Elektriske anlegg - høyspenning 8258507400 [PDF]

Zitiervorschau

ELEKTRISKE ANLEGG — HØYSPENNING

Audkjell Aksdal

© 1991, Yrkesopplæring ans

1. utgave, 1. opplag Godkjent av Rådet for videregående opplæring i juli 1991 til bruk i den videregående skolen. Omslaget er satt sammen av to fotografier udånt av Knudsens fotosenter og samkopiert av Dystan Norge a.s

Illustrasjoner: Rolf Sivertsen, Vivi-Ann Hauge og Evy Neergaard

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven og fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndraging, og kan straffes med bøter eller fengsel. Printed in Norway by Pdc • Printing Data Center, Aurskog, 1991

ISBN 82-585-0740-0

Forord

"Elektriske anlegg - høyspenning" utgjør sammen med "Elektriske anlegg - installasjoner" en enhet som dekker det meste av det vi forstår med elektriske anlegg (elinstallasjon).

Første del av "Elektriske anlegg - installasjoner" tar for seg produksjon og distribusjon av elektrisk kraft, det viktigste en bør vite om vern og utstyr innenfor lavspenning, og dimensjonerende beregninger for lavspenningsoverføringer.

Andre del av boka tar for seg forbrukersiden. Her har jeg tatt med stoff om installasjoner i eksplosjonsfarlige områder, installasjoner i boliger og varme og belysning. Videre er motorinstallasjoner og spesielle installasjoner behandlet her. Denne boka behandler høyspenningsdelen av elektrisk kraftdistribusjon og gjør greie for linjer, kabler, høyspenningsbrytere, høyspenningsvem og selektivitet. Videre er ledningsberegning, fasekompensering, transformering og kortslutningsberegninger for høyspenningsoverføringer og lavspenningsanlegg tatt med her. Sammen med boka "Elektriske anlegg - installasjoner" dekker denne boka det meste av pensum i elektriske anlegg for teknisk fagskole - elkraftlinjen. Den kan også med fordel benyttes ved VK1 elkraftlinje.

Ved prosjektering av elektriske anlegg vil boka, sammen med "Elektriske anlegg - installasjoner" være til stor hjelp for ingeniører, installatører og andre saksbehandlere i forbindelse med blant annet ledningsberegning og kortslutningsberegninger (høyeste og laveste /K) og dimensjonering av vern.

"Elektriske anlegg - installasjoner" og "Elektriske anlegg - høyspenning" vil også kunne nyttes ved ingeniør­ høgskoler og av andre som vil ha en grunnleggende innføring i elektriske anlegg, eller som støttelitteratur og oppslagsverk.

I tillegg til det tekniske har jeg forsøkt å trekke inn miljømessige synspunkter der det kan ha interesse. Videre har jeg forsøkt å knytte stoffet til forskrifter og normer der det er aktuelt.

Stoffet er i stor grad hentet fra produktkataloger og brosjyrer, tekniske publikasjoner, Norsk Standard og tekniske tidsskrifter som ASEA-tidningen, EL-installasjon og handel. En del stoff er også hentet fra Televerkets brosjyrer. Videre har NVE gjennom Statkraft, Istad Kraftselskap, STK og andre bidratt med stoff. Se ellers litteraturlisten bak i boka. Haugesund 1991 Audkjell Aksdal

Innhold 1 Høyspenningsanlegg generelt............................... 9 1.1 Konsesjonslover.................................................... 9 1.2 Skjemasymboler ............................................. 11 1.3 Elektrostatikk .................................................. 20 1.3.1 Elektrisk felt ............................................... 20 1.3.2 Forskyvningsfluks........................................ 26 1.3.3 Kapasitans.................................................... 31 1.3.4 Gjennomslag ............................................... 40 2 Linjer............................................. 46 2.1 Linjeprofiler .................................................... 46 2.1.1 Mekaniske påkjenninger på lederne............ 48 2.1.1.1 Kjedelinjen og tilstandslikningen ............... 48 2.1.1.2 Heumans diagram........................................ 49 2.2 Master .............................................................. 57 2.2.1 Mastetyper.................................................... 57 2.2.2 Mastematerialer ........................................... 60 2.2.3 Fundamenter ............................................... 61 2.3 Linjemateriell .................................................. 68 2.3.1 Isolatorer...................................................... 68 2.3.2 Ledningsmaterialer...................................... 71 2.3.3 Feste-, skjøte- og klemmemateriell............ 73 2.3.4 Vibrasjonsdempere...................................... 77 2.3.5 Gjennomgående jordliner............................ 78 2.4 Elektriske forstyrrelser fra høyspentlinjer ... 81 2.4.1 Radiostøy .................................................... 81 2.4.2 Forstyrrelser på svakstrømsledninger.......... 83 3 Koplingsanlegget............................................. 85 4 Brytere.............................................................. 96 4.1 Generelt........................................................... 96 4.2 Brytertyper....................................................... 97 4.2.1 Brytere for lavspenning............................... 97 4.2.2 Brytere for høyspenning ............................. 99 4.2.2.1 Effektbrytere ............................................... 99 4.2.2.2 Skillebrytere............................................... 118 4.2.2.3 Lastskillebrytere........................................ 120 4.2.2.4 Effektskillebrytere...................................... 121 4.2.2.5 Jordsluttere ............................................... 121 5 Høyspentkabler............................................. 123 5.1 Generelt......................................................... 123 5.2 Oljefylte kabler............................................. 125 5.3 Plastisolerte kabler......................................... 127 5.4 Kabelavslutningerog skjøting....................... 134

