The thesis deals with the design of a transformer station for the outgoing power of cogeneration unit with an electric capacity of up to 1 MW. The thesis describes the design procedure of individual devices such as a transformer with a nominal ratio 22/0,4 kV, high voltage switchgears and low voltage switchgears. With the proper selection of the transformer, along with the technical parameters, the economic benefits that come from its purchasing and operating costs with the transformer operation are also considered. Based on this, the economic comparison of selected types of oil transformers during 20 years is also developed. Another part of the thesis deals with HV and LV switchgears, which are dimensioned according to shortcircuit conditions in the transformer station. In conclusion this work deals with the grounding of a transformer station and design protection in accordance PPDS.

Maintenance optimisation is essential to achieve cost-efficiency, availability and reliability of supply in electric power systems. The process of maintenance optimisation requires information about the costs of preventive and corrective maintenance, as well as the costs of failures borne by both electricity suppliers and customers. To calculate expected costs, information is needed about equipment reliability characteristics and the way in which maintenance affects equipment reliability. The aim of this Ph.D. work has been to develop equipment reliability models taking the effect of maintenance into account. The research has focussed on the interrelated areas of condition estimation, reliability modelling and maintenance modelling, which have been investigated in a number of case studies. In the area of condition estimation two methods to quantitatively estimate the condition of disconnector contacts have been developed, which utilise results from infrared thermography inspections and contact resistance measurements. The accuracy of these methods were investigated in two case studies. Reliability models have been developed and implemented for SF6 circuit-breakers, disconnector contacts and XLPE cables in three separate case studies. These models were formulated using both empirical and physical modelling approaches. To improve confidence in such models a Bayesian statistical method incorporating information from the equipment design process was also developed. This method was illustrated in a case study of SF6 circuit-breaker operating rods. Methods for quantifying the effect of maintenance on equipment condition and reliability have been investigated in case studies on disconnector contacts and SF6 circuit-breakers. The input required by these methods are condition measurements and historical failure and maintenance data, respectively. This research has demonstrated that the effect of maintenance on power system equipment may be quantified using available data. However, realising the full potential of these methods requires the gathering and utilisation of failure and maintenance data as well as condition measurements to be improved. / QC 20100823

The master thesis deals with the phenomena called electro-dynamic force in the electrical apparatus. Nowadays, there are high requirements for electrical devices. The devices and especially their contacts are subject to high demands on reliability, reliability and mechanical durability. The electro-dynamic forces caused by the passage of electric current mechanically deform the current path. The design of the electrical apparatus must take these forces into account. Equations for electro-dynamic forces calculation are presented. In master thesis, individual parts of the current path are derived and described. Various configurations and designs of the current path are solved. The thesis also deals with the issue of forces in electrical contacts. Individual theoretical equations are then applied to a particular disconnector QAK, made by company IVEP, a.s. Parts of the disconnector were redrawn into 3D program SolidWorks. The model was analysed in program ANSYS Maxwell. The thesis compares the achieved results of analytical equations and numerical simulations.

<p>I samband med de ökade kraven på ett vädersäkrat nät har funderingar kring att placera ut fler frånskiljare/brytare i luftledningsnätet för att reducera medelavbrottstiden för anslutna kunder (SAIDI) kommit fram. I Finland använder man till stor del fjärrmanövrerade apparater för att reducera SAIDI. Rapportens inledande avsnitt innefattar en förstudie om ursprunget