Electrical power quality changes following relocation of switchgear and protection relay in 40 kV distribution power grids with radial operation

Detta examensarbete betraktar elkvalitetspåverkan som kan uppkomma till följd av att reläskydd och brytare utlokaliseras i ett kraftnät med radiell drift. Rapporten lyfter fram den potentiella problematiken som kan uppkomma på grund av ett förlängt frånkopplingsförhållande, förhållandet mellan spänningsdippens djup och dess korresponderande felbortkopplingstid, vid feltillstånd i nätet. Detta med utgångspunkt i befintliga föreskrifter samt ett tidigare utfört examensarbete som påvisade den samhällsekonomiska nyttan av en eventuell utlokalisering av reläskydd. Syftet med detta examensarbete är att fastställa om otillåtna spänningsdippar kan uppträda i kraftnätet till följd av utlokalisering av reläskydd. Det är även av intresse att undersöka om den samhällsekonomiska nyttan kvarstår då den tidigare ej betraktade dippkostnaden tages i beaktning. Detta genom att framställa en grundmetod för värdering av förväntade spänningsdippskostnader. Genom att observera spänningsdippars karaktär vid simuleringar i PSS/E för reella exempelnät framställdes illustreringar av spänningssänkningar samt korresponderande frånkopplingsförhållanden. Dessa frånkopplingsförhållanden används sedan i kombination med framtagna värderingsfaktorer för att beräkna en förväntad spänningsdippskostnad. Vilket leder till att den samhällsekonomiska nyttan kan fastställas genom att betrakta förändringen av avbrottsvärdering i relation till dippkostnaden. Med hänseende på otillåtna spänningsdippar förekommer det ingen risk för att sådana uppkommer i de undersökta exempelnäten. I arbetet påvisas även en total besparing för samtliga av de betraktade skyddsutlokaliseringsmetoderna. Dock förekommer det exempelnät där en mer ingående analys krävs för att en utlokalisering ska medföra besparingar för enskilda radialer. De besparingar som presenteras i rapporten innehåller en viss osäkerhet till följd av användandet av icke etablerade värderingsfaktorer. Detta medför att resultatet utgör en konceptvalidering och skall inte ses som en realistisk fallstudie av exempelnäten. Trots denna osäkerhet förespråkar författarna, utifrån examensarbetets resultat och avgränsningar, att utlokalisering av strömmätande reläskydd används som standardmetod vid utlokalisering. Även att nyttja möjligheten med att inkludera ett aktiverat snabbsteg bör användas då detta medför en förbättring av skyddets möjlighet att frånkoppla en majoritet av de mest kritiska spänningsdipparna momentant.This bachelor’s thesis investigates the changes in electrical power quality that can arise from relocating switchgear and protection relays, from the power-feeding station, for a power grid with radial operation. The report highlights the potential problems with a prolonged faultclearance time in the power grid. The report uses existing regulations and a previously completed bachelor’s thesis, in which a substantial socioeconomic benefit was concluded, as a starting point for the study. The purpose of this bachelor’s thesis is to determine if unlawful voltage sags can appear in the power grid following a relocation of the switchgear and protection relay. There is also an interest in investigating if the earlier determined socioeconomic benefits remain if the previously unconsidered cost following a voltage sag is included. There is also included in the scope of the bachelor’s thesis to describe a basic method for evaluation of the expected cost of a voltage sag. By observing the nature of occurring voltage sags following simulations in PSS/E for proper power grids several illustrations over the magnitude and disconnection event were produced. The resulting disconnection event was then used in combination with estimated valuation factors to estimate the expected cost following a voltage sag. Which leads to that the socioeconomic benefits can be estimated by contemplating the change in cost following a forced outage in relation to the voltage sag cost. With regards to the occurrence of unlawful voltage sags in the examined power grids the bachelor’s thesis concludes that there is no risk for the appearance of such. The thesis also demonstrates that an overall socioeconomical benefit follows the use of any of the presented relay protection methods. Even though this benefit does not present itself in all the radials for the observed power grids following a relocation. In these cases, a deeper analysis is required to guarantee a positive outcome. The thesis contains an uncertainty with regards to the presented benefits following the use of non-established valuation factors. Following this the thesis should be viewed as a proof of concept and not as a in depth case study for the evaluated power grids. Despite these uncertainties the authors advocates, following the result of the thesis, for the use of relocated current measuring protection relays as a standard method when using relocated switchgear and protection relay. Furthermore, the authors also advocates for the activation of an instantaneous disconnection step, in the power-feeding station, in order to minimize the fault-clearance time of the most critical voltage sags