FI108894B - Menetelmä sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön tai haaran ilmaisemiseksi esimerkiksi kompensoidussa verkossa - Google Patents

Description

108894

Menetelmä sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön tai haaran ilmaisemiseksi esimerkiksi kompensoidussa verkossa

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä 5 sähköverkon viallisen tai vikaantumassa olevan lähdön tai haaran ilmaisemiseksi esimerkiksi kompensoidussa verkossa.

Kyseessä on siis sähköverkon lähdön, esimerkiksi keskijänniteverkon lähdön eristystilan seurantaan perustuva sähköasematason valvontamenetelmä numeerista monitoimirelettä ! 10 varten.

Suuriresistanssiset maasulut pyritään ilmaisemaan perinteisesti seuraamalla sähkövoimajäijestelmän nollajännitteen itseisarvoa ja siinä tapahtuvia muutoksia. Nollajännitteen kynnysarvon ylittyessä tapahtuu hälytys. Menetelmä ei kerro mitään 15 vi an sij ainnista verkossa.

EP-julkaisussa 97942985.9 (FI-patentti 100922) on kuvattu menetelmä suuriresistanssisen maasulkuvian havaitsemiseksi ja paikallistamiseksi. Vian ilmaisu | perustuu pääpiirteittäin seuraavaan menetelmään: Mitataan sähköasemalla verkon 20 vaihejännitteet vaihekulmineen ja muodostetaan verkon nollajännite (U<) mitattujen : "·· vaihejännitteiden vektorisummana, lasketaan verkon nollaimpedanssi (Zq), verrataan ’.· * nollajännitettä (U0) verkon vaihejännitteisiin (Uv) ja verkon nollaimpedanssiin (Z0).

*···* Saaduista suureista lasketaan vikaimpedanssit (Zf) jokaiselle vaiheelle ja valitaan • vialliseksi vaiheeksi se, jonka vikaimpedanssin (Zf) reaaliosa on suurin. Menetelmä 25 mittaa nollajännitteen 10 minuutin keskiarvoa ja siinä tapahtuvia muutoksia. Siten menetelmä ei reagoi nopeisiin nollajännitteen muutoksiin.

EP-julkaisussa 98941445.3 (FI-patentti 103217) on kuvattu menetelmä sähkönjakeluverkon suuriresistanssisen maasulkuvian paikallistamiseksi virtamittausten " 30 perusteella. Kyseinen menetelmä perustuu siihen, että mitatut nollajännitteen ja johdon *** nollavirran muutokset lasketaan verrattuna johonkin pitkäaikaisempaan keskiarvoon.

'· *: Näin määritetyistä nollavirran muutoksista vähennetään johdon terveen tilan '· *: nollaimpedanssin kautta kulkevan virran vaikutus. Kompensoitujen virtamuutosten 108894 2 perusteella valitaan edelleen vialliseksi johto-osuudeksi sellainen osuus, jossa tämä virtamuutosten itseisarvo on suurin ja lisäksi ennalta asetettua kynnysarvoa suurempi.

US-patenttijulkaisussa 4 729 052 on kuvattu menetelmä, jossa maasulun olemassaolo 5 todetaan verkon tähtipisteen maadoitusimpedanssia muuttamalla ja mittaamalla ko. muutoksen vaikutus nollajännitteeseen. Menetelmä sopii ainoastaan sammutettuihin verkkoihin.

Patenttijulkaisussa WO-9627138 (FI 973520) on kuvattu yksivaiheisen maasulun 10 tunnistamismenetelmä kolmivaiheverkossa, jonka tähtipiste on maadoitettu maasulun sammutuskuristimen kautta. Menetelmä edellyttää ajantasaista tietoa lähdön maa-admittanssista ja lähdön epäsymmetriaa kuvaavasta epäsymmetria-admittanssista. Vian ilmaisuun käytettävän vika-admittanssin määrittäminen edellyttää kolmen mittausarvoparin (U0, I0) mittausta. Menetelmä on sangen monimutkainen ja soveltuu 15 ainoastaan täysin kompensoituihin verkkoihin, joissa on maadoituskuristin varustettuna kauko-ohjatulla säätöautomatiikalla. Riittävän nollajännitteen aikaansaamiseksi verkon täytyy olla lisäksi riittävän epäsymmetrinen. Valtaosa verkoista ei täytä em. vaatimuksia.

.' ·.. 20 Tunnetuissa tekniikoissa on useita puutteita.

: : Tunnettujen menetelmien herkkyys on puutteellinen eikä niitä voida siten pitää :. * · · sellaisina eristystilan valvontamenetelminä, joita voidaan käyttää verkon kunkin lähdön valvontaan. Kehittyneimmät laskentamenetelmät edellyttävät ajantasaista tietoa lähdön '...· 25 sähköisestä pituudesta ja ovat herkkiä maa-admittanssin virheelle. Maa-admittanssin reaaliosan eli maakonduktanssin fysikaalisesti oikean arvon laskennallinen '···’ määrittäminen ei onnistu sähköasemilla yleisesti käytettävien mittalaitteiden ·;·’ puutteellisen tarkkuuden vuoksi. On lisäksi todennäköistä, että maakonduktanssin arvo ·.·’ vaihtelee esimerkiksi säätilojen mukaan.

30 :Verkon nollajännitteen tehollisarvon seurantaan perustuva vianilmaisumenetelmä ei '·/.[ kerro mitään vian sijainnista verkossa. Hyvin suuriresistanssinen maasulku saattaa aiheuttaa suuremman muutoksen nollajännitteen vaihekulmassa kuin itseisarvossa, mitä 108894 3 informaatiota nollajännitteen seurantaan perustuva menetelmä ei pysty hyödyntämään. Sääilmiöt (esimerkiksi lumisade) ja verkon kytkentätoimenpiteet tai kompensoidun verkon maadoituskuristimen säätäminen aiheuttavat muutoksia verkon nollajännitteessä. Näitä muutoksia on vaikea erottaa hyvin suuriresistanssisen maasulun aiheuttamista 5 muutoksista nollajännitteeseen, minkä vuoksi ao. menetelmän herkkyys on puutteellinen.

Aikaisemmat suuriresistanssisen maasulun ilmaisumenetelmät eivät mahdollista verkon valvontaa kullekin verkon lähdölle, koska vian suunta joudutaan määrittämään vian 10 havaitsemisen jälkeen lähtöjen nollavirroissa tapahtuvien muutosten avulla. EP-julkaisussa 97942985.9 kuvattu menetelmä mahdollistaa ainoastaan koko verkon vaiheiden vuotoresistanssin seurannan. Verkon nollaimpedanssin laskeminen perustuu ko. menetelmässä johdinvalmistajien ilmoittamiin nollasuskeptanssiarvoihin, joihin sisältyy usein huomattavaa epätarkkuutta. Verkon maakapasitanssit voidaan mitata 15 tekemällä maasulkukokeita, mutta tulokset pätevät vain kokeiden aikana käytetyssä kytkentätilanteessa. Lisäksi verkon nollaimpedanssi täytyy laskea ylemmän tason ! järjestelmässä, jonka jälkeen informaatio täytyy siirtää suojareleelle. Menetelmän etuja ovat viallisen vaiheen ilmaisu ja kohtuullisen hyvä herkkyys.

20 EP-julkaisussa 97942985.9 kuvatun menetelmän mukaan lähtöjen nollaimpedanssit lasketaan vain pienivikaresistanssisten maasulkujen yhteydessä. Pienivikaresistans-siseksi maasuluksi tulkitaan vika, jonka vikaresistanssi RF < 5 kQ tai jos nollajännite : ylittää 50 % normaalitilan vaihejännitteestä. Menetelmä toimii väärin, jos lähdön nollaimpedanssi on muuttunut kytkentätoimenpiteen seurauksena eikä ajantasaista 25 nollaimpedanssia ole käytettävissä, kun vika syntyy. Menetelmä on herkkä nollaimpedanssin virheelle. Täysin kompensoidussa verkossa, jossa maasulkuvirta on »· · ‘' kompensoitu lähes kokonaan, maasulun aiheuttama viallisen lähdön nollavirran muutos on saman suuntainen kuin terveiden lähtöjen nollavirtojen muutokset ja vastaa v : suuruudeltaan suunnilleen viallisen lähdön sähköistä pituutta. Tällöin ao. menetelmän 30 avulla laskettu kompensoitu virtamuutos on lähellä nollaa myös viallisen lähdön tapauksessa. Menetelmän toiminta voi siten olla epävarmaa täysin kompensoidussa : ·.; verkossa.

i 4 108894 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada aivan uudentyyppinen menetelmä sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön tai haaran määrittämiseksi esimerkiksi kompensoidussa verkossa.

5 Keksintö perustuu siihen, että määritetään jokaiselle lähdölle maasulkuvirran muutos kahdella tai useammalla perättäisellä kompensoinnin viritysarvolla, ja mikäli maasulkuvirran muutos poikkeaa olennaisesti nollasta, todetaan lähtö vialliseksi. Maasulkuvirran muutoksen laskemiseen voidaan käyttää vaihtoehtoisesti jotakin toista nollajännitteen poikkeutustapaa kompensoinnin viritysmuutoksen sijasta.

10 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

15

Keksinnön menetelmä mahdollistaa yksinkertaisen valvonnan ilman tietoa verkon yksityiskohtaisista parametreista. Tästä huolimatta menetelmä on herkkä, sillä vian r I indikointi perustuu maasulkuvirran muutokseen, jolloin absoluuttiarvojen mittausten systemaattiset virheet kompensoivat toisensa hyvällä tarkkuudella.

20 : ’ ·'; Keksinnöllä on myös useita lisäetuja tarjoavia edullisia sovellusmuotoja.

* · : Keksinnön joidenkin edullisten sovellusmuotojen keskeinen etu aiemmin esitettyihin menetelmiin ja julkaisuihin nähden liittyy siihen, että menetelmän käytännön • · t 25 toteutuksesta on mahdollista tehdä yksinkertainen ja menetelmä on myös helposti liitettävissä osaksi muuta verkostoautomaatiota. Menetelmän käytännön soveltaminen ei » · · '...· vaadi lähtötietoina verkon komponenttien sähköteknisiä lajitietoja (siis verkkotietoja).

