silloin, jos jälleenkytkennät on otettu pois käytöstä. (GEC Measurements
1983,245.)
Tätä menetelmää käytetään (lähinnä pienemmillä verkkojännitteillä), kun releiden välisen kommunikaation katsotaan olevan liian kallis ratkaisu. Yliulottamisesta seuraa
myös riski tehdä virhelaukaisu, mutta koska ulottuma palautetaan normaaliarvoonsa ensimmäisen jälleenkytkennän aikana, on virhelaukaisusta aiheutuva katkos lyhyt.Lisäksi yliulottuma silmukoidussa verkossa (meshed networks) voi jäädä kovin pieneksi johtuen rinnakkaisista syötöistä/kuormista (Ziegler & Gerhard
1999, 53).
Toinen menetelmä on käyttää normaalia ulottumaa, mutta pidentää ulottuma pienen viiveen jälkeen releen havahduttua (Ungrad, Winkler & Wiszniewski,
150).
Jos vika on kauempana johdolla, ja jokin toinen rele toimii, ei asetellusta pienestä viiveestä johtuen ulottuman pidennystä tapahdu.Kuva 39 esittää releen ajoituskaavioita molemmissa edellä esitetyissä toiminta
periaatteissa.
A a)
---В
-О --О
Toiminta-' nopeus
b)
г
I
* 80% pituudesta AB
•*- 130% pituudesta AB
JK:n jälkeen Ennen JK:ta
► Etäisyys
*
Toiminta-^
nopeus
Etäisyys
C)
Kuva 39. Distanssisuojan ajoituskaavio: a) osa siirtoverkkoa b) yliulottuman poisto c) ulottuman pidennys. (Ungrad, Winkler & Wiszniewski, 151).
5.6.2 Laukaisusignaali kommunikaatiokanavaa pitkin
Yliulottamista parempi tapa on siirtolinjan päiden välillä olevaa kommunikaatiokanavaa hyödyntämällä lähettää nopean portaan toiminnasta laukaisukäsky linjan toiseen päähän (GEC Measurements 1983, 245). Kommunikaatiolla varmistetaan nopea ja samanaikainen laukaisu linjan molemmissa päissä.
6. ERITYISKYSYMYKSIÄ JA ERILAISIA TOTEUTUSTAPOJA
Tässä kappaleessa pureudutaan joihinkin erityiskysymyksiin ja hieman syvemmin eräisiin jälleenkytkentäautomatiikan käytännön toteutuksiin. Liitteessä 1 on lisäksi esitetty joidenkin jälleenkytkentäreleiden ominaisuuksia.
6.1 Jälleen kytkennän toiminta-ajoista
Tärkeimmät jälleenkytkentöjen toiminta-aikoihin liittyvät kysymykset ovat:
- Kuinka nopeasti katkaisija ohjataan auki?
- Kuinka pitkä jälleenkytkennän (jännitteetön) aika on?
- Kuinka nopeasti JK-automatiikka palautuu?
Varsinkin laukaisunopeus (kuinka nopeasti katkaisija ohjataan auki) on tärkeä kysymys koordinoitaessa peräkkäin olevia suojia. Sähköasemalta kuluttajalle etenevässä sähkön jakelun ketjussa on paitsi sähköaseman suojareleet myös mahdolliset johtolähdöllä olevat suojauslaitteet, linjan puoleiset suuijännitesulakkeet ja jakelumuuntajan jälkeiset sulakkeet. Vaikka aihepiiri (suojauskoordinaatio) on suojausteknisesti hyvin tärkeä, se ei kuulu JК-automatiikalle ja siksi sitä ei tässä työssä käsitellä enempää. Sen sijaan jännitteetöntä aikaa ja palautumisaikaa tarkastellaan seuraavaksi lähemmin.
6.1.1 Jälleenkytkennän aika
Jännitteettömän väliajan kuluessa tulee tiettyjen edellytysten ehtiä täyttyä:
- Suojareleistyksen tulee ehtiä palautua. Elektromekaanisisissa käänteis- aikareleissä (I.D.M.T.) palautumisaika voi olla jopa 10 sekuntia.
