Data för transformatorer samt nollpunktsutrustning kunde avläsas vid studie-besök av Fs Myrängen, detta kan ses i tabell 1 och 2. Alla beräkningar utfördes med hjälp av mjukvarorna Matlab, Excel, DLX View samt PowerGrid. DLX View användes för lastberäkningar och PowerGrid för datainsamling av kabel och friledning, resultaten av detta kan ses i figur 23 och tabell 3. Vid beräkning av spänningssättning för nätstationer vid jordfel användes formel (58), varav resultaten visas i figur 24. I MATLAB utfördes beräkningar för kortslutning, jordslutning samt reläskyddsinställningar för momentan utlösning. Matlab ko-den redovisas i appendix A samt resultaten i tabell 4 och 5.
Beräkning av reläskyddsinställningar för tidsfördröjd utlösning (överlastskydd) är mer komplex och saknar en konkret metodik. Många faktorer måste tas till-hänsyn såsom kabelbelastning, last, normaldriftsfall, reservdriftsfall samt sam-manlagring av effekt i nätet.
En utgångspunkt för att genomföra dessa beräkningar är att använda sig av driftscheman, med hjälp av scheman kan driftläget för varje station avläsas.
I detta fall användes driftscheman för att visa vilka nätstationer de utgående facken i Fs Myrängen matar, vilka typer av ledningar som används samt
vil-ka omkopplingsalternativ som finns vid behov av omläggning av driftläge. För varje utgående fack i Fs Myrängen skapades en excelfil. En del av filen består av lagrad data för alla möjliga nätstationer som facket kan försörja, datan be-står av uppmätt last med hänsyn till sammanlagringar i nätet. Data på last för varje nätstation hämtades från Fortums egna geometriska informationssystem PowerGrid, dock visades endast maxlasten i detta system. För att inkludera sammanlagringar i nätet användes DLX View vilket är en mjukvara som vi-sar lastvariationer på respektive fack i varje fördelningsstation. Med hjälp av PowerGrid sammanställdes maxlasten för varje nätstation på utgående linje, vidare kunde man bestämma hur stor andel i procent av maxlasten varje nät-station utgör. Med hjälp av lasten på respektive fack hämtad från DLX View, kan man avgöra lasten på varje nätstation med hänsyn tagen till sammanlag-ringar. Exempelvis om DLX View visar att lasten inklusive sammanlagringar på fack L3A motsvarar 380 A samt att det är framräknat att nätstation B står för 30% av den totala lasten på fack L3A, resulterar detta till att nätstation B drar 114 A. Beräkningarna måste utföras för alla möjliga driftlägen för respektive fack. Lasterna för varje nätstation användes i en annan del av excelfilen, såkal-lade strömflödesdelen. Strömflödesdelen skapades för att visa vilka belastningar kablar och friledningar längs utgående linje utsattes för i respektive driftfall.
Data för kablar och friledninar längs sträckan hämtades från PowerGrid, belast-ningstabeller för respektive kabel och friledning hämtades från [7]. Genom att veta vilka strömflöden som kan uppstå på linjen för respektive möjligt driftfall, i kombination med belastningstabeller för kabel och friledning kunde inställ-ningsvärdet räknas fram för respektive fack med hjälp av formel (54). Samman-fattningsvis är det viktigt att ta hänsyn till belastningsförmågan för hela linjen, och anpassa inställningen på överlastskyddet så att ingen kabel eller friledning längs linjen överbelastas. Detta måste undersökas för alla möjliga driftlägen för utgående linje.
10 Redovisning av data och beräkningar
Figur 23: Lastkurva för Myrängen under vintern 2012-2013. Där Y-axeln anges i Ampere och X-axeln Datum.
Fabrikat Årsmodell Omsättning Sn MVA Sk MVA
T31 ASEA 1964 21.5/10.5 12 160
T32 ASEA 1964 21.5/10.5 12 160
Tabell 1: Data för transformatorerna T31 och T32.
