Reläskydd

 Reläskydd / IED (Intelligent Electronic Device)


Ett reläskydd fungerar i praktiken som en automatsäkring gör i hushållet, det ser till att strömmen blixtsnabbt slås ifrån och skyddar därigenom både människor och apparater.Reläskydden ser till att vi har en säker och tillförlitlig elförsörjning. Reläskydd är en nödvändig del i kraftnäten har funnits i över än hundra år, läs mer här.


Huvudprincipen vid utformning av ett felbortkopplingssystem är att eftersträva så enkla konstruktioner som möjligt, dock tillräckligt komplexa för att erhålla korrekt feldetektering. En enkel konstruktion har inte bara den fördelen att de är kostnadseffektiva, de som regel även överblickbara vilket ökar sannolikheten att de fungerar som avsetts.


Vid utformningen av felbortkopplingssystem bör enkelfelskriteriet, n-1, tillämpas så långt det är rimligt.


Enkelfelskriteriet innebär att en godtycklig komponent i felbortkopplingskedjan ska kunna felfungera utan att konsekvenserna blir oacceptabla. I vissa fall kan det anses acceptabelt att felbortkopplingstiden förlängs och att reservbortkopplingen blir oselektiv. I andra sammanhang kan motsvarande utlösningsbild få helt oönskade konsekvenser. Konsekvenserna styr hur felbortkopplingen ska utformas.


Huvudregeln är att fel i kraftsystemet ska alltid detekteras och kopplas bort, en  obefogad funktion framför en utebliven funktionär ofta att föredra.



Överströmsskydd (ISm)


Oriktat Överströmsslyyd

IEC 61850: PHxPTOC

IEC 60617: 3I>, 3I>>, 3I>>>

ANSI/IEEE C37.2: 51P-1, 51P-2, 50P/51P


Överströmsskyddens uppgift är att snabbt och selektivt koppla bort kortslutningar och eventuellt även överbelastningar i nätet. Larmgränser i fjärrkontrollsystemet kan annars i viss mån användas för att larma för överlast. Desto större kortslutningseffekt desto viktigare är det att felet kopplas bort snabbt för att skadorna ska kunna begränsas.

 

Kortslutningar i distributionsnäten bör som regel kopplas bort inom 1 s. Denna tid syftar på att anläggningsdelar har en maximal korttidsström eller enskundsström, därför bör frånkopplingstiden ej vara längre än 1 s.


Med tanke på ljusbågens verkningar bör inte 150ms överstigas för kortslutningsströmmar vid ett normalkopplat nät. Vid längre tid kan risken för person och egendoms skador vara stor. Skadorna fördubblas mellan 100 till 200ms och över 0,5s är personen dödligt bränd, vid en sekund kan skadorna vara stationen vara betydande (skrot). Detta är helt beroende av felströmmens storlek.


Det bör inte förekomma att skydden är inställda så att fel inte kan detekteras och kopplas bort.


Det finns både riktade och oriktade överströmsskydd. Det oriktade överströmsskydd är i särklass vanligast förekommande i distributionsnäten. Riktade överströmsskydd kan förekomma i slingmatade distributionsnät och när exempelvis bakmatning skall förhindras.


Parallellskydd


Parallellskydd används för att ge en acceptabel skyddsnivå för de objekt som inte täcks av överliggande reservskydd. Med acceptabel avses i det här sammanhanget att ett ledningsfel ska kopplas bort inom ett fåtal sekunder (gärna inom max en sekund) även om ordinarie skydd är ur funktion.


Om ett transformatorskydd tex. inte går att ställa in så att det startar för en kortslutning långt ut på en ledning ska ledningsskyddet förses med ett parallellskydd. Vid behov av parallellskydd behövs även ett brytarfelskydd.


Brytarfelsskydd (BFS)


Brytarfelsskydd fungerar genom att kontrollera att felströmmen försvunnit inom en viss tid från det att brytaren fått en utlösningsimpuls. Om felströmmen finns kvar tolkas det som att brytaren inte fungerat och brytarfelsskyddet löser ut alternativa brytare.


För att öka skyddsredundansen i nätet monteras brytarfelsskydd för de objekt som inte fullt ut täcks av reservskydd. I praktiken rör det sig om de objekt som förses med parallellskydd



Jordfelsskydd, allmänt


De föreskriftkrav som finns på jordfelsskydd i anläggningar med systemspänning upp till 25 kV anges i ELSÄK-FS 2008:1 5 kap § 3-6. Paragraferna skiljer på anläggningar med och utan luftledningar.


I rena kabelnät anger föreskriften att enpoliga jordslutningar antingen ska frånkopplas eller signaleras. I den mån det är möjligt tillämpas dock samma krav på jordkabelnär som luftledningsnät.


I luftledningsnät med friledning i förstärkt utförande (BLX-, BLL-linor etc) skall skydden var så inställda att enfasiga jordfel med resistanser på upp till 5000 Ω, eller högre, frånkopplas. Om det är praktiskt möjligt så är det önskvärt med en ännu högre känslighet. I tidigare föreskrift fanns det en rekommendation att kunna känna jordfel upp till 20 kΩ.


I luftledningsnät med traditionell friledning ska ledningen frånkopplas vid jordfel med resistans på upp till 3000 Ω, eller högre. Till dessa nät får även räknas nät med endast ett fåtal spann plastbelagd lina utanför detaljplanelagt område.


Vad som ovan sagts om känsligheter gäller ej för äldre anläggningar under förutsättning att dessa inte utökats med friledning i förstärkt utförande, plastbelagd ledare eller hängspiralkabelledning.



