Jännitteiden indusoituminen eri tilanteissa (El-Serafi & Faried 1994)

Fault exists

Trip phase A and block reclosing of phases В and C

Reclose the third phase (C) at

Trip phases A and В and block reclosing

of phase C Reclose the phase

least likely to have

Reclose a second phase (B) at

Kuva 21. Katkaisijan kiinniohjauksen eteneminen vaiheittain. tr on jälleenkytkennän jännitteetön väliaika ja Atr yksinapaisten kiinniohjausten välinen aika (El-Serafi &

Faried 1994).

3.7.3 Testikatkaisijan käyttö

Muun muassa Ruotsin rautatie käyttää jälleenkytkennöissä kahta katkaisijaa. Ensin

ohjataan kokeeksi kiinni katkaisija, joka kytkee jännitteet virtaa rajoittavien impedanssien kautta. Jos mittauksin todetaan, että vika on poistunut voidaan ohjata pääkatkaisija kiinni (ohittaa impedanssit). Jos vika ei ole poistunut, laukaistaan testikatkaisija. Silloin ehkä halutaan jatkaa suoraan seuraavalle jälleenkytkennälle, koska oletetaan että vika poistuisi pidemmällä katkolla. Näin jatketaan, kunnes kaikki ohjelmoidut JK:t on käyty läpi (Einarsson 2002).

3.8 Tahdissaolon valvonta

Tahdissaolon valvonta (synchrocheck) tarkoittaa katkaisijan yliolevien jännitteiden jännite-, taajuus- ja vaihekulmaerojen tarkistusta. Vain mikäli molemmilla puolilla on

jännite, ja edellä mainitut erot ovat alle aseteltujen raja-arvojen sallitaan kiinniohjaus.

Tahdissaolon tarkistusta ei kuitenkaan vaadita, jos jälleenkytkentä tehdään yksivaiheisesti tai verkkoa syötetään vain yhdestä suunnasta. Tahdissaolon tarkistus voidaan jättää tekemättä myös kolmivaiheisilla jälleenkytkennöillä, jos jälleenkytkentä on niin lyhyt, ettei verkkojen epätahtiin menemisen vaaraa ole.

Usein tahdissaolon valvontaan katsotaan kuuluvan myös jännitteellistäminen (voltage check) silloin kun katkaisijan toinen (tai molemmat puolet) ovat jännitteettömiä.

Esimerkiksi siirtojohdolta, joka on laukaistu molemmista päistä, sallitaan toisen (syöttävän) pään ohjata kiinni mikäli johto on jännitteetön (ts. jännitetarkistuksen, ei tahdissaolon valvonnan perusteella) ja toisen pään vasta, kun johto on sekä jännitteinen että tahdissa.

Kiinniohjaustapoja on kaksi: lupaohjaus (kuva 22), missä tahdistuksen/jännitteen valvonta antaa lupatietoa sekä käskyohjaus (kuva 23), missä JK-automatiikka antaa kiinniohjauskäskyn tahdistuksen valvonnalle joka sitten joko suorittaa tai jättää suorittamatta kiinniohjauksen.

SC Tahdissaolon valvontarele CM Ohjausyksikkö

Klinniohjauslupa

--->

Kii n n iohjauskåsky

Kuva 22. Tahdissaolon valvonta lupaohjauksessa, CM- J К-automatiikka (ABB Substation Automation 1998).

SC Tahdissaolon valvontarele CM Ohjausyksikkö

Kuva 23. Tahdissaolon valvonta käskyohjauksessa, CM= JK-automatiikka (ABB Substation Automation 1998).

Yleensä jos verkot eivät ole tahdissa, lukitaan JK-automatiikka ja katkaisija jää auki.

Jos laukaistulla johdolla on pyörivää kuormaa tai vaikka pieni generaattori, mikä pyrkii ylläpitämään jännitettä PJK:n aikana ei PJK-ajan jälkeinen tahdissaolon valvontarele anna lupaa kiinniohjaukseen. Asia hoituu käyttämällä pidempää PJK-aikaa, mutta myös toisenlaisia ratkaisuja löytyy. Jos tahdissaolon valvonta ei anna kiinniohjauslupaa, voidaan käynnistää AJK ohjaamatta katkaisija välillä kiinni (Lindblad, Koivisto &

Pottonen

2002).

Tämän menetelmän käyttäminen

perustuu

ajatukseen, että

AJK:n jälkeen tahdissaolon tarkistuksen onnistumiselle on jo paremmat mahdollisuudet.

3.9 Jälleenkytkennät eri kiskojärjestelmissä

Tähän mennessä on yksinkertaisesti oletettu, että johtolähtö saadaan virrattomaksi ohjaamalla yksittäistä katkaisijaa. Näin tilanne onkin muun muassa yksikisko- tai kisko- apukiskojäijestelmissä. Monimutkaisemmissa järjestelmissä (kuva 24), kuten kaksi- katkaisija- eli duplex-järjestelmässä johtolähdön ohjaaminen virrattomaksi vaatii kahden katkaisijan avaamista.