Vern................................................................ 138 Driftsforstyrrelser........................................... 138 Vern i høyspenningsnett og høyspenningsanlegg ...................................... 139 6.2.1 Overstrømsreleer........................................ 141 6.2.2 Differensialreleer ...................................... 142 6.2.3 Distansereleer............................................. 144 6.2.4 Jordslutningsvern ...................................... 146 6.2.5 Gassreleer.................................................. 147 6.2.6 Lysbuevem ............................................... 149 6.2.7 Avledere .................................................... 150 6.2.7.1 Ventilavledere ........................................... 150 6.2.7.2 Lysbuehorn, lysbueringer - koronabøyler . 154 6.2.8 Automatisk gjeninnkopling - reaktansspole 154 6.2.9 Sikringer for høyspenning ........................ 158 6.3 Selektivitet .................................................... 163 Vedlegg: Lynoverspenninger på 11 og 22 kV mastetransformatorer..................... 181 7 Ledningsberegning........................................ 183 7.1 Lederkonstanter............................................. 183 7.2 Valg av ledertverrsnitt ogsystemspenning . . 199 7.2.1 Dimensjonering av ledertverrsnitt og valg av driftsspenning............................... 202 7.3 Ledningsberegning........................................ 204 7.3.1 Trefase med resistans og induktans i ledningene............................................... 204 7.3.2 Trefase med resistans, induktans og kapasitans i ledninger ............... 211 7.4 Fasekompensering ........................................ 215 7.4.1 Beregningsgrunnlag.................................... 215 7.4.1.1 Parallellkompensering............................... 217 7.4.1.2 Seriekompensering .................................... 225 7.5 Transformering ............................................. 226 7.6 Kortslutningsberegninger ............................. 236 7.6.1 Kortslutning i likestrømsnett ................... 237 7.6.2 Kortslutning i vekselstrømsnett................. 239 7.6.3 Minimum kortslutningsstrøm................... 262 7.6.4 Kort sammendrag av kortslutnings­ beregninger i lavspenningsanlegg koordinert med elektriske forskrifter - FEB.............. 282 Litteratur .................................................................. 289 6 6.1 6.2

1 Høyspenningsanlegg generelt

1.1 Konsesjonslover Stortinget har vedtatt lover om at det er nødvendig med konsesjon dersom andre enn staten eller kommuner vil erverve (kjøpe) vannfall som en ut fra minstevann­ føringen antar vil gi mer enn 1000 hk før regulering. Videre må en søke konsesjon for å produsere eller kjøpe (eventuelt leie) elektrisk energi over 500 kW. En må også søke om konsesjon for å kunne regulere vassdrag og overføre vann fra et vassdrag til et annet. Slike konse­ sjoner blir regulert av ervervsloven, reguleringsloven og vassdragsloven. Hvordan det går med slike konsesjons­ lover i fremtiden er et åpent spørsmål. Lanskapsvern

I den senere tid har en begynt å stille strengere krav til kraftutbyggere når det gjelder landskapsvern. Det blir krevd at de skal dekke til steinfyllinger, plante og så til sår i landskapet, bygge terskler i elver og sørge for at de har en minstevannføring i visse perioder med tanke på laksefiske, turisme osv.

