PROSJEKTERINGSANVISNING PA 4003 ... - Statsbygg

PROSJEKTERINGSANVISNING
Godkjent dato 2008-04-16
DocuLive nr.: 200300704-1
Dokumenteier: B-direktør
Utgiver: FS
Forfatter: FE
PA 4003
PA 4003 SELEKTIVITET OG KORTSLUTNINGSBEREGNINGER
0 Orientering
PAen skal gi generelle retningslinjer for prosjektering og utførelse av selektivitet i elektriske
anlegg.
Det stilles krav til selektivitet mellom alle kombinasjoner av vern.
Hensikten med denne PAen er å gi retningslinjer som skal benyttes når ytelsene som
entreprenør leverer skal kontrolleres. PAen inneholder derfor et vedlegg som omhandler
fastsettelse av selektivitet ved ulike kombinasjoner av vern.
1 Formål
Hensikten med å ha selektivitet mellom de ulike vernene i et nett, er at en ved en feilsituasjon
skal holde mest mulig av det friske nettet i funksjon, samtidig som man ivaretar forskriftenes
krav til personsikkerhet. Når to eller flere vern er koplet i serie, skal det være selektivitet mellom
vernene. Arrangementet av vern sies å være selektivt dersom kun vernet nærmest en
forekommende feil løser ut. Av sikkerhetshensyn ønsker en imidlertid at oppstrøms vern skal
løse ut dersom det primære vernet svikter. Ved overbelastning kan selektivitet mellom
overbelastningsvern og etterfølgende kurssikringer anses som oppnådd når inntaksledning og
overbelastningsvern er dimensjonert ut fra abonnentens effektbehov, med et rimelig tillegg for
utvidelse.
2 Krav til prosjekteringen og sluttproduktet
Generelt skal de prosjekterende beskrive og gjennomføre beregninger av selektiviteten i
anlegget som samsvarer med formål som listet i kap. 1.
2.1 Skisseprosjekt
Beregning og prosjektering av selektivitet inngår normalt ikke i skisseprosjektet.
2.2 Forprosjekt
Det skal i forprosjektet utarbeides kortslutningsberegninger for spesielle problemstillinger i
prosjektet. Dette kan for eksempel være for funksjoner hvor forskriftene har definert egne krav
til utkopling, eller spesielle forhold ved aggregatdrift eller annen nød- / reserveforsyning.
Side 1 av 7