Fabrikat Rn A Xn A T31 Spezielektra 15 30 T32 Spezielektra 15 30
Tabell 2: Nollpunktsutrustning för T31 och T32.
Figur 24: Beröringsspänning på utsatt del.
Utgående fack R ohm/fas XL ohm/fas Xc ohm/fas
L3A 0,73 0,47 1913
L3B 0,73 0,64 1759
L3C 0,3 0,29 2414
L3F 0,51 0,52 3249
L3D 0,25 0,27 2909
L3G 0,37 0,45 3486
L3H 0,63 0,53 3907
L3K 0,59 0,53 4435
L3Q 0,49 0,53 4514
L3U 0,27 0,2 2678
Tabell 3: Framräknade impedanser för utgående fack i Myrängen.
Utgående fack Ij A Ik2 A Ik3A
L3A 22.9 1920 2217
L3B 21.5 1823 2106
L3C 22.9 2124 2453
L3F 21.5 1908 2226
L3D 21.5 2147 2479
L3G 22.9 1997 2307
L3H 21.5 1906 2200
L3K 22.9 1908 2204
L3Q 21.5 1925 2223
L3U 21.5 2208 2549
Tabell 4: Tabell 4 visar framräknade felströmmar vid stumt jordfel samt tvåfa-sig och trefatvåfa-sig kortslutning. För kortslutningsströmmarna motsvarar värdena minimum värden, dvs. minsta kortslutningsström vid kortslutning på respektive fack. För jordfelsströmmarna visar värdena vilken jordfelsström som uppstår i respektive fack vid jordfel i det befintliga facket.
Utågående fack Ij A I > A I >> A
L3A 1 335 1800
L3B 1 400 1800
L3C 1 400 1800
L3F 1 376 1800
L3D 1 368 1800
L3G 1 368 1800
L3H 1 312 1800
L3K 1 350 1800
L3Q 1 312 1800
L3U 1 368 1800
Tabell 5: Framräknade reläskyddsinställningar uttryckt i primära storheter för 11kV ställverket i Myrängen.
Utågående fack Ij A I > A I >> A
L3A 1 400 1600
L3B 1 400 1600
L3C 1 400 1600
L3F 1 400 1600
L3D 1 400 1600
L3G 1 400 1600
L3H 1 400 1600
L3K 1 400 1600
L3Q 1 400 1600
L3U 1 400 1600
Tabell 6: Befintliga reläskyddsinställningar uttryckt i primära storheter för 11kV ställverket i Myrängen.
11 Analys och diskussion
11.1 Skydd och skyddsinställningar
De befintliga skydden i Fs Myrängen är av typen combiflex från ABB, det-ta är alltså analoga sdet-tatiska skydd. Ett förespråkat alternativ i studien är att övergå till numeriska skydd, där bland annat kandidaten REF615 från ABB har föreslagits. Det finns både fördelar och nackdelar med analoga och nume-riska skydd. Användarvänligheten, enkelheten samt robustheten är de tre stora förespråkade faktorerna för bibehållning av de analoga skydden, medan nack-delen är den stora begränsning man har som användare. Exempel på begräns-ningar är dåliga inställningsmöjligheter, ingen kommunikation, ingen historik eller inspelningsfunktion samt dåligt marknadsutbud p.g.a. generationsskiftet till numeriska skydd. Med dåliga inställningsmöjligheter avses konfigurering av parameterar, det är väldigt svårt att ställa in skydden på exempelvis önska-de strömvärönska-den. Oftast anpassas inställningen av inställningsmöjligheterna på skyddet, det skulle i praktiken kanske betyda att om ett önskat inställningsvär-de är 380 A så p.g.a. inställningsvär-den inställningsbegränsning man har på skydinställningsvär-det måste användaren välja antingen 400 A eller 350 A vilket inte är optimalt. En annan begränsning är att det ej går att ändra utlösningskarakteristik i efterhand, utan det väljer man vid köp. Har du valt ett skydd med konstant utlösningstid så går det exempelvis inte att ställa om till invers tid. Vidare erbjuder de analoga skydden ingen kommunikation, de kan ej kopplas upp och styras genom exem-pelvis ett SCADA system vilket är en stor begränsning för driften. En annan relevant begränsing är inspelningsmöjligheten, har ett fel inträffat vill man som underhållsingenjör gärna studera varför felet inträffat och hur det uppkom ge-nom att exempelvis kolla på hur ström och spänningen betett sig före och efter felet. Genom att de analoga skydden ej har någon inspelningsfunktion kan dessa analyser ej genomföras, vilket är en stor nackdel. De analoga skydden installe-rade i Fs Myrängen är heller ej aktiva för försäljning längre p.g.a. ålder i och med generationsskiftet till numeriska skydd.
