Mogelijkheden met beveiligingen

Transcriptie

1 ogelijkheden met beveiligingen 0-0 pmo 0 januari 00 Phase to Phase BV Utrechtseweg 30 Postbus AC Arnhem T: F:

2 0-0 pmo Phase to Phase BV, Arnhem, Nederland. Alle rechten voorbehouden. Dit document bevat vertrouwelijke informatie. Overdracht van de informatie aan derden zonder schriftelijke toestemming van of namens Phase to Phase BV is verboden. Hetzelfde geldt voor het kopiëren van het document of een gedeelte daarvan. Phase to Phase BV is niet aansprakelijk voor enige directe, indirecte, bijkomstige of gevolgschade ontstaan door of bij het gebruik van de informatie of gegevens uit dit document, of door de onmogelijkheid die informatie of gegevens te gebruiken.

3 INHOUD pmo Inleiding... Loadflow... 3 Toevoegen schakelaars... 9 Testen selectiviteit... 3 Analyse met behulp van simulatie... Samenvatting...8

4 0-0 pmo INLEIDIN De beveiligingsmodule in Vision biedt de mogelijkheid de goede werking van de beveiligingen te analyseren. et name in vermaasde netten of in netten met veel motoren en generatoren kunnen de gebeurtenissen vrij complex zijn. Vooral door parallelle paden en terugvoeding van machines kunnen onverwachte stromen vloeien. De beveiligingsmodule bevat enkele specifieke functies, zoals de berekening van de selectiviteit aan de hand van kortsluitingen op geselecteerde punten. Deze presentatie gaat in op de grafische presentatiemogelijkheden die Vision biedt als ondersteuning bij het beveiligen van een netwerk. Aan de hand van een eenvoudig model van een industrienet worden de mogelijkheden toegelicht. Inhoud Een bestaand netwerk geschikt maken Toevoegen schakelaars Toevoegen beveiligingsgegevens Testen selectiviteit Analyse met behulp van simulatie Dit rapport gaat uit van een bestaand model van een industrienetwerk, waarin nog geen schakelaars en beveiligingen zijn aangebracht. Deze worden toegevoegd, waarna de selectiviteit wordt beoordeeld. Tenslotte wordt met behulp van de simulatie in detail gekeken naar het gedrag tijdens de sequenties van het afschakelproces. Het demonetwerk is een klein industrienet. Het industrienetwerk bestaat uit een 0 kv koppelpunt, een eigen transformator, een 0 kv verdeelstation (ain Switchboard, SB) en drie lokale 3 kv netten (de fabrieken ): - 0 kv Inkooppunt - 0 kv ain Switchboard - 3 maal 3 kv Switchboards - meervoudige kabelverbindingen naar de fabrieken, de "Sites" - op elke site: motorbelasting en eventueel opwekking - ook aanwezig: lokale laagspanningsbelastingen (motoren en belastingen)

5 0-0 pmo Toevoegen schakelaars V EC Energy Company HV ain transformer SB A 3 kv Site A V transf ain Switchboard V V transf 3 SB C 3 kv 3, SB C 3 kv hulp SB C 3 kv hulp Site A voeding A voeding B voeding C Local en otor A otor A otor A3 Site A V/LV transf Site A LV Far site Site B V otor C otor C otor C3 V/LV transf LV Site A Local loadotor A LV otor A LV otor A LV 3 otor A LV Local load otor C LV otor C LV otor C LV 3 Cooling sys Het toevoegen van schakelaars wordt geïllustreerd voor het inkooppunt en het deelnet C. De schakelaars zijn genummerd t/m. De plaats voor het toevoegen van een schakelaar wordt aangegeven door in Vision eerst de betreffende verbinding en knooppunt te selecteren. Toevoegen beveiligingsgegevens Een loadflow geeft inzicht in de bedrijfsstromen otorstartberekeningen inzicht in de te verwachten piekstromen Uitgangspunt voor dit net: maximaal één motor tegelijk opstarten Kortsluitstroomberekeningen Driefasenkortsluitstroom volgens IEC 909 Toegevoegde beveiligingen maximaal stroom/tijdbeveiligingen en differentiaalbeveiligingen Alvorens de beveiligingsgegevens toe te voegen moet er eerst inzicht zijn in de te verwachten stromen in het net. De loadflow met en zonder motorstart geeft inzicht in de situaties dat de beveiligingen niet horen aan te spreken. et name in industrienetten kunnen de aanloopstromen aanzienlijk zijn. Bij het instellen van de beveiligingen in dit theoretische model gaan we ervan uit dat maximaal één motor tegelijk wordt opgestart. De kortsluitstroomberekeningen worden volgens IEC 909 uitgevoerd. Er wordt in dit voorbeeld alleen naar de symmetrische driefasenkortsluitstroom gekeken.

