Prosjektrapport

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAGAvdeling for teknologiProgram for elektro- og datateknikk7004 TRONDHEIMBacheloroppgaveOppgavens tittel: Vern- og releplan for generator og linjer.Project title:Protection of generators and lines.Gitt dato: 01.01.10Innleveringsdato:12.05.10Antall sider/bilag:35/10Gruppedeltakere:Carl Eirik Auke BorgenTorkel Fjærvik LianVeilederPål GlimenTlf. 924 86 311E-post:paal.glimen@voith.comStudieretning:Program for elektro- og datateknikk, studieretning forelkraft.Prosjektnummer:E1015Oppdragsgiver: Salvesen & ThamsKontaktperson hosoppdragsgiverJohan SkjølbergMob: 93806828Per KirkauneMob: 90822875Fritt tilgjengeligXTilgjengelig etter avtale med oppdragsgiverRapporten frigitt etter_________________________________________________________________________________________________1

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010ForordVåren 2010 skulle alle studenter som går sisteåret ved Høgskolen i Sør-Trøndelag skrive enbacheloroppgave med omfang ca 450 timer per person. Prosjektet utgjør 18 studiepoeng, og skal tautgangspunkt i de kunnskaper studentene har tilegnet seg gjennom studiene. Målet med detteprosjektet er at man skal tilegne seg bedre kunnskap i tilknytning til studieretningen og få øving i ågjennomføre et større prosjekt ved samarbeid i gruppe.Prosjektet ble gitt av firmaet Salvesen & Thams som er et selskap med over 100 års historie medvannkraftverk og lignende. De har engasjert konsulentfirmaet Rovas som er en totalleverandør avkomplette løsninger for småkraftverk.Oppgaven vi fikk var og se på og eventuelt forbedre verninnstillingene til Føssa kraftverk som skalsettes i drift høsten 2010. Utover dette vil hensikten også være å skaffe seg nyttig og relevantarbeidserfaring, noe som kommer godt med på framtidig jobbsøking. Samtidig som vi får relevantarbeidserfaring, tilegner vi oss kunnskaper om moderne styresystemer og ikke minst prosjektarbeidsom arbeidsform.Rapporten er rettet mot utbyggere, studenter og lærere ved institutt for elkraft ved Høyskolen i Sør-Trøndelag samt andre interesserte.Vi ønsker og rette en takk til følgende personer:Johan Skjølberg – Salvesen & ThamsPer Kirkaune – Salvesen & ThamsPål Glimen – Voith HydroLars Hofstad – Trønder EnergiRune Skorstad – RovasTrondheim 12.4.2010_________________________________________________________________________________________________2

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010InnholdsfortegnelseSammendrag.......................................................................................... 51 Innledning........................................................................................... 61.1 Bakgrunn for oppgaven...................................................................................................... 61.2 Prosjektmål......................................................................................................................... 71.2.1 Effektmål..................................................................................................................... 71.2.2 Resultatmål.................................................................................................................. 71.2.3 Prosessmål................................................................................................................... 71.3 Rapportens oppbygging...................................................................................................... 81.4 Begrepsliste ........................................................................................................................ 92 Kilder og metoder............................................................................ 113 Generelt om vern ............................................................................. 123.1 Generatorvern................................................................................................................... 133.1.1 Under/Over spenningsvern........................................................................................ 133.1.2 Under/Over frekvensvern.......................................................................................... 133.1.3 Under/Over magnetiseringsvern ............................................................................... 133.1.4 Overstrømsvern ......................................................................................................... 133.1.5 Retureffektvern.......................................................................................................... 143.1.6 Ubalansevern............................................................................................................. 143.1.7 Jordfeilvern på generator........................................................................................... 143.1.8 Differnensialvern....................................................................................................... 153.1.9 Vectorjump................................................................................................................ 163.1.10 Df/dt vern ................................................................................................................ 173.1.11 Vibrasjonsvern ........................................................................................................ 183.1.12 Temperaturvern ....................................................................................................... 183.1.13 Rusevern.................................................................................................................. 183.2 Linjevern .......................................................................................................................... 183.2.1 Linje- og kabelvern ................................................................................................... 183.2.2 Overstrømsvern ......................................................................................................... 193.2.3 Konstanttid overstrømsrelé ....................................................................................... 193.2.4 Inverstid overstrømsrelé............................................................................................ 203.2.5 Ikke-retningsbestemt jordfeilvern ............................................................................. 20_________________________________________________________________________________________________3

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20103.2.6 Retningsbestemt jordfeilvern .................................................................................... 204 Riggen ............................................................................................... 214.1 Generatorvern................................................................................................................... 224.2 Vernene i Spenningsregulatoren ...................................................................................... 235 Testing av vern................................................................................. 246 Salvesen & Thams............................................................................ 267 Føssa småkraftverk ......................................................................... 277.1 VAMP 210 ....................................................................................................................... 287.2 Beregning av kabel, eget nett ........................................................................................... 297.3 Linjer og situasjonen rundt kraftverket ............................................................................ 307.3.1 TrønderEnergi ........................................................................................................... 307.3.2 TrønderEnergi sine vern til Føssa ............................................................................. 308 Konklusjon ....................................................................................... 329 Kilder ................................................................................................ 3410 Vedlegg............................................................................................ 36_________________________________________________________________________________________________4

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010SammendragDenne prosjektoppgaven ble gitt av Salvesen & Thams v/ Per Kirkaune og Johan Skjølberg.Oppgaven gikk ut på å se over, og eventuelt prøve å optimalisere verninnstillingene til FøssaKraftverk som er prosjektert av konsulentfirmaet Rovas.Måter vi har kunne optimalisere vern på er litt begrenset da innstillinger av vern er ofte basert påerfaringer fra tidligere anlegg. Vi har derfor måtte sette oss inn i de forskjellige vern sine funksjonerog forsøke å anta gode innstillinger basert på det. Den andre måten vi har bruket er å teste verndirekte på ”Riggen” her på skolen. Vi har også hatt kontakt med TrønderEnergi v/ Lars Hofstad somhar hjulpet oss med linjeverndelen. Alle disse metodene har gitt oss nyttig informasjon ominnstillingene er gode nok, eller om det rom for forbedringer.Videre har vi tatt for oss litt om Føssa Kraftverk og prosjekteringen rundt det. Vi har sett på hvordanman skal gjøre det med eget nett i kraftstasjonen og opp til demningen.Vi brukte disse lærdommene når vi tok for oss delen av oppgaven som omhandlet Føssa kraftverk,og hva vi konkluderte med i forhold til det._________________________________________________________________________________________________5

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20101 Innledning1.1 Bakgrunn for oppgavenI de senere årene har det blitt flere og flere mikro, mini og småkraftverk i Norge. Disse kraftverkeneer ofte produsert ut av et standard oppsett som er raskt og lett å prosjektere i forhold til størrekraftverk, som blir mer skreddersydd til sitt formål enn de små. Større kraftverk er ofte også undermer oppsyn enn de små, slik at det muligens er større grunn til å fokusere på gode stabile vern for desmå kraftverkene enn man skulle tro.Dette betyr ikke at det er mindre fokus på vern i de store kraftverkene, men mer at et standard litekraftverk, ofte blir utsatt for økonomisk konkurranse mellom leverandører slik at vern funksjonerofte kan bli skviset ut for og få anlegget billigere.Dette blir å ha feil fokus på innsparinger da vernene ofte er den minste kostnaden i et slik kraftverk,men kanskje den viktigste komponenten._________________________________________________________________________________________________6