Kuva 24. Erilaisia kiskojärjestelmiä: a) kaksoiskatkaisijajärjestelmä (duplex), b)

VA

- katkaisijajärjestelmä ja c) rengaskiskojärjestelmä (Elovaara & Laiho 1988, 306).

Kaksikatkaisijajärjestelmässä johtolähtö voi olla kytkeytyneenä katkaisijoidensa kautta jompaan kumpaan tai samanaikaisesti kumpaankin kiskoon. Suojareleistyksen havai

tessa vian johtolähdöllä on selvää, että molemmat katkaisijat tulee laukaista, mutta kumpi katkaisija tulisi ohjata kiinni jälleenkytkentäyrityksessä?

Rengaskiskoissa ja puolitoista katkaisijajärjestelmissä joudutaan aivan samalla lailla ohjaamaan kaksi katkaisijaa auki, mutta nyt toinen katkaisija on yhteinen viereisen

johtolähdön kanssa

Yksinkertainen automatiikka duplex-jäijestelmää varten saadaan siten, että JK-rele muistaa, mikä katkaisija viimeksi on ollut kiinni ja ohjaa kiinniohjausyritykset tälle katkaisijalle. Jos molemmat katkaisijat olivat kiinni ennen laukaisua, on muistissa joko tieto satunnaisesti toisesta katkaisijasta, tai siitä kumpi katkaisijoista viimeksi oli ohjattu kiinni (kuva 25).

AND Reset

RS-kiikku

Q1 aktiivinen

Q2 aktiivinen

Kuva 25. Yksinkertainen logiikka aktiivisen (kiinniohjattavan) katkaisijan valintaan.

Kuvassa 26 on edellistä logiikka yksinkertaistettu niin, että aktiiviseksi katkaisijaksi valitaan aina Q1 jos se on kiinni. Tällainen logiikka sopii esimerkiksi puolitoista- katkaisijajärjestelmiin.

RS-kiikku

Set Q

ma Q1 JKlllV lllvll

—C

02 tila AND Reset Q --- Q2 aktiivinen

Kuva 26. Logiikka, missä katkaisija Ql on priorisoitu.

Edellä esitetyissä ratkaisuissa oleellista on se, että katkaisijaa joka oli ennen JK- sekvenssiä auki ei ohjata kiinni. Ja vaikka molemmat katkaisijat olivat alun perin kiinni ohjataan niistä kuitenkin vain toinen JK-yrityksessä kiinni toisen jäädessä auki.

Automatiikka voidaan tietenkin rakentaa myös sellaiseksi, että toinenkin katkaisija ohjataan automaattisesti takaisin kiinni, mutta vasta pienen viiveen jälkeen. Viiveellä varmistetaan se, että ensinnä ohjattu katkaisija pysyy kiinni, toisin sanoen vika on poistunut.

Edellä esitetyn ohjauslogiikan lisäksi automatiikan tehtävänä on muodostaa jälleenkytkentää varten katkaisijan tilatieto. Käytännössä tämä tarkoittaa aktiivisena olevan katkaisijan tilatiedon valitsemista ja viemistä eteenpäin jälleenkytkentä- automatiikkaa varten.

3.10 Kahdennettu suojaus

Tärkeissä kohteissa on luotettavuuden lisäämiseksi suojareleistys kahdennettu. Jos

molemmat suojareleet toimivat samanarvoisina rinnakkain ja myös jälleenkytkentä- toiminnat on kahdennettu, pitää JK-automatiikkojen toiminta koordinoida yhteen.

Koordinointilogiikan tehtävänä on estää jälkimmäisen automatiikan käynnistyminen silloin, kun ensimmäisen automatiikan jännitteetön väliaika käynnistyy. Lisäksi molemmissa tulee käyttää samaa palautumisaikaa. (Ungrad, Winkler & Wiszniewski

153.)

Jos toista relesuojausta käytetään pääsuojauksena ja toista vain varasuojauksena, käytetään jälleenkytkentöjä (jos ne yleensä on käytössä) vain pääsuojauksen yhteydessä.

4. JÄLLEENKYTKENTÄSEKVENSSIN OPTIMOINTI

Jos tarkastellaan yksinkertaista suojausta ja siihen liitettyä kahden JK:n jälleenkytkentä- automatiikkaa (kuva 27) on toiminta perustapauksessa seuraava:

- Vika syntyy, suojarele laukaisee asetellun toimintahidastuksen jälkeen.

- Ensimmäinen jälleenkytkentä käynnistyy, ja ohjaa asetellun ajan kuluttua katkaisijan takaisin kiinni.

- Suojarele laukaisee uudestaan saman toimintahidastuksen jälkeen.

- Toinen jälleenkytkentä.

- Suojarele laukaisee vielä kerran (ns. lopullinen laukaisu) saman toimintahidastuksen jälkeen.

