Analysis of Transient Single-phase-to-earth Faults Elimination in Medium Voltage Network

U ovom radu prikazana je problematika otklanjanja prolaznih jednopolnih kvarova u srednjenaponskim mrežama. Ti kvarovi imaju velik udio u ukupnom broju kvarova te bi njihovo uklanjanje značajno doprinijelo kvaliteti električne energije sa stajališta neprekidnosti napajanja potrošača. Otklanjanje se vrši pomoću sustava koji koristi tri jednopolna shunt prekidača koji u definiranom vremenskom intervalu uzemljuju srednjenaponsku sabirnicu faze u kojoj se dogodi jednopolni kvar i time gase struju kvara na izvornom mjestu kvara. Ako je kvar bio prolazan, uspostavit će se redovno pogonsko stanje, a krajnji potrošači električne energije neće doživjeti prekid napajanja. U radu je uvodno predstavljena predmetna problematika, a zatim su prikazana teoretska razmatranja jednopolnih kvarova u 10(20) kV-nim mrežama i s tim povezani različiti načini uzemljenja zvjezdišta. Nakon analize osnovnih parametara različitih načina uzemljenja zvjezdišta, dan je osvrt na praksu i utjecaj na isporuku električne energije. Definiran je sustav za otklanjanje prolaznih jednopolnih kvarova s opisanim zahtjevima na komponente tog sustava. Opisana je izvedba ugradnje predloženog sustava u 35/20 kV-nu transformatorsku stanicu, kao pilot-projekt u Hrvatskoj, s prikazom zahvata na primarnom i sekundarnim postrojenjima. Zatim je predstavljen rad sustava po ugradnji analizom dosad prikupljenih statističkih podataka, električkih prilika u jednom ciklusu rada i problematike prenapona pri sklapanju shunt prekidača. Opisani su utjecaji sustava na zaštitno uzemljenje transformatorske stanice. Izvršeno je vrednovanje sustava definiranjem mreža pogodnih za ugradnju sustava, navođenjem prednosti i nedostataka sustava te ekonomskim aspektom. Razrađene su mogućnosti usavršavanja predloženog sustava načinom priključka sustava, interakcijom sa zaštitom sustava i uklanjanjem definiranih nedostataka. Na kraju rada iznijeta su zaključna razmatranja predstavljene problematike.This thesis presents the problem of transient single-phase-to-earth faults elimination in medium voltage networks. These faults have a large share of the total number of errors and their removal would significantly improve power quality regarding uninterruptible consumer supply. Elimination is done with the system that uses three single pole shunt circuit breakers. It grounds the medium voltage sub phase in which fault occurred in a defined time interval and thus puts out the fault current on the original fault location. If the failure was transient, normal operating conditions will establish and the consumers will not experience interruption of power supply. The thesis presents introductory underlying problems. Theoretical considerations of single-phase-to-earth faults in medium voltage networks and different methods of neutral point grounding are shown. After analyzing the basic parameters of different types of neutral point grounding, a reference to the practice and impact on the power supply is given. The transient single-phase-to-earth faults elimination system and requirements for the system components are defined. The installation of the suggested system in a 35/20 kV substation, which was a pilot project in Croatia, is described, along with the representation of the operations on the primary and secondary facilities. The system operation is presented then, including analysis of previously collected statistical data, the electrical conditions in a cycle of work and overvoltage problems during shunt switching. The impacts of the system on substation protective earthing are presented. The evaluation of the system is given by defining the network suitable for the installation of the system, stating the advantages and disadvantages of the system and the economic aspect of implementation. Improving possibilities of the proposed system are elaborated, including system connection modus, interaction with the relay system and removal of defined deficiencies Final thoughts on the presented subject are given at the end of the thesis