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20101.2 Prosjektmål1.2.1 Effektmål- Optimalisere innstillinger av vern til Føssa kraftverk.- Få en bred kompetanse på vern.1.2.2 Resultatmål- Sette oss godt inn i forskjellige vern og hvordan de fungerer sammen.- Lære forskjellige måter å regne ut nødvendige vern, manuelt og med dataverktøy.- Komme med et bra resultat som er mulig å bruke.- Prosjektet skal leveres seinest 20. mai.1.2.3 Prosessmål- Jobbe jevnt og følge Gantt diagrammet best mulig.- Fordele arbeidet jevnt slik at det blir like stor arbeidsmengde på hver.- Øke ferdighetene i samarbeidsjobbing.- Tilegne oss mer kompetanse på de fagområdene vi gjennomgår.- Oppnå god karakter på prosjektet._________________________________________________________________________________________________7

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20101.3 Rapportens oppbyggingI en prosjektrapport er det noen standarder prosjektgruppen må ta hensyn til. Vi hat tatt utgangspunkti standarder hentet fra Prosjektarbeid, en veiledning for studenter (Andersen og Schvencke 2001).Dette er et skriv som er utdelt i forbindelse med hovedprosjektet. Her er det retningslinjer angåendehva som skal være med og hvor i rapporten det skal stå. Det er også en del som er åpent, og opp tilhver enkelt gruppe å avgjøre hvordan det skal gjøres. Vi har bygd opp rapporten vår som beskrevetunder.Kapittel en heter innledning. Her tar vi med problemstilling, oppbygging av rapporten ogbegrepsliste.Kapittel to omhandler metoder og vurderinger i forhold til å finne informasjon vi har hatt bruk forunderveis.Kapittel tre sier noe om hvilke vern som finnes, og litt om hvordan de fungerer.Kapittel fire forklarer om hva Riggen er.Kapittel fem omhandler vår testing av vernfunksjonene på Riggen.Kapittel seks er litt om historien til Salvesen & Thams.Kapittel sju omhandler Føssa kraftverk og litt om det overliggende nettet til det.Kapittel åtte er en konklusjon der vi samler trådene fra rapporten.Kapittel ni forklarer hvor vi har hentet kildene våre.Kapittel ti er en oppsamling av vedlegg vi har._________________________________________________________________________________________________8

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20101.4 BegrepslisteI prosjektrapporten bruker vi en del uttrykk, forkortelser og liknende som ikke inngår i vanlig norskdagligtale. I dette kapittelet har vi definert, og sagt litt generelt om de som er mest aktuelle.DECS (Digital Exitation Control System)Er en digital spenningsregulator som leverer magnetiseringsstrøm til synkrongeneratorens rotor.DEIF GPU(Generator Protection Unit)Generatorvernet til elektrokomponentprodusenten DEIF. Dette vernet skal beskytte generatoren formulig feil.GIK (automatiske gjeninnkobling)Rask ut og innkobling av en linje, brukes av netteier for å fjerne forbigående feil. En slik utkoblinger på vanligvis 300 ms.KortslutningsstrømHøy strøm som oppstår ved kortslutning da motstanden er veldig lav der man har en feil.MagnetiseringsstrømDet er en likestrøm som man forsyner rotoren med for og sette opp et magnetisk felt som kanprodusere vekselstrøm.MåletrafoTransformator som omsetter strøm eller spenning til ønskede verdier for bruk i andre enheter. Detskilles mellom trafo som brukes til vern og trafoer som brukes til måling. Disse har henholdsvisvernkjerne og målekjerne.MultifunksjonsvernEr en komponent som inneholder flere typer vern i samme enhet.NEK 400Er en norm utarbeidet av Norsk elektroteknisk komité, og omhandler krav tilelektriske lavspenningsinstallasjoner._________________________________________________________________________________________________9

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010ReléEn bryter som ved et gitt signal kobler ut en lastRiggenEn modell av et vannkraftverk plassert på elkraftlaben ved Høyskolen i Sør-Trøndelag. Modellen harsynkron generator med tilhørende magnetiseringsutstyr, og turbinen simuleres av enfrekvensomformerstyrt asynkron sleperingsmotor med kortsluttede sleperinger. Innfasingsutstyr erogså montert, slik at det er mulig å fase inn og levere effekt på nettet.RotorDen roterende delen i en generatorRusingNår en generator overstiger 1,5-2 ganger høyere enn sitt merketurtall.RørgateTilløpsrør med fundamenter og forankringer alternativt nedgravd tilløpsrør.SF6-isolert kompaktanleggStrømbryter som er isolert ved hjelp av gassen SF6, som gjør at anlegget kan bygges med mindredimensjoner.SmåkraftverkKraftverk med effekt mellom 1-10MVAStatorDen stillestående delen av en generatorStivt nettBrukes som definisjon på et nett hvor spenning og frekvens er konstant.SynkronmaskinMaskin som må gå med synkront turtall_________________________________________________________________________________________________10

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010TransformatorApparat som omgjør elektriske vekselstrøm av en spenning til vekselstrøm av en annen spenningTurbinMaskin der vannet i et vannkraftverk føres inn på en eller flere skovler festet til en aksel slik at en fårrotasjon som omsetter vannets energi til mekanisk energi.ØydriftBrukes som definisjon på driftsituasjon hvor et vannkraftverk driver et nett alene. Det vil si at detikke er flere generatorer som leverer som leverer effekt til samme nett. Også kalt eget nett.2 Kilder og metoderVi har under hele prosjektet hatt behov for å tilegne oss kunnskap. Det har variert etter hva slagskilder etter hva vi jobbet med. Vi har benytter flere typer kilder.Internettkilder:Når det gjelder internettkilder har vi systematisk brukt sider som tilhører anerkjente firma ogorganisasjoner. Vi har stort sett benyttet oss av nettbaserte manualer og veiledninger fra de aktuelleprodusenter/leverandører. På den måten har vi forsøkt å få tak i så pålitelige kilder som mulig.Fordelene med internettbaserte manualer er at de som regel alltid er oppdatert og inneholder få feil,hvis de hentes på leverandørsiden.Bøker:Vi har kun benyttet lærebøker, de fleste av bøkene er lærebøker fra HiST. Lærebøker er en påliteligkilde som tidligere og fremtidige elever vil ha tilgang til.Tidligere hovedoppgaver:Vi har også benyttet flere tidligere hovedoppgaver fra HiST som har vært innom noen av våreproblemstillinger._________________________________________________________________________________________________11

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Erfaringsoverføring/fagpersonell:Prosjektgruppa har vært påpasselige med å spørre personer som har stor erfaring innen området vihar jobbet med, slik at vi har kunne ha fått mest mulig pålitelige råd.Brukermanualer:Brukermanualene til de forskjellige vernene vi har satt oss inn i har blitt flittig brukt. Og de er enpålitelig kilde som man kan stole på.3 Generelt om vernDet er mange forskjellige feilsituasjoner som kan forekomme i et kraftverk. For å forhindre at disseskal gjøre noe skade er det viktig å ha gode vern. Noen av disse feilene er kortsluttning ogoverbelastning, det er veldig viktig å beskytte seg for disse fordi de kan være utgjøre en fare formennesker og dyr, og feilene kan skade generatoren alvorlig. En annen alvorlig feil kan oppstå hvisturbinen ikke blir stoppet når nettet forsvinner, dette fører til rusing. Hvis kraftverket er lite ogoverliggende nett forsvinner kan det føre til lav eller høy frekvens for de som er tilkoblet i nærheten,dette kan føre til øderlagte elektriske komponenter hos husstandene. Det kan også oppstå feil pågeneratoren når overliggende nettet kommer tilbake, det kan bli koblet tilbake i motfase medgeneratoren fordi en linjefasebryter ikke har innfasingsutstyr. GIK er også et problem, en litengeneratoren kan bli koblet inn i motfase, Det er derfor viktig med vern som kobler ut generatorenraskest mulig ved GIK.Figur 1. Vern._________________________________________________________________________________________________12

