Dimensjonering ved kortslutning Høgskolen i Agder Fakultet for Teknologi, Grimstad Våren 2006 Egil Hagen

Termiske påkjenninger ved kortslutning De store strømmene som flyter ved kortslutning kan gi temperaturer som skader komponenter Produsenten oppgir hvor stor strøm komponenten tåler Kontinuerlig Kortvarig (1 sekund)

Termisk grensestrøm Termisk grensestrøm er den strøm som varmer opp komponenten til maksimal tillatt driftstemperatur i løpet av en viss tid (It 1sek) Komponenten tilføres en energi: W = R It2 tt Om vi antar at under en kortslutning går all varmeproduksjon med til å varme opp komponenten (og ikke omgivelsene) vil: Wk = R Ik”2 tk

Krav til vern For at komponenten ikke skal bli skadet under en kortslutning er det avgjørende at: Wk ≤ W For å oppnå dette installerer vi kortslutningsvern foran komponenten Utkoblingstiden til vernet (pluss brytertiden) må innstilles slik at kriteriet er oppfylt tk = It2 tt / Ik”2

Dimensjonering for jordslutning Jordslutning kan være 1 faset, 2 faset eller 3 faset 2 faset og 3 faset jordslutning tilsvarer 2 faset og 3 faset kortslutning fordi det da også blir forbindelse mellom fasene Jordslutning kan føre til: Oppvarming og brannfare på jordslutningsstedet Farlig berøringsspenning på anleggsdeler som normalt ikke skal være spenningsførende

Nullpunktsjording Jordslutningsstrømmene er avhengige av hvordan systemets nullpunkt er jordet Isolert nullpunkt Jordet over en resistans/impedans Jordet over en reaktans (spolejording) Direkte jordet Viktig at vernet kobler bort jordslutningen raskt Forskriftene krever at jordfeil kobles bort innen rimelig tid (?)

Isolert nullpunkt På de feilfrie fasene øker spenningen mot jord Dersom isolasjonen i disse fasene er svekket, kan det føre til at flere faser får jordslutning Vanlig på nett opp til 22 kV, også lavspent Fører til lave jordslutningsstrømmer

Spolejording Jordslutningsstrømmene kan i nett mellom 66 kV og 220 kV reduseres ved at nullpunktet jordes over en spole (Petersenspole) Petersenspolen innstilles slik at den kompenserer nettets kapasitans – feilstrømmen kan dermed justeres til null og eventuelle lysbuer slukker Spolen er vanligvis regulerbar - For å unngå resonans ved utkobling av nettdeler, drives nettet vanligvis overkompensert Kan drive nettet til reserve er etablert eller inntil et bedre tidspunkt for utkobling

Direkte jordet nullpunkt En full 1 fase jordslutning vil være som en 1 fase kortslutning Vanlig på 300 kV og 400 kV (?)

Kortslutningsstrømmer Støtstrøm Subtransient, transient, stasjonær Overstrøm Kortslutning er en forbindelse med ubetydelig impedans mellom to eller flere faser Kortslutningsstrømmen er ofte mange ganger større enn den maksimalt tillatte belastningsstrømmen Ledninger og apparater må dimensjoneres for å tåle kortslutningsstrømmen

Beregning av kortslutningsstrøm Kortslutningsstrømmen består av en symmetrisk vekselstrøm overlagret en avtakende (transient) likestrøm Størrelsen på kortslutningsstrømmen er avhengig av tidspunkt for kortslutningen Kortslutningsstrømmen blir størst dersom kortslutningen skjer i spenningens nullgjennomgang

Støtstrøm Maksimal kortslutningsstrøm kalles: Støtstrømmen er: Maksimal assymetrisk kortslutningsstrøm Støtstrømmen er: is = κ √2 Ik Der κ kalles støtfaktoren som maksimalt kan bli κ = 2,0 Det gir: is = 2,8 Ik

Typiske verdier Ved kortslutning på generatorklemmene: is = 3 Ik Ved kortslutning ute i fordelingsnettet kan κ = 1,6 være en god tilnærming is = 2,5 Ik

Mekaniske påkjenninger ved kortslutning Når to parallelle ledere fører strøm, vil det oppstå en kraftvirkning mellom dem Denne kraften er proporsjonal med kvadratet av strømstyrken: F = 2 i2 / D 10-7 l

Sinusformet strøm Ved sinusformet strøm vil i være: i = î sin(ωt) Da vil F være lik 0 når sin(ωt) er lik 0 F får sin maksimale verdi hver gang sin(ωt) er 1 Dermed vil lederne utsettes for en pulserende kraft med frekvens 100 Hz

Dimensjonering Alle anleggsdeler må tåle de krefter som oppstår ved en kortslutning Det er først og fremst stive anleggsdeler som skinneføringer, samleskinner og deres støtter som blir utsatt for så store krefter at beregning er nødvendig Ved egenfrekvens for skinnene nær 100 Hz kommer skinnene i resonans

Mekanisk dimensjonering av samleskinner og isolatorer Ta utgangspunkt i en statisk beregning av de kreftene som oppstår under en kortslutning Evnt. korrigere for de dynamiske forhold Antar fast innspente skinner i isolatorene Kraften er jevnt fordelt over skinnelengden

Korreksjonsfaktor k1 K1 er 1,0 for runde skinner K1 varierer fra 0,4 til 1,4 avhengig av skinnenes høyde og bredde, om de er stående eller liggende, og avstanden mellom skinnene Høyeste verdi ved brede skinner montert nær hverandre Laveste verdi ved høye skinner montert nær hverandre Jo større avstand mellom skinnene, desto mindre blir korreksjonen

Resonansfaktor k2