Att ersätta de analoga skydden till numeriska skydd skulle innebära en rad fler möjligheter. I stort sett har man obegränsade konfigurationsmöjligheter, med kommunikation kan skydden styras och regleras antingen från driftens SCADA system men också från en vanlig PC beroende på önskemål. Med hjälp av in-spelningsfunktionen kan olika störningsanalyser utföras för att exempelvis se hur nätet mår och se vad som bör åtgärdas för att på nytt undvika samma typ av fel.
Enda problemet med ett numeriskt skydd är livslängden, i och med att detta är en dator är en livslängd på över 15 år svår att uppnå. Övergången till numeriska skydd skulle även kräva att den befintliga kontrolltavlan för ställverket byts ut till en stationsdator. Slutligen skulle eventuellt en inlärningsprocess för personal krävas gällande underhållet av dessa skydd, då majoriteten av personalen har dålig vana av numeriska skydd p.g.a. att de i stort sett endast handskas med analoga skydd.
En annan del av studien relaterat till skydd är att undersöka de befintliga skyddsinställningar i Fs Myrängen samt ta fram nya inställningar baserat på framräknade strömvärden. Strömvärden kan ses i tabell 4, och framräknade inställningsvärden av reläskydden kan ses i tabell 5. Tabell 4 ger att den mins-ta tvåfasiga kortslutningsströmmen uppgår till ca 1823 A, vilket gör att det momentana överströmmsskyddet måste vara inställt på ca 1800 A. Idag är de momentana överströmsskydden inställda på 1600 A (se tabell 6), vilket är helt godtagbart. Jordfelskydden är idag inställda med en känslighet på 2 A. Enligt Fortums inställningsprinciper för 10-24 kV anläggingar skall känsligheten vara minst 5000 ohm dvs. ca 1.3 A. Strömtransformatorerna i Myrängen har en om-sättning på 200/1 för jordfelskydden, vilket resulterar i att det ej är möjligt att ha en känslighet på 5000 ohm då omsättningen 200/1 ger en för dålig signal till reläskyddet. Slutligen visar tabell 5 även framräkna inställningsvärden för överströmsskydd med fördröjd tid, dvs. överlastskydd. Idag är alla överströms-skydd i Fs Myrängen med fördröjd utlösningstid inställda på 400 A (se tabell 6), vilket är alldeles för högt enligt tabell 5. Endast fack L3B och L3C tål en belastning på 400 A. Orsaken till för höga inställningsvärden kan bero på ett flertal faktorer. En faktor kan vara att skyddsinställningen endast är gjord efter normaldriftsfallet, vilket inte är hållbart eftersom skydden även skall fungera i reservdriftsfallet. En annan teori är att man ställt in skydden med ett antagan-de att dimensionen på kablar är 240 kvadratmillimeter då antagan-det är en standard i centrala Stockholm, men inte fallet i Täby. Begränsade inställningsmöjligheter på skydden kan även det vara en faktor till för höga inställningsvärden.