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20103.1 Generatorvern3.1.1 Under/Over spenningsvernBeskytter mot for lave eller for høye spenninger.Man setter forhåndssatte verdier, hvis vernet måler for lav eller for høy spenning i forhold til det, sågir vernet utslag og stopper eventuelt generatoren.Grunner til at spenningen på en generator kan stige kommer av interne eller eksterne forhold. Endefekt spenningsregulator eller feilregulering av magnetiseringsutstyret ved manuell styring kan føretil for høy spenning. Spesielt når generatoren er frakoblet nettet, ved oppstartet, synkronisering ellerved utkobling av effektbryter ved feil i nettet.3.1.2 Under/Over frekvensvernMåler at frekvensen ikke er for høy eller for lav.Det er kun store kraftverk som klarer å påvirke frekvensen i noe spesiell grad her i Norge, slik at etsmåkraftverk vil ikke evne og påvirke det stive nettet vi har. Hvis kraftverket kun produserer strømtil et mindre nettverk så kan dette bli et problem da lasten kan forandre seg raskt.3.1.3 Under/Over magnetiseringsvernDette vernet måler magnetiseringsstrømmen og registrerer om strømmen blir for høy eller lav.Vernet kan også stilles inn etter hvor mye reaktiv effekt man ønsker å produsere. Det registrerer ogsåhvis det er bortfall av magnetiseringen, dette kan føre til høy økning av turtallet.3.1.4 OverstrømsvernBeskytter generatoren mot kortslutning og overbelastning. Stilles inn for å løse ut effektbryteren nårstrømmen overskrider en forhåndsinnstilt verdi, denne verdien er satt til hvor mye strøm kablene ogkomponentene i kraftverket tåler. Stiller også inn med ønsket tidsforsinkelse da kraftverk kan kjøremed overlast i en begrenset periode uten og ta særlig skade av det. Man kan for eksempel kjøre 110% overlast i 5 sekunder, mens man kan kjøre 125 % overlast i 2 sekunder. Dette er fordi hvis manplutselig legger inn noe som trekker veldig mye effekt, og nettet trenger noe tid til å oppjustere segetter det._________________________________________________________________________________________________13

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20103.1.5 RetureffektvernDette vernet skal beskytte generatoren mot motordrift, dette kan forekomme hvis det blir lite vann påturbinen, da trekker generatoren nødvendig strøm fra nettet for å drive turbinen rundt. Dette er enuønsket situasjon og man ønsker da å stoppe turbinen til vannstrømningen er ok igjen.3.1.6 UbalansevernMåler om det er forskjeller mellom de forskjellige fasene. Det forhindrer overbelastning påenkeltfaser.3.1.7 Jordfeilvern på generatorDet er viktig å ha jordfeilvern både i rotor og stator så man oppdager eventuelle kortslutninger motjord, slik at det ikke ødelegger komponenter i kraftverket. Jordfeil kan også føre til varmeutviklingover tid, noe som kan føre til brann/skade på komponentene. Det kan også føre til at det blirspenning på komponenter som normalt ikke skal ha det, dette kan føre til skade på mennesker ellerdyr. Det er derfor viktig at jordfeil blir oppdaget så raskt som mulig og reparert. Jordfeilvern hindrerikke skader, men skadeomfanget.StatorStatorjordfeilvernet er det viktigste vernet for statorviklingene i generatoren. Vernet reagerer påjordfeil i hele det galvaniske sammenkoblete nettet. Det vil si at vernet også verner viklingene tilblokktransformatoren og magnetiseringstransformatoren som er dirkete koblet til generatoren.Statorjordfeilvern med 95 % dekning - blokkoblingDet finnes jordfeilvern med 95 % dekning av statorviklingen når vi måler spenningen som kommer inøytralpunktet ved en enkel jordfeil. Hvis det forekommer en jordfeil på en av generatorklemmeneblir U 0 =E. Det vil si at spenningen mellom nullpunktet til generatoren og jord blir lik spenningaover hele generatorviklinga. Hvis det for eksempel er en jordfeil en trededel ut på viklinga, regnet franullpunktet ville dette gitt spenningen U 0 = E/3. Hvis jordfeilen kommer helt i starten av viklingene,regnet fra nullpunkt, blir spenningen U 0 så liten at vi ikke kan skille den fra små spenninger som ervanlig drift uten jordfeil. Et jordfeilvern som skal aktiviseres av spenningen U 0 blir derfor innstiltikke å reagere på jordfeil som kommer på de 5 % første viklingene. Derfor navnet 95 %dekningspunkt._________________________________________________________________________________________________14

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Figur 2. Differensialvern på generator.3.1.9 VectorjumpEt vektorhopp er en forskyvning i periodetiden til en generator (se fig.3). Hvis under drift det skulleskje at nettet falt bort, vil generatoren prøve å levere effekt til gjenværende last. Slike plutseligeendringer i last vil føre til at periodetiden minker eller øker avhengig av om lasten er større ellermindre enn ved vanlig drift.Figur 3. Forskyving av periodetiden._________________________________________________________________________________________________16

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Forandringen i tid finner man ved å kontinuerlig måle tiden mellom nullgjennomgangene tilsinusspenningen.Slike vern er raske nok til og koble ut en generator hvis man opplever en GIK(typisk 300ms).Vernet løser ut når et hopp i tid blir representert i en vinkel overskrides. Utløsetiden vil væreavhengig av når neste nullgjennomgang kommer, som igjen bestemmes av vinkelforskyvningen.3.1.10 Df/dt vernDette er et frekvensvern som skal beskytte generatoren mot forandringer i frekvens.Frekvensendringer kan komme når netteier kobler fra nettet og man får en GIK til nett igjen. Koblerman en generator fra et stivt nett så vil man i forhold til lasten få en endring i frekvens. Er det for høylast i forhold til hva generatoren leverer så vil frekvensen synke, er det mindre last enn hvageneratoren leverer så vil man få en rusing av turbinen og frekvensen øke.Ved disse situasjonene vil man koble ut generatoren raskest mulig for beskytte den motoverbelastinger, df/dt vern er mye raskere enn ordinære frekvensvern så disse er et godt valg.De fungerer på den måten at de løser ut hvis de overskrider grensen frekvensen er satt til, eller hvisfrekvensen ikke jevner seg ut igjen ved et gitt antall nullgjennomganger. Det er også entidsforsinkelse i disse vernene, den starter ved første nullgjennomgang etter feil som resulterer ifrekvensendring over stil nivå. Så utløsetiden til vernet blir tidsforsinkelsen pluss reaksjonstiden tilvernutrustningen.Vernet vil kun koble ut hvis forandringen er vedvarende. Dvs. hvis nettet ramler ut og man får enfrekvensendring i generatoren, da vil vernet koble ut hvis frekvensen ikke stabiliserer seg førtidsforsinkelsen har gått ut. Hvis frekvensen blir stabil før tidsforsinkelsen går ut så vil vernet fortsattholde ting i drift._________________________________________________________________________________________________17

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20103.1.11 VibrasjonsvernVibrasjonsvernet registrerer vibrasjoner i maskinen. Vibrasjoner kan forekomme når det er feil vedlager, polslipp eller liknende. Mekanisk feil vil bli oppdaget raskt, og det kan også oppdage mangeelektriske feil før de elektriske vernene gjør det selv. Dette fører til raskere utkobling og redusererødeleggelsene.3.1.12 TemperaturvernDet er viktig å ha temperaturvern på forskjellige komponenter, høy temperatur over lang tid fører tilkortere levetid på den aktuelle komponenten.Det er spesielt viktig i lager, hvis temperaturen blir høy her er det et tegn på at det er lite olje igjen ilagrene, og det kan føre til store ødeleggelser. For høy temperatur på en komponent bare en gang kanredusere levetiden på den med flere år.3.1.13 RusevernHar som oppgave å hindre rusing av turbin og generator. Det er montert en turtallsmåler og satt enmaksimalverdi for turtallet før vernet skal bryte inn. Men det er normalt å dimensjonere maskinenefor litt høyere turtall en det nominelle, så de tåler litt rusing.3.2 Linjevern3.2.1 Linje- og kabelvernI nett med spenning under 22 kV har man vanligvis mating kun fra en side. I slike nett så er det mestvanlig og bruke overstrømsvern mot skader fra kortsluttinger. Det er to typer av slike vern.- Konstanttid overstrømsvern (uavhengig overstrømsvern)- Inverstid overstrømsvern (avhengig overstrømsvern)Det er vanligst med konstanttid overstrømsvern i Norge, da de er lettere å stille inn.I nett med høyere spenning så har man ofte også differensialvern og distansevern._________________________________________________________________________________________________18