PA 4003
__________________________________________________________________________________
2.3 Detaljprosjekt
2.3.1 Utførelse
Godkjent dato 2008-04-16
DocuLive nr.: 200300704-1
Konsekvensene av utfall for de ulike delene av nettet skal utredes, og rådgiver skal angi hvordan
kriterier for kontroll av selektivitet skal angis.
I detaljprosjektet skal vernene i anlegget dimensjoneres slik at de tilfredsstiller de krav til
selektivitet som er nevnt i pkt.1. RIE skal dokumentere at det kan oppnås selektivitet i anlegget
med valgte kabelstruktur.
Dette skal beskrives i form av anbudsspesifikasjon til entreprenøren(e), med funksjons- og
ytelseskrav, som kan utsendes for prising. Vernene, som entreprenør velger, må være av en slik
type at selektiviteten kan kontrolleres elektronisk i dataprogrammer som FEBDOK, EDSA.
Dette kan bety at beskrivelsen bør inneholde en tekst om at vernene i det radielle nettet skal
være av samme fabrikat, men fabrikat skal ikke brukes i beskrivelsen.
RIE skal i tilbudsunderlaget angi ansvaret for selektivitet i hele anlegget til en entreprise. Denne
entreprisen skal ha koordineringsansvar for selektiviteten i alle entrepriser.
Av økonomiske eller praktiske årsaker kan det unntaksvis velges å fravike kravet om total
selektivitet for hele anlegget. Man kan da basere seg på en backupbeskyttelse hvor et vern
oppstrøms takler de største kortslutningsstrømmene som primærvernet ikke er dimensjonert
for. Der hvor kravet til total selektivitet fravikes, skal det opplyses om dette, årsak skal
begrunnes og det skal opplyses om hvilken alternativ løsning som benyttes.
§16 i FEL sier at anlegget skal planlegges slik at det er egnet til forutsatt bruk. Dette innebærer i
følge veiledningen at det skal være en tilfredsstillende pålitelighet i strømtilførselen. For å
ivareta dette kravet skal selektiviteten vurderes, slik at avbrudd pga. kortslutning eller
overbelastning ikke medfører at større områder enn nødvendig faller ut ved sikringsbrudd.
Selektivitet vil som regel bli beregnet ved bruk av de elektroniske dataprogrammer som er nevnt
i forrige avsnitt. Ved å benytte bla. FEBDOK vil det automatisk framkomme at
dimensjoneringen er ihht. NEK 400.
For å vurdere valg av vern, må kortslutningsstrømmene bestemmes. Disse kan regnes ut ved å
benytte NEK EN 60909-0 samt IEC 60909-1-4 for nettdelen og IEC-norm 60781 for den
lavspente delen. Kortslutningsstrøm for nettet skal ellers innhentes av netteier. Dersom netteier
ikke kan oppgi denne, skal RIE ut fra forankoblet transformator og lengde på inntakskabel selv
beregne kortslutningsstrømmen. Eksempel på beregning av kortslutningsstrøm finnes i vedlegg
II.
Ved eventuell generatordrift vil kortslutningsytelsen reduseres. Det skal dokumenteres at
berørte vern også vil sikre utløsning ved kortslutning med generatordrift samt at selektiviteten
opprettholdes.
2.3.2 Beregninger
Rådgiver skal i detaljprosjektet utarbeide en generell kortslutningsberegning. Det skal videre
utarbeides en beskrivelse av fordelinger ihht. PA 4301. Ut fra denne skal kortslutningsytelser i
alle fordelinger angis og det skal framkomme at selektivitet er realiserbart. Dette kan gjøres ved
Dokumenteier: B-direktør
Utgiver: FS
Forfatter: FE
Side 2 av 7

PA 4003
__________________________________________________________________________________
Godkjent dato 2008-04-16
DocuLive nr.: 200300704-1
å foreta en kortslutningsberegning av beskrevet anlegg med et vilkårlig valgt fabrikat av
beskrevne vern.
Entrepenøren skal foreta en kortslutningsberegning ihht. sine vernvalg. RIE skal gjennomgå
denne beregningen for en eventuell godkjenning.
2.3.3 Dokumentasjon
Ut fra tegningene og beskrivelsen av anlegget skal den prosjekterende dokumentere følgende:
beregning av største og minste kortslutningsstrøm i representative punkter
selektivitetsberegninger som viser at nærmeste vern foran årsaken vil løse ut ved
kortslutninger og overbelastninger
Denne dokumentasjonen kan gjerne være utskrifter av beregningene gjort i
simuleringsprogrammene FEBDOK eller EDSA.
Entrepenør skal framlegge samme dokumentasjon basert på ferdig anlegg. I tillegg skal
leverandørdata for vern og tabell over innstillinger for regulerbare vern vedlegges.
3 Spesielle vurderinger
Hvis kravet til selektivitet ikke er oppfylt, skal det gis en skriftlig redegjørelse for vurderingene
som ligger til grunn for denne avgjørelsen.
4 Henvisninger
Andre aktuelle prosjekteringsanvisninger innen tilgrensende emner:
PA 4001 Elkraft - generelt
PA 4301 Fordeling
Lover, forskrifter, standarder, annen relevant faglitteratur etc:
[1] FEL
[2] NEK 400
[3] Elektroinstallasjoner, Eilif Hugo Hansen, 1995.
[4] FoU-prosjekt nr 50085, Selektivitet i elanlegg i bygninger, versjon 1.0.1997.
[5] Vern og selektivitet i bygningsinstallasjoner, Prosjektarbeid institutt for elkraftteknikk,
NTNU, 1996.
[6] NELFO, Kortslutningsberegninger.
Dokumenteier: B-direktør
Utgiver: FS
Forfatter: FE
Side 3 av 7

