Kompensoidun 20 kV maakaapeliverkon käyttö maasulun aikana
Mikander, Petteri (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020111390320
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020111390320
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää, millä edellytyksillä Vantaan Energia Sähköverkot Oy:n (VES) 20 kV:n jakeluverkkoa voidaan käyttää maasulussa, mitä vaatimuksia SFS 6001 -standardissa tälle on ja täyttyvätkö nämä vaatimukset VES:n verkossa. Myös verkon maasulussa käytöstä aiheutuvia riskejä tarkasteltiin. Diplomityössä selvitettiin lisäksi investoinnin kannattavuus ja vaikutus verkon tunnuslukuihin. Diplomityö tehtiin pääasiassa kirjallisuustutkimuksena sekä haastattelemalla alan asiantuntijoita.
Käyttämällä maasulkuvirran kompensointilaitteistoa keskijänniteverkossa saadaan maasulkuvirta kompensoitua lähes kokonaan. Maakaapeleiden pienen reduktiokertoimen johdosta suurin osa jäljelle jääneestä maasulkuvirrasta palaa maadoitusjärjestelmään kaapelin kosketussuojaa ja keskusköyttä pitkin, jolloin kosketusjännitteet pysyvät vian aikana reilusti alle standardin vaatimusten. Käytettäessä verkkoa maasulussa terveiden vaiheiden jännitteen nousu kasvattaa kaksoismaasulun riskiä huomattavasti.
Suurin osa VES:n 20 kV:n maakaapeliverkon vioista on maasulkuja. Käytettäessä verkkoa maasulussa, maasulkuvioista aiheutuvat keskeytykset vähenevät noin 75 %. Vuoteen 2028 mennessä VES:n keskijänniteverkosta noin 97 % on kaapeloitu, joten käytettäessä verkkoa maasulussa voidaan suurin osa verkon vioista eristää ilman, että asiakkaat kokevat keskeytyksiä sähkönjakelussa.
Energiaviraston valvontamallin mukaisten investointi- ja laatukannustimien kautta investointi maasukuvirran kompensointilaitteistoihin ja 20 kV maakaapeliverkon käyttö maasulussa on VES:n verkossa kannattavaa.
Tämän diplomityön perusteella Vantaan Energia Sähköverkko Oy:n sähköasemilla on valmius pienillä muutoksilla ottaa käyttöön maasulkuvirran kompensointilaitteistot, eikä ole tiedossa merkittäviä riskejä, jotka estäisivät verkon käytön maasulussa. The aim of this master’s thesis was to clarify by which prerequisites there is to use Vantaan Energia Sähköverkot Oy (VES) 20 kV distribution network in sustained earth fault, what are the requirements stated in Finnish high voltage installation standard SFS 6001 for it, are the requirements fulfilled in VES distribution network and what are the risks of using the network in sustained earth fault. As part of the thesis return of investment was studied and its effect to the key figures of the network operation evaluated. This master’s thesis was done mainly as a literature review and by interviewing distribution network specialists.
Using earth fault compensation in medium voltage distribution network, earth fault currents can be compensated to almost zero. Ground cable have very small reduction factor so most of earth fault current returns to the grounding system via cable screens, so touch voltages are below regulatory limits. When using network in sustained earth fault, voltages in healthy phases are rising and that is increasing probability of cross country faults considerably.
Most of VES 20 kV cable network faults are earth faults. When the network is used in sustained earth fault, outages caused by earth faults are decreasing circa 75 %. By year 2028, circa 97 % of VES medium voltage network will be cabled, so when the network is used in sustained earth fault, most of the faults can be cleared without customer outage.
Investing to earth fault compensation equipment and using 20 kV cable network in sustained earth fault is profitable in VES network when calculating the return of investment applying the investment incentive and bonus incentive by the regulation model from Finnish Energy Authority.
According to research of this master’s thesis, it is possible in Vantaan Energia Sähköverkko Oy substations to install earth fault compensation equipment with small changes and there is not any big risks that are preventing to use the network in sustained earth fault.
Käyttämällä maasulkuvirran kompensointilaitteistoa keskijänniteverkossa saadaan maasulkuvirta kompensoitua lähes kokonaan. Maakaapeleiden pienen reduktiokertoimen johdosta suurin osa jäljelle jääneestä maasulkuvirrasta palaa maadoitusjärjestelmään kaapelin kosketussuojaa ja keskusköyttä pitkin, jolloin kosketusjännitteet pysyvät vian aikana reilusti alle standardin vaatimusten. Käytettäessä verkkoa maasulussa terveiden vaiheiden jännitteen nousu kasvattaa kaksoismaasulun riskiä huomattavasti.
Suurin osa VES:n 20 kV:n maakaapeliverkon vioista on maasulkuja. Käytettäessä verkkoa maasulussa, maasulkuvioista aiheutuvat keskeytykset vähenevät noin 75 %. Vuoteen 2028 mennessä VES:n keskijänniteverkosta noin 97 % on kaapeloitu, joten käytettäessä verkkoa maasulussa voidaan suurin osa verkon vioista eristää ilman, että asiakkaat kokevat keskeytyksiä sähkönjakelussa.
Energiaviraston valvontamallin mukaisten investointi- ja laatukannustimien kautta investointi maasukuvirran kompensointilaitteistoihin ja 20 kV maakaapeliverkon käyttö maasulussa on VES:n verkossa kannattavaa.
Tämän diplomityön perusteella Vantaan Energia Sähköverkko Oy:n sähköasemilla on valmius pienillä muutoksilla ottaa käyttöön maasulkuvirran kompensointilaitteistot, eikä ole tiedossa merkittäviä riskejä, jotka estäisivät verkon käytön maasulussa.
Using earth fault compensation in medium voltage distribution network, earth fault currents can be compensated to almost zero. Ground cable have very small reduction factor so most of earth fault current returns to the grounding system via cable screens, so touch voltages are below regulatory limits. When using network in sustained earth fault, voltages in healthy phases are rising and that is increasing probability of cross country faults considerably.
Most of VES 20 kV cable network faults are earth faults. When the network is used in sustained earth fault, outages caused by earth faults are decreasing circa 75 %. By year 2028, circa 97 % of VES medium voltage network will be cabled, so when the network is used in sustained earth fault, most of the faults can be cleared without customer outage.
Investing to earth fault compensation equipment and using 20 kV cable network in sustained earth fault is profitable in VES network when calculating the return of investment applying the investment incentive and bonus incentive by the regulation model from Finnish Energy Authority.
According to research of this master’s thesis, it is possible in Vantaan Energia Sähköverkko Oy substations to install earth fault compensation equipment with small changes and there is not any big risks that are preventing to use the network in sustained earth fault.