··> Menetelmä voidaan ajatella mustana laatikkona, jonka sisäänmenoina ovat v : sovellusmuodosta riippuen esim. mitatut nollajännitteet, vaihejännitteet ja summavirrat 30 ja ulostulona indikaatio suuriresistanssisesta maasulusta, joka tieto lähetetään yksisuuntaisena tapahtumatietona ylemmän tason automaatiojärjestelmälle. Menetelmä voidaankin haluttaessa implementoida yhteen kennoterminaaliin, eikä indikointi vaadi kommunikointia muiden releiden tai tietojärjestelmien kanssa, mikä tekee siitä I 108894 5 robustimman ja joustavamman esimerkiksi EP-julkaisussa 97942985.9 kuvattuun menetelmään verrattuna. Edelleen menetelmään tietyissä sovellusmuodoissa liittyvä rele/ala-asema voidaan installoida verkon varrella olevalle erotinala-asemalle. Koska tässäkään tapauksessa ei välttämättä tarvita indikoinnin muodostamisen kannalta muita 5 lähtö-tietoja tai kommunikointia tietoliikenteen kautta ylemmän tason releiden/tietojärjestelmien kanssa, on menetelmä mahdollista toteuttaa käytännössä huomattavasti selkeämmin kuin EP-julkaisussa 97942985.9 kuvattu menetelmä.

Menetelmän ehkä merkittävin etu erityisesti julkaisun WO-9627138 mukaiseen 10 ratkaisuun nähden on se, että sähköverkon vikaantumassa oleva lähtö tai haara voidaan ilmaista ilman, että tarvitsee tuntea johtojen lajitietoja, kuten maasuskeptansseja (B0). Lähtöjen maa-admittansseja ei tarvitse myöskään välttämättä määrittää mittauksin. Vian ilmaisu toimii aina oikein, myös silloin kun vika tapahtuu pian lähdön kytkentämuutoksen j älkeen.

15

Keksinnön merkittävä ero julkaisun [Lei97] DDA-menetelmään verrattuna on se, että vikaantumassa oleva lähtö tai haara voidaan ilmaista ilman ennakkotietoa lähdön maa-| admittanssista. Tällöin lähdön maa-admittanssiin ja erityisesti sen maakonduktanssiin [ liittyvä epävarmuus ja epätarkkuus voidaan välttää. Tämä kasvattaa siten indikoinnin ! ·. 20 herkkyyttä ja vikaresistanssin laskennan tarkkuutta. Käytännössä fysikaalista . *: ·. maakonduktanssia ei pystytä määrittämään sähköasemilla olevien mittalaitteiden avulla.

.*··. Laskenta-algoritmina keksinnön mukainen menetelmä on täysin erilainen julkaisun [Lei97] menetelmiin verrattuna. Keksinnön mukainen menetelmä kykenee edullisella tavalla sovellettaessa reagoimaan lähdön maasulkuvirran monitoroinnissa yli ; ” *: 25 verkkojakson pituuden kestäviin nollajännitteen muutoksiin, toisin kuin esimerkiksi EP- julkaisussa 97942985.9 kuvattu menetelmä, joka mittaa nollajännitteen usean minuutin : : keskiarvoa ja siinä tapahtuvia muutoksia. Menetelmää voidaan soveltaa sähköverkon '...: monitorointiin vaikka, verkossa ei tapahtuisikaan luonnostaan nollajännitteen muutosta.

* * * : ” ‘: 30 Keksinnön maa-admittanssia käyttävissä sovellusmuodoissa lähtöjen maa-admittanssien ; määrittäminen mittauksin parantaa vikavirtojen laskennan tarkkuutta verkkotiedoista : laskettuihin arvoihin verrattuna sekä mahdollistaa sen, että releellä on ajanmukainen tieto lähdön sähköisestä pituudesta. Tällöin lähdön sähköistä eristystilaa kuvaava 108894 6 vikaresistanssi voidaan määrittää tarkemmin. Lähdön sähköisen pituuden määrityksessä voidaan hyödyntää verkossa luonnostaan tapahtuvia nollajännitteen muutoksia. Tällöin lähdön maasuskeptanssi voidaan laskea pienivikaresistanssisten maasulkujen yhteydessä. Mikäli verkko on kompensoituja varustettu kelan automaattisella säätäjällä, 5 myös kelan säädön aiheuttamaa nollajännitteen muutosta voidaan käyttää lähtöjen maasuskeptanssien laskentaan.

Keksinnön edulliset sovellusmuodot mahdollistavatkin verkon eri lähtöjen valvomisen ja muilla indikointimenetelmillä saadun tuloksen varmistamisen. Menetelmä ilmaisee 10 vian olemassaolon ja viallisen lähdön. Vikaresistanssin suuruus voidaan laskea esim. jäljempänä kuvatun menetelmän avulla.

Keksinnön etuna voidaan pitää myös sitä, että sen toteuttaminen ei välttämättä vaadi J uusia laiteratkaisuja, mittauksia tai mitta-antureita, vaan algoritmit voidaan liittää ! 15 ohjelmallisesti olemassa oleviin numeerisiin monitoimireleisiin nykyisiä, olemassa olevia mittalaitteita hyödyntäen.

Koska lähdön maa-admittanssin laskenta perustuu nollavirran ja nollajännitteen muutokseen, eikä kyseisten suureiden absoluuttiarvoihin, lähdön maakapasitanssien 20 epäsymmetriasta aiheutuva virhe eliminoituu.

* · · < · · * · · * · ·

Mitattavat nollajännitteen ja summavirran arvot sekä niissä tapahtuvat muutokset ovat :' ·, * pieniä mittalaitteiden nimellisarvoihin verrattuna. Keksinnön mukaisessa menetelmässä maa-admittanssia laskettaessa käytetään yksittäisen mittausarvon sijasta kyseisen ;" ’; 25 suureen muutosta. Tällöin merkittävä osa mittausvirheestä eliminoituu, koska virhe on > » · saman suuntainen muutosta edeltävässä ja sen jälkeisessä mittauksessa.

* · • · · j V,,,·’ Suuriresistanssisten maasulkujen ilmaisu on ongelmallista olemattoman pienen » | ; ’ · ‘; vikavirran vuoksi. Herkin suoraan verkosta mitattava indikaattori ko. vikatapauksissa on 30 nollajännite. Nollajännitteen tehollisarvon tai koko verkon vuotoresistanssin , ·, ; muutokseen perustuva vianilmaisu ei kerro suoraan viallista lähtöä, vaan se joudutaan , . : määrittämään muilla keinoilla. Keksinnön sovellusmuotojen avulla voidaan valvoa » · jokaista lähtöä erikseen.

7 1 08894

Menetelmä ei edellytä informaation siirtoa releen ja ylemmän tason automaatiojärjestelmien välillä tai releiden välillä. Keksinnön tällaisten sovellusmuotojen avulla voidaan ehkäistä myös maasulun seurannaisvikoja (esim. 5 kaksoismaasulut), koska viat voidaan havaita ennen kuin ne aiheuttavat lisärasitusta verkon terveille vaiheille.

Edullisten sovellusmuotojen mukaisilla menetelmillä pystytään ilmaisemaan sähköverkon lähdön alentunut eristystaso selvästi aikaisempaa suuremmalla 10 herkkyydellä eli pystytään ilmaisemaan aikaisempaa suurempia vikaresistansseja. Vian olemassaolo pystytään määrittämään myös aikaisempaa luotettavammin ja herkemmin, koska viallisen lähdön määrittämiseen ei tarvita ennakkoon laskettuja maa-admittanssiarvoja.

15 Esitetty menetelmä on kokonaisuutena edullinen, koska se ei välttämättä vaadi uusia mittauksia tai laitteita. Tarvitaan ainoastaan uuden/uusien toimilohkojen ohjelmointi releelle.

Keksintöä tarkastellaan seuraavassa lähemmin esimerkkien avulla ja oheisiin kuvioihin •. 20 viitaten.

• · · » · ·

Kuvio 1 esittää graafisesti vektoreina verkon symmetriset vaihejännitteet, terveen tilan epäsymmetriset vaihejännitteet, vian aikaiset epäsymmetriset vaihejännitteet sekä verkon normaali- ja vikatilaa vastaavat nollajännitteet maasta erotetun verkon : 25 yksivaiheisessa maasulussa.

Kuvio 2 esittää graafisesti vektoreina verkon symmetriset vaihejännitteet, terveen tilan ’...· epäsymmetriset vaihejännitteet, vian aikaiset epäsymmetriset vaihejännitteet sekä verkon normaali- ja vikatilaa vastaavat nollajännitteet kompensoidun verkon : 30 yksivaiheisessa maasulussa.

t 108894 8

Kuvio 3 esittää esimerkkinä kompensoitua keskijänniteverkkoa, joka koostuu sekä säteittäisistä että renkaaksi kytketyistä lähdöistä. Renkaaksi kytketyt lähdöt syötetään samalta, esimerkiksi 110/20 kV sähköasemalta.

5 Tässä julkaisussa sekä summavirralla että nollavirralla tarkoitetaan vaihevirtojen summaa, erityisesti vaihevirtojen vektorisummaa tai osoittimien perusteella laskettua summaa. Lähdön summavirta voidaan mitata esim. kaapelivirtamuuntajan avulla.

Sähköverkon lähdön i maa-admittanssi Xoi voidaan laskea lähdön nollavirran muutoksen 10 Ajoi ja nollajännitteen muutoksen AUo osamääränä. Näin lasketun maa-admittanssin reaaliosa kuvaa johtolähdön vaiheiden ja maan välistä konduktanssia ja imaginääriosa vaiheiden ja maan välistä suskeptanssia, joka muodostuu maakapasitansseista.

lo, = - V + ;<><:„, = G0, + jBm (1) *0 i ^LLo 15

Roi = kolmen vaiheen ja maan välinen vuotoresistanssi Goi = kolmen vaiheen edustama maakonduktanssi Coi = kolmen vaiheen edustama maakapasitanssi . ‘ , Boi kolmen vaiheen edustama maasuskeptanssi : 20 ω = kulmataajuus *« · * · * · * •,' · · Normaalisti terveen johtolähdön fysikaalinen vuotoresistanssi on megaohmien luokkaa, joten maakonduktanssi on suuruusluokaltaan dekadilla 10"6 1/Ω. Kenttämittauksista • « 4 ’ · ·' saaduista tuloksista kaavan 1 avulla lasketut maakonduktanssiarvot ovat usein samalla 25 dekadilla kuin lähdön vastaava maasuskeptanssi. Tämä ei voi pitää fysikaalisesti i *, ';;; ‘ paikkaansa, vaan kyseisen maasuskeptanssin voidaan katsoa olevan virtuaalista, lähinnä • | ;·* mittausepätarkkuuksista johtuvaa. Sähköasemilla olevien mittalaitteiden * t » v · mittaustarkkuus ja numeeristen releiden näytteenottotaajuus eivät tyypillisesti riitä

* * I

'... · johtolähdön tai koko verkon fysikaalisesti oikean maakonduktanssin määrittämiseen em.