6 Voor de beveiligingen is keuze uit: aximaal stroom/tijd Aardfout Onder-/overspanning Distantie ferentiaal 0-0 pmo In dit voorbeeld worden alleen maximaal stroom/tijdbeveiligingen en differentiaalbeveiligingen gedemonstreerd. LOADFLOW Uitgangspunt voor elke studie is de loadflow: V A Energy Company 7.00 kv HV A ain transformer 3 A ain Switchboard V kv SB A 3 kv.73 kv 739 A Site A V transf A 03 A V transf 3 A SB C 3 kv.93 kv 739 A SB C 3 kv hulp.73 kv 3 A SB C 3 kv hulp.93 kv 8 A8 A8 A8 A A A A.707 kv 739 A Site A.707 kv.903 kv.903 kv 3 A 39 A 07 A 0 A otor A A otor A A otor A3 A Site A Local loadotor A LV 08 A otor A LV Site A V/LV transf 77 A otor A LV 3 otor A LV Site A LV kv Far site Site B V otor C 00 A Far site power generated: 0. W consumed: 0.38 W otor C 00 A Local load 00 A otor C3 00 A otor C LV 7 A otor C LV 7 A V/LV transf 8 A LV 0.00 kv otor C LV 3 Cooling sys 7 A 7 A

7 De situaties bij een motorstart op 3 kv niveau: pmo otor A 09 A A A SB A 3 kv.73 kv. kv.73 kv.78 kv. kv.707 kv otor A 09 A A A 73 A 77 A 739 A 73 A 77 A 739 A 8 A8 A8 A8 A 89 A89 A89 A89 A 8 A8 A8 A8 A otor A3 09 A A A Site A Local loadotor A LV 07 A A A 9 A 08 A 73 A 77 A 739 A otor A LV A 9 A Site A V transf 07 A 0 A 07 A Site A V/LV transf 73 A 77 A 77 A SB C 3 kv hulp.73 kv. kv.73 kv otor A LV 3 A 9 A Site A.78 kv. kv.707 kv otor A LV A 9 A Site A LV kv 0.38 kv kv A 8 A A 8 A 9 A A A A 3 A V 8 A 9 A A ain transformer Far site Site B V 3 A 9 A 03 A Energy Company 7.00 kv 7.98 kv 7.00 kv 3.08 kv.30 kv.903 kv HV V transf otor C 0 A 9 A 00 A startend Far site power generated: 0. W consumed: 0.38 W 3.08 kv.30 kv.903 kv ain Switchboard V kv 0.03 kv kv otor C 9 A 9 A 00 A Local load 9 A A 00 A A 73 A 3 A A 73 A 3 A 8 A 8 A 8 A A A A A A A 3 A 73 A 3 A otor C3 9 A 9 A 00 A otor C LV A 70 A 7 A SB C 3 kv 3.0 kv.77 kv.93 kv SB C 3 kv hulp 3.0 kv.77 kv.93 kv 3 A A 39 A otor C LV A 70 A 7 A 98 A 8 A 0 A V/LV transf A 80 A 8 A LV 0.8 kv 0.38 kv 0.00 kv otor C LV 3 Cooling sys A A 70 A 70 A 7 A 7 A De situaties bij een motorstart op LS-niveau: otor A 0 A A A SB A 3 kv.7 kv.733 kv.73 kv.70 kv.97 kv.707 kv otor A 0 A A A 738 A 7 A 739 A 738 A 7 A 739 A 8 A8 A8 A8 A 8 A8 A8 A8 A 8 A8 A8 A8 A otor A3 0 A A A Site A Local loadotor A LV 08 A 08 A 08 A 738 A 7 A 739 A otor A LV Site A V transf 07 A 08 A 07 A Site A V/LV transf 77 A 730 A 77 A SB C 3 kv hulp.7 kv.733 kv.73 kv otor A LV 3 Site A.70 kv.97 kv.707 kv otor A LV Site A LV 0.37 kv 0.39 kv kv A 3 A A A 3 A A 3 A 33 A 3 A V A 3 A A ain transformer Far site Site B V 9 A A 03 A Energy Company 7.00 kv 7.00 kv 7.00 kv.98 kv.8 kv.903 kv HV V transf otor C 99 A 03 A 00 A Far site power generated: 0. W consumed: 0.38 W.98 kv.8 kv.903 kv ain Switchboard V 0.3 kv 0.7 kv kv otor C 99 A 03 A 00 A Local load 98 A A 00 A 39 A 379 A 3 A 39 A 379 A 3 A 0 A0 A0 A A A A A A A 39 A 379 A 3 A otor C3 99 A 03 A 00 A otor C LV 0 A 800 A 7 A startend SB C 3 kv.99 kv.880 kv.93 kv SB C 3 kv hulp.99 kv.880 kv.93 kv 37 A 39 A 39 A otor C LV A 9 A 7 A 79 A 83 A 0 A V/LV transf 3 A A 8 A LV 0.07 kv 0.38 kv 0.00 kv otor C LV 3 Cooling sys A A 9 A 9 A 7 A 7 A

