Oikosulkuvoimien tietokonesimulaatio sähköasemaympäristössä

Abstract

Suurivirtaiset vikatilanteet sähköasemien ulkokytkinkentillä aiheuttavat kiskojärjestelmiin sähkömagneettisen ilmiön aiheuttamana, rakenteita kuormittavia voimia. Tätä ilmiötä kutsutaan yleisesti oikosulkuvoimaksi. Työn aiheena on oikosulkuvoiminen määrittäminen elementtimenetelmään perustuvalla tietokonesimulaatiolla. Päätavoitteena ja tutkimuskysymyksenä on vertailla IEC-60865 standardin ja tietokonesimulaation avulla miten tulokset poikkeavat todellisista Cigren julkaisemista laboratoriossa tehdyistä oikosulkuvoimakokeiden tuloksista, muutamassa eri tapauksessa. Tutkimuksen lopputuloksena saatiin kattava käsitys sähköaseman ulkokytinkenttien oikosulkulaskelmista, niiden perusteista ja tietokonesimulaation soveltamisesta. Tulosten perusteella standardin laskentamenetelmillä päästiin hyviin tuloksiin, jotka olivat varsin lähellä todellisuuden kanssa, mikäli lähtötiedot olivat hyvät sekä laskentamenetelmä tapaukseen sopiva. Tietokonesimulaation osalta tulokset noudattelivat vertailuarvoja suurimmaksi osaksi. Muutamissa tapauksissa lähtöarvot ja tapaukseen liittyvä dokumentaatio aiheutti tulkinnanvaraisuutta, mikä johti tuloksissa näkyviin virheisiin.

In the outdoor switching fields of a substation, high-current fault situations cause rail systems to be subjected to electromagnetic forces that load the structures. This phenomenon means short-circuit force. The topic of the work is to use computer simulation based on the finite element method to determine short-circuit forces. The main objective and research question are to compare, using the IEC-60865 standard and computer simulation, how the results differ from the actual results of the short-circuit force tests added by Cigre in the laboratory, changed for different purposes. As a result of the study, a comprehensive understanding of the short-circuit calculations of the outdoor switching fields, their bases and the application of computer simulation is achieved. Based on the results, the standard calculation methods yielded good results that were quite close to reality, in case the initial data were good, and the calculation method was appropriate for the case. For computer simulation, the comparison values were similar for the most part. In a few cases, the initial values and the case-related caused interpretation, which caused an error in the results.