Riktat jordstömsskydd (JSr)


IEC 61850: DEFxPDEF

IEC 60617: Io>->

ANSI/IEEE C37.2: 67N


Riktningskänsliga jordfelsskydd känner om den uppkomna jordfelsströmmen härstammar från ett jordfel i den egna ledningen eller inte. Detta är huvudskyddet för jordfel på en ledning.



Oriktat jordstömsskydd (JS)


IEC 61850: EFxPTOC

IEC 60617: Io>

ANSI/IEEE C37.2: 51N


Oriktade jordfelsskydd mäter den delen av jordslutningsströmmen som går genom facket oberoende av riktning.

Oriktade jordfelsskydd används främst för att skydda objekt som bidrar med små Ic-strömmar i förhållande till övriga nätet. Det kan röra sig om transformatorer, generatorer, lokalkraftstransformatorer, korta transformator kablar eller kortare luftlinjer.



Dubbelt jordfel


Dubbelt jordfel innebär i praktiken en överledning mellan två faser via marken.

Dubbelt jordfel ska detekteras av jordfelsskydden men kan i praktiken även lösas ut av överströmskydden om felströmmen är stor nog att bringa dessa i funktion.

Oriktade jordfelsskydd kan även används för att detektera dubbla jordfel som inte de riktade jordfelsskydden klarar av att detektera på grund att de är för högohmiga och som inte heller överströmsskydden detekterar för att strömmarna är för små.



Nollpunktspänningsskydd (NUS)


IEC 61850: ROVPTOV

IEC 60617: Uo>

ANSI/IEEE C37.2: 59G


Nollpunktspänningsskyddet, NUS, fungerar som huvudskydd för jordfel på samlingsskenan och som reservskydd för ledningarnas jordfelsskydd och är däermed ett mycket viktigt skydd.


I de fall som stationen endast har en utgående ledning kan NUSet fungera som ordinarie skydd för ledningen. I dessa fall ska reservskydd anordnas för att enkelfelskriteriet ska kunna uppfyllas.



Jordfelsvoltmeter


Jordfelsvoltmeterns uppgift är att detektera och signalera högohmiga jordfel.


Praktisk erfarenhet har visat att signalering vid utbildningsgraden 3 % fungerar bra. En så pass låg nivå ger en tidig indikering på att systemets isolation är skadad. Känsligheten bör vara runt 20 kΩ.


Signalen fördröjs från 30 s upp till 300 s för att förhindra signalering vid övergående osymmetrier.



Reserv nollpunktspänningsskydd, SNUS


Då det i många stationer endast finns en spänningstransformator som både nollpunktsspänningsskyddet och de riktade jordfelsskyddens frigivningsspänning får sin mätning av nollpunktsspänningen finns ett behov med mätning från en oberoende mättransformator, enkelfelskriteriet. I stationer som är utrustade med nollpunktreaktorer kan denna extra mättransformator fås genom reaktorns spänningstransformator mellan transformatorns nollpunkt och jord.



Återinkoppling (ÅI)


För att minimera avbrottstider förses ledningsskydden ofta med automatisk återinkoppling. Erfarenhet visar att ungefär 80 % av alla ledningsfel är snabbt övergående och att ett första återinkopplingsförsök lyckas. Vid ett andra försök lyckas ytterligare ca 10 % av alla återinkopplingar. Vid ett tredje försök är andelen lyckade återinkopplingar nere på 1-2 %, varför högst 2 återinkopplingsförsök utförs.


Återinkoppling används endast i de fall där man kan räkna med att felet självavhjälps. Detta innebär att friledningar förses med återinkoppling medan rena kabelnät inte ska ha återinkoppling eftersom det sannolikt skulle förvärra konsekvenserna av felet.


För blandade kabel- och friledningsnät är det en bedömningsfråga om ledningen ska förses med återinkoppling. Om andelen friledning är stor och inslagen av kabel är små är det t ex lämpligt att ha återinkoppling.




Sammlingsskenor


Samlingsskeneskydd används för att minimera felbortkopplingstiden vid fel på samlingsskenan. Transformatorer och ledningar som kan bidra med felström till samlingsskenan kopplas då normalt bort vid fel.



Samlingsskeneskydd (SSS)


Summaströmsmätande samlingsskeneskydd reagerar och används då man har stora krav på kort bortkopplingstid.


Skyddet kontrollerar att summan av strömmarna in och ut från samlingsskenan är noll. Om en differens uppstår beror det på ett fel på samlingsskenan och inmatningspunkterna kopplas bort, detta sker då normalt mycket snabbt.



Blockeringsbart samlingsskeneskydd


I distributionsnät är det blockeringsbara samlingsskeneskydd som har en enklare uppbyggnad vanligare. De fungerar genom att ledningsskydden vid fel på de utgående ledningarna blockerar momentansteget på skydden i inmatningspunkterna.


Om blockeringssignalen uteblir anses felet ligga på samlingsskenan och inmatningspunkterna kopplas bort.



Ljusbågsvakt (LJS)


Ljusbågsvakt är det samlingsskeneskydd som medger snabbast felbortkoppling i inomhusställverk. Optiska ljussensorer detekterar ljusbågar i ett tidigt stadium och löser ut de brytare som matar effekt till anläggningsdelen.


Det är lämpligt om det finns en reservfunktion till ljusbågsvakten som är strömmätande och slår samma brytare som ljusbågsvakten.

 

Eftersom inte alla samlingsskenefel ger upphov till ljusbågar (t.ex. arbetsjjordningar) ska en ljusbågsvakt endast ses som ett komplement till andra strömmätande skydd.