8 8 0-0 pmo Stromen door de vermogenschakelaars VS nr. Loadflow otorstart 3 kv otorstart LS Kortsluitstroom (A) (A) (A) (A) Het resultaat van de loadflow-, motorstart- en kortsluitstroomberekeningen is weergegeven in bovenstaande tabel. Daarin is voor elke schakelaar afgebeeld welke stroom in de diverse aangegeven gebeurtenissen passeert.

9 3 TOEVOEEN SCHAKELAARS SB A 3 kv Site A V transf SB C 3 kv hulp V EC pmo Energy Company HV ain transformer ain Switchboard V SB C 3 kv V transf 3 SB C 3 kv hulp 3, Site A voeding A voeding B voeding C Local en otor A otor A otor A3 Site A V/LV transf Site A LV Far site Site B V otor C otor C otor C3 V/LV transf LV Site A Local loadotor A LV otor A LV otor A LV 3 otor A LV Local load otor C LV otor C LV otor C LV 3 Cooling sys Aan de hand van de te verwachten stromen zijn de instellingen voor de beveiligingen gekozen. De maximaal stroom/tijdbeveiligingen krijgen alle de normal inverse karakteristiek. De I> stromen zijn zodanig gekozen dat de beveiligingen bij het aanlopen van één motor niet aanspreken. Twee transformatoren worden beveiligd met een differentiaalbeveiliging. ekozen instellingen VS nr. Soort I> (A) I>> (A) T>> (s) Normal inverse f 00 3 Normal inverse Normal inverse f 00 Normal inverse De volgende twee bladzijden geven een indruk van de invoer in Vision voor een maximaal stroom/tijdbeveiliging (op schakelaar ) en een differentiaalbeveiliging (op schakelaars en 3).

10 Schakelaar : (secundaire zijde HS/V trafo): pmo De stroombeveiliging moet niet aanspreken bij een motorstart. De grootste stroom is A. We kiezen een normale inverse beveiligingskarakteristiek. De instelling I> kiezen we op 00 A. De instelling I>> kiezen we op 3000 A met t>> op 0.9 s.

