Transcript 11. HÖGSPÄNNING 11.1 Spänningar, användningsområden. I

11. HÖGSPÄNNING
11.1 Spänningar, användningsområden.
I klassningsreglerna (DNV) definieras låg- och högspänning enligt följande:
- lågspänning AC: 50V < U <=1000V
- högspänning AC: 1000V < U <=15000V
- för DC är gränsen 1500V.
Ett antal olika spänningar används inom högspänningsområdet. Följer man IEC väljer man bland
följande:
11kV för produktion och distribution. Lämplig då totala installerade generatoreffekten
är över 20MW. Kan även användas för motorer över 400kW
- 6,6 kV för produktion och distribution. Lämplig då totala installerade generatoreffekten
är 4 – 20 MW. Kan även användas för motorer över 300kW
- 3,3 kV används även för IEC-kompatibla system, men är egentligen inte en IEC-standard
spänning
Dessa är spänningar för 50Hz system. Förbrukare (motorer) anslutna till dessa nät är ofta
dimensionerade för full effekt vid 10,5kV, 6,3 kV respektive 3 kV.
-
Enligt ANSI-standard (USA) kan följande spänningar användas, vilka då är 60 Hz-spänningar:
13,8 kV, 11 kV, 6,6 kV, 4,16 kV, 3,3 kV, 2,4 kV.
Förutom synpunkter på hur stora elmaskinenheter som kan tillverkas för olika spänningar
bestäms valet mellan hög- och lågspänning av kortslutningseffekten i nätet. Grova
överslagsberäkningar visar att en installerad generatoreffekt på 4MW ger en kortslutningsström
i ett konventionellt elnät utan elektriska framdrivningskonvertrar på 80 kA vid 400 V och 50 kA
vid 690 V, motsvarande en kortslutningseffekt på 60 MVA. Dessa strömmar kan hanteras av
generator- och förbrukarbrytare idag men man rör sig i övre gränsen av deras prestanda. För
mellanspänningsbrytare gäller värden på 260 MVA för vakuumbrytare på 6kV och för SF6brytare på 12 kV.
103
11.2 Högspänningsfördelningsnät.
För högspänningsfördelning gäller enligt klassreglerna samma principlösningar som för
lågspänningsnät, dvs:
- 3-fas 3-ledarsystem med högresistansjordad nollpunkt
- 3-fas 3-ledarsystem med lågimpedansjordad nollpunkt
- 3-fas 3-ledarsystem med direkt jordad nollpunkt
- 3-fas 3-ledarsystem med isolerad nollpunkt.
På lågspänning föredrar man oftast det sista alternativet eftersom ett enfasigt jordfel i detta
system inte behöver medför stora strömmar som kräver att anläggningsdelen med jordfel
kopplas ur. Jordfelet innebär visserligen att de friska faserna får huvudspänning mot jord men
ett lågspänningssystems spänningshållfasthet (testat med 1,5kV 50Hz mot jord) tillåter detta. I
ett högspänningssystem är spänningshållfastheten relativt sett något lägre och speciellt är
transienta kopplingsspänningar besvärande. Generellt blir dessa lägre ju lägre impedans som
finns mellan jord och nät och i ett direktjordat nät uppträder dessa inte alls. Däremot är ett
enfasigt jordfel i ett direktjordat nät en kortslutning som snabbt måste brytas. En lämplig
kompromiss är att driftjorda elnätet i nollpunkten via ett relativt lågohmigt motstånd som
dimensioneras så att jordfelsströmmarna blir så stora att de detekteras tydligt men inte så
stora att de löser ut kortslutningsskydden och samtidigt är så lågt att de transienta
kopplingsspänningarna dämpas tillräckligt.
Ett högresistansjordat nät definieras så att nollpunkten är jordad via en resistor vars resistans är
mindre än ca 1/3 av nätets kapacitiva läckreaktans.
Ett lågresistans jordat nät definieras så att nollpunkten är jordad via en resistor som begränsar
jordfelsströmmen till 20 – 100% av största generatorns nominella ström.
Ett ofta förekommande värde är att jordfelsströmmen begränsas till 5A vid fullt utbildat jordfel.
Detta skulle ge t.ex. ett resistansvärde på ca 700Ώ i ett 6kV nät (U/√3*I e).
Jordningen kan utföras på flera olika sätt:
-
varje generator förses med eget jordningsmotstånd kopplat till generatorns nollpunkt, fig
11.1, 11.2. Enligt klassreglerna skall motståndet dessutom ha en frånskiljare för underhåll.
104
Fig 11.1 Separat driftjordning av generatornollpunkter.
Fig 11.2 Nollpunkts(jordnings)motstånd (ABB).
105
Nackdelen med detta system är att jordfelsströmmens storlek kommer att variera med antalet
inkopplade generatorer, varför man ibland har:
- gemensamma motstånd för en grupp generatorer, tex styrbords- och
babordsgeneratorer. Vid användning av dubbelskensystem med korskopplingsmöjligheter blir
detta för komplicerat.
- jordning av huvudskenan via jordningstransformator, fig 11.3. Vanligen används en Zkopplad transformator vars nollpunkt kopplas via jordningsmotstånd till jord, vänstra
kopplingen i fig 11.3.
Fig 11.3. Jordningstransformator.
Fördelen med detta system är att jordfelsströmmen är oberoende av antalet inkopplade
generatorer, en nackdel är att jordningstransformatorn kräver ett eget fack med
matningsäkringar i högspänningsställverket. Detta kan dock ofta kombineras med mätfacket
och arbetsjordningskopplaren för huvudskenan, fig 11.4.
106
Fig 11.4 Matning av jordningstransformator i mät/jordningsfack. Jordningsresistans saknas.
11.3 Högspänningsställverk.
För högspänningsställverk kräver klassreglerna i allmänhet följande:
-
-
metal-clad utförande
skall tåla en intern kortslutning utan fara för personal
skall vara typtestat för intern ljusbåge
skall vara uppdelat i separat fack för
o manöver- och hjälpkretsar
o brytare/kontaktor
o utgående krets
o huvudskena
skall ha utdragbara eller frånskiljbara brytare/kontaktorer
vid delade ställverk förbundna med skenbrygga skall ett skydd som detekterar interna
fel isolera felaktig del på under 100ms.
107
-
varje krets skall ha inbyggd kopplare för jordning och kortslutning av kretsen för
underhållsarbeten
I princip blir de flesta tillverkares ställverk uppbyggda enligt dessa regler att se ut som i figur
11.5. Brytaren är placerad i fack 2, manöver/skyddskretsar i fack 4, mättrasformatorerna,
jordningskopplaren i fack 3, samlingsskenan i fack 1. Samtliga högspänningsfack har
tryckavlastningsluckor i taket för att leda bort joniserade gaser vid ljusbågskortslutning.
Fig 11.5 Metal-clad mellanspänningsställverk för fartyg. (ABB)
108
Typiska data för ställverket är:
Som brytare används vacuumbrytare, fig 11.6 eller SF-6-brytare, fig 11.7 försedda med
fjädermanöverdon eller magnetiska manöverdon.
109
Fig 11.6 Mellanspänningsvacuumbrytare.
110
Fig 11.7. MellanspänningsSF-6-brytare.
111
Som huvudkomponent för motorer och andra förbrukare används även vacuum-kontaktorer
med inbyggda säkringar, fig 11.8 .
112