Utseendet på de ideala MATLAB-simuleringarna kan analyseras och jämföras med olika inspelningar från riktiga jordfelsprov i Vattenfalls distributionsnät. Det som visas i Figur 5.1 är hur nollföljdsströmmen och nollföljdsspänningen uppträder vid de simulerade värdena och de riktiga värden från ett jordfelsprov. Det riktiga jordfel- provet som utfördes på en ledning, L01, hade vid en stum jordslutning, en kapacitiv- och en resistiv nollföljdsström på 40,35 A respektive 10,13 A vid avstämt nät och felresistansen var på 5000 Ω. För att kunna jämföra resultaten användes dessa värden vid MATLAB-simuleringen där driftspänningen antogs till 10,6 kV.
Figur 5.1 visar skillnaden mellan de simulerade värden och de riktiga jordfelsprovet på ledning L01.
Enligt Figur 5.1 ser de ideala MATLAB-simuleringarna ut att stämma bra överens, eftersom skillnaden mellan de ideala värdena och de verkliga värdena inte är för stor.
Detta bevisar att de antaganden och generaliseringar som har genomförts i studien ändå överensstämmer bra med verkligheten i detta exempel. För att se den faktiska skillnaden på nollföljdsspänningen och nollföljdsströmmen mellan de simulerade värdena och de riktiga jordfelsproven, sammanställs punkternas värden och dess motsvarigheter i MATLAB-simuleringen. I Tabell 5.2 visas skillnaden mellan nollföljdsspänningen och uppdelningen av den resistiva nollföljdsströmmen och den induktiva- eller kapacitiva nollföljdsströmmen vid de olika snedavstämningar. Om nollföljdsströmmen, I0X, har ett negativt värde, är nollföljdsströmmen kapacitivt.
Tabell 5.2 visar differensen för nollföljdsspänningarna och nollföljdsströmmarna mellan de simulerade värdena och de riktiga jordfelsproven för ledning L01.
Simulerat Från jordfelsprovet Differensen
Snedavstämt U0 I0R I0X U0 I0R I0X U0 I0R I0X A V A A V A A V A A -25 281 0,46 -0,74 301 0,49 -0,98 -20 -0,03 0,24 -15 407 0,67 -1,72 415 0,70 -1,94 -8 -0,03 0,22 -8 545 0,90 -2,91 567 0,97 -3,35 -22 -0,07 0,44 0 659 1,09 -4,34 632 1,11 -4,30 27 -0,02 -0,04 8 545 0,90 -4,28 512 0,94 -4,30 33 -0,04 0,02 15 407 0,67 -3,64 363 0,69 -3,52 44 -0,02 -0,12 25 281 0,46 -2,96 255 0,50 -2,90 26 -0,04 -0,06
Den största differensen på nollföljdsspänningen i denna jämförelse blev 44 V, vid en snedavstämning på 15 A och den minsta differensen på 8 V vid en snedavstämning på -15 A. Varför det just uppstod en stor skillnad på nollföljdsspänningen mellan 15 A och -15 A snedavstämt, kan bero på avstämningsautomatiken inte var helt avstämt mot nätets kapacitans vid de riktiga jordfelsproven. Förövrigt vid denna jämförelse av det riktiga jordfelsprovet, hade den resistiva nollföljdsströmmen endast en differens vid värsta fallet på 0,07 A vid en snedavstämning på -8 A. För den kapacitiva nollföljdsströmmen blir differensen vid värsta fallet 0,44 A vid en snedavstämning på -8 A.
Det som visas i Figur 5.2 är hur nollföljdsströmen och nollföljdsspänningen uppträder vid en jordslutning för en annan ledning, L02, i samma fördelningsstation vid en felresistans på 5000 Ω och driftspänningen 10,6 kV. Denna ledning hade vid en stum jordslutning en kapacitiv nollföljdsström på 20,7 A och en resistiv nollföljdsström på 9,67 A vid avstämt nät. Dessa värden simulerades också i MATLAB för att kunna visa skillnaden mellan de riktiga jordfelsprovet och de ideala värdena.
