Intermittenta jordfel i distributionsnät

Sammanfattning

Transienta intermittenta jordfel har blivit ett allt mer uppmärksammat problem i de icke direktjordade näten. Detta är dock inte något nytt fenomen utan uppmärksammandes exempelvis i mitten av 1980-talet av Vattenfall och ABB. [1]

De intermittenta transienta felen som den grundtonsmätande, riktade jordfelsfunktionen får problem att detektera korrekt samtidigt som nollpunktsspänningen håller sig på en nivå för tripp kommer nollpunktspänningsskyddet (NUS) istället att trippa hela stationen.

  Figur 1. Inspelning av Transient-Intermittent-jordfel, spänning och ström (från dLaboratory-utrustning)

För att komma tillrätta med problemen har leverantörerna kompletterat jordfelsskydden med funktioner för att detektera dessa fel. Tillverkarnas lösningar för detta fel visar sig fungera med varierande resultat. Hur några av de vanligaste moderna reläskydden beter sig visas i en rapport som släpptes under april 2016, ”Test av reläskydd – Transienta Intermittenta jordfel i distributionsnät” [2].

Transienta intermittenta jordfel

Det förekommer att stationer löser ut oselektivt av stationens nollpunktspännings-skydd (NUS) och många gånger är det transienta intermittenta jordfel som är orsaken.

Vid ett enpoligt jordfel flyttas nätets "nollpunkt" till felstället medan nollpunkten får fasspänning.

  Figur 2. Vektorrepresentation av stumt jordfel

Vektorrepresentationen visar att de friska faserna ökar med faktorn √3 i förhållande till felbehäftad fas och nollpunktsspänningen.

Ett representativt transient intermittent jordfel uppträder i en isolerad ledning, där isoleringen har en spricka och vatten läcker in. Jordfelet torkar upp sprickan samtidigt som felet försvinner, men felet återkommer efter en kort tid, när vatten igen läcker in genom sprickan. Processen upprepas, vilket ger upphov till en följd av felströmspulser.

När strömmätande skyddsfunktionens återställnings-/utlösningstidtid är kortare än intervallen mellan felströmspulserna, kommer (om felet också detekteras korrekt av skyddet) skyddet att gång på gång återställas och inte trippa ut felbehäftat fack.

  Figur 3. Transient intermittent jordfel

Dessa upprepade kortvariga jordslutningar resulterar inte i någon stabil 50-periodig ström som skydden kan använda för detektering. Däremot fås en tydlig nollpunktsspänning som vid varje tändning närmar sig fasspänning för att långsamt falla mot noll i takt med nätets tidskonstant. Beroende på hur fort nollföljdsspänningen klingar ut påverkar detta risken för att nollpunktspänningsskyddet (NUS) detekterar detta och löser ut hela stationen.

I figur 3 nedan ses ett exempel på hur nollpunktsspänningen U0 kan se ut. Den horisontellt streckade linjen visar återgångsvärdet för nollpunktsspännings-skyddet (NUS).

  Figur 4. Nollpunktsspänningen vid ett transient intermittent jordfel

Som synes så kommer NUSet återgå efter första transienten men inte efter de efterföljande.

En annan svårighet med intermittenta jordfel är att hinna registrera den korta strömtransienten och sedan riktningsbestämma den korrekt. Transienten är ofta varaktig under en till två millisekunder och kan vara i storleksordningen kA.

Vissa tillverkare använder den grundtonsmätande riktade jordfelsfunktionen för att detektera intermittenta transienta jordfel. Genom att exempelvis mäta tiden mellan två starter av skyddet eller räkna spikar.

Då uppstår ett problem om skyddet har svårt att detektera riktningen korrekt. Analyser av störnings-/händelseskrivare efter transienta intermittenta fel har visat att vissa skydd kan detektera en spik i framriktningen både i framriktning, backriktning eller odefinierat/inte alls.

En anledning till detta kan vara kombinationen av höga strömspikar och mätfel. Mätfel som kommer att finnas och även om det är litet får stor betydelse om strömmen är tillräckligt hög. Detta problem leder till att en ström som de facto är i backriktningen detekteras kan som en ström i framriktningen. Resultatet av kan bli ”sympatiutlösning” i felfria fack.

  Figur 5. Fel i bakriktningen

För att minska denna risk kan det vara bra om skyddens utlösningszon går att vinkla av, som visas i figuren nedan.

  Figur 6. Begränsad utlösningszon.

Detta gör att risken för så kallad sympatiutlösning minskar, dvs. att ett friskt fack trippar.

Mer om allt detta och tester av ett antal skydd finns i ”Test av reläskydd – Transienta Intermittenta jordfel i distributionsnät”, från Mma Lab.

I denna kan det bl.a. utläsas att ABB RAHL 421 inte startar för något av de intermittenta transienta felen men att exempelvis ett Wischer-relä från Siemens eller något av ABB:s senare skydd inte har samma problem.

Referenser

[1] Winter, K. (1988). Transientmätande jordfelsskydd för 10 - 70 kV nät - Slutrapport. Stockholm: Vattenfall

[2] Malmgren, M {2016}. Test av reläskydd – Transienta Intermittenta jordfel i distributionsnät