Erään kohteen sähkönjakeluverkoston poikkeusolojen resilienssin parantaminen
Lindholm, Kimmo (2022)
Diplomityö
Lindholm, Kimmo
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022102162706
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022102162706
Tiivistelmä
Sähkönjakeluverkon haltijan pitää varautua normaaliolojen häiriötilanteisiin sekä valmiuslaissa tarkoitettuihin poikkeusoloihin. Normaaliolojen häiriötilanteissa ja poikkeusoloissa, kun yleinen sähkönjakelu on keskeytynyt, tarvitaan varatuotantojärjestelmiä, jotta keskeytyskriittistä toimintaa voidaan jatkaa yleisestä sähköverkosta erotetussa saarekkeessa. Normaalioloissa osaa sähköenergian varatuotantolaitteistoista voidaan käyttää uusiutuvan sähköenergian lähteinä. Sähkönjakeluverkon haltijan on huolehdittava jakeluverkon sähköturvallisuudesta ja suojausten toimivuudesta kaikissa käyttötilanteissa ja olosuhteissa.
Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan varatuotantojärjestelmiä, jotka liitetään valmiiseen olemassa olevaan sähkönjakeluverkkoon. Tällöin erityisesti saarekekäyttö asettaa tuotantolaitteistolle tiettyjä vaatimuksia, jotta sähköturvallisuus ja suojaukset pysyvät vaaditulla tasolla. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan sähköenergian tuotantolaitteistojen ominaisuuksia, jotka pitää ottaa huomioon suunnittelussa ja tuotantolaitteistojen valinnassa. Tarkasteltavat tuotantolaitteistot ovat diesel-varavoimakone, aurinkosähkövoimala ja akkuenergiavarasto.
Opinnäytetyössä havaitaan, että ylivirta- ja vikasuojauksen toimivuuden kannalta olennaisin ominaisuus on tuotantolaitteiston virransyöttökyky erityisesti oikosulussa. Virransyöttökykyä vaaditaan vikatilanteessa oikosulussa olevan sähkönjakeluverkon osan suojalaitteen toimimiseksi. Tuotantolaitteiston on pystyttävä tuottamaan riittävä oikosulkuvirta myös sähkönjakelujärjestelmän kauimmaisiin ja epäedullisimpiin kohtiin. Tarkasteltujen sähköenergian tuotantolaitteistojen virransyöttökyky poikkeaa olennaisesti toisistaan. Tuotantolaitteiston keskijänniteverkon yli syöttämää vikavirtaa ei voida pienjänniteverkossa sähköasennustesterillä mittaamalla todentaa, kuten yleisen sähköverkon syöttäessä vikavirtaa, vaan siihen tarvitaan verkostolaskentaa. Opinnäytetyössä esitellään laskentamenetelmät ja tarkastellaan ylivirta- ja vikasuojauksen toteutuminen erään kohteen osalta. The operator of the electricity distribution system must be prepared for disruptions to normal conditions as well as exceptional conditions referred to in the emergency act. In the event of disruptions to normal conditions and exceptional conditions, when the general electricity distribution has been interrupted, backup production systems are needed so that interruption-critical operations can be continued in an island separated from the general electricity grid. Under normal conditions, part of the backup electricity production system can be used as sources of renewable electrical energy, in which case the production corresponds to small-scale production according to the definition of the electricity market act, if it falls below the specified power limit. The owner of the electricity distribution network must take care of the electrical safety of the distribution network and the functionality of the protections in all operating situations and conditions.
This thesis examines back-up production systems that are connected to a ready-made existing electricity distribution network. In this case, island operation in particular places certain requirements on production systems, so that electrical safety and protections remain at the required level. The thesis examines the characteristics of electrical energy production systems, which must be taken into account in the design and selection of production systems. The production systems under consideration are a diesel back-up generator, a solar power plant and a battery energy storage. In the thesis, it is found that the most essential feature in terms of the functionality of overcurrent and fault protection is the current supply capability of the production system, especially in the event of a short circuit. The production system must be able to produce sufficient short-circuit current even to the farthest and most unfavorable parts of the electricity distribution system. The current supply capacity of the examined electrical energy production systems differs substantially from one another.
Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan varatuotantojärjestelmiä, jotka liitetään valmiiseen olemassa olevaan sähkönjakeluverkkoon. Tällöin erityisesti saarekekäyttö asettaa tuotantolaitteistolle tiettyjä vaatimuksia, jotta sähköturvallisuus ja suojaukset pysyvät vaaditulla tasolla. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan sähköenergian tuotantolaitteistojen ominaisuuksia, jotka pitää ottaa huomioon suunnittelussa ja tuotantolaitteistojen valinnassa. Tarkasteltavat tuotantolaitteistot ovat diesel-varavoimakone, aurinkosähkövoimala ja akkuenergiavarasto.
Opinnäytetyössä havaitaan, että ylivirta- ja vikasuojauksen toimivuuden kannalta olennaisin ominaisuus on tuotantolaitteiston virransyöttökyky erityisesti oikosulussa. Virransyöttökykyä vaaditaan vikatilanteessa oikosulussa olevan sähkönjakeluverkon osan suojalaitteen toimimiseksi. Tuotantolaitteiston on pystyttävä tuottamaan riittävä oikosulkuvirta myös sähkönjakelujärjestelmän kauimmaisiin ja epäedullisimpiin kohtiin. Tarkasteltujen sähköenergian tuotantolaitteistojen virransyöttökyky poikkeaa olennaisesti toisistaan. Tuotantolaitteiston keskijänniteverkon yli syöttämää vikavirtaa ei voida pienjänniteverkossa sähköasennustesterillä mittaamalla todentaa, kuten yleisen sähköverkon syöttäessä vikavirtaa, vaan siihen tarvitaan verkostolaskentaa. Opinnäytetyössä esitellään laskentamenetelmät ja tarkastellaan ylivirta- ja vikasuojauksen toteutuminen erään kohteen osalta.
This thesis examines back-up production systems that are connected to a ready-made existing electricity distribution network. In this case, island operation in particular places certain requirements on production systems, so that electrical safety and protections remain at the required level. The thesis examines the characteristics of electrical energy production systems, which must be taken into account in the design and selection of production systems. The production systems under consideration are a diesel back-up generator, a solar power plant and a battery energy storage. In the thesis, it is found that the most essential feature in terms of the functionality of overcurrent and fault protection is the current supply capability of the production system, especially in the event of a short circuit. The production system must be able to produce sufficient short-circuit current even to the farthest and most unfavorable parts of the electricity distribution system. The current supply capacity of the examined electrical energy production systems differs substantially from one another.