11 Schakelaar : primaire zijde 0/3 kv trafo: 0-0 pmo Deze krijgt geen stroombeveiliging, maar wordt met de schakelaar aan de primaire zijde (schakelaar : CB SB C 0 kv) gekoppeld aan een differentiaalbeveiliging. De instelling is als volgt:

12 000 Uitschakelkarakteristieken stroombeveiligingen Thermische belastbaarheid van takken 0-0 pmo Uitschakelkarakteristieken beveiligingen CB CB 3 CB CB 00 ain transformer ain Switchboard V 0 V transf 3 SB C 3 kv SB C 3 kv hulp t (s) voeding A voeding B voeding C Local en 0. otor C otor C otor C3 V/LV transf LV I (A) Local load otor C LV otor C LV otor C LV 3 Cooling sys De uitschakelkarakteristieken van geselecteerde beveiligingen kunnen gezamenlijk in één diagram afgebeeld worden. Dit is mogelijk via het hoofdmenu: Extra Beveiligingen. In het diagram zijn ook de aanloopstromen van de grote motoren weergegeven, zodat beoordeeld kan worden bij welke aanlooptijden de aanloopstroom mogelijk kritisch wordt. De grootste aanloopstromen die de beveiligingen zien zijn handmatig ingevuld (de gekleurde pijlen in het diagram). Als de uitschakelkarakteristieken getransformeerd worden op één (het laagste) spanningsniveau, is de onderlinge relatie goed zichtbaar. 000 Uitschakelkarakteristieken stroombeveiligingen Thermische belastbaarheid van takken CB CB 3 CB CB 00 0 t (s) I (A) bij 0. kv

13 TESTEN este SELECTIVITEIT se ect te t pmo Berekening van eerste uitschakeltijden Herberekening na elke uitschakelactie (simulatie-methode) Er mogen alleen schakelaars rond de foutplaats c.q. groep uitschakelen Bij het berekenen van de selectiviteit worden de theoretisch mogelijke eerste uitschakeltijden van alle relais in het netwerk bepaald voor kortsluitingen op geselecteerde knooppunten. Dit criterium is voldoende voor radiaal bedreven netten. Echter, één van de beveiligingen zal het eerst afschakelen (trippen). Na elke uitschakeling wordt bekeken of de kortsluiting daadwerkelijk is afgeschakeld. Zo niet, wordt de berekening hervat met de nieuw berekende kortsluitstromen. Dit is met name voor vermaasde netten belangrijk. Het net is selectief beveiligd als alleen schakelaars rond de gestoorde groep uitschakelen en als dus de kortsluiting zonder overbodige schakelacties en zonder verdere beschadiging van andere componenten wordt afgeschakeld. Selectiviteit: uitschakelactie 00 Uitschakeling van knooppunt CB (abc) 0 t (s) Ik" (ka ) 7 8 Bovenstaand diagram geeft aan met welke tijd een kortsluitstroom, variërend van tot 9 ka, wordt afgeschakeld. Het diagram toont de beveiligingen die daadwerkelijk afschakelen. Er schakelen geen andere beveiligingen af. Dit diagram wordt getoond met Resultaten rafiek Details.

14 0-0 pmo Selectiviteit: eerste uitschakeltijden 00 Selectiviteit van knooppunt CB (abc) CB 3 (abc) CB (abc) CB (abc) 0 ain transformer ain Switchboard V t (s) V transf 3 SB C 3 kv SB C 3 kv hulp selectief voeding A voeding B voeding C Local en Ik" (ka) 7 8 otor C otor C otor C3 Bovenstaand diagram toont de eerste uitschakeltijden van alle beveiligingen, ten gevolge van een kortsluiting op knooppunt. Eerste uitschakeltijden zijn de berekende theoretische tijden waarna elke aangesproken beveiliging zou trippen, indien voor die beveiliging de kortsluitsituatie zou blijven bestaan. Die situatie verandert echter na een willekeurige uitschakelactie van een andere beveiliging. Uit het diagram blijkt dat de eerste uitschakeltijden van de beveiligingen elkaar selectief opvolgen. ANALYSE ET BEHULP VAN SIULATIE Sequentie van de stromen en tijden op de foutplaats Worden na elke beveiligingsactie opnieuw berekend Berekening I t van takken Presentatie in het schema en grafisch De simulatie biedt meer inzicht in het gedrag van de beveiligingen bij een specifieke fout. Het achterelkaar reageren van de beveiligingen veroorzaakt telkens een nieuwe situatie, die dan weer opnieuw wordt berekend. De simulatie verschaft meer inzicht in de I t van alle verbindingen. De resultaten worden in het netschema afgebeeld en kunnen ook in een grafiek worden bekeken.

