Novel methods for earth fault passage indication in non-effectively grounded electricity distribution networks

Sähkönjakeluverkoissa esiintyy vikoja, jotka aiheuttavat sähkönjakelun keskeytyksiä eli sähkökatkoja. Tämä väitöskirja käsittelee keskijänniteverkkoja, jotka koostuvat sähköasemista ja niiltä lähtevistä johtolähdöistä. Johtolähtöjen varrella sijaitsevat pienjänniteverkkoa syöttävät muuntamot. Kun jollain johto-osuudella (tässä ns. muuntamovälillä, joka yhdistää kaksi peräkkäistä muuntamoa) ilmenee pysyvä vika, viallinen johto-osuus on tunnistettava ja erotettava. Viallisen johto-osuuden tunnistaminen tapahtuu vianilmaisimien avulla. Viallisen johto-osuuden tunnistaminen on yksinkertaista, kun vikatyyppi on oikosulku, sillä oikosuluille ominaista ovat yleensä suuret vikavirrat. Haasteena on kuitenkin edelleen viallisten johto-osuuksien tunnistaminen maasulkutilanteissa ei-tehollisesti maadoitetuissa keskijänniteverkoissa, joissa maasulkuvirta on tyypillisesti hyvin pieni. Tämän väitöskirjana tavoitteena on ollut kehittää uusia menetelmiä maasulkuvikojen paikantamiseen keskijänniteverkossa ja varmentaa niiden toimivuus simuloinnein ja todellisesta verkosta saatujen mittausten avulla. Kattavan kirjallisuuskatsauksen jälkeen tässä väitöskirjassa esitellään innovatiivisia menetelmiä vikavirran reitin ilmaisuun jakeluverkkojen maasuluissa. Ehdotetut menetelmät tukeutuvat teoreettiseen analyysiin, jossa johtolähdön virrat maasulkutilanteessa on kuvattu symmetristen komponenttien avulla. Menetelmät perustuvat verkon eri pisteissä mitattuihin virran symmetristen komponenttien vertailuun. Käytännön toteutuksessa nämä mittaukset tulee siirtää keskitettyyn järjestelmään prosessointia ja päätöksentekoa varten, mutta tämä voidaan tehdä ilman tarkkaa aikasynkronointia. Ehdotettujen menetelmien kehittämisessä ja testaamisessa hyödynnettiin simulointeja ja kokeellista mittausdataa. Yhteistyö teollisuuden kanssa mahdollisti menetelmien toiminnan todentamisen hyödyntäen todellisista verkoista mitattua dataa, jota saatiin sekä verkkoyhtiöiltä että laitevalmistajilta. Simulointien tulokset ja mittaukset todellisessa verkossa tehdyistä testeistä osoittavat, että virran symmetriset komponentit toimivat hyvin vian paikannuksessa kun vikaresistanssi on nollan ja muutaman tuhannen ohmin välillä. Käytännössä menetelmien luotettavuus riippuu virran mittauksen tarkkuudesta.