PA 4003
__________________________________________________________________________________
Godkjent dato 2008-04-16
DocuLive nr.: 200300704-1
VEDLEGG I:
Fastsettelse av selektivitet
Seriekoplede effektbrytere
Tidsselektivitet ved kort-tids-forsinkede overstrømsutløsninger (z-utløsning):
Hvis det kun er en liten endring i kortslutningsstrømmen ved plassering av to effektbrytere i
serie, dvs. at forbindelsen mellom dem har lav impedans, kan selektivitet bare oppnås ved å
bruke tidsforsinket utløsning på etterfølgende bryter, mikroprosessorbasert vern.
Utløsningen forsinkes, mekanisk eller elektronisk, tilstrekkelig lenge nok til at den første
effektbryteren har brutt kortslutningsstrømmen. I både mekanisk og elektronisk tidsforsinkede
utløsere er gjerne forsinkelsen trinnløst regulerbar i området 50 til 500 ms.
For å redusere kortslutningsbelastningen på grunn av en stående kortslutning på effektbryteren,
kan disse utstyres med momentanutløsere (n-utløsning) i tillegg til z-utløsning. Driftsverdiene
på disse må imidlertid settes høyt nok til at de trer i funksjon bare i de tilfellene man får stående
kortslutning.
Selektivitet ved ulik innstilling av utløserstrøm på vernene:
En slik metode er bare mulig å benytte hvis forventede kortslutningsstrømmer varierer mye
med posisjon i nettet. Utløsestrømmen for vernet nærmest forsyningen må stilles høyere enn
maksimal forventet kortslutningsstrøm for effektbryteren lengre ute i nettet. En slik løsning vil
ikke gjøre vernet nærmest forsyningen til reservevern dersom vernet lengre ut i nettet svikter.
Effektbryter fulgt av smeltesikring
I overbelastningsområdet er selektivitet oppnådd opptil et innstilt nivå for momentanutløsning
for effektbryteren, dersom sikringens utløsekarakteristikk ikke krysser utløsekarakteristikken for
termisk utløsning av effektbryteren.
I tilfeller hvor kortslutningsstrømmer når over innstilt nivå for momentanutløsning for
effektbryteren, er selektivitet bare oppnådd dersom sikringen begrenser strømmen slik at
strømmen som får passere vernet ikke når opp i utløsestrømmen for effektbryteren. Dette kan
bare oppnås for sikringer med svært kort utløsetid i forhold til effektbryteren. Erfaring har vist
at selektivitet oppnås hvis tidsforsinkelsen for utløsning av effektbryteren er minst 100 ms
større enn utløsetiden for sikringen.
I tilfelle hvor sikringsstørrelsen ikke gir sikker selektivitet med tidsforsinket
overstrømsutkopling for effektbryter på fordelingstransformatorens primærside eller ved svært
lange tidsforsinkelser (400-500 ms), er effektbrytere å foretrekke framfor smeltesikringer [2].
Dokumenteier: B-direktør
Utgiver: FS
Forfatter: FE
Side 4 av 7