: 30 menetelmällä. Sähköverkon lähdön sähköisen eristystilan valvonnassa päästään * » herkempään ilmaisuun jos lähdön normaalitilan vuotoresistanssia ei tarkastella ollenkaan, vaan vikaresistanssin laskennassa käytetään ainoastaan lähdön j 108894 9 maasuskeptanssia ja summavirran loiskomponenttia. Tällöin maasulkuvikojen indikoinnissa päästään huomattavasti suurempien vikaresistanssien ilmaisuun kuin aikaisemmin tunnetuilla menetelmillä ja laskentatuloksena saatava resistanssiarvo on tarkempi. Kaavan 1 avulla laskettu maasuskeptanssi vastaa tehtyjen kenttämittausten ja 5 niistä saatujen kokemusten mukaan varsin hyvin lähdön sähköistä pituutta.

I Sähköverkon lähdön sähköisen eristystilan määrittäminen vikaresistanssin avulla 10 Seuraavassa on esitetty menetelmä sähköverkon lähdön sähköisen eristystilan määrittämiseksi vikaresistanssin avulla, jossa menetelmässä vikaresistanssi lasketaan johtolähtökohtaisesti. Koska laskennassa käytetään ainoastaan lähdön terveen tilan maa-admittanssin imaginääriosaa eli maasuskeptanssia täytyy myös lähdön summavirrasta erottaa loiskomponentti. Lähdön summavirrassa on myös maakapasitanssien 15 epäsymmetriasta aiheutuva komponentti. Koko verkon tasolla maakapasitanssien epäsymmetria aiheuttaa verkkoon pienen nollajännitteen myös normaalitilan aikana. Maakapasitanssien epäsymmetrian vaikutus täytyy eliminoida sekä nollajännitteestä että lähtöjen summavirroista. Siten laskenta palautetaan vastaamaan symmetristä alkutilannetta.

20 > « ·

Laskenta käynnistyy verkon nollajännitteen muutoksesta. Nollajännitteen muutoksen itseisarvo lasketaan seuraavasta kaavasta 2. Jos nollajännitteen muutos aiheutuu ; * ·,; maasulusta, AU0 merkitsee maasulusta aiheutuvaa nollajännitettä (kuvio 1), koska : mitatusta maasulun aikaisesta nollajännitteestä vähennetään terveen tilan nollajännite.

i 1 « ', t» 25 Tämä eliminoi kapasitanssiepäsymmetrian vaikutuksen mitattuun nollajännitteeseen.

Kun AU^n itseisarvo ylittää määritellyn kynnysarvon Uok, käynnistyy viallisen vaiheen * t * '·>' määritys ja vikaresistanssin laskenta kaikilla lähdöillä. Vektoria AU0 käytetään • · ’; · ’ laskennassa myös referenssi vektorina.

I i • * · * » » » · ' 30 (2)

' I

• t t ' i t > « »

Uq' = mitattu nollajännite ennen muutosta (verkon normaalitila) 108894 10 U0M = mitattu nollajännite muutoksen jälkeen (verkon mahdollinen vikatila)

Vikaresistanssi lasketaan kullekin lähdölle seuraavasta kaavasta. Kaikki alleviivatut suureet ovat vektoreita. Laskennassa käytetyt vektorit on määritetty samanaikaisilla 5 mittauksilla. Vikaresistanssin laskenta tapahtuu vaihekohtaisesti viallisen vaiheen jännitteen avulla.

n |ΔΖοι|™>Ί>/„+·8(κ|Δ£!ο| 10 ^ioi = —02i ~ —01/ (^) RFi = lähdön i vikaresistanssi

UvF = viallisen vaiheen ja maan välinen jännite = viallisen vaiheen jännitevektorin UvF ja vektorin AIJo välinen vaihekulma 15 AIq; = lähdön i summavirran muutos

Io,; = lähdön i summavirta ennen nollajännitteen muutosta Io2i = lähdön i summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen φ/ο = vektorien AIoj ja AU0 välinen vaihekulma : '·· Boi = lähdön i kolmen vaiheen yhteenlaskettu maasuskeptanssi (maa-admittanssin V : 20 imaginääriosa) * ♦ Lähtöjen maasuskeptanssit B0 päivitetään aina pienivikaresistanssisten maasulkujen *··' yhteydessä. Tarvittaessa voidaan hyödyntää myös verkkotiedoista laskettuja lähtöjen j · · · ’ B0:n arvoja. Kuvattu menetelmä ei ole herkkä lähdön maasuskeptanssin virheelle, koska 25 viallisen vaiheen määrittämisessä ei tarvita B0:n arvoa ollenkaan ja myös i;; vikaresistanssin suuruusluokka kertoo vian olemassaolosta.

: Kuvattu menetelmä voidaan toistaa jaksoittain mielivaltaisina myöhempinä ajankohtina ' RF:n laskemiseksi niin, että lähtöä tai lähtöjä voidaan valvoa jatkuvasti. Kun

; 30 vikaresistanssi RF alittaa sille asetellun kynnysarvon RFk lähtö tulkitaan vialliseksi. RF

108894 11 i i voidaan määrittää lyhimmillään verkkojakson pituuden mittaisin välein siten, että myös lyhytkestoiset ohimenevät maasulut voidaan tunnistaa.

II Sähköverkon renkaaksi kytketyn lähdön sähköisen eristystilan määrittäminen 5

Suurjännitteinen sähkönjakeluverkko on rakennettu normaalisti rengasmaiseksi vian aikaisten varasyöttömahdollisuuksien aikaansaamiseksi ja verkon luotettavuuden parantamiseksi. Seuraavassa tarkastellaan renkaaksi kytketyn lähdön maasulun indikointia. Renkaaksi kytketty lähtö (lähtö A+B kuviossa 3) koostuu kahdesta samalta 10 sähköasemalta lähtevästä säteittäisestä lähdöstä, rengaslähdöstä (lähdöistä A ja B kuviossa 3), jotka on kytketty yhteen renkaan muodostamista varten.

Hyvin suuriresistanssiset maasulut voidaan indikoida renkaaksi kytketyn lähdön tapauksessa saman algoritmin (kaava 3) mukaisesti kuin säteittäisen lähdön tapauksessa. 15 Erona on se, että säteittäisen lähdön summavirran asemasta käytetään renkaaseen kytkettyjen lähtöjen nollavirtojen summaa. Vikaresistanssi lasketaan kaavasta 5 lähtöjen A ja B ollessa kytkettynä renkaaksi kuvion 3 merkintöjä käyttäen. Lähtöjen A ja B nollavirtojen summasta käytetään ilmaisua "renkaaksi kytketyn lähdön kokonaissummavirta".

20 :'··· R„-,-, (5) ' ί : hZo^|sin(P/0,5 +Βο,\Δ110\ mo=HoM-U o' (6) t · # * · 25 ALqaB = (ΖθΑ2 +/052)- {Loai + Lobi) (7) s · 1 · Ψυ0 =arg(f/0W-ZV)> Ψι0ΑΒ =arg(A/0/J-(pUo (8) •, >: RFi = renkaaksi kytketyn lähdön i vikaresistanssi ; ’. : 30 Uo’ = verkon nollajännite ennen muutosta ; ’ * _ · U0M = verkon nollajännite muutoksen jälkeen 12 108894

IoA1 = rengaslähdön A summavirta ennen nollajännitteen muutosta

IoB1 = rengaslähdön B summavirta ennen nollajännitteen muutosta !oA2 = rengaslähdön A summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen

Iob2 = rengaslähdön B summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen 5 φ^ο = vektorin AUq vaihekulma <py = vektorien ΔΙολβ ja AUq välinen vaihekulma B0r = renkaaksi kytketyn lähdön (kuvio 3: A+B) yhteenlaskettu maasuskeptanssi (kolmen vaiheen summa) 10 Vikaresistanssin laskenta tapahtuu vaihekohtaisesti viallisen vaiheen jännitteen avulla. Rengaskytkentä ei vaikuta viallisen vaiheen päättelyyn, vaan se tehdään vaihej ännitteiden j a nollajännitteen avulla siten kuin seuraavassa on esitetty.

Viallisen vaiheen määrittäminen maasta erotetussa verkossa 15

Kun AU0:n itseisarvo ylittää sille määritellyn kynnysarvon, ensimmäinen tehtävä on viallisen vaiheen määrittäminen. Viallisen vaiheen päättely tapahtuu hieman eri tavalla maasta erotetussa ja kompensoidussa verkossa. Viallisen vaiheen päättely on jo sinänsä herkkä maasulun indikointimenetelmä.

20 * * ·

Kuvioon 1 on piirretty vektoreina maasta erotetun verkon symmetriset vaihejännitteet, .···. terveen tilan epäsymmetriset vaihej ännitteet, maasulun aikaiset epäsymmetriset • · · vaihejännitteet, terveen tilan aikana mitattava nollajännite, maasulun aikana mitattava ;. nollajännite sekä symmetristä alkutilaa vastaava maasulun aikainen nollajännite. Maasta 25 erotetussa verkossa nollajännite ja viallisen vaiheen jännite piirtävät puoliympyrän kaaren vikaresistanssin funktiona. Tämä merkitsee sitä, että viallisen vaiheen jännite on • t>>: maasulun aikana vikaresistanssin suuruudesta riippumatta 90° edellä symmetristä alkutilaa vastaavaa nollajännitettä (AUn). Käytännössä verkossa esiintyy myös : T: normaalitilassa pieni nollajännite maakapasitanssien epäsymmetriasta johtuen, jolloin : : 30 myös terveen tilan vaihejännitteet ovat epäsymmetriset. Kun vian aikana mitatusta nollajännitteen vektorista vähennetään ennen vikaa mitatun nollajännitteen vektori, [ saadaan tulokseksi symmetristä alkutilaa vastaava nollajännite. Vialliseksi vaiheeksi 108894 13 tulkitaan se, jonka vaihejännite on likimain 90° edellä referenssi vektoria AU0. Käytännössä vaihtelu voi olla raja-arvon ympärillä muutamia asteita mittausepätarkkuuksien vuoksi. Tällöin vaiheiden jänniteosoittimien kulmat nollajännitteeseen nähden ovat seuraavat, jos vaihe 1 oletetaan vialliseksi. Kaavat on 5 laskettu ideaalisen tilan mukaisesti (90°).