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Jordfeilvern er også et viktig vern i linjer. Der har man også to typer.- Ikke-retningsavhengig vern- Retningsavhengig vern3.2.2 OverstrømsvernHvis man ser på figur 4, ser man tre overstrømsrelé med strømtransformatorer og effektbryter. Dissekomponentene utgjør et overstrømsvern. Får man en kortslutning på linja som illustrert i figuren, såvil strømmen i strømtransformatorene bli så stor at releene lukker og effektbryteren legger ut linja.Når kortslutningen er borte går det ikke strøm gjennom releene lenger og relékontakten åpnes igjen.Figur 4. Kopling av et overstrømsvern av konvensjonell type.3.2.3 Konstanttid overstrømsreléFor at et overstrømsrelé skal fungere som forventet må det være korrekt innstilt.Som et eksempel kan man si at startstrømmen, I ( I > ) er satt til 100 A. Da må strømmen i linja væreover 100 A for at releet skal løse ut, og da med en tenkt satt tid på ett sekund.Man kan også velge hurtigutløsning (momentan utløsning) I ( I >> ) i tillegg til den ordinæreutløsningen. Om strømmen kommer for eksempel over 1000 A så vil relékontakten lukkeøyeblikkelig uten tidsforsinkelse og bryte strømmen.sm_________________________________________________________________________________________________19

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20103.2.4 Inverstid overstrømsreléInverstid overstrømsrelé kobles likt som konstanttid overstrømsrelé, men karakteristikken erandelenes. Ved startstrømmen, I ( I > ) 100 A så vil utløsningstiden være legere enn ved en høyereskortslutningsstrøm. Så ved 100 A kortsluttningsstrøm så vil kanskje utløsetiden være 4 sekunder,mens ved 800 A så vil utløsetiden være 0,5 sekunder.3.2.5 Ikke-retningsbestemt jordfeilvernI høyspenningsnett er det ofte brukt en kobling av enpolte spenningstransformatorer med enmålevikling og en relévikling. Måleviklingen måler spenningen i nettet og reléviklingen gir utspenning når det oppstår jordfeil. Som man ser på figur 5 ser man at jordfeilviklingene er seriekoblet.Spenningen over releet blir derfor summen avspenningene over de seriekoblede releene.Når nettet er feilfritt så er summen av dissespenningene lik null, men med en gang man får målt enspenning her vet man at man har en jordfeil.Disse vernene kan ikke si hvor jordfeilen er så man måkoble ut hver linje for seg forå finne feilen.Figur 5. Ikke-retningsbestemt jordfeilvern3.2.6 Retningsbestemt jordfeilvernDisse vernene er ofte foretrukket fremfor vanlige jordfeilvern. Vernet har da i tillegg en egenstrøminngang for jordstrøm, målt vha en kabelstrømtransformator(summasjonstransformator), samt en spenningsinngang for jordfeildeteksjonved hjelp av "åpen trekant"-spenningen (3Uo) på samleskinnen. Vernet kan dermed avgjøreretningen til en eventuelt jordfeil og løse selektivt ut, selv i et spolejordet nett med småjordfeilstrømmer._________________________________________________________________________________________________20

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20104 RiggenRiggen er en simulator av et vannkraftverk med generator og turbin (se bilde i vedlegg 2). Den blestartet som et hovedprosjekt på HiST våren 2008 og videre jobbet med som høstprosjekt samme året.Den ble igjen en hovedoppgave i 2009, og det er også er en gruppe som jobber med denne somhovedprosjekt nå i 2010.Riggen fungerer som et vannkraftverk der en synkrongenerator leverer effekt ut på kraftnettet. Denhar også mulighet for å levere effekt på eget nett, bestående av en variabel resistor og induktor.Riggen kan også fjernstyres via en ekstern datamaskin ved og logge seg inn påstasjonsdatamaskinen.Turbinen er representert av en asynkronmotor som er koblet til en frekvensomformer. Akslingen påmotoren er koblet sammen med synkrongeneratorens aksling.Generatorspenning 220VGeneratorstrøm 7,9AGeneratoreffekt 3 kVATurtall1500 rpm.Magnetiseringsspenning 110 V DCMagnetiseringsstrøm 2,3A DCTabell 1. Nominelle verdier på Riggen.Oppgaven vi hadde på Riggen var å se på hvordan vernene fungerte og eksperimentere medforskjellige innstilinger. Vi så også på hva som skjedde med forskjellige feil og hvordan vernenereagerte og hvordan maskinen stoppet._________________________________________________________________________________________________21

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20104.1 GeneratorvernPå Riggen er det montert et generatorvern fra DEIF (Danish Electro Instrument Factory) som er etmultifunksjonsvern. Vernet heter DEIF GPU og har blitt valgt fordi det var rimelig i forhold tilkonkurrenter, selv om det er viktig å ikke spare for mye penger på valg av vern. Generatorvernet erprogrammert med prosentvis nominelle generatorverdier og med forskjellige tidsforsinkelser påtrippreleet. I tabellen under kan man se hva slags vern som er benyttet fra DEIF en, og hvordan deforskjellige verdiene er innstilt.ParameterProsentAdresse nom.verdiVirkeligverdi Forsinkelse UtgangsrelèRevers effekt 1010 -5 % 16,5kW 10s 2 og 4Overstrøm 1 1020 101,8 % 814,4A 5s 2 og 4Overstrøm 2 1030 104 % 832A 2s 2 og 4Overstrøm invers 1 1041 110 % 880A 5s N/AOverstrøm invers 2 1042 120 % 960A 3,8s N/AOverstrøm invers 3 1043 140 % 1120A 2,5s N/AOverstrøm invers 4 1051 160 % 1280A 1,5s N/AOverstrøm invers 5 1052 180 % 1440A 1s N/AOverstrøm invers 6 1053 200 % 1600A 0,5s N/AOverstrøm invers 1060 N/A - N/A 2 og 4Høy generatorspenning 1 1100 103 % 247,2V 10s 2 og 4Høy generatorspenning 2 1110 105 % 252V 5s 2 og 4Lav generatorspenning 1 1020 95 % 228V 10s 2 og 4Lav generatorspenning 2 1030 90 % 216V 5s 2 og 4Høy generatorfrekvens 1 1140 103 % 51,2 Hz 10s 2 og 4Høy generatorfrekvens 2 1150 105 % 52,5Hz 5s 2 og 4Ubalanse strøm 1280 25 % - 10s 2 og 4Ubalanse spenning 1290 10 % - 10s 2 og 4Var import 1300 20 % 66kW 10s 2 og 4Var eksport 1310 74 % 244,2kW 10s 2 og 4df/dt 1350 5Hz/s - N/A 2 og 4Feil fra DECS 3350 3350 N/A 2,3A 0,2s 2 og 4Tabell 2. Verdier og adresser i DEIF'en._________________________________________________________________________________________________22