Konsesjon blir gitt for inntil 50 eller 60 år. Deretter tilfaller vannfallet og kraftverket med alt tilbehør staten uten vederlag. Dersom et vannfall skal bygges ut for vanlig kraftforsyning, kan interkommunale selskaper der kommuner eier kapitalen, få konsesjon på ubestemt tid. Den alminnelige kraftforsyningen er i dag dominert av kommunale og interkommunale kraftselskaper. NVE (Norges vassdrags- og energiverk) er imidlertid den største enkeltprodusenten av elektrisk energi med ca 30 % av installert generatoreffekt. NVE eier også ca 90 % av samkjøringsnettet (132-420 kV-nettet).

Det stedlige eltilsyn (DSE)

De fleste elverkene fører det stedlige tilsynet i sine forsyningsområder. Her har de både rett og plikt til å kontrollere at statens forskrifter for elektriske anlegg blir 9

fulgt. Materiell og apparater til bruk i elektriske anlegg blir registrert eller kontrollert og godkjent av Norges Elektriske Materialkontroll (NEMKO).

Konsesjonssøknaden

Når et kraftselskap ønsker å bygge ut et vassdrag, går forberedelses- og planleggingsarbeidet fram til konse­ sjonssøknaden gjennom tre faser: 1 Planleggingsfasen 2 Søknadsfasen 3 Beslutningsfasen

Figuren nedenfor illustrerer hvor omfattende planlegging og informasjonsarbeid det må til før en kan sende inn en søknad om konsesjon for utbygging:

Figur 1.1 Nødvendig kontakt med NVE og Vassdrags­ direktoratet. Kopi av korrespondanse mellom partene sendes NVE og Vassdragsdirektoratet i den grad det anses nødvendig eller hensiktsmessig

10

Etter at konsesjonssøknaden foreligger (fase 2), blir den forelagt distriktet til uttalelse. De som ønsker å uttale seg om søknaden, får en frist på minst tre måneder. Alle henvendelser i søknadsfasen skal gå gjennom NVE. Etter at NVE og Vassdragsdirektoratet har innhentet uttalelser fra distriktet og de andre høringsinstansene i tråd med den etablerte forvaltningspraksis, er søknaden klar til sluttbehandling (fase 3). Den blir da behandlet av NVEs hovedstyre, Olje- og energidepartementet og industrikomiteen i Stortinget før et endelig vedtak blir fattet av Stortinget.

1.2 Skjemasymboler På de neste sidene har vi tatt med noen av de mest brukte symbolene for elektriske anlegg, hentet fra "Norske normer for elektrotekniske skjemasymboler, del 1", NEN 144.88.

11

Figur 1.2 Skjemasymboler

254 02 IEC 02-13-20

Aktuator for ikke-elektrisk energi, hovedsvmbol. Vakt. IEV 441-14-48 Den virkning eller effekt som opererer aktuatoren angis med hjelpesymboler. Se også avsnitt 6.6.2 og 6.6.3.

254 03 IEC

Opereres av varme. Eksempel: Termostat.

254 04 IEC

Opereres av lys. Eksempel: Fotocelle.

254 05

Opereres av røk, damp, fri gass. Ikke IEC-normert.

254 08 IEC

Opereres av rotasjonsfrekvens. Eksempel: Sentrifugalbryter.

254 09 IEC 02-14-01

254 10

—— —

0

—

— ——

rL

Opereres av væskenivå. Eksempel: Flottør.

— ——

. Alternativt symbol. Ikke IEC-normert.

— . —

254 11 IEC 02-14-03

255 01

255 02 IEC 02-13-21

Opereres av gjennomstrømning. Vanligvis benyttet for gass- eller væskestrøm i røriedninger.

Opereres av fjærspenn. Ikke IEC-normert.

—

— —

■W-

Opereres av hydraulisk aktuator. Opereres av pneumatisk aktuator.

— ■ _____

12

255 03 IEC 02-13-23

Opereres av elektromagnetisk aktuator.

27 038 IEC 02-07-04

Gassfylt. Symbolet vist i et rektangel.

— — -— — -

•

27 012 IEC 06-02-05

Trefase vikling - trekantkobling.

27 014 IEC 06-02-07

Trefase vikling - stjernekobling.

27 015 IEC 06-02-08

Symbol 27 014 vist med nøytralpunkt tatt ut. Uttaksretningen er vilkårlig tegnet.

27 016 IEC 06-02-09

Trefase vikling - siksakk-kobling.

27 018 IEC

Stjeme-trekantkobling. Ikke angitt av IEC.

27 019

Serie-parallellkobling. Ikke lenger IEC-normert.

T

1

1 II 27 020

Brokobling. Ikke IEC-normert.

27 021 IEC 02-15-01

Jord(forbindelse), hovedsymbol.