9^,,=90°. Φιν = <(>„„-120° = -30°, 9¾. =9^,,-240° = -150° (9)

Kuvion 1 merkintöjen selitykset: 10 1,2,3 = vaihetunnukset U0' = terveen tilan nollajännite U0M = maasulun aikana mitattava nollajännite AU0 = symmetristä alkutilaa vastaava maasulun aikainen nollajännite 15 U„U2,U3 = symmetriset vaihejännitteet U/, U2', U3' = epäsymmetriset terveen tilan vaihejännitteet U1F, U2P, U3F = epäsymmetriset maasulun aikaiset vaihejännitteet

Viallisen vaiheen ja maan välinen jännite maasulun aikana ei riipu verkon 20 kapasitanssiepäsymmetriasta eikä terveen tilan nollajännitteestä (kuvio 1). Symmetristä • ” alkutilaa vastaava nollajännite AU,, voidaan laskea seuraavasta kaavasta.

W0=U0M-U0 (10) : 25 Viallisen vaiheen määrityksessä ja vikaresistanssin laskennassa käytetään symmetristä alkutilaa vastaavaa nollajännitettä, koska ainoastaan silloin kulmaehto (9) on voimassa. Terveen tilan nollajännitteen ja vian aikaisen nollajännitteen osoittimet tunnetaan mittausarvoina. Maasta erotetussa verkossa kaavan 3 osoittaja on positiivinen viallisen : vaiheen tapauksessa ja negatiivinen terveiden vaiheiden tapauksessa. Tätä voidaan • _: 30 käyttää viallisen vaiheen tarkistuksena.

108894 14

Symmetristä alkutilaa vastaava AUn voidaan määrittää vaihtoehtoisesti myös toisella tavalla. Mitataan jatkuvasti verkon pääjännitteitä, jotka eivät muutu maasulun seurauksena. Pääjännitteiden avulla voidaan määrittää symmetriset vaihejännitteet U„ U2 Ja U3. Pääjännitteiden pitäisi olla likimain samoja sekä terveessä tilassa että 5 maasulun aikana. Käytännössä pääjännitteiden itseisarvot eroavat toisistaan hieman mittausepätarkkuuksista johtuen. Jännitteessä voi olla myös hieman vastakomponenttia. Vaihejännitteen itseisarvona voidaan käyttää esimerkiksi kolmen pääjännitteen keskiarvosta laskettua vaihejännitettä.

10 συ

Symmetristen vaihejännitteiden U,, U2, U3 (kuvio 1) itseisarvoiksi asetellaan kaavasta 11 laskettu |U,|:n arvo ja vaihekulmat asetetaan vastaamaan symmetristä tilannetta. U,:n kulma on terveessä tilassa vektorin (U,' - Uq') vaihekulma tai maasulun aikana vektorin 15 (UlF " (Uom " U0')) kulma. Vaihejännitteiden kulmat asetellaan ideaaliseen arvoonsa, esim. arg(U,) = 30°, arg(U2) = -90°, arg(U3) = 150°. Kun vaihejännitteiden itseisarvot ja vaihekulmat määritetään em. tavalla päästään laskennassa hyödyntämään ideaalisen I symmetrisiä jännitteitä. Tällöin symmetristä lähtötilannetta vastaava nollajännite AU0 voidaan määrittää suoraan viallisen vaiheen mitatun jännitteen ja em. tavalla lasketun ·’ *' 20 symmetrisen vaihejännitteen avulla (kuvio 1, kaava 12).

' · · υ0=υ]ρ-υ]^υ2ρ-υ2=υ3Γ-υ3 (12) ,··, Hyvin suuriresi stanssi sen maasulun aikana vaihejännitteet U1F, U2F ja U3F ovat lähellä • » 25 terveen tilan arvoja, joten niiden suhteen mittaustarkkuus on hyvä. Jos nollajännite AUq : ‘ : lasketaan muutoksena kaavan 10 avulla, suurin mittausepätarkkuus kohdistuu laskettuun I ' AU0:n arvoon. Tämä johtuu siitä, että mitattavat nollajännitteen arvot ovat yleensä ! . pieniä.

•' . 30 Viallisen vaiheen päättely em. menetelmällä on jo sinänsä herkkä vian , ; indikointimenetelmä. Verkon kapasitanssiepäsymmetriasta aiheutuva terveen tilan 108894 15 nollajännite Up' voi olla minkä suuntainen tahansa. Jos verkon nollajännite muuttuu johtopituuden tai epäsymmetrian muutoksen seurauksena, voi sattumalta käydä niin, että jokin vaihejännite on 90° edellä nollajännitteen muutosvektoria AUp. Tällaisen tilanteen todennäköisyys on pieni, mutta viallisen vaiheen päättely ei yksinään ole täysin riittävä 5 ehto vian olemassaololle. Vikaresistanssin suuruus paljastaa tällöin, että mikään lähdöistä ei ole viallinen. Viallisen vaiheen päättely toimii ennakkoehtona vikaresistanssin laskennalle.

Viallisen vaiheen määrittäminen kompensoidussa verkossa 10

Kuvioon 2 on piirretty kompensoidun verkon symmetriset vaihejännitteet, terveen tilan epäsymmetriset vaihejännitteet, maasulun aikaiset epäsymmetriset vaihejännitteet, ! terveen tilan nollajännite, symmetristä alkutilaa vastaava maasulun aiheuttama nollajännite ja maasulun aikana mitattava nollajännite. Jännitteiden symbolit ovat samat 15 kuin kuviossa 1. Nollajännite ja viallisen vaiheen jännite piirtävät vikaresistanssin funktiona kaaren, jonka säde riippuu verkon kompensointiasteesta. Ylempi puoliympyrän kaari vastaa maasta erotettua tilannetta ja alempi puoliympyrän kaari ääretöntä ylikompensointia.

20 Kompensoidussa verkossa viallisen vaiheen päättely on mutkikkaampaa kuin maasta erotetussa verkossa. Viallisen vaiheen jännitteen vaihekulma nollajännitteeseen • · * * * * AUp nähden voi olla alikompensoidussa verkossa välillä 90°...180° ja ylikompensoidussa verkossa välillä -90°...-180°. Alhaisella kompensointiasteella * · · * « · vaihekulma lähestyy 90° ja reilusti ylikompensoidussa tilanteessa -90°. Kun * · : 25 maadoituskuristin on viritetty hyvin lähelle resonanssia, kulma φ^οη lähellä 180°.

Viallisen vaiheen päättely em. menetelmällä ei ole yhtä hyvä vian indikointimenetelmä kuin maasta erotetun verkon viallisen vaiheen päättely. Muista syistä kuin maasulusta aiheutuvat nollajännitteen muutokset johtavat todennäköisemmin siihen, että jonkin ’ vaiheen jännitteen vaihekulma nollajännitteeseen AU0 nähden on sellaisella alueella, että 30 ko. vaihe tulkitaan vialliseksi. Tällöin laskettu vikaresistanssi paljastaa lähdön olevan * · . ·: terve. Menetelmä paljastaa siis sen vaiheen, joka voi olla viallinen. Kulman avulla 108894 16 voidaan päätellä myös, onko verkko ali- vai ylikompensoitu. Jos todetaan, että verkossa on maasulku, kulman tp^ avulla voidaan määrittää myös verkon kompensointiaste.

Tästä on hyötyä varsinkin silloin kun, verkossa on kiinteää (ei säädettävää) kompensointia joko sähköasemalla tai hajautetusti verkossa, eikä kelojen nollavirroista 5 ole mittaustietoa käytettävissä. Tällöin verkon kompensointiasteen tarkka määrittäminen muilla keinoilla on vaikeaa.

Kun verkko on viritetty resonanssiin nollajännitteen (AUq) vektori on vastakkaissuuntainen viallisen vaiheen symmetriseen vaihejännitteeseen verrattuna. 10 Täysin kompensoidussa symmetrisessä jäijestelmässä viallisen vaiheen jännite on aina alhaisin, koska jäännösvirta on tällöin täysin resistiivistä. Myös tätä voidaan käyttää varmistavana keinona viallisen vaiheen määrittämisessä, jos verkko on mahdollista säätää resonanssiin.

15 III Sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön ilmaiseminen summavirran muutoksen suunnan avulla

Sekä kaavan 3 mukainen menetelmä että aikaisemmin tunnetut menetelmät suuriresistanssisten vikojen paikantamiseksi oikealle lähdölle edellyttävät ajanmukaista 20 tietoa lähdön sähköisestä pituudesta. Jotta voitaisiin ilmaista ja paikantaa * ‘ mahdollisimman luotettavasti maasulkuja, joissa vikaresistanssi on hyvin suuri, esim.

' · ‘ ' satoja kilo-ohmeja, täytyy lähdön maasuskeptanssiin liittyvät epävarmuustekijät pystyä ·*·' eliminoimaan. Lähdön kytkentätila ei myöskään välttämättä vastaa muistissa olevaa * · » * * * · maasuskeptanssin B0 arvoa, jos juuri ennen vikaa on tapahtunut kytkentämuutos. B0:n 25 arvoon sisältyy myös mittausepätarkkuuksista aiheutuvaa virhettä. Seuraavassa esitelty menetelmä toimii oikein aina, myös silloin kun vika sattuu lähdöllä, jonka kytkentätila on juuri muuttunut. Menetelmä ei tarvitse lähtötietona lähdön maasuskeptanssia (B0), , ilt joten siihen liittyvät epätarkkuudet eivät vaikuta indikointitulokseen.