Figur 5.2 visar skillnaden mellan de simulerade värden och de riktiga jordfelsprovet på ledning L02.
Utifrån Figur 5.2 överensstämmer inte de ideala simuleringarna för både nollföljdsspänningen och nollföljdsströmmen exakt med de riktiga jordfelsproven vid de olika snedavstämningarna. I detta exempel, för ledning L02, stämmer inte de antaganden och generaliseringar helt mot verkligheten och mer noggrannare beräkningar och simuleringar måste genomföras. De faktorer som bland annat kan påverka resultatet är att den resistiva nollföljdsströmmen i simuleringen, från
uppgifterna från de riktiga inspelningarna, var för stor. Ledningens resistans kan också ha påverkat nollföljdsströmmarna vid de riktiga jordfelsproven.
I Tabell 5.3 redovisas den faktiska skillnaden på nollföljdsspänningen och nollföljds- strömmen mellan de simulerade värdena och de riktiga jordfelsproven. Nollföljds- strömmen, I0X, är kapacitivt när värdet är negativt.
Tabell 5.3 visar differensen för nollföljdsspänningarna och nollföljdsströmmarna mellan de simulerade värdena och de riktiga jordfelsproven för ledning L02.
Simulerat Från jordfelsprovet Differansen
Snedavstämt U0 I0R I0X U0 I0R I0X U0 I0R I0X A V A A V A A V A A -25 283 0,44 0,02 291 0,38 0,09 -8 0,06 -0,07 -15 413 0,65 -0,62 421 0,58 -0,52 -8 0,07 -0,10 -8 561 0,88 -1,46 582 0,81 -1,40 -21 0,07 -0,06 0 687 1,08 -2,66 647 0,93 -2,10 40 0,15 -0,56 8 561 0,88 -2,88 517 0,75 -2,47 44 0,13 -0,41 15 413 0,65 -2,58 374 0,57 -2,47 39 0,08 -0,11 25 283 0,44 -2,21 265 0,41 -1,97 18 0,03 -0,24
Den största differensen på nollföljdsspänningen blev 44 V vid en snedavstämning på 8 A och den minsta differensen blev -8 V vid en snedavstämning på -15 A. Den största differensen på den resistiva nollföljdsströmmen blev 0,15 A vid avstämt nät och den minsta differensen på 0,03 A vid 25 A snedavstämt. Om differensen på den resistiva nollföljdsströmmen blir för stor, kan mer nätdata behövas för att kunna ställa in jordfelsskydden bättre. Ur den ideala synpunkten skulle det riktiga jordfelsprovet aldrig att detektera och lösa ut en jordslutning eftersom den resistiva nollföljds- strömmen aldrig överstiger 1,0 A.
Sammanfattningsvis kan det konstateras att det finns en viss skillnad mellan de riktiga jordfelsproven och MATLAB-simuleringarna. Det framgår också att differensen beror på vilken ledning jordslutning inträffar på. Jämförelsen mellan simuleringarna och jordfelsproven för ledning L01, stämmer bättre överenens än vid jämförelsen av ledning L02. Differensen kan bland annat bero på vart jordslutningen inträffar på ledningen eftersom ledningsresistansen blir olika. MATLAB-simuleringarna tar även inte hänsyn till hur transformatorer, kablar och eventuella mätfel påverkar jordfelsskydden. Det går inte att i förväg bestämma om idealiseringen är för stor eller inte eftersom samtliga jordslutningar ser olika ut. Varje fördelningsstation har olika
6 Slutsatser
När nollpunktsreaktorn inte är avstämt mot nätets kapacitans, minskar både den resistiva nollföljdsströmmen och nollföljdsspänningen vid en jordslutning. Det finns tillfällen då jordfelsskydden inte detekterar en jordslutning när nätet är för snedavstämt. En möjlig åtgärd för att minimera risken för att jordfelsskydden inte löser ut, kan vara att omkopplingar i nätet sker med en långsammare sekvens. Detta för att ge nollpunktsreaktorn tid att kompensera snedavstämningen som kan uppstå vid olika omkopplingar.
