| dc.description.abstract | Spolejording er en jordingsmetode som er mye brukt i norske regionalnett. Spolen monteres mellom nøytralpunktet og jord for stjernekoblede transformatorer. Ved enfase jordfeil vil spolen kompensere for den kapasitive feilstrømmen og sørger dermed for en sikker selvslukking av lysbuen. Dette gir betydelige fordeler som lave feilstrømmer og nettet kan driftes videre uten frakoblinger. På den annen side er spolejordede nett utsatt for temporære overspenninger. I resonanspunktet, hvor spolen er perfekt justert mot nettets kapasitans, vil nøytralpunktspenningen øke betraktelig. Disse overspenningene er et resultat av ulike forhold, deriblant fasebrudd og jordfeil. Dette er et kjent problem og NVE har erfart at det er flere utfordringer knyttet til spolejording. Med en økende elektrifisering av samfunnet er spoler og innstillingene av disse et sentralt tema for å sikre at nettet kan håndtere feilsituasjoner.
Hensikten med denne masteroppgaven er å betrakte ulike overspenninger som kan inntreffe i et spolejordet nett ved enfase jordfeil i overliggende direktejordet nett. Oppgaven er avgrenset til å studere temporære overspenninger på grunn av overført spenning gjennom transformator og tilhørende jording. Det finnes mye litteratur rundt oppbygging og virkemåten til en transformator, derimot er det færre studier som undersøker transformerte overspenninger som følge av jordfeil i overliggende nett. Denne masteroppgaven tar for seg flere spørsmål som til sammen skal gi en bedre forståelse av overført spenning gjennom transformator.
For å undersøke jordfeilstrømmer, spenninger og resonanskurver har ulike modeller blitt etablert i simuleringsverktøyet ATP. Det ble brukt en funksjon kalt "WRITE MAX/MIN" til å finne resonanskurven. Dette er en viktig funksjon som punktvis kan plotte spenningen slik at man får den karakteristiske resonanskurven. Kretsene i ATP er designet for å avklare hvilke forhold som påvirker overført spenning gjennom transformator. Modellene fungerer til sitt formål og det ble prioritert å bruke mye tid på å verifisere modellene slik at resultatene er pålitelige. Det ble valgt å studere enkle kretser for å oppnå god innsikt i virkemåten til spoler og transformatorer. Komponentene i kretsene er valgt med hensyn på funksjonalitet. Spolene er dimensjonert ved bruk av variabler og man kan selv endre på spoleinnstillingene etter eget ønske. Transformatoren er basert på faktiske verdier, hvor benyttet data er hentet fra en anonymisert testrapport. Den etablerte transformatoren i ATP (BCTRAN-modell) er kvalitetssjekket med testrapporten for å sørge for korrekt implementering av nullsekvensimpedansen. I tillegg til programvaren ATP har MATLAB blitt benyttet som beregningsverktøy slik at man enkelt kan justere variabler og studere nullpunktspenningen som funksjon av kompenseringsfaktor og fordeling av spolestrøm.
Resultatene viste at for å oppnå en lav nullpunktspenning kan man inkludere en konduktiv avledning. Dersom man doblet wattstrømmen ble resonanstoppen halvert som følge av dempingen til konduktansen. Det ble også observert at resonanspunktet ikke forflyttet seg selv om man endret den konduktive avledningen. Konduktansen vil kun bidra til å dempe nullpunktspenningen.
Modellen som er laget i ATP inkluderer to spoler for å undersøke hvordan fordelingen av spolestrøm påvirker nullpunktspenningen. Resultatet illustrerte at jo lavere spolestrøm spolen nærmest feilstedet kompenserte for, desto lavere ble nullpunktspenningen. Det er altså fordelaktig med en lav spolestørrelse dersom det oppstår jordfeil i overliggende nett. I en kobling fra 300 kV til 134 kV-nett kan man få magnetisk og galvanisk overført spenning i forbindelse med enfase jordfeil på 300 kV-siden. Uavhengig av verdien på motstanden mot jord ble det konkludert med at spenningsoppsvinget hovedsakelig skyldtes den magnetiske koblingen gjennom transformatoren. Manglende potensialheving av stasjonens jordingssystem i forhold til fjern jord gjorde at man ikke fikk galvanisk overført spenning til 134 kV-siden.