30 Maasta erotetussa verkossa viallisen lähdön summavirran loiskomponentti on maasulun * · aikana vastakkaissuuntainen terveeseen lähtöön verrattuna. Seuraavassa tarkastellaan * · * » * - ” summavirran lois- ja pätökomponentteja erikseen. Lähdön kapasitanssiepäsymmetrian 108894 π aiheuttama summavirtakomponentti voi olla minkä suuntaista tahansa eli se voi aiheuttaa virtuaalista pätö- tai loisvirtaa kokonaissummavirtaan. Siksi sen vaikutus täytyy eliminoida.

5 Maasulun aiheuttamat lähtöjen summavirtojen suunnanmuutokset lasketaan jokaisen nollajännitteen muutoksen yhteydessä. Laskennan käynnistymisen ehtona on se, että nollajännitteen muutos ylittää asetellun kynnysarvon (Uok).

= (13) 10 U0' = mitattu nollajännite ennen muutosta (verkon normaalitila) U0M = mitattu nollajännite muutoksen jälkeen (verkon vikatila)

Teoriassa lähdön summavirran muutoksen suunta ja siten vian olemassaolo voidaan 15 päätellä erikseen summavirran pätö- tai loiskomponentin avulla. Maasta erotetussa verkossa pätökomponentti on kuitenkin usein riittämätön tähän tarkoitukseen. Luotettavimmin viallinen lähtö voidaan ilmaista summavirran loiskomponentin muutoksen suunnan avulla (kaavat 14 ja 15).

20 AI0li =|/02,.-/01,.|sin(cp/oi -(Pi/JcO -> terve lähtö (14) « * * · * O Δ/0/|. = \Lo2i -Zoi,|sin(<P/0l -φι/0)> 0 viallinen lähtö (15) = |Zo2/ - Zoi, | cos(<p/of -cpc/o)> 0 -> terve lähtö (16) ! * · 25 : Δϊορί ~ \Lo2i -Z01i|cos((P/0i. -(Pf/o)<0 -> viallinen lähtö (17) » v : <p/oi = arg(A/0i) = arg(/02/ -701; ) (18) : '; 30 <P(/0 = arg(AU0) = arg(U02-Um) (19) • · 108894 18 AI01i = lähdön i summavirran loiskomponentin muutos ΔΙορί = lähdön i summavirran pätökomponentin muutos Iojj = lähdön i summavirta ennen muutosta 5 I02i = lähdön i summavirta muutoksen jälkeen U01 = nollajännite ennen muutosta

Uo2 = nollaj ännite muutoksen jälkeen φ/ο = summavirran muutosvektorin ΔΙ^ vaihekulma φ υ = noil aj ännitteen muutosvektorin AU,, vaihekulma 10

Summavirran loiskomponentin muutoksen suuntaan perustuva menetelmä (kaavat 14 ja 15) soveltuu käytettäväksi maasta erotetuissa ja kompensoiduissa verkoissa.

. Kompensoidussa verkossa käytön ehtona on se, että kompensoinnin vinovirityksen (alikompensointi) täytyy olla suurempi kuin ao. indikointimenetelmällä varustettavan 15 lähdön sähköinen pituus (B0). Jos esimerkiksi maakaapelilähdön tuottama maasulkuvirta on 50 % koko verkon maasulkuvirrasta ja verkon kompensointiaste 70 %, menetelmä ei ! sovellu käytettäväksi ao. kaapelilähdöllä, koska summavirran loiskomponentin suunta ei muutu maasulun seurauksena. Sen sijaan menetelmää voidaan käyttää muilla saman sähköaseman syöttämillä lähdöillä, joiden yksinään tuottama maasulkuvirta on alle 20 30 % koko verkon maasulkuvirrasta. Yleisesti voidaan sanoa, että mikäli • · kompensoinnin vinoviritys (alikompensointi) on suurempi kuin minkään yksittäisen * 1 . ’ 1 ’, lähdön sähköinen pituus (B0), kaavoja 14 ja 15 voidaan soveltaa rajoituksetta.

»» · < 1 · t »

Summavirran loiskomponentin muutoksen suuntaan perustuva menetelmä (kaavat 14 ja • 1 · j :"1j 25 15) soveltuu käytettäväksi myös hajautetusti kompensoidussa verkossa, jos lähdöillä ♦ »· sijaitsevat kompensointiyksiköt on mitoitettu siten, että lähdöt eivät ylikompensoidu

; 1 I

J maasulussa, mikä on yleisesti käytettävä mitoitusperuste. Jos maasulkusuojaus perustuu ,,,·' summavirran pätökomponenttiin, jolloin lähdöt voivat suojauksen häiriintymättä t ylikompensoitua, voidaan myös vian indikointi toteuttaa summavirran t 30 pätökomponenttiin perustuvana.

* » t 1 1 » * > » 108894 19

Kompensoidussa verkossa, jossa käytetään lisäkuormitusvastusta jatkuvasti kelan rinnalla, voidaan indikointi toteuttaa summavirran pätökomponentin suunnan muutoksen avulla (kaavat 16 ja 17). Teoriassa terveen lähdön vuotoresistanssin aiheuttama pätökomponentti on saman suuntainen kuin nollajännite eli kaava 16 pitää 5 paikkansa. Käytännössä lähdön vuotoresistanssi on hyvin suuri (megaohmiluokkaa). Siten terveen lähdön maasulun aikana tuottama pätökomponentti on mitättömän pieni, I jolloin mittaustarkkuuteen kohdistuu suuria vaatimuksia. Mittausepätarkkuuksista johtuen lähdön pätökomponentin suuruudelle voidaan määritellä myös kynnysarvo. Tällöin lisäkuormitusvastuksen ja/tai taustaverkon viallisen lähdön summavirtaan 10 tuottama pätökomponentti ylittää reilusti ko. kynnysarvon. Ko. kynnysarvoa voidaan i käyttää kaavojen 16 ja 17 lisäkriteerinä.

Maasta erotetussa verkossa ei ole mahdollista, että kaava 14 tai 15 saisi arvon nolla. Indikoinnin herkkyys ja siten indikointitulos on kiinni vain mittaustarkkuudesta. 15 Kompensoidussa järjestelmässä on teoriassa mahdollista, että maasulku ei aiheuta mitään muutosta viallisen lähdön summavirran loiskomponenttiin eli kaavat 14 ja 15 antavat arvon nolla. Tällainen tilanne syntyy, jos kompensoinnin vinoviritys (alikompensointi) on täsmälleen saman suuruinen kuin viallisen lähdön sähköinen pituus (B0). Tilanne on teoreettinen eikä sitä tarvitse ottaa huomioon käytännön 20 tarkasteluissa.

* * · ' ' IV Sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön ilmaiseminen ;··[ maasuskeptanssin etumerkin avulla ‘ · * · li! 25 Toinen vaihtoehto vikaantumassa olevan keskijännitelähdön ilmaisemiseksi on laskea ! « lähdön maa-admittanssi summavirran ja nollajännitteen muutosten avulla ja tarkastella ··· maa-admittanssin imaginääriosan eli maasuskeptanssin etumerkkiä. Lähdön * · * * * , , ,···. maakonduktanssia ei oteta tarkastelussa huomioon, koska sitä ei pystytä nykyisillä mittaustarkkuuksilla määrittämään riittävän tarkasti. Jopa mitatun maakonduktanssin * * · . 30 etumerkki voi olla väärä teoriaan verrattuna. Tällöin terveen ja viallisen lähdön ehdoiksi * · ’ ’ saadaan:

' ‘ (Δ7 ·N

: ‘ ·. - Im ~Q| <0 —» terve lähtö (20) V ^—0 j 20 1 08894 (ai n

Im >0 -»viallinen lähtö (21)

Laskenta käynnistyy nollajännitteen muutoksen ylittäessä määritellyn kynnysarvon 5 (kaava 13). Kaavojen 20 ja 21 soveltamisen ja käytön rajoitukset ovat samat kuin kaavojen 14 ja 15.

V Sähköverkon renkaaksi kytketyn lähdön vikaantumisen ilmaiseminen summavirran muutoksen suunnan tai maasuskeptanssin etumerkin avulla 10

Suuijännitteinen sähkönjakeluverkko on rakennettu normaalisti rengasmaiseksi vian aikaisten varasyöttömahdollisuuksien aikaansaamiseksi ja verkon luotettavuuden parantamiseksi. Seuraavassa tarkastellaan kahden renkaaksi kytketyn, samalta sähköasemalta syötetyn lähdön maasulun indikointia (kuvio 3).

15

Hyvin suuriresistanssiset maasulut voidaan indikoida renkaaksi kytketyn lähdön tapauksessa samojen algoritmien (kaavat 14 - 21) mukaisesti kuin säteittäisen lähdön I tapauksessa. Erona on se, että säteittäisen lähdön summavirran asemasta käytetään

renkaaseen kytkettyjen lähtöjen summavirtojen summaa. Kuvion 3 lähtöjen A ja B

. 20 nollavirtojen summasta käytetään ilmaisua "renkaaksi kytketyn lähdön • · · kokonaissummavirta".

» · · • · · »

Vikaantumassa oleva tai viallinen renkaaksi kytketty lähtö (AB) voidaan ilmaista * * · • · .···. kokonaissummavirran (IqA + IoB) loiskomponentin muutoksen suunnan avulla * · .···. 25 seuraavasti: • · * O Moabi =|ΔΖο^|δίη(φ/Μί -<Pt/0)<° terve rengas (22) • | ·. * ; AIoabi = W-QAB | δίη(φ/0^ - Ψί/ο ):> 0 -> viallinen rengas (23) 30 ,* ALoAB = (loA2 + 1-0B2 ) ~ iioAl + loBl ) (24) 108894 21 Ψΐ,„ = ax&(&UM) (25) Φι/0 =arg(UoA/ ~U.o) (26) 5 Uq' — verkon nollajännite ennen muutosta UnM = verkon nollajännite muutoksen jälkeen I0A1 = rengaslähdön A summavirta ennen nollajännitteen muutosta Job, = rengaslähdön B summavirta ennen nollajännitteen muutosta IoA2 = rengaslähdön A summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen 10 Iob2 = rengaslähdön B summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen Φ 1qaB = ve^t0™ ΔΙοΑΒ vaihekulma (pUo = vektorin AU0 vaihekulma

Bqj. = renkaaksi kytketyn lähdön (kuvio 3: A+B) yhteenlaskettu maasuskeptanssi (kolmen vaiheen summa) 15

Vikaantumassa oleva tai viallinen renkaaksi kytketty lähtö (AB) voidaan edellisen esimerkin kaltaisesti ilmaista kokonaissummavirran (IqA + Iob) pätökomponentin muutoksen suunnan avulla seuraavasti: 20 ΔΙοαβρ - |AZ0^|cos((p/o^ - 9f;0)> 0 -> terve rengas (27) ': AIqabp - ΙδΖολβΙΜφ/ο,* " Φί/„ )< 0 viallinen rengas (28) • * · VI Sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön ilmaiseminen ... 25 maasulkuvirran muutoksen avulla esimerkiksi kompensoidussa verkossa 1 · Täysin kompensoidussa verkossa, jossa yleensä käytetään kuitenkin pientä vinoviritystä, • I · voidaan soveltaa kaavassa 3 esitettyä menetelmää. Se soveltuu käytettäväksi sekä maasta erotetussa, osittain kompensoidussa että täysin kompensoidussa verkossa.