- Vikapaikassa valokaarikanavan tulee ehtiä de-ionisoitua. Liian nopeasti
tehty jälleenkytkentä voi johtaa uuteen läpilyöntiin vikapaikassa.- Katkaisijan tulee ehtiä palautua auki ohjauksesta ja asettua kiinniohjausta varten. Oman aikansa vaativat esimerkiksi katkaisijan jousen virittymi
nen tai öljykatkaisijan katkaisukammion öljytilavuuden palautuminen valokaaren katkaisun aiheuttamasta muutoksesta.
- Verkossa mahdollisesti olevien automaattisesti toimivien erotin laitteiden (sectionalizer, taukoerottimet tms.) tulee ehtiä toimia.
- Kriittisten kuormien, jotka ei kestä nopeaa kiinniohjausta, pitää ehtiä laueta pois.
- Hajautetun voimantuotannon generaattorien tulee ehtiä laueta pois.
Liian lyhyt jännitteetön väliaika voi olla haitallista joillekin kuormille ja johtaa hallitsemattomaan tai haitalliseen uudelleenkäynnistymiseen. Hivenen erilaisena ja ehkä hauskempana esimerkkinä tässä käy lypsykoneet, missä JK:n aikana vetimet ehtivät (imun kadottua) pudota lehmien utareista ja jännitteiden palautuessa alkavat imemään maasta roskaa maidon sekaan.
Toisaalta, jos jännitteetön väliaika on pitkä, on siitä omat haittansa kuten verkon synkronoinnin ja/tai stabiilisuuden menetys, asiakkaalle aiheutetusta katkoksesta puhumattakaan.
Lähinnä pidemmillä väliajoilla on tavoitteena kuitenkin, että vika ajan kuluessa poistuisi itsestään (esimerkiksi linjalla oleva roska putoaa tai tuuli kuljettaa sen pois) ja/tai oikosulkuvirran lämmittämät johtimet ehtisivät jäähtyä riittävästi.
6.1.2 Palautumisaika
Jälleenkytkennän palautumisaika (reclaim time) on aika, jonka kuluttua katkaisijan edellisestä kiinniohjauksesta vian oletetaan joko poistuneen tai suojareleen toimineen uudelleen.
Palautumisajan tulee olla riittävän pitkä, niin että pysyvän vian tapauksessa JK- automatiikka ei ehdi palautua suojareleistyksen toimintahidastuksen aikana. Varsinkin käänteisaikareleillä suojareleen toiminta-aika saattaa pienillä virroilla muodostua pitkäksi.
Suomen oloissa 10 sekunnin palautumisaika on hyvin yleinen. Pienemmillä 5 sekunnin palautumisajoilla on joskus tullut esiin ongelmia. Esimerkiksi eristimessä olevaan halkeamaan kerääntynyt kosteus on aiheuttanut suojauksen toiminnan ja jälleen
kytkennän. Vikavirta höyrystää kosteuden pois, mutta sadesäällä vika uusiutuu nopeasti, muutamissa sekunneissa. Pidempi palautumisaika on tällaisissa tapauksissa paikallaan, sillä liian lyhyt aika johtaa toistuviin jälleenkytkentöihin, mikä ei ole tarkoituksen mukaista sillä vikahan on luonteeltaan korjausta vaativa.
Pitkää palautumisaikaa tarvitaan myös silloin, kun samalla johdolla on peräkkäin kaksi (tai useampi) jälleenkytkentäkelpoinen laite. Silloin sähköasemalla palautumisajan tulee olla pidempi kuin pisin johdolla olevan automatiikan jälleenkytkennän jännitteetön väliaika.
Palautumisaika ei saisi olla liian pitkä. Ukkosmyrskyssä salamoinnista aiheutuvat viat (valokaari kipinävälissä) ovat hetkellisiä ja PJK on paras tapa hoitaa tilanne. Mikäli seuraava vika kuitenkin syntyy ennenkuin JK-automatiikka on ehtinyt palautua PJK:stä joudutaan AJK:lle, ja seuraavaksi jopa lopullinen laukaisu on mahdollinen. Palautumis
aika voisikin olla yksi sellainen parametri, mitä automaatiojärjestelmän kautta tilannekohtaisesti muuteltaisiin.
Joillain Televalmistajien jälleenkytkentäreleissä on mahdollista keskeyttää (jäädyttää) palautumisaika, jos jokin suojausporras on havahtuneena. Palautumisaika lähtee alusta
Joillain Televalmistajien jälleenkytkentäreleissä on mahdollista keskeyttää (jäädyttää) palautumisaika, jos jokin suojausporras on havahtuneena. Palautumisaika lähtee alusta