15 0-0 pmo Simulatie kortsluiting op SB C 3 kv hulp 8.73 ka op 0.00 s (abc).9 ka voeding A 0 % voeding B 0 % voeding C 0 % Local en otor C otor C otor C3 V/LV transf 0 % LV Local load otor C LV otor C LV otor C LV 3 Cooling sys De simulatie toont aan dat na afschakeling van de kortsluiting op er nog een kortsluitstroom van,9 ka blijft lopen. Deze stroom is afkomstig van de terugvoeding door de draaiende motoren. Deze stroom resulteert in een te grote I t aan de 3/0, kv transformator. De beveiliging aan de secundaire zijde van de 3/0, kv transformator is niet richtingsgevoelig. Als remedie kan deze beveiliging richtingsgevoelig worden gemaakt. De beveiliging in de voedende richting (de transformator uit) krijgt de oorspronkelijke eigenschappen. De beveiliging in de terugvoedende richting (de transformator in) krijgt een vaste tijdsinstelling: I> is 000 A en t> is s.

16 0-0 pmo Simulatie kortsluiting op SB C 3 kv hulp 8.73 ka op 0.00 s (abc).9 ka op.000 s (abc).8 ka voeding A 0 % voeding B 0 % voeding C 0 % Local en otor C otor C otor C3 V/LV transf % LV Local load otor C LV otor C LV otor C LV 3 Cooling sys De simulatieberekening toont aan dat de situatie voor de transformator is verbeterd (van 0% naar %). De sequenties in het bovenstaande diagram geven aan dat de kortsluiting eerst vanuit de voedende kant (CB ) wordt afgeschakeld en vervolgens vanuit de terugleverende kant (CB ). Er blijft echter nog wel een kortsluitstroom lopen van de terugleverende motoren en generator op het knooppunt zelf. Dit kan worden verholpen door deze machines ook te voorzien van een beveiliging, bijvoorbeeld een maximum stroom/tijdbeveiliging met een vaste tijdkarakteristiek. Instelling: I> is 000 A en t> is 0, s.

17 7 0-0 pmo Simulatie kortsluiting op SB C 3 kv hulp 8.73 ka op 0.00 s (abc) 7.70 ka op 0.00 s (abc).8 ka op 0.00 s (abc). ka op 0.00 s (abc) 3.8 ka op 0.00 s (abc) 0.3 ka op.000 s (abc) 0.00 ka voeding A 0 % voeding B 0 % voeding C 0 % Local en otor C otor C otor C3 V/LV transf % LV Local load otor C LV otor C LV otor C LV 3 Cooling sys De kortsluiting wordt nu in sequenties geheel afgeschakeld. De detailinformatie van het knooppunt biedt nog aanvullende informatie, zoals de namen van de uitschakelende beveiligingen en de uitschakeltijden, inclusief de reactietijd van de vermogenschakelaar. Indien de reactietijd van de vermogenschakelaar is ingevoerd, is dit zichtbaar in de verschillende tijden voor de schakelaar en voor de trigger. Afschakelsequentie na symmetrische fout op knooppunt met Zff=0+j0 Ohm Foutplaats Schakelaar Beveiliging Ik"a Ik"b Ik"c t fase(n) naam naam soort trigger(s) t ka ka ka s s abc CB otor C CB otor C stroom Ia=039 A; Ib=039 A; Ic=039 A abc CB otor C CB otor C stroom Ia=039 A; Ib=039 A; Ic=039 A abc CB otor C3 CB otor C3 stroom Ia=039 A; Ib=039 A; Ic=039 A abc CB enerator CB enerator stroom Ia=08 A; Ib=08 A; Ic=08 A abc CB CB stroom Ia=33 A; Ib=33 A; Ic=33 A abc CB CB stroom Ia=9 A; Ib=9 A; Ic=9 A

18 SAENVATTIN pmo Beveiligingskarakteristieken In één oogopslag voor coördinatie Betrokken op één spanningsniveau Selectiviteitsberekening Berekent aan de hand van werkelijke afschakelacties Houdt rekening met alle afschakelsequenties Simulatie Analyse van afschakelsequentie Analyse van mogelijk beschadigen van componenten