27 022 IEC 02-15-02

Støyfri jord.

27 023 IEC 02-15-03

Beskyttelsesj ord.

27 024 IEC 02-15-04

Chassis- eller ramme(forbindelse). IEC 617-2 angir to varianter.

27 025 IEC 02-15-05

Ekvipotensial(forbindelse).

27 026 IEC 03-02-13

Nøytralpunkt.

27 027 IEC 04-01-01

Resistiv.

27 028 IEC 04-02-01

Kapasitiv.

27 029 IEC 04-03-01

Induktiv.

—

—

/ / /

■\7

1

L_

H___ J-

1

13

33 008 IEC 33 009 IEC 03-01-09 33 010 IEC

Hjelpesymbol som angir kabel.

c

Eksempel: Kabel med tre ledere.

Eksempel: Kabel med n ledere.

e

35 004 IEC 03-01-01

Linje, hovedsymbol.

—

35 003 IEC 11-03-01

Linje i jord. IEV 601-03-05.

35 006 IEC 11-03-02

Linje i sjø.

35 007 IEC 11-03-04

Linje i rør. Linje i kanal.

35 008 IEC 11-03-03

Luftlinje.

35 009 IEC

IEV 601-03-04

*---— o —

Koaksiallinje. IEV 726-01-15

35 010 IEC 10-01-06

361 01

Radiolinje. Radiolink. I topografisk fremstilling kan antennesymbolets ende markere stasjonens beliggen­ het i terrenget. IEV 704-14-09

—

------ 1

Ke f hovedsymbo1-

IEV 466-08-01 IEV 466-07-01 361 02

Trestolpe.

361 03

Betongstolpe.

361 04

Rørstolpe.

361 05

Gittermast. Fagverksmast. IEV 466-08-02

361 06 IEC 11-03-03

14

Mast vist med luftledning.

IEV 601-03-05

361 07

Avstivet stolpe. IEV 466-06-09/10 Ikke IEC-normert.

361 08

Bardunert stolpe. IEV 466-06-09/10 Ikke IEC-normert.

—

—-

/

3.6.2

Utstyr for trykk-kabler.

362 01 IEC 11-03-08

Blokk. (

362 02 IEC 11-03-09

Stoppventil.

362 03 IEC 11-03-10

Forbi kobling.

3.6.3

1

Kabelsystemer i jord.

363 01 IEC 11-03-04

Kabelkanal. Rør. Antall kanaler, tverrsnitt, ledig kapasitet etc., kan tilføyes.

363 02 IEC 11-03-05

Eksempel: Linje forlagt i 6-rørs kanal.

363 03 IEC 11-03-06

Mannhull vist med linje.

363 04 IEC 11-03-07

Nedgravd kabelskjøt.

68 008 IEC 07-22-01

Gnistgap.

68 009 IEC 07-22-02

Dobbelt gnistgap.

68 010 IEC 07-22-03

Overspenningsavleder.

68 012 IEC 07-22-05

Dobbelt gassfylt utladningsrør.

364 02 IEC 03-04-02 364 03 IEC

cf6

1 t i t

IEV 604

Gassfylt utladningsrør.

364 01 IEC 03-04-01

o

IEV 604

68 011 IEC 07-22-04

3.6.4

I W

-4') 'f

(

Kabelmuffer.

Endemuffe vist med en treleder kabel. IEV 461-10-02

___ —

Endemuffe vist med tre enleder kabler.

—J-------

IEV 461-10-02

Eksempel: Nedgravd kabel med n ledere og endemuffe. Ikke angitt i IEC 617-3.

364 04 IEC 03-04-04

Skjøtemuffe vist med en treleder kabel.

364 05 IEC 03-04-06

Forgreningsmuffe vist med tre løp. Vanlig betegnelse: Y- eller T-muffe.

IEV 461-11-01

,n

—

f

/ o A

15

Induktorer og transformatorer.

Inductors and transformere.

Generelle tegneregler.

General drawing rules.

511 01

Viklinger, spoler, transformatorer og lignende induktive komponenter kan angis i et skjema med følgende symbolformer:

Windings, coils, transformere and similar inductive components may be represented in a diagram by the following symbol forms:

511 02

Symbolform A

Halvsirkler.

Symbol form A

Semi-circles.

511 03

Symbolform B

Fylt rektangel.

Symbol form B

Filled-in rectangle.

511 04

Symbolform C

Sirkel.

Symbol form C

Circle.

