Maasulun aikaisten vaarajännitteiden simulointimallin kehittäminen ja käyttö

Abstract

Opinnäytetyön aiheena on luoda PSCAD-simulaatiomalli olemassa olevalle 20 kV kompensoidulle jakeluverkolle. Mallilla tutkitaan maasulkujen aikaisia vaarajännitteitä erilaisissa maasulkutilanteissa ja tuloksia verrataan oikean verkon mittaustuloksiin. Simulaatiomalli perustuu Carunalta saatuun verkkodataan ja verkon komponenttien sähköisiin arvoihin. Työssä tutustutaan maasulkuvikoihin ja niiden aikaisten vaarajännitteiden teoriaan ja kaapelien mallinnukseen PI-sijaiskytkennällä. Lisäksi tutkitaan taustaverkon johtolähtöjen mallinnusta ekvivalenttikomponenteilla. Simulaation tulokset saatiin vastaamaan verkon mittauksien tuloksia ja taustaverkon mallinnus ekvivalenttisilla malleilla toimi hyvin. Tuloksista nähdään, että maasulkuvian voi periaatteessa paikantaa maadoitusjänniteprofiilin avulla vikaresistanssista riippumatta. Simulaatiomallin avulla pystyttiin määrittämään muuntamokohtaiset F-kertoimet (maadoitus- ja kosketusjännitteen välinen suhteellisuus kerroin) muuntamoille, joista oli mittaustulokset käytettävissä. Simulointitulosten mukaan F-kertoimet vaihtelivat paljonkin muuntamoiden välillä, joka osoittaa kosketusjännitteen estimoinnin käytännön vaikeuden muuntamoilla.

The subject of this thesis was to create a PSCAD simulation model for an existing 20 kV compensated distribution network. The model was used to study hazard voltages during earth faults in varying earth fault situations and the results of the simulations were compared to the measurements of the real network. The simulation model is based on the network data provided by Caruna and the technical specification of the components. This thesis introduces the theory of earth faults and the hazard voltages created by them and the modeling of cables using the PI equivalent. Additionally, the modelling of the background networks using equivalent components is investigated. The simulation results matched well with the measurements of the network and the modelling of the background network using equivalent models worked well. The results show that it is technically possible to locate an earth fault by using an earth fault profile regardless of the fault resistance. Using the simulation model, it was possible to determine the substation specific F-factors (coefficient between earth voltage and touch voltage) for the stations that had measurements available. The simulation results showed that the F-factors varied greatly between the substations, which demonstrates the practical difficulty of estimating touch voltages at the substations.