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20104.2 Vernene i SpenningsregulatorenRegulatoren på Riggen er en Basler DECS 100. Det har 5 vernfunksjoner innebygd i regulatoren,som kan brukes slik man ønsker. Disse blir forhåndsprogrammert slik at regulatoren vet hvordan denskal reagere hvis en av vernfunksjonene blir aktivert.Vernfunksjonen i regulatoren er:• Overspenning generator:Man stiller inn en øvre tillatt grense for generatorspenningen. Dersom denne grensenoverstiges aktiveres regulatorens alarm utgang. Det kan også stilles inn en tidsforsinkelseså den tilatter overspenning en hvis tid. Man kan også få den til å skru av generatorenved denne feilen.• Tap av målespenning:Denne vernfunksjonen slår inn dersom regulatoren mister sine målespenninger i anlegget.Her kan man velge om regulatoren skal slå seg av eller som den skal gå over til modusmanuell kjøring.• For høy feltspenning:Hvis spenningen over magnetiseringsviklingene blir for høy kan det velges omregulatoren skal gi alarm eller om den skal slå seg av.• Overmagnetiseringsbegrenser:Det er mulig å stille inn regulatoren slik at ikke overstiger den øvre grense slik at den ikkeoverstiger det generatoren/magnetiserinegn er dimensjonert for.• Undermagnetiseringsbegrenser:Hvis forbruket av reaktiv effekt kommer under innstilt verdi kan det velges omregulatoren skal gi alarm eller den skal skru seg av. Det er her også mulig med entidsforsinkelse._________________________________________________________________________________________________23

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20105 Testing av vernVi gjennomførte en del tester av de forskjellige vernene, de fleste av vernene gikk det greit å teste,mens noen av vernene var det umulig å få testet. Alle testene våre gikk ut på at vi justerte ned settpunkteneslik at vi ikke kunne overbelaste noe i anlegget. Dermed økte vi belastningen opp til detsom var satt i utgangspunktet.Revers effekt:Vi skrudde fort ned pådraget, da måtte generatoren drive turbinen som en motor og da trekker maneffekt fra nettet. Det tilsvarer en simulering av at det brått mangler vann på turbinen.Overstrøm 1 og 2:Testet hva som skjedde når vi simulerte for mye aktiv effekt på ”eget nett”. Vi la på trinnvis mereffekt og tilførte mer ”vann” til turbinen, for å kompensere for lav frekvens på nett. Vi gjorde dettehelt til vernet trippet på for mye strøm. Vi har ført inn resultatene i tabellen under.Overstrøm 1 var satt til og trippe etter 5 sekunder mens overstrøm 2 var satt til 2 sekunder.80 % 90 % 100 % OrginaltOverstrøm 1 652A (640A) 725A (720A) 817A (800A) 820A (814,4A)Overstrøm 2 - 743A (720A) 817A (800A) 850A (832A)Tabell 3. Strømmer vi testet.(Verdiene i parentes er utregnet verdier i forhold til prosent av nominell verdi.)Overstrøm invers 1-6:Fikk vi ikke testet.Høy generator spenning 1 og 2:Kjørte opp sett-punkt spenningen på ”eget nett” slik at spenningen ble for høy. Et praktisk eksempelpå høy generator spenning er hvis det blir produsert mer en kraftverket klarer å levere, da vilspenningen og frekvensen stige.Høy frekvens 1 og 2:Dette testet vi på ”eget nett” ved at vi kjørte med last og så fjernet lasten. Når man fjerner lasten økerman frekvensen på nettet hvis man ikke reduserer vannmengden._________________________________________________________________________________________________24

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Ubalanse strøm eller spenning:For å få testet dette måtte vi koblet ut en belastningsfase.Vi testet ikke dette fordi vi ikke ville koble om Riggen.Var-import:Importerer reaktiv effekt når man kjører for kapasitivt.Vi fikk ikke testet dette med verdien som innstilte fordi denne verdien var satt slik at det var”umulig” å få trippet vernet fordi det ville vært en unødvendig stopp i skole simulator. På et størreanlegg hadde det vært mer bruk for dette.Men vi fikk vernet til å trippe når vi stilte ned verdien og importere mer reaktiv effekt enn hva vernetvar innstilt for.Var eksport:Kjører for mye reaktiv effekt ut i forhold til satt grense. Man får ingen penger for og produserereaktiv effekt, slik at man gjerne setter en øvre grense for denne produksjonen. Småkraftverk kjørergjerne cosinus phi lik en, som vil si at de ikke produserer reaktiv effekt i det hele tatt.df/dt:Ikke fått testet.Feil fra DECS:Spenningsregulatoren er juster i forhold til merkespenningen til generatoren. Denne kobler utanlegget i det den møter denne grensen. Dette skjedde relativt ofte når vi testet i stivt nett._________________________________________________________________________________________________25

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20106 Salvesen & ThamsSalvesen & Thams ble stiftet 18.juli 1889 av Christian Salvesen og Christian Thams med detopprinelige navnet Chr. Salvesen Chr. Thams’s Communications Aktieselskab. Formålet medselskapet var å planlegge, bygge, samt drifte en jernbane i Orkdalen mellom Aalivold og et passendested ved Orkdalsfjorden. Grunnen til å etablere denne jernbanen var å forbedre transporten fragruvedrift som var i Løkken Verk. Salvesen & Thams skulle også skaffe elektrisk kraft til jernbanenog til gruvedrift. I 1904 blir Salvesen & Thams et datterselskap av Orkla.I 1963 ble Kissmelteverket de hadde på Thamshavn lagt ned, også persontrafikken på jernbanen blelagt ned. De ansatte ble flyttet til moderselskapet og firmaet forsetter bare å eksistere på papiret.1986 gjenoppstår Salvesen & Tams og for egen administrasjon på Løkken Verk. De får ansvar fornæringsutvikling i samarbeid med Meldal kommune, samt for Orklas aktiviteter i dalføret.Salvesen & Thams har også drevet et snekkerverksted og verksteddrift. Verksteddriften varhovedsakelig å driftet jernbanen. De har også hatt en egen kai avdeling som betjente selskapets egnedampskip i rute på Trondheimsfjorden, og lastebåter som fraktet mineraler fra gruvedriften.I dag driver firmaet egen virksomhet innenfor kraftproduksjon, eiendom og reiseliv.Figur 6. Chr. SalvesenFigur 7. Chr. Thams_________________________________________________________________________________________________26

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20107 Føssa småkraftverkFøssa småkraftverk (se vedlegg 5 og 6 for bilder) ligger i Meldal kommune i Sør-Trøndelag. ElvaFøssa ligger ca 5 km sør for Meldal sentrum, og det lokale stedsnavnet for området der kraftverketligger er Å. Meldal er en innenlands kommune som ligger 80km sørvest for Trondheim. Føssa er endel av Orklavassdraget som er et godt utbygd vassdrag med en årlig produksjon på 1250 GWh.Nedbørsområdet til Føssa ligger fra ca 500 moh. til 737 moh. Kraftstasjonen skal stå på 170moh.Selskapet Føssa kraftverk AS ble stiftet 16.5.2006 og eierforholdet er slik:Ola Grut, 45 %Chr. Salvesen & Thams Communications Aktieselskab, 34 %Jon Erik Grut, 7 %Kjell Eithun, 7 %Gunnar Sundseth, 7 %Styreleder i selskapet er Johan Skjølberg.Fallhøyden fra inntaket i Føssa til kraftstasjonen vil være 320 meter, det planlegges nedgravd PE-rørmed overgang til duktilt stålrør i de nederste fallmeterne i forhold rørenes trykklasser.Turbinledningens totallenge blir ca 2100meter. Røret vil ha en diameter på 630mm.Kraftstasjonen vil romme en vertikal peltonturbin med en synkrongenerator som yter 2169kVA ogen merkespenning på 690V. Det vil også være et eget rom for en høyspenttrafo som yter 2000kVA0,69kv/22kv.Høyspent forsyningsnett går like forbi eiendommen hvor kraftverket skal stå. Fra kraftstasjonen tilhøyspentlinje blir kabel gravd ned i forbindelse med forlengelse av vei. Strekningen frakraftstasjonen til forsyningsnettet er det ca 300. Innmatingen vill ha en maks effekt på ca 1740kW.Byggingen av kraftverket startet mars 2010 og forventes ferdig i løpet av 2010. Den tiltenkteårsproduksjon er beregnet til å være på 5,3 GWhDet er firmaet Rovas AS som har blitt hyret som konsulent til dette kraftverket. Rovas AS er entotalleverandør av komplette løsninger for småkraftverk._________________________________________________________________________________________________27