Om jordfelsfunktionerna konfigureras efter Vattenfalls riktlinjer, vilket innebär att bortkoppla ledningar vid 5000 Ω och 2 A överkompenserat, blir det ingen skillnad mellan de båda funktionerna rent idealt. Oavsett vad felresistansen är och om jordfelsfunktionerna konfigureras efter samma förutsättningar, blir det därmed ingen skillnad på känsligheten. Rent idealt har den resistiva nollföljdsströmmen och nollföljdsspänningen ett linjärt samband mellan de olika värdena på nollpunkts- motståndet vid de olika snedavstämningsintervallen.
Slutsatsen för NUS-skyddet, som bland annat är ett reservskydd för jordfelsskydden, är att den inte kommer att detektera en jordslutning med felresistansen på 5000 Ω även om nätet skulle vara avstämt. Detta för att NUS-skydden konfigureras efter en lägre känslighet på 3000 Ω och kommer därför endast att detektera jordslutningar vid felresistanser lägre än 3000 Ω.
Det är svårt att jämföra jordfelsfunktionernas för- respektive nackdelar eftersom funktionerna är väldigt snarlika. Den stora skillnaden mellan dem är att de har två olika sätt att bestämma riktningen på jordfelet. Den vinkelmätande funktionen använder vinkeln mellan nollföljdsströmmen och nollföljdsspänningen i jordfelet för att avgöra riktningen. Den admittansmätande funktionen beräknar, utifrån vinkeln mellan nollföljdsströmmen och nollföljdsspänningen, admittansen i jordfelet.
Fördelarna med den vinkelmätande funktionen är att den används i större omfattning i Vattenfalls nät och att den är väl beprövad. Det kan även vara en fördel för att bestämma känslighets i jordslutningen, att dela upp villkoren för nollföljdsspänningen, den resistiva nollföljdsströmmen och vinkeln. Detta eftersom den kan bli mer anpassningsbar och att det kan bli enklare att konstatera när ett 5000 Ω jordfel har inträffat. Nackdelen med den vinkelmätande funktionen är att upplösning på jordfelsfunktionen i REF615 är för stort, eftersom strömvillkoret inte kan finjusteras efter en låg resistiv nollföljdsström.
Fördelen med den admittansmätande funktionen är att känsligheten kan konfigureras noggrannare eftersom den använder spänningsvillkoret för att bestämma felresistansen i jordslutningen. Nackdelen med admittansfunktionen kan vara att funktionen inte används i lika stor utsträckning i Vattenfalls nät. Därmed kan det
saknas kompetensen om funktionen därför att den inte är lika välbeprövad som den vinkelmätande funktionen. Det kan också vara en nackdel att admittansfunktionen inte är lika anpassningsbar som den vinkelmätande funktionen, eftersom den slår ihop nollföljdsströmmen, nollföljdsspänning och vinkeln till ett konduktansvärde och ett susceptansvärde. Det går även inte att urskilja olika felresistanser med admittans- beräkningen.
Med utgångspunkt från fördelarna och nackdelarna för båda funktionerna och den uppfattning som författarna har införskaffat sig under studien, bedöms den vinkelmätande funktionen som den bättre funktionen. Den största vikten ligger i att Vattenfall använder denna funktionen i större omfattningen än den admittansmätande funktionen och därmed har mer kompetens om funktionen. Vidare bedöms det även att fördelen med den vinkelmätande funktionen är att villkoren för nollföljds- spänningen, nollföljdsströmmen och vinkeln kan konfigureras separat och därmed blir mer anpassningsbar ur nätsynpunkt. Det kan dock vara bra om strömvillkoren på reläskydden kunde ställas med en högre upplösning vid låga resistiva nollföljds- strömmar.