• ‘1 30 Kohdissa IV, V ja VI esitetyt menetelmät eivät sellaisinaan sovellu hyvin täysin ’· kompensoituun verkkoon, koska resonanssiin viritetyssä verkossa viallisen lähdön 108894 22 summavirta on samansuuntaista kuin terveillä lähdöillä ja vastaa suuruudeltaan ko. lähdön sähköistä pituutta. Seuraavassa esitetään menetelmä lähdön sähköisen eristystilan monitorointiin täysin kompensoidussa verkossa. Menetelmä ei edellytä ennakkotietoa lähdön sähköisestä pituudesta.

5

Kohdan V mukaista menetelmää ei voida käyttää täysin kompensoidussa jäijestelmässä, koska maasulun aiheuttamasta nollajännitteenmuutoksesta laskettu viallisen lähdön maasuskeptanssi on negatiivinen ja vastaa suuruudeltaan suunnilleen lähdön sähköistä pituutta sekä viallisen että terveen lähdön tapauksessa. Suuriresistanssisen vian 10 tapauksessa kelan vinovirityksestä (alikompensointi) johtuen viallisen lähdön suskeptanssiksi saadaan hieman todellista pienempi arvo. Eroa on todennäköisesti vaikea määrittää, vaan se on samaa suuruusluokkaa mittausepätarkkuuksien kanssa. Täysin kompensoidussa jäijestelmässä saadaan maasulun yhteydessä laskettua siis myös viallisen lähdön maa-admittanssi toisin kuin maasta erotetussa verkossa. Lähdön I 15 eristystilan monitorointiin joudutaan kuitenkin käyttämään muita menetelmiä, jos lähdön sähköisen pituuteen liittyvät epävarmuustekijät halutaan välttää.

Lähdön eristystilan monitorointi voidaan täysin kompensoidussa järjestelmässä toteuttaa maadoituskelan viritysmuutoksen avulla, joka aiheuttaa verkon nollajännitteen ja 20 lähtöjen nollavirtojen muuttumisen. Jotta suuri-impedanssisen eristysvian (maasulku) : '·· olemassaolo voitaisiin selvittää mahdollisimman varhaisessa vaiheessa ja kytkentätilasta ’ riippumatta, voidaan kelan viritystä muuttaa säännöllisin väliajoin. Toisaalta algoritmia “···* voidaan käyttää varmistavana menetelmänä silloin, kun vika on indikoitu jollakin • · · • muulla menetelmällä. Menetelmä mahdollistaa lähtöjen eristystilan tarkastamisen, ;;; * 25 vaikka verkossa ei olisikaan tapahtunut kynnysarvon ylittävää nollajännitteen muutosta.

* · "* Jos hyvin suuriresistanssinen vika kompensoi täysin sattumalta verkon ... kapasitanssiepäsymmetriasta aiheutuvan terveen tilan nollajännitteen, muutos jää hyvin pieneksi, jolloin muut algoritmit eivät välttämättä käynnisty. Tällaisen tilanteen • ’ todennäköisyys on hyvin pieni.

30 * * ^ ;* Algoritmi perustuu maasulkuvirran loiskomponentin muutoksen laskentaan viritysmuutoksen seurauksena. Perusajatuksena on se, että lähtöjen maa-admittanssit '· *·* lasketaan jokaisen viritysmuutoksen yhteydessä, jolloin ennakkoon laskettuja arvoja ei | i 108894 23 tarvita. Saadut arvot säilytetään referenssiarvoina seuraavaan nollajännitteen muutokseen asti. Maasulku virran muutos lasketaan seuraavasta kaavasta.

= M sin Ψυνη - \Leia | sin <P(/vFo (29) 5 ALei = \Loib I sin φ,^ - Imi|L/0*| -\Ua | sin φ,^ + Im ~y~] \HQa| (30) V AU-q y V AU_o )

Ifi!, = lähdön i maasulkuvirta virityksellä a 1^ = lähdön i maasulkuvirta virityksellä b 10 ((V = viallisen vaiheen jännitteen vaihekulma nollajännitteeseen nähden virityksellä a = viallisen vaiheen jännitteen vaihekulma nollajännitteeseen nähden virityksellä b

Ioja = lähdön i summavirta virityksellä a

Jojh = lähdön i summavirta virityksellä b φ/ο = lähdön i summavirran vaihekulma nollajännitteeseen nähden virityksellä a 15 φ/οΐ = lähdön i summavirran vaihekulma nollajännitteeseen nähden virityksellä b ΔΙοί = lähdön i summavirran muutos AUn = verkon nollajännitteen muutos viritysmuutoksen seurauksena •. U0a = verkon nollajännite virityksellä a . ·: ·, Ugh = verkon nollajännite virityksellä b 20

Termi A^j lasketaan jokaisen johtolähdön tapauksessa. Terveellä lähdöllä AI^ on 11 #: luonnollisesti likipitäen nolla. Maasulkuvirta 1^ kannattaa laskea myös erikseen vastaten virityksiä a ja b. Ainoastaan viallisella lähdöllä voidaan viritysmuutoksen seurauksena havaita maasulkuvirran muutos. Jotta saadaan mahdollisimman luotettava indikaatio I · · ·' 25 kannattaa käyttää useampaa kuin kahta viritystä. Normaalivirityksen lisäksi kannattaa ·;·’ käyttää esimerkiksi kahta muuta viritystä, joista toinen on alikompensoinnin ja toinen v : ylikompensoinnin puolella. Tällöin Al^n etumerkki muuttuu, jos kummassakin •; · * tapauksessa käytetään referenssinä kelan normaaliviritystä.

108894 24

Laskettuja maasuskeptanssiarvoja voidaan käyttää referenssiarvoina myös viritysmuutoksen jälkeen, jolloin maasulkuvirtaa voidaan seurata jatkuvasti.

VII Kompensoidun sähköverkon renkaaksi kytketyn lähdön vikaantumisen 5 ilmaiseminen maasuikuvirran muutoksen avulla

Kuten kohdissa II ja V on todettu suuijännitteinen sähkönjakeluverkko on rakennettu normaalisti rengasmaiseksi vian aikaisten varasyöttömahdollisuuksien aikaansaamiseksi ja verkon luotettavuuden parantamiseksi. Seuraavassa tarkastellaan kahden renkaaksi 10 kytketyn, samalta sähköasemalta syötetyn lähdön maasulun indikointia maasuikuvirran muutoksen avulla (kuvio 3).

Hyvin suuriresistanssiset maasulut voidaan indikoida renkaaksi kytketyn lähdön tapauksessa saman algoritmin (kaava 30) mukaisesti kuin säteittäisen lähdön 15 tapauksessa. Erona on se, että säteittäisen lähdön summavirran asemasta käytetään renkaaseen kytkettyjen lähtöjen summavirtojen summaa. Kuvion 3 lähtöjen A ja B nollavirtojen summasta käytetään ilmaisua "renkaaksi kytketyn lähdön kokonaissummavirta".

20 Vikaantumassa oleva tai viallinen renkaaksi kytketty lähtö (AB) voidaan ilmaista ·' “ kokonaissummavirran (I0A + I^,) avulla lasketun maasuikuvirran muutoksen avulla ’·' seuraavasti: ·": ALeAB =\loABb\sinploMb -Im |£Zo&l~\Loabo|sinφ,^ + Imi|£/0e| (31) ”· V AC/o y ° V Ac/o 25 ^loAB = Q.0A2 + LoB2 ) ~ (Lqa\ + ^051) (32) 108894 25 φ7 = vektorien I0ABb ja Uob välinen vaihekulma virityksellä b VIII Kompensoidun sähköverkon lähdön sähköisen eristystilan määrittäminen kompensoinnin viritysmuutoksen avulla 5

Kompensoiduissa jäqestelmissä käytetään käytännössä aina pientä vinoviritystä, koska verkkoa ei voi virittää aivan resonanssiin (50 Hz). Jos kompensointiaste on täsmälleen 100 % eli maasulkuvirran loiskomponentti on nolla, on myös kaavan 3 nimittäjä nolla. Tällöin kaavasta 3 laskettu vikaresistanssin arvo lähestyy ääretöntä. Tilanne on 10 teoreettinen, mutta kompensoinnin virityksen ollessa hyvin lähellä 100 %, voidaan vikaresi stanssi laskea myös kompensoinnin viritysmuutoksen avulla. Kun kompensoinnin viritystä muutetaan ali- tai ylikompensoinnin puolelle, nollajännite, lähtöjen summavirrat sekä maasulkuvirta muuttuvat. Vikaresistanssi voidaan tällöin j laskea seuraavasti kaavasta 33. Terveen lähdön tapauksessa vikaresistanssi on 15 negatiivinen.

R = Ref--1 = Ref-^-1 (33) i Λ {AL0i+jB0iAU0) {AI_0i+jB0iAU0) AU* - JlvFa (34) • · · :V: 20 ’ l ΔΖο/ “ loib Zow (35)

t I

Δ(Ζο = Hoi, ~LLoa (36) 25 RFi = lähdön i vikaresistanssi ; · ’ UvFa = viallisen vaiheen ja maan välinen jännite virityksellä a '; ‘ UvFb = viallisen vaiheen ja maan välinen jännite virityksellä b

Joi, = lähdön i summavirta virityksellä a ; * * Jojb - lähdön i summavirta virityksellä b ,'·· 30 Uoa = verkon nollajännite virityksellä a ' ·: Uob = verkon nollaj ännite virityksellä b 26 108894

Boi = lähdön i kolmen vaiheen yhteenlaskettu maasuskeptanssi (maa-admittanssin imaginääriosa) | Yhteenveto | 5

Esitellyillä menetelmillä päästään suoritettujen kenttäkokeiden mukaan vähintään 190 kQ ilmaisuherkkyyteen. Kaavojen 29 ja 30 määrittelemä maasulkuvirran loiskomponentin muutokseen perustuva menetelmä toimii sellaisessa sähköverkossa, jossa nollajännitettä pystytään poikkeuttamaan maadoituskelan impedanssia säätämällä I 10 tai jollakin muulla tavalla, esimerkiksi verkon maakapasitanssia muuttamalla.

t

Keksinnön ehdoton edellytys ei siis ole kompensoitu sähköverkko. Kaavojen 3 ja 5 määrittelemä vikaresistanssin laskentaan perustuva menetelmä toimii sekä maasta erotetussa että eri asteisesti kompensoiduissa verkoissa. Kaavoja 14 ja 15 sekä 20 ja 21 voidaan soveltaa kohdassa III (Sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön 15 ilmaiseminen summavirran muutoksen suunnan avulla) esitetyn reunaehdon puitteissa. Kaikki menetelmät toimivat sekä säteittäisen että renkaaksi kytketyn lähdön tapauksessa. Jokaiselle tarkasteltavalle lähdölle tarvitaan monitoimireleet (kennoterminaalit). Mittaustietoina tarvitaan tyypillisesti yksi pääjännite, nollajännite, vaihejännitteet (vikaresistanssin laskenta) ja lähtöjen summavirrat. Kaavat 14 - 28 eivät i 20 edellytä mittaustietoa vaihejännitteistä. Kaikki menetelmien tarvitsemat mittaukset ovat : * * käytettävissä kaikilla sähköasemilla.

' i · • · ; · Kaavaa 30 voidaan soveltaa yksinään kompensoidun verkon suuriresistanssisen » ' * ·

maasulun indikointiin. Kaavaa 30 voidaan käyttää myös kohdissa I, II, III, IV tai V

25 esitettyjen menetelmien antaman tuloksen varmentamiseen. Tällöin eristysviasta saadaan hyvin luotettava indikaatio. Kaikkia esiteltyjä menetelmiä voidaan käyttää toki | | · . ^ myös yksinään lähtökohtaiseen eristystilan valvontaan.

| **· ,;. Kahden virityksen lisäksi voidaan käyttää keksinnön mukaisesti useampia viritystiloja 30 (kompensointiasteita). Viritystilat voivat keksinnön mukaisesti olla niin yli- kuin !' alikompensoituj akin.

> I

108894 27

Keksintö ei luonnollisesti rajoitu esitettyihin suoritusesimerkkeihin vaan käsittää kaikki suoritusmuodot, jotka ovat mahdollisia seuraavien patenttivaatimusten asettamissa rajoissa. Eri menetelmiä voidaan käyttää rinnakkain mahdollisimman luotettavan indikaation aikaansaamiseksi.

5 Tässä esityksessä alleviivatulla symbolilla (esimerkiksi AUq) tarkoitetaan vektoria. Laskennassa käytetyt vektorit (vaihekulmat ja itseisarvot) on määritetty käytännön mittaustekniikan tarkkuudella samanaikaisilla mittauksilla.

10 Edellä keksintöä on kuvattu kolmivaihejärjestelmän yhteydessä. Keksintöä on kuitenkin mahdollista soveltaa myös muissa vaihejäijestelmissä.

Lähteet: (Lei97) : Leitloff V. et.al. : Detection of resistive single-phase earth fault 15 in a compensated power-distribution system. ETEP Vol. 7, No 1,

January/February 1997.

i 20 » a a ' a a a a * a · ♦ * 1 · * » • a * · » a a a a * » a * 1 a a a * a a » 1 a a * » a * 1 a a * a * a » » a

Claims (21)

108894

1. Menetelmä sähköverkon vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön kuten säteittäisen tai renkaaksi kytketyn lähdön tai lähtöön kytkeytyvän haaran ilmaisemiseksi 5 esimerkiksi kompensoidussa verkossa, jossa - mitataan sähköverkosta ensimmäinen parametrijoukko maasulkuvirran muutoksen määrittämistä varten, - muutetaan sähköverkon viritystä ensimmäiseen suuntaan, - mitataan ensimmäiseen suuntaan muutetussa viritystilanteessa sähköverkosta 10 ainakin yksi toinen parametrijoukko maasulkuvirran muutoksen määrittämistä varten, tunnettu siitä, että - lasketaan ainakin ensimmäisen parametrijoukon ja ainakin yhden toisen parametri]oukon perusteella maasulkuvirran muutos, ja 15. ilmaistaan vikaantumassa oleva tai viallinen lähtö tai haara ainakin yhden lasketun maasulkuvirran muutoksen perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisten i | parametrijoukkojen mittaamisen jälkeen 20. muutetaan sähköverkon viritystä toiseen suuntaan, - mitataan toiseen suuntaan muutetussa viritystilanteessa sähköverkosta ainakin yksi « i » • · _!.. kolmas parametrijoukko maasulkuvirran muutoksen määrittämistä varten, * · · : - lasketaan ainakin yhden kolmannen parametrijoukon ja ainakin yhden * · , · · ·, ensimmäisen ja/tai toisen parametrijoukon perusteella maasulkuvirran muutos, ja * * * 25. ilmaistaan vikaantumassa oleva tai viallinen lähtö tai haara laskettua • » • · » maasulkuvirran muutosta apuna käyttäen. • * » • * · * 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viritystä muutetaan * .'; ’, siten, että mitattuihin parametrijoukkoihin kuuluu ainakin yksi parametrijoukko, joka on - 30 mitattu ylikompensointitilanteessa, ja ainakin yksi parametrijoukko, joka on mitattu » » * . | , alikompensointitilanteessa. I * » * · I » i · 108894

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - muutetaan verkon tähtipisteen maadoituskelan viritystä, mikä aiheuttaa nollajännitteen muutoksen, 5. vikaantumassa oleva tai viallinen lähtö määritetään laskemalla maasulkuvirran muutos ΔΙ^ kahdella perättäisellä kompensoinnin viritysarvolla (a, b), ja mikäli maasulkuvirran muutos ΔΙ^ poikkeaa olennaisesti nollasta, todetaan lähtö vialliseksi tai laskemalla lähdön vuotoresistanssi kompensoinnin viritysmuutoksen avulla. 10

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että maasulkuvirran muutos jokaiselle lähdölle i lasketaan seuraavista kaavoista: S Δ/«· = |Lit | sin <pUifb - \Leia | sin φυ^ (29) 15 Alei = |/oi*|sin φ - Imi-^-1 |ZZo*| -|Zo«,|sin φ, + Imi\U0a\ (30), joissa Ida = lähdön i maasulkuvirta virityksellä a, : ‘ ·'; 20 k.jb = lähdön i maasulkuvirta virityksellä b, : Ψυ F = viallisen vaiheen jännitteen vaihekulma nollajännitteeseen nähden '· *· virityksellä a, <Pu Fb = viallisen vaiheen jännitteen vaihekulma nollajännitteeseen nähden virityksellä b, :··*: 25 U = lähdön i summavirta virityksellä a, • “ *; ioib = lähdön i summavirta virityksellä b, * » ♦ , · ] ·, = lähdön i summavirran vaihekulma nollajännitteeseen nähden virityksellä O a> . ·. : φ/οΐ = lähdön i summavirran vaihekulma nollajännitteeseen nähden virityksellä 30 b, 108894 AIq; = lähdön i summavirran muutos, AUo = verkon nollajännitteen muutos viritysmuutoksen seurauksena, U0a = verkon nollaj ännite virityksellä a, j a Uob = verkon nollaj ännite virityksellä b. 5

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään mikä on viallinen vaihe mitattujen vaihejännitteiden ja nollajännitteen AU0 =U0M -U0'(kaava 10) avulla, 10. lasketaan viallisen vaiheen vikaresistanssi RF jokaiselle lähdölle kaavan f A TT ^ f A TT ^ RF = Re-=^-- = Re -=5- avulla, jossa {Al0+jB0AU0) {AI0+jB0AU0) RF = lähdön i vikaresistanssi

15 AUvF = viallisen vaiheen ja maan välisen jännitteen muutos kompensoinnin viritysmuutoksen seurauksena Δ10 = lähdön summavirran muutos kompensoinnin viritysmuutoksen seurauksena AU0 = nollajännitteen muutos kompensoinnin viritysmuutoksen jälkeen ! : · * B0 = lähdön i kolmen vaiheen yhteenlaskettu maasuskeptanssi (maa-admittanssin ' ‘ 20 imaginääriosa) | * * * * . ; ‘ * 7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että * · · lasketaan nollajännitteen muutoksen itseisarvo |At/0| = |t/02 ~iZ0i| 25 vektorimuodossa verkon muutostilanteessa, jolloin U01 = mitattu nollajännite ennen muutosta ja U02 = mitattu nollajännite muutoksen jälkeen, - verrataan laskettua arvoa |Δί/0| ennalta määriteltyyn kynnysarvoon ’··* |^o|-^of :.‘*i - mikäli nollajännitteen muutos on kynnysarvoa suurempi, aloitetaan . * i 30 vikaantumassa olevan tai viallisen lähdön tai haaran määritys, ja 108894 vikaantumassa oleva tai viallinen lähtö tai haara ilmaistaan f Δ/ ^ maa-admittanssin imaginääriosan Im ~°' etumerkin avulla, jolloin UC/oJ positiivinen etumerkki tarkoittaa viallista lähtöä, tai summavirran lois- tai pätökomponentin muutoksen suunnan avulla. 5

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että vikaantumassa oleva tai viallinen lähtö ilmaistaan summavirran loiskomponentin muutoksen suunnan avulla seuraavasti

10 AI0li = |/02/ -/01i|sin(^/()_ - φυ^)< 0 -> terve lähtö (14) Δ/ο;,· = |/02, -Zoi,|sin(^/0, -<PuJ>0 -> Viallinen lähtö (15) <P/0, = arg(AZ0,·) = arg(Z02, - Zoi/) (18) 15 Φι/0 = arg(A£/0) = argfc)2 -ίΖοι) (19) jossa : ’: ‘: AI01i = lähdön i summavirran loiskomponentin muutos : : 20 Io.j = lähdön i summavirta ennen muutosta ; " : I02, = lähdön i summavirta muutoksen jälkeen Uo, = nollajännite ennen muutosta ...: Uo2 = nollaj ännite muutoksen j älkeen j φ/ο = summavirran muutosvektorin ΔΙ^ vaihekulma ! ,···, 25 = nollaj ännitteen muutosvektorin AU0 vaihekulma. ! *! ’ * · I . · · ·. 9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että vikaantumassa oleva i t · .' . tai viallinen lähtö ilmaistaan summavirran pätökomponentin muutoksen suunnan avulla •. \ seuraavasti 30 108894 Mop, = \Loii - LoU I COSUo, - <Pu0 ) > 0 terVe lähtÖ 0'6) Δ/„pi = \lo2i - Lou | COSU0, - <Pu0) < 0 -► Viallinen lähtö (17) 5 Φ/0i = arg(AUi) = ars(Zo2i - U\i) (18) Φι/0 = arg(A^0) = arg((Zo2 - tZoi) (19) jossa 10 Alopj = lähdön i summavirran pätökomponentin muutos I0]i = lähdön i summavirta ennen muutosta I02i = lähdön i summavirta muutoksen jälkeen U01 = nollajännite ennen muutosta

15 Uo, = nollaj ännite muutoksen j älkeen φ/ο = summavirran muutosvektorin AIoi vaihekulma = nollajännitteen muutosvektorin AU,, vaihekulma.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että viallinen lähtö 20 ilmaistaan tarkastelemalla lähdön i maa-admittanssin (Yoi) imaginääriosan etumerkkiä seuraavasti: ( M Λ Im —— <0 —» terve lähtö (20) Ut/0J \ · f AI ) . 25 Im >0 -»viallinen lähtö (21) :T: WoJ : ·,: jossa > I 108894 ΔΙ0ί = lähdön i summavirran muutos AU0 = nollajännitteen muutos.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä sähköverkon renkaaksi kytketyn lähdön 5 vikaantumisen ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että vikaantumassa oleva tai viallinen renkaaksi kytketty lähtö (AB) ilmaistaan kokonaissummavirran (IqA + ioB) loiskomponentin muutoksen suunnan avulla seuraavasti: Μ0ΛΒρ = |ΔΙοαβ I cos(<Pi0AB -<PuJ>° -> rengas (27) 10 A/0abp = H*ab I co^hAB - Put) < 0 -> viallinen rengas (28) &Lqab = {Loa2 + Lob2 ) ~ (h* + -oai) (26) 15 Ψι0λΒ =arg(A/0/iB) Φι/0 =arg(tZo2-£Zoi) jossa 20 : ΔΙοαβ, = renkaaksi kytketyn lähdön kokonaissummavirran (IoA + IoB) j /·« loiskomponentin muutos ΔΙοαβ = renkaaksi kytketyn lähdön kokonaissummavirran (IqA + I0B) muutos | ‘ U01 = verkon nollajännite ennen muutosta

25 U02 = verkon nollajännite muutoksen jälkeen i i * * * · ; ” ‘ IoA1 = rengaslähdön A summavirta ennen nollajännitteen muutosta I0B1 = rengaslähdön B summavirta ennen nollajännitteen muutosta ’. * * IoA2 = rengaslähdön A summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen • · ‘‘ I0B2 = rengaslähdön B summavirta nollaj ännitteen muutoksen j älkeen 30 φ; = vektorin ΔΙ0ΑΒ vaihekulma φν = vektorin Δυο vaihekulma. 108894

12. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä sähköverkon renkaaksi kytketyn lähdön vikaantumisen ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että vikaantumassa oleva tai viallinen renkaaksi kytketty lähtö (AB) ilmaistaan kokonaissummavirran (I0A + I0B) 5 pätökomponentin muutoksen suunnan avulla seuraavasti Moabp = Hoab I C0s(^o,* - <Pu,) > 0 -> terve rengaslähtö (27) Moabp = Hoab | c°s(^s - ^ ) < 0 -> viallinen rengaslähtö (28) 10 &LoaB = 0-ΟΛ2 + Ϊ-0Β2 ) ~ (LoA\ + Lqb\ ) @4) Φ/βΛ =M*Loab) (25) 15 <pUo =SLTg(U02-U0l) (26) jossa ; '·· ΔΙ0ΑΒρ = renkaaksi kytketyn lähdön kokonaissummavirran (1^ + IoB) .· : 20 pätökomponentin muutos ’ ·. · ‘ ΔΙ„αβ = renkaaksi kytketyn lähdön kokonaissummavirran (IqA + I0B) muutos U01 = verkon nollajännite ennen muutosta * · ;;;' U02 = verkon nollajännite muutoksen jälkeen • · I0A, = rengaslähdön A summavirta ennen nollajännitteen muutosta

25 I0B] = rengaslähdön B summavirta ennen nollajännitteen muutosta 1IoA2 = rengaslähdön A summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen ’ · ‘ !ob2 = rengaslähdön B summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen !.. * φ iQAB = vektorin ΔΙ^ vaihekulma • · · .‘ . <pUo = vektorin ΔΌο vaihekulma. ·· : 30 » »» i 108894

13. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä sähköverkon renkaaksi kytketyn lähdön vikaantumisen ilmaisemiseksi tunnettu siitä, että vikaantumassa oleva tai viallinen renkaaksi kytketty lähtö (AB) ilmaistaan kokonaissummavirran (IqA + I„B) avulla lasketun maa-admittanssin imaginääriosan etumerkin avulla seuraavasti 5 (ai > Im — ~0A*· <0 -» terve lähtö Uc/0 J (ai ' Im —>0 -> viallinen lähtö V Δ^ο > 10 ΔΙOAB = Q-0A2 + —OB2 ) ~ Uo/41 + I-OBl) (^4) W0 = u02-u0, j jossa 15 ΔΙοαβ = renkaaksi kytketyn lähdön kokonaissummavirran (loA + loB) muutos Uo, = verkon nollajännite ennen muutosta Uqj = verkon nollajännite muutoksen jälkeen ., IyA1 = rengaslähdön A summavirta ennen nollajännitteen muutosta . 20 Iqb, = rengaslähdön B summavirta ennen nollajännitteen muutosta * 1 .. * Ioaj = rengaslähdön A summavirta nollaj ännitteen muutoksen j älkeen • · · _ Iqb2 = rengaslähdön B summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen.

14. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että . ‘. 25 lisäksi j * * * ! * * • - määritetään mikä on viallinen vaihe mitattujen vaihejännitteiden ja ,· nollajännitteen AU0 = U0M - U0' (kaava 6 tai 10) avulla, ! ! - lasketaan viallisen vaiheen vikaresistanssi RFi jokaiselle lähdölle i kaavan 30 108894 li/^sin ft, . RF!=-,-r-!-—,-r avulla, jossa |^/oi|sin^oj +B0i\AU0\ UvF = viallisen vaiheen ja maan välinen jännite = viallisen vaiheen jännitevektorin UvF ja vektorin AU0 välinen vaihekulma

5 AIoi = lähdön i summavirran muutos nollajännitteen muutoksen seurauksena φ j = vektorien AIoj ja AU0 välinen vaihekulma Boj = lähdön i kolmen vaiheen yhteenlaskettu maasuskeptanssi (maa-admittanssin imaginääriosa), 10. vialliseksi lähdöksi tulkitaan se lähtö, jonka vikaresistanssi (RFi) on aseteltua kynnysarvoa (RFk) pienempi (RFi < RFk), ja pienivikaresistanssisen (vikaresistanssi esim. alle 1 kZ) vian tapauksessa verrataan lähtöjen laskettuja RFi:n arvoja ja vialliseksi lähdöksi valitaan se, jonka vikaresistanssi on pienin. 15

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä sähköverkon renkaaksi i j kytketyn lähdön eristystilan määrittämiseksi, tunnettu siitä, että lisäksi määritetään mikä on viallinen vaihe mitattujen vaihejännitteiden ja . 20 nollajännitteen AUq = UqM - U0' (kaava 6 tai 10) avulla, : - lasketaan viallisen vaiheen vikaresistanssi RFi jokaiselle renkaaksi kytketylle * »k . · ·. lähdölle kaavan • · · • » · > * |t/v/r Isin (py Rfi = 1-^-Γ (5) |Δ/0^|δΐηφ,ο^ +B0r\AU0\ 25 avulla, jossa * * : ·.: Δί/0 = U_qm - U_0 (6) I ‘ * l 108894 ^ΙοΑΒ - (ΐθΑ2 + LoB2 ) _ (ΖοΛΙ + Zoai ) (?) φu0 = argfew -Ho), Ψ1θΑΒ = arg(A/0^)-9Uo (8)

5 Rf,= rengaslähdön i vikaresistanssi U0’ = verkon nollajännite ennen muutosta U0M = verkon nollaj ännite muutoksen j älkeen JoA1 = rengaslähdön A summavirta ennen nollaj ännitteen muutosta I0B, = rengaslähdön B summavirta ennen nollaj ännitteen muutosta 10 Ioa2 = rengaslähdön A summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen I0B2 = rengaslähdön B summavirta nollajännitteen muutoksen jälkeen = vektorin AUo vaihekulma <p7 = vektorien AIoab välinen AU0 vaihekulma B0r= renkaaksi kytketyn lähdön (kuvio 3: A+B) yhteenlaskettu maasuskeptanssi 15 (kolmen vaiheen summa).

16. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä kompensoidussa verkossa, tunnettu siitä, että lisäksi ... 20 - määritetään vaihejännitteet vektorimuodossa, ja * * - vialliseksi tulkitaan se vaihe, jonka vaihejännitteen kulma on tietyllä ennalta . *. : määritellyllä alueella nollaj ännitteen muutosvektoriin AU0 nähden. * I t I » · ! ” 25 i i" j ‘ ! ; i I s * » ! 108894