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20107.1 VAMP 210VAMP er et firma som har hovedkvarter i Finland, de har spesialisert seg på beskyttelsesutstyr forgeneratorer og distribusjon. De produserer vern og releer i alle segmenter i mellomspenningsområdetVAMP 210 (se fig.6) feltenhet for generatorer brukes som hovedvern for generatorer medvarierende ytelse, fra små dieseldrevne generatorer til store vannkraftgeneratorer i område 1 til100MW. Det er dette vernet som er blitt valgt som generatorvern i kraftverket i Føssa.Vi i prosjektgruppa har ikke fått mulighet til og teste dette vernet da riggen her på skolen bruker etDEIF GPU vern. Funksjonene i disse vernene er da my det samme, så vi går ut i fra at innstillingenevi fant fram til på DEIF’en, også fungerer fint på VAMP’en. En fordel vi ser med VAMP’en er atden har mulighet for måling av jordfeil og retningsbestemt jordfeil. Retningsbestemte jordfeilvernkan avsløre kortslutninger i stator på generator, slik at man kan få stoppet anlegget før en større feiloppstår, og sparer anlegget for større stopp i produksjon.Se vedlegg 1 for vernfunksjoner og vedlegg 3 for forslag til verninnstillinger fra Rovas.Figur 8. VAMP 210_________________________________________________________________________________________________28

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20107.2 Beregning av kabel, eget nettDet skal legges forsyningskabel opp til dammen fra kraftverket. Denne kabelen skal forsyne en dellys, stikkontakter, varmeovn og en elektrisk motor som styrer luka til inntaksrørene. Vi antar atforbruket ikke vil overstige 5 kW, og kabelen skal graves ned langs rørgaten som er 2100 meter lang.Denne kabelen kobles på stasjonssiden av trafoen slik at man kan ta strøm fra det overliggende nettethvis strømbrudd. kWh måleren til TrønderEnergi vil være en måler som kan måle strøm begge veier.Det bør også brukes en kortslutningssikker kabel fram til eventuelle sikringer og vern som skalbeskytte kabelen. På demningen skal det installeres en trafo som transformerer spenningen ned fra690V til 230V. Det var i utgangspunktet også vurdert og opprette et eget nett til forbrukerne rundtkraftverket, men de planene ble forkastet da det ble for komplisert og dyrt.Spenningsfallet i kabelen finner vi ut fra formelen:1,2 ⋅ ρ ⋅ 3 ⋅l∆ U = ⋅ IAbDer 1,2 er et forholdstall basert på varme i kabelen, ρ er spesifikk resistans for leder(0,0172 Ωmm2/m for kobber, 0,0283 Ωmm2/m for aluminium), 3 fordi det er trefase, l for lengdenpå kabel, A for tverrsnittet av kabelen og Ibsom er belastningsstrømmen i lederen.SpenningsfalletNEK400.∆ U må ikke overstige 4 % fra tilførsel og fram til siste koblingspunkt i følgeSå hvis man gjør noen beregninger på dette med forskjellige ledningstverrsnitt og type kabel så fårman som følger:TverrsnittMed Cu1,2 ⋅ ρ ⋅ 3 ⋅l∆ U = ⋅ IAb∆Uspenningsfall ⋅ 100 = ∆Ui %= spenningsfall690V25 21,8V 0,032V 3,2 %50 10,9V 0,016V 1,6 %90 6,0V 0,009V 0,9 %Tabell 4. Spenningsfall med kobberkabel.Iber beregnet til 5 kW7,25A690V =Alle disse tverrsnittene er under grensa på 4 %._________________________________________________________________________________________________29

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010TverrsnittMed Al1,2 ⋅ ρ ⋅ 3 ⋅l∆ U = ⋅ IAb∆Uspenningsfall ⋅ 100 = ∆Ui %= spenningsfall690V25 35,8V 0,052V 5,2 %50 17,9V 0,026V 2,6 %90 9,95V 0,014V 1,4 %Tabell 5. Spenningsfall med aluminiumskabel.Med aluminiumskabel så kan man ikke bruke tverrsnitt så mye mindre enn 50 kvadrat daspenningsfallet blir for stort, men det er billigere for aluminiumskabel enn det er for kobber, og deter mer vanlig til slik forlegning.7.3 Linjer og situasjonen rundt kraftverketKraftlinjen som kraftverket skal kobles til eies av Trønderenergi. Avstanden fra kraftverket tilkraftlinjen den skal kobles inn på er ca 300m. Forsyningsnettet som det skal kobles på er 22KV. Sevedlegg 4 for detaljert oversikt over nettet rundt Føssa kraftverk.Føssa skal kobles inn på Syrstad gren (se vedlegg 4).7.3.1 TrønderEnergiTrønderEnergi er organisert som et konsern som ved årsskiftet hadde 12 datterselskap. Selskapet blestiftet i 1950 med navnet Sør-Trøndelag Elektrisitetsverk. Selskapet har byttet navn flere gangerførste gang i 1970 til Sør-Trøndelag Kraftselskap. Andre gang selskapet skiftet navn var i 1997, datil dagens navn TrønderEnergi. Selskapet ble omdannet til et konsern i 1998, med to datterselskaper:TrønderEnergi Kraft og TrønderEnergi Nett. I 1999 ble konsernet et aksjeselskap, med 20 kommunersom aksjeeiere. Konsernet har nå ca. 330 ansatte og hovedkontoret ligger i Trondheim.7.3.2 TrønderEnergi sine vern til FøssaTrønderenergi skal benytte et koblingsanlegg fra ABB som heter SafePlus med en effektbryter medmåling og vern. Linjevernet er et ABB Rex521 med overstrøm, jordfeilvern 3U 0 , over/underspenningog over/underfrekvens._________________________________________________________________________________________________30

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010SafePlus er et SF6-isolert kompaktanlegg for sekundærdistribusjon. Anlegget kan leveres medmange forskjellige felttyper og kundetilpassede konfigurasjoner. Målefelt og effektbryterfelt med etstort utvalg av vern inngår i konseptet. SafePlus kan leveres med en ekstern pluggbar samleskinne,slik at man oppnår fullmodulært anlegg. Det kan også leveres forberedt for senere utvidelse.SafePlus er det mest brukte anlegget ved bygging av minikraft/småkraftanlegg i Norge.Anlegget kan også leveres med integrert RTU (fjernstyring), batteri, lader og modem.Beskyttelses relèet REX 521 er designet for beskyttelse, kontroll, måling og tilsyn i middelsspennings nettverk, og for vern av store eller mellomstore trefase ac motorer i effektbryterkontrollerte motordrifter. Typiske bruksområder er innkommende, utgående matere og motor materesamt transformatorstasjon beskyttelse. Videre kan for eksempel relèet brukes som back-upbeskyttelse av krafttransformatorer og for høyspent linje-beskyttelsesreléer.Beskyttelses releet er utstyrt med energigivende innganger for konvensjonell strøm og spenningstransformatorer. Også en hardware versjon med innganger for strøm og spennings sensorer ertilgjengelig.REX 521 brukes hovedsakelig i enkle Busbar løsninger, som bruker en effektbryter for ulikebeskyttelser.Med standard konfigurasjon, kan enheten brukes i ulike typer nettverk, og de typiske bruksområderer innkommende og utgående matere i radial isolert nøytral nettverk og resistans jordet nettverk.Figur 9. SafePluss Figur 10. REX 521_________________________________________________________________________________________________31