Gjennom arbeidet med masteroppgaven har man fått god innsikt i funksjonen for spoler og transformatorens egenskaper i nullsystemet. Resultatene er innenfor de forventede rammene og kan brukes til å danne en generell anbefaling for planlegging og drift av spolejordede nett. | |
| dc.description.abstract | Arc suppression coil earthing is widely used in Norwegian regional networks. The coil is connected between transformer neutral and ground for star-connected transformers. In the case of non-permanent single-phase earth faults, the coil compensates for the capacitive earth fault currents and thus ensure safe arc self-extinction. This offers significant advantages such as low fault currents, and the grid can be operated further without any disconnections. On the other hand, coil-grounded grids are exposed to temporary overvoltages. At resonance, the coil is perfectly adjusted to the system's capacitance; hence, the neutral-to-earth voltage can increase considerably if a zero-sequence stimulus exists. This overvoltage can be a result of various conditions, including phase breaks and earth faults. This is a well-known problem, and NVE has experienced several challenges associated with coil grounding. With growing electricity demand, the coils' settings are essential to ensure that the grid can handle fault situations.
The purpose of this master's thesis is to consider various overvoltages that can occur in a coil earthed power system due to single-phase earth faults in a directly grounded feeding power system (300 or 400 kV). The thesis is limited to studying temporary overvoltages due to transmitted voltage through the connection transformer and associated grounding. There is a lot of literature on the structure and operation of a transformer; however, fewer studies examine transferred overvoltages due to earth faults on the high voltage side. This report addresses several issues that will provide a better understanding of the transmitted voltage through the transformer.
To investigate earth fault currents, voltages, and resonance curves, various models have been established in the simulation tool ATP. A function called "WRITE MAX / MIN" was used to find the resonance curve. This is an important function that can plot the voltage point by point to establish the characteristic resonance curve. The circuits in ATP are designed to clarify which conditions affect the transmitted voltage through the transformer. The models work for their purpose, and it was a priority to spend a lot of time verifying the models so that the results are reliable. It was chosen to study simple circuits to gain a good insight into the operation of coils and transformers. The components of the circuits are selected with respect to functionality. The coils are dimensioned using variables, and you can change the coil settings according to your wishes. The transformer is based on actual values, where used data are taken from an anonymized test report. The established transformer in ATP (BCTRAN-model) has been verified using the test report to ensure correct implementation of the zero-sequence impedance. In addition to the ATP software, MATLAB has been used as a calculation tool to easily adjust variables and study the zero voltage as a function of the compensation factor and the coil current distribution.
The results showed that one could include conductance to achieve a low zero voltage. If the conductance was doubled, the resonance peak was halved due to the attenuation from the conductance. It was also observed that the resonance point did not move even if the conductance was changed. The conductance will only contribute to attenuating the zero voltage.
The model made in ATP included two coils to investigate how the coil current distribution affects the zero voltage. The result illustrated that it is advantageous to have a small coil size on the connection transformer if earth faults occur on the high voltage side of the transformer. In a connection from 300 kV to 134 kV grid, one can get magnetic and galvanically transmitted voltages with a substantial zero-sequence content, in connection with single-phase earth faults on the 300 kV side. Regardless of the value of the resistance to ground, it was concluded that the rise in voltage was mainly due to the magnetic connection through the transformer. Lack of ground potential rise leads to no galvanically transmitted voltage to the 134 kV-side.
Through the work on the master's thesis, one has gained a good insight into the function of coils and the properties of the transformer in the zero system. The results are as expected and can be used to form a general recommendation for the planning and operation of coil-earthed grids. | |
