Dimensjonering ved kortslutning

1. Dimensjonering ved kortslutning Høgskolen i Agder Fakultet for Teknologi, Grimstad Våren 2006 Egil Hagen

2. Termiske påkjenninger ved kortslutning • De store strømmene som flyter ved kortslutning kan gi temperaturer som skader komponenter • Produsenten oppgir hvor stor strøm komponenten tåler • Kontinuerlig • Kortvarig (1 sekund)

4. Termisk grensestrøm • Termisk grensestrøm er den strøm som varmer opp komponenten til maksimal tillatt driftstemperatur i løpet av en viss tid (It 1sek) • Komponenten tilføres en energi: W = R It2 tt • Om vi antar at under en kortslutning går all varmeproduksjon med til å varme opp komponenten (og ikke omgivelsene) vil: Wk = R Ik”2 tk

5. Krav til vern • For at komponenten ikke skal bli skadet under en kortslutning er det avgjørende at: Wk ≤ W • For å oppnå dette installerer vi kortslutningsvern foran komponenten • Utkoblingstiden til vernet (pluss brytertiden) må innstilles slik at kriteriet er oppfylt tk = It2 tt / Ik”2

6. Dimensjonering for jordslutning • Jordslutning kan være 1 faset, 2 faset eller 3 faset • 2 faset og 3 faset jordslutning tilsvarer 2 faset og 3 faset kortslutning fordi det da også blir forbindelse mellom fasene • Jordslutning kan føre til: • Oppvarming og brannfare på jordslutningsstedet • Farlig berøringsspenning på anleggsdeler som normalt ikke skal være spenningsførende

7. Nullpunktsjording • Jordslutningsstrømmene er avhengige av hvordan systemets nullpunkt er jordet • Isolert nullpunkt • Jordet over en resistans/impedans • Jordet over en reaktans (spolejording) • Direkte jordet • Viktig at vernet kobler bort jordslutningen raskt • Forskriftene krever at jordfeil kobles bort innen rimelig tid (?)

8. Isolert nullpunkt • På de feilfrie fasene øker spenningen mot jord • Dersom isolasjonen i disse fasene er svekket, kan det føre til at flere faser får jordslutning • Vanlig på nett opp til 22 kV, også lavspent • Fører til lave jordslutningsstrømmer

9. Spolejording • Jordslutningsstrømmene kan i nett mellom 66 kV og 220 kV reduseres ved at nullpunktet jordes over en spole (Petersenspole) • Petersenspolen innstilles slik at den kompenserer nettets kapasitans – feilstrømmen kan dermed justeres til null og eventuelle lysbuer slukker • Spolen er vanligvis regulerbar - For å unngå resonans ved utkobling av nettdeler, drives nettet vanligvis overkompensert • Kan drive nettet til reserve er etablert eller inntil et bedre tidspunkt for utkobling

10. Direkte jordet nullpunkt • En full 1 fase jordslutning vil være som en 1 fase kortslutning • Vanlig på 300 kV og 400 kV (?)

11. Kortslutningsstrømmer • Støtstrøm • Subtransient, transient, stasjonær • Overstrøm • Kortslutning er en forbindelse med ubetydelig impedans mellom to eller flere faser • Kortslutningsstrømmen er ofte mange ganger større enn den maksimalt tillatte belastningsstrømmen • Ledninger og apparater må dimensjoneres for å tåle kortslutningsstrømmen

12. Beregning av kortslutningsstrøm • Kortslutningsstrømmen består av en symmetrisk vekselstrøm overlagret en avtakende (transient) likestrøm • Størrelsen på kortslutningsstrømmen er avhengig av tidspunkt for kortslutningen • Kortslutningsstrømmen blir størst dersom kortslutningen skjer i spenningens nullgjennomgang

13. Støtstrøm • Maksimal kortslutningsstrøm kalles: • Støtstrøm • Maksimal assymetrisk kortslutningsstrøm • Støtstrømmen er: is = κ √2 Ik • Der κ kalles støtfaktoren som maksimalt kan bli κ = 2,0 • Det gir: is = 2,8 Ik

16. Typiske verdier • Ved kortslutning på generatorklemmene: is = 3 Ik • Ved kortslutning ute i fordelingsnettet kan κ = 1,6 være en god tilnærming is = 2,5 Ik

17. Mekaniske påkjenninger ved kortslutning • Når to parallelle ledere fører strøm, vil det oppstå en kraftvirkning mellom dem • Denne kraften er proporsjonal med kvadratet av strømstyrken: F = 2 i2 / D 10-7 l

18. Sinusformet strøm • Ved sinusformet strøm vil i være: i = î sin(ωt) • Da vil F være lik 0 når sin(ωt) er lik 0 • F får sin maksimale verdi hver gang sin(ωt) er 1 • Dermed vil lederne utsettes for en pulserende kraft med frekvens 100 Hz

19. Dimensjonering • Alle anleggsdeler må tåle de krefter som oppstår ved en kortslutning • Det er først og fremst stive anleggsdeler som skinneføringer, samleskinner og deres støtter som blir utsatt for så store krefter at beregning er nødvendig • Ved egenfrekvens for skinnene nær 100 Hz kommer skinnene i resonans

21. Mekanisk dimensjonering av samleskinner og isolatorer • Ta utgangspunkt i en statisk beregning av de kreftene som oppstår under en kortslutning • Evnt. korrigere for de dynamiske forhold • Antar fast innspente skinner i isolatorene • Kraften er jevnt fordelt over skinnelengden

22. Korreksjonsfaktor k1 • K1 er 1,0 for runde skinner • K1 varierer fra 0,4 til 1,4 avhengig av skinnenes høyde og bredde, om de er stående eller liggende, og avstanden mellom skinnene • Høyeste verdi ved brede skinner montert nær hverandre • Laveste verdi ved høye skinner montert nær hverandre • Jo større avstand mellom skinnene, desto mindre blir korreksjonen

24. Resonansfaktor k2