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20108 KonklusjonDette prosjektet har gitt oss i prosjektgruppa en god innføring i vern og hvordan man verner engenerator og linjer mot eventuelle feil som kan oppstå. Vi i gruppa har jobbet tett sammen under heleprosjektet, og har jobbet fram prosjektrapporten som vi definerte i forprosjektet.Rovas som leverer prosjekteringen av anlegget til Føssa kraftverk, har levert over 40 kraftverk i likstørrelsesorden som dette kraftverket. De innstillingene de har levert som et førsteutkast til anlegget,er basert på tidligere erfaringer de har skaffet seg. Jobben vår har vært å forsøke og finne bedreinnstillinger, eller se om det er tilleggsfunksjoner som kunne ha vært vurdert.Vi har i samarbeid med Pål Glimen sett på funksjoner som er viktige for sikkerheten rundt etkraftverk. Disse funksjonene og vernene har vi forsøkt å sette oss bedre inn i, og også fått testet endel på via Riggen her på skolen.Vår erfaring i forhold til testingen vi har utført på Riggen er noe mindre erfaring enn hva ingeniørersom jobber med dette hver dag er, men ut i fra hva vi kan se, så er det ingen ting og utsette påinnstillingene som er blitt foreslått. Innstillingene er mye mer konservative enn de vi har jobbet medpå Riggen her på skolen, så skulle det skje noe så vil vernene koble ut anlegget veldig raskt ogbeskytte det for skade. Vi kan altså si at vi går gode for hva Rovas har levert av forslag.Var det slik at det var vi som hadde vært konsulenter for dette anlegget så hadde vi nok valgt etDEIF vern i stedet for en VAMP. Dette er nok fordi vi kun har jobbet med DEIF sitt vern og kan detganske godt nå. Likevel ser vi at VAMP vernet har noen flere funksjoner som kan komme godt med,slik som differensialvern.TrønderEnergi vil stå for linjeverndelen i dette anlegget. De vil levere en komplett pakke som skalbeskytte nettet og som også vil beskytte generatoren for feil på linja.Det interne nettet på kraftstasjonen og opp til demningen har vi også sett på. Dette viste seg å løseseg nesten selv da TrønderEnergi leverer en kWh måler som måler begge veier. Så ved driftsstans iFøssa kraftverk vil man fortsatt ha strøm til lys, varme, datamaskiner og lignende. Dimensjoneringav kabel opp til demningen har vi også så vidt sett på. Og ut i fra hva vi har funnet ut så kan manvelge mellom kablene TFXP 1 kV fireleder og TFSP 1 kV som vi har funnet i Nexans sin katalog._________________________________________________________________________________________________32

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Det er flere typer kabler det kan velges mellom, men i Nexans sin katalog var det disse to som såbest egnet ut.Utover dette så har vi sett på ulike andre vern som kunne ha vært vurdert i kraftverket. Det vi ser påsom viktigst er bruken av differensialvern. Dette vernet er innebygd i VAMP-210, så det eneste somtrengs er måletransformatorer mellom nullpunktet og de tre fasene på generatoren. Dissemåletransformatorene er en billig investering for generatorens velvære.Vern er en relativt liten del av et kraftverk økonomisk sett, men kanskje den viktigste komponentensett i sin helhet i forhold til sikkerhet for miljø og mennesker. Det vi er redde for er at dette blirglemt i en anbudskonkurranse, og at prisen man sparer på vernfunksjoner fort havner i havari ogødeleggelser av et anlegg._________________________________________________________________________________________________33

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 20109 KilderBøker:• Sebergsen, Jan H., Svarte, Steinar, Energiproduksjon og energidistribusjon, 1.utgave, AITTrykk Otta AS, 2002• Sebergsen, Jan H., Releteknikk, 1 utgave, PowerPrint AS, 2006• Norsk Elektronisk Komité, Elektriske Lavspenningsinstallasjoner NEK 400, 3. Utgave,Oslo, 2006• SolHeim, Rolf, Selektivitet i Elektriske Anlegg, Tapir forlag, Sandnes, 1986• Wildi, Theodore, ”Electrical Machines, Drives and power systems”, 6.utgave, PhoenixColor Corp, Phoenix USA, 2006Produktkataloger/manualer:• DEIF AS, ” Operator’s Manual, Multi-line 2/version 2-GS”,http://www.deif.com/files/filer/documentation/files/4189340253-uk.pdf• Basler, ”Instruction manual for digital Exitation control system DECS-100”• Konsesjonssøknad Føssa kraftverkProsjektrapporter:• Aakervik, Jørund, Skjelsvold, Geir Morten, Kristiansen, Rune M, Hovedprosjekt 2004,Frilsjøen mikrokraftverk, Trondheim 2004• Fossum, Jostein, Solheim, Sindre a., Stadheim, Anders, Ulvund, Tor R., Hovedprosjekt 2006,Småkraftverk – drift og tilknyting til nett, Trondheim 2006• Augdal, John Fredrik, By, Erik, Dalen, Ingar, Nesset, Roger, Storeide, Øyvind Andreas,Ødegaard, Ulf U., Øverleier, Karl-Ivar, Hovedprosjekt 2007, Småkraftverk, Trondheim 2007• Asklund, Runa, Bakkejord, Sigurd, Hammer, Anders, Olsen, Marius André, Sliper, Trond,Hovedprosjekt 2009, Utvikling av apparat- og kontrollanlegg for vannkraftverk, Trondheim2009_________________________________________________________________________________________________34

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Internett:• TrønderEnergi - http://www.tronderenergi.no/http://no.wikipedia.org/wiki/TrønderEnergi• Rovas - http://www.rovas.no/• Salvesen & Thams - http://www.salvesen-thams.no/• Vamp - http://www.vamp.fi/• DEIF - http://www.deif.no/• Basler - http://www.basler.com/• ABB Feeder Protection Relay REX 521:http://www.abb.com/product/db0003db004281/c12573e700330419c2256aa800386186.aspx?productLanguage=no&country=00• ABB IEC Gas-Insulated RMU SafePlus:http://www.abb.com/product/db0003db004279/c125739900636470c125683f0036fd39.aspx_________________________________________________________________________________________________35

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 201010 VedleggVedlegg 1. Vernfunksjoner i VAMP-210. s.37Vedlegg 2. Bilde av ”Riggen”. s.38Vedlegg 3. Verninnstillinger for Føssa fra Rovas. s.39-40Vedlegg 4. Overliggende nett til Føssa. s.41Vedlegg 5. Kart over området. s.42Vedlegg 6. Tomta og en skisse over hvordan kraftverket vil se ut. s.43Vedlegg 7. Fagartikkel s.44-45_________________________________________________________________________________________________36

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Vedlegg 1.Vern funksjoner i VAMP 210:- Overstrømsvern (50/51) I>, I>>, I>>>- Retningsbestemt overstrømsvern (67) Idir>, Idir>>, Idir>>>, Idir>>>>- Spenningsavhengig overstrømsvern (51V) I v >- Ubalansevern (46) I 2 >- Termisk overstrømsvern (49) T>- Understrømsvern (37) I , Io>> , Io>>> , Io>>>>- Retningsbestemt jordfeilvern (67N) Iodir> , Iodir>>- Overspenningsvern (59) U> , U>> , U>>>- Overmagnetiseringvern (24) U/f>- Positive sequence underspenningsvern (27P) U 1 < , U 1 >- 100 % Stator jordfeilvern (64F3) Uo f3 >

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Vedlegg 2.Bilde av ”Riggen”._________________________________________________________________________________________________38