511 05

Form A er den IEC-prefererte form, og alle eksempler i IEC 617 er vist med form A. Form B er betegnet "other form".

Form A is the preferred IEC form, and all examples in IEC 617 are shown in this form. Form B is classified as "other form".

511 06

NEK anbefaler at form A og B likestilles og brukes valgfritt.

NEK recommends that form A and B are given equal status and applied according to choice.

511 07

Form B er den som tradisjonelt har vært benyttet for kraftteknikk (sterkstrøm), men i de seneste år er anvendelsen gått tilbake.

Form B has traditionally been used for heavy-current and power applications, but its use has decreased in recent years.

511 08

Form C benyttes hovedsakelig i enlinjefremstilling for transformatorer.

Form C is mainly used for transformere in single-line representation.

511 09

Symbolform A.

Symbol form A.

511 10

Symbolform B. Preferert sideforhold: 1 : 4.

Symbol form B. Preferred length-width ratio: 1 : 4.

Sideforhold 1 : 6.

Ratio 1 : 6.

5.1 5.1.1

511 11

■■■

HHHHH 511 12

Sideforhold 1 : 12.

Ratio 1:12.

511 13 IEC

Symbolform A vist med tilledere.

Form A shown with connecting lines.

511 14 IEC

Symbolform B vist med tilledere.

Form B shown with connecting lines.

511 15

Symbolform C.

511 16

Symboler for trefase krafttransformatorer skal tegnes på en slik måte at koblingsgruppen tydelig vises. Se forøvrig IEC 76-4.

Symbols for three-phase power transformere should be drawn in such a way that the connections are clearly shown. See IEC 76-4.

511 17

Høyspenningsviklingene designeres:

The high-voltage windings are designated:

—■■■F— Symbol form C.

0

Trekant Stjerne Sikksakk

511 18

Mellom og lavspenningsviklingene designeres:

511 19

Hvis nøytralpunktet er ført ut:

511 20

En utførlig forklaring av systemet er gitt i IEC 76-4.

d YN

16

Delta Star Zigzag

Y Z

z

y

ZN

zn

Z

The intermediate- and low-voltage windings are designated:

d yn

D Y

y

z

lf the neutral has been brought out:

YN

ZN

yn

zn

A detailed explanation of the system is given in IEC 76-4.

512 04 IEC 04-03-03

Induktor med (ferromagnetisk) kjerne. (IEV-151-01-25)

512 09 IEC 06-09-01 06-09-02

Transformator med to viklinger. Transformer with two windings. (IEV 151-01-54) (IEV 421-01-01)

513 01 IEC 06-10-07 06-10-08

Trefase transformator. Stjerne - trekant. Three-phase transformer. Connection star - delta.

513 02 IEC 06-10-15 06-10-16

Trefase transformator. Stjerne - sikksakk. Three-phase transformer. Connection star - zigzag.

513 04 IEC 06-10-17 06-10-18

Trefase transformator. Stjerne - stjerne - trekant. Three-phase transformer. Connection star - star - delta

5.1.4

3*N

Måletransformatorer.

514 01 IEC 06-09-10 06-09-11

Strøm transformator, hovedsymbol.

514 07 IEC 06-13-01

Spennings transformator. Bruk svmbol 512 09. IEV 321-03-01

IEV 321-02-01

5.1.6

Diverse symboler.

516 01 IEC 06-09-08

Reaktor. Drossel. * Glattespole. IEV 151-01-34 * foreldet term

363 09 IEC 11-04-01

Kiosk. Kapsling som beskytter mot vær og vind.

7 I1

) E

17

62 002 IEC 07-13-01

62 003

IEV 441-14-10

(utgår)

62 004 IEC 07-21-07

Sikringslastbryter.

62 008 IEC 07-13-06

Skillebryter.

62 010 IEC 07-21-08

Sikringsskillebryter.

62 011 IEC 07-13-08

Lastskillebryter.

62 012 IEC 07-13-05

18

Lastbryter.

IEV 441-14-17

IEV 441-14-05

L t____

IEV 441-14-18

L

IEV 441-14-12

Effektb ryter.

\ f

IEV 441-14-20

662 11 IEC

Forsinkelse. 02-08-05

662 12 IEC

Inverstid karakteristikk. 07-16-11

662 20 (IEC)

Overstrøm. 07-17-04

662 21 (IEC)

Underspenning. 07-17-07

662 22 (IEC)

Nullspenning. 07-17-01

662 23 (IEC)

Returstrøm. 07-17-02

662 24 (IEC)

Minimum aktiv effekt. 07-17-03

p
U