X

^A.

A

A ^Laukaisu

-► Katkaisijan laukaisu

Käynnistys

JK-automatiikka

Kuva 27. Yksiportainen ylivirtasuojaus ja jälleenkytkentäautomatiikka.

Huomion arvoista tässä esimerkissä on se, että vian syntymisestä tai katkaisijan kiinni- ohjauksesta kestää aina yhtä pitkään ennenkuin rele laukaisee katkaisijan (kuva 28).

Tämä yleensä ei ole paras (optimaalinen) tapa tehdä jälleenkytkentöjä.

Katkaisijan asento

Kiinni

Auki

Vian syntyhetki

UK 2.JK

Aika Kuva 28. JK-sekvenssin aika-tilakaavio, jokaisen laukaisun toimintahidastus on sama.

Riippumatta siitä, onko vika ohimenevä tai pysyvä tehdään lähtökohtaisesti ainakin yksi JK valokaaren sammuttamiseksi vikapaikassa. Ensimmäisessä laukaisussa ei haluta hidastella, odotellessa vika voi jopa pahentua. Toisen ja sitä seuraavien jälleen-

kytkentöjen osalta ajatellaan, että

parempi pitää vikaa pidempään päällä

yrittää

“polttaa” se pois. Toista tai kolmatta jälleenkytkcntää käytään myös sulakkeiden ja/tai

automaattisten kytkinlaitteiden ja sähköaseman jälleenkytkennän väliseen koordinoin

tiin. Tästä lisää myöhemmin.

Erilaisten laukaisuaikojen tarve on johtanut kahteen täysin erilaiseen jälleenkytkentöjen ajattelu- ja toteutustapaan. Ensimmäisenä esitellään periaate kaksiportaisesta suojauk

sesta, missä nopea suojausporras lukitaan JK:n käynnistyttyä. Tämä tapa on hyvin suosittu, tosin ei pohjoismaissa. Toinen tapa on käyttää suojareleen havahtumis- signaaleja JK:n käynnistykseen.

4.1 JK:n käynnistys laukaisusta, nopean portaan lukitus

Tässä menetelmässä jälleenkytkentäreleen työ alkaa vasta silloin, kun suojaus on

antanut katkaisijalle laukaisukäskyn. JK-rele saa käynnistyssignaalinsa suojareleen laukaisusta, eikä siis osallistu millään tavoin katkaisijan avaamiseen.

Tavanomainen tapa toteuttaa suojaus ja saada ensimmäisen jälleenkytkennän käynnistys nopeaksi on käyttää kahta erillistä suojausporrasta (kuva 29): toinen näistä on nopea, usein viiveetön (hetkellinen, instantaneous) ja toinen hidastettu. Ensimmäisen jälleen- kytkentäyrityksen (PJK) jälkeen nopea porras lukitaan, jolloin sekvenssin muut laukaisut tulee hidastetulta suojausportaalta. Lukitus poistuu automaattisesti jälleen

kytkennän palautumisajan käytyä loppuun.

■> Katkaisijan laukaisu

> Käynnistys

Lähtevä lukitus

JK-automatiikka

Kuva 29. Kaksiportainen ylivirtasuojaus ja jälleenkytkentäautomatiikka.

Usein suojareleen laukaisuajat ovat käänteisaikaisia, mutta sama ajattelu toimii myös vakioaikaisen suojauksen yhteydessä. Sekvenssin aika-tilakaavio on esitetty kuvassa 30.

Katkaisijan asento

Kiinni Auki

Vian syntyhetki

Nopea laukaisu ja JK:n käynnistys

àS

UK 2.JK

Aika Kuva 30. JK-sekvenssin aika-tilakaavio, ensimmäinen laukaisuaika on lyhyt.

4.2 JK:n käynnistys havahtumisesta

Edellisessä menetelmässä JK käynnistyy aina ja vain laukaisusta. Toinen tapa on käynnistää jälleenkytkennät havahtumisesta (kuva 31). Voidaan tehdä myös niin, että vain ensimmäinen JK käynnistyy suojareleen havahtumisesta, ja toinen JK laukaisusta.

Tästä syntyy tärkeä ero edelliseen menetelmään: kun JK käynnistetään havahtumisesta, täytyy JK-automatiikan ohjata katkaisija myös auki, eikä ainoastaan kiinni. (Koska havahtumissignaalia ei sellaisenaan voida käyttää aukiohjaukseen.)

Laukaisu > Katkaisijan laukaisu

Havahtuminen

> Käynnistys Aukiohjaus

JK-autoniatiikka

Kiinniohjaus

Kuva 31. Havahtumissignaalin käyttäminen jälleenkytkennän käynnistykseen.

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:n

käynnistyksen 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 toden

näköisesti 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

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\

i

k i

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

In document The Development of an automatic reclosing function for protection relays in distribution and transmission power networks (sivua 46-0)