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Vedlegg 3.Verninnstillinger for Føssa fra Rovas_________________________________________________________________________________________________39

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Vedlegg 3._________________________________________________________________________________________________40

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Vedlegg 4.Overliggende nett til Føssa.Meldal transformatorstasjon med underliggende vernMeldal Transformatorstasjon66 kV SSK16 MVA22000/1101U>U> = 115 % UnU< = 86 % UntU = 120 s400/5I>I> = 480 At> = 0,8 sU 0> = 22 Vt 0> = 5 s22 kV SSK400/52TjønnbakkenI>I> = 205 At> = 0,2 sU 0> = 16,5VIϕ> = 2,8 Atϕ> = 2,5 s400/53MidtskogenI>I> = 434 At> = 0,2 sU 0> = 16,5VIϕ> = 2,8 Atϕ> = 2,5 s400/5Voll4I> = 434 At> = 0,2 sU 0> = 16,5VIϕ> = 2,8 Atϕ> = 2,5 sRingenSyrstad56400/5I> 400/5I>I>I> = 282 At> = 0,5 sU 0> = 16,5VIϕ> = 2,8 Atϕ> = 3,0 sI> = 240 At> = 0,2 sU 0> = 16,5VIϕ> = 2,8 Atϕ> = 2,5 sI kortsl.min = 834 AI kapasitet linje = 171 AI kortsl.min = 594 AI kapasitet linje = 362 AI kortsl.min = 645 AI kapasitet linje = 362 AI kortsl.min = 627 AI kapasitet linje = 295 A?/57StoråsI>I> = ?At> = 0,2 sU 0> = 16,5VIϕ> = 2,8 Atϕ> = 2,5 sI kortsl.min = 520 AI kapasitet linje = 235 A_________________________________________________________________________________________________41

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Vedlegg 5.Kart over området._________________________________________________________________________________________________42

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Vedlegg 6.Tomta og en skisse over hvordan kraftverket vil se ut._________________________________________________________________________________________________43

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Våren 2010 utførte to studenter fra Høyskolen i Sør-Trøndelag en bacheloroppgave med tittelen ”Vern- og reléplanfor generator og linjer”. Vi har satt hos inn i forskjellige typer vern, både på generator og linjer. Vi har også testetflere vernfunksjoner på en simulator av et vannkraftverk som står her på skolen, denne har blitt laget av studenterved tidligere hovedprosjekt Vi har også tatt for oss et småkraftverk som heter Føssa som er under bygging nå. Derhar vi prøvd å optimalisere de verninnstilinger som har blitt foreslått av konsulent.Viktigheten med vernDet er mange feilsituasjoner somkan forekomme i et kraftverk. For åforhindre at disse skal gjøre noeskade er det viktig å ha gode vern.Eksempler på feil som kan oppståer kortsluttning og overbelastning,disse feilene er det veldig viktig åbeskytte seg for, fordi de kan væreutgjøre en fare for mennesker ogdyr, de kan også skade generatorenalvorlig. En annen alvorlig feil kanoppstå i et kraftverk er hvisturbinen ikke blir stoppet når nettetforsvinner, dette fører til rusing.Hvis kraftverket er lite ogoverliggende nett forsvinner kandet føre til lav eller høy frekvensfor de som er tilkoblet i nærheten,dette kan føre til øderlagteelektriske komponenter hoshusstandene.Vern er en såpass liten del av innvesteringentil et kraftverk at det erdumt å spare penger på vern. Deter mange småkraftverk som ikkehar tilstrekkelig med vernfordi prosjektet har gått på anbud ogder blir oftest den med det lavestebudet vinner og da har man oftevalgt en billig vern løsning for å fåkostnadene så lave som muligMultifunksjonelt vernI kraftverk blir det ofte benyttet etsåkalt multifunksjonelt vern, det eren komponent som har flere vernfunksjonerinnebygd i samme enheten.Det finnes flere varianter fraflere fabrikater av denne typenvern, og de kommer med forskjelligefunksjoner, etter hva man ønsker.Et multifunksjonelt vernDe fleste av disse vernene inneholdernesten alle de elektriskevernene man trenger for å beskytteen generator.DifferensialvernDifferensialvern er et vern som ikkeblir brukt så mye som det burde hablitt, det er standard å bruke i storekraftverk men ikke i mindre derman er oftest opptatt av å sparemest mulig penger. Dette vernet eren billig investering for enutbygger, og det er et godt vern forå avsløre feil i generatoren.Differensialvern kan brukes påkabler, transformatorer og på generatorer.Prinsippet er at manmåler differansen mellomstrømmen på primær og sekundærsiden, og summen av strømmen ialle tre fasene. Dersom summen avde tre fasene ikke er null og/ellerstrømmen i en fase ikke er lik påhver side kan vernet ha oppdagetjordfeil eller kortslutning._________________________________________________________________________________________________44

Vern- og releplan for generator og linjer HiST 2010Det er benyttet på generatorer vedat man plasserer målere på hverside av generatoren. Nederst påsiden er det en figur av hvordan etdifferensialvern er koblet til engenerator. Differensialvernet kanogså brukes for å verne viktigekabler mot skader i sammenhengmed kortslutning. Vernet har seksstrømtrafoer som er montert påkablene inn til generatoren, etdifferensialrelé og en effektbryter.Vern problemer med GIKGIK står for automatisk gjenninnkobling,det blir ofte brukt avnetteierne for å fjerne en forbigåendelinjefeil. Etter at vern og linjebryternehar gjort feilstedetspenningsløst, gjenninnkoblesspenningen kort tid etter, med håpom at feilen eller lysbuen er borte.Ligger det derimot et kraftverk idet utkoblede nettet, vil dette kunneopprettholde spenning underutkoblingstiden, og man risikerer atfeilen ikke fjernes som ønskelig.Dette er uheldig for nettselskapet,men også for kraftverkseieren,ettersom slike ut og innkoblingerkan medføre store påkjenningerpå utstyret i kraftverket. Skullelinjebryteren i en slik situasjonlegge inn mens kraftverket fremdelesgår, vil man få en svært tøffinnfasing av generator, med farefor skade. Imidlertid kan man håpeat linjebryteren er sikret mot åkunne legge inn en spenningssattnettdel, som i tillegg ikke er isynkronisme.Det finnes vern som hindrer skade ikraftverket ved en GIK, et av disseer df/dt vern. Det er et frekvensvernsom beskytter generatorenmot forandringer i frekvens.df/dt vern er mye raskere enn ordinærefrekvensvern, og kobler utdersom endringsgradienten overstigerinnstilt verdi.Et annet vern som beskytter forGIK er vectorjump vern, det er etvern som måler tiden mellomnullgjennomgangene til spenningen.Ved et nettutfall vil generatorensspenningsvektorer gjøre et”hopp” grunnet lastendring, ogtiden mellom nullgjennomgangenetil spenningen endres. Dette vilvernet detektere som et vektorskift.og det vil dermed koble utstasjonen etter få titallsmillisekunder.OvervåkningVern på kraftverk er en veldigviktig komponent for å verne ossmennesker og omgivelsene våre.På mindre kraftverk er viktighetenav gode vern og innstillingerkanskje enda mer et sentralt temada de ofte er etterlatt til seg selv, oghar lite oppsyn. Skulle det skje noefeil på et slikt lite kraftverk, er detderfor veldig viktig at vernene gjørjobben sin, slik at man ikkeødelegger kraftstasjonen eller atmenneskeliv går tapt. Størrekraftverk er ofte koblet opp mot ensentral som konstant er overvåket24 timer i døgnet. Skulle det skjenoe i et slikt kraftverk vil det alltidvære noen som kan koble ut hvisikke vernene gjør det.Artikkelen er skrevet av:Carl Erik Borgen og TorkelLian_________________________________________________________________________________________________45