PA 4003
__________________________________________________________________________________
Godkjent dato 2008-04-16
DocuLive nr.: 200300704-1
Smeltesikring fulgt av effektbryter
På samme måte som i tilfellet med effektbryter fulgt av sikringer oppnår vi selektivitet i
overbelastningsområdet hvis karakteristikkene for sikring og effektbryter ikke krysser
hverandre. I tilfelle av kortslutning må det også tas i betraktning at strømmen varmer opp
sikringen også i løpet av brytetiden for effektbryteren. I praksis er det tilstrekkelig at smeltetiden
for sikringen ligger minst 70 ms over tiden for momentanutløsning av effektbryteren.
Seriekoplede smeltesikringer
For å kunne finne ut når vi har selektivitet ved alle strømmer, er det nødvendig å vite størrelsen
på sikringens varmeintegral. Dette er et uttrykk for den energimengden som skal til for å smelte
sikringen og dermed bryte kortslutningsstrømmen. Varmeintegralet betegnes som I 2 t-verdien
for vedkommende sikring. Varmeintegralet har en begynnelsesverdi, smelt-I 2 t og en totalverdi,
bryt-I 2 t.
For å få selektivitet må den minste sikringen, som skal bryte, ha lavere total bryt-I 2 t enn den
neste store sikringens smelt-I 2 t.
Koordinering av sikringer med ulike størrelser i et radielt system kan med hensyn til selektivitet
gjøres ved å bruke selektivitetstabeller som er utarbeidet av fabrikanten. Hvis en ikke har slike
tabeller tilgjengelig, så kan man som regel gå ut i fra at forholdet må være minst 1:1,6 [2]. Det vil
for de fleste vernstørrelser bety at man kan ha to trinn i mellom sikringsstørrelsene for å få
sikker selektivitet i anlegget.
Dokumenteier: B-direktør
Utgiver: FS
Forfatter: FE
Side 5 av 7

PA 4003
__________________________________________________________________________________
Godkjent dato 2008-04-16
DocuLive nr.: 200300704-1
VEDLEGG II
Beregning av kortslutningsstrømmer
Nedenfor er det vist et enkelt eksempel på hvordan kortslutningsstrøm kan beregnes for et
enkelt nett.
I dette tilfellet er det et overliggende nett som mater inn i pkt A. Forventet 2- og 3 polet
kortslutningsstrøm i pkt A, B og D skal beregnes.
Ser i dette eksemplet på et 66 kV/22 kV nett.
Ove
rl
ig
T
g
1
e
n
6
d
6
e A B
/
Overliggende nett: n KS-ytelse i pkt A: 200 MVA. 2
e
2
Linje A-B: lengde tt
40 km. XA-B = 16 .
Transformator T1: Omsetning 66/22 kV, Sn-T1= 20 MVA, uk =0.09
Det finnes ulike måter å løse dette problemet på. Kan f. eks. bruke komponentmetoden som
går ut på finne KS-ytelse (Sk-x) for hver enkelt komponent.
Overliggende nett: S k-n = 200 MVA.
Linje A-B:
S
k
A
B
U
Z
A
Transformator T1:
U
2
B
66000 2
16
272MVA
S k T1
2
ZT1
(2)
U
Z T1
uk
Sn
2
T1
(3)
Dokumenteier: B-direktør
Utgiver: FS
Forfatter: FE
D
(1)
Side 6 av 7

PA 4003
__________________________________________________________________________________
Godkjent dato 2008-04-16
DocuLive nr.: 200300704-1
Setter (3) inn i (2):
S
2
U
U
uk
S
n T1
S
20
10
6
k T1
2
n T1
uk
0.
09
222MVA
(4)
For å finne KS-ytelsen i pkt. B og D benyttes følgende:
1
S
k
B
1
S
k
D
1
S
k
n
1
S
k
n
S
k
S
1
k
A
1
A
B
B
S
k
B
1
S
k T1
115MVA
S
Dokumenteier: B-direktør
Utgiver: FS
Forfatter: FE
k
D
76MVA
Nå er kortslutningsytelsen kjent, og strømmen kan beregnes:
I
S
k
k 3 (6)
3 U
3
k
2
I k 2 I 3
(7)
I punkt D får vi da:
I
osv….
S
3 U
2000A
k D
k 3 D
(8)
3
I k D I k
2
1730A
2 3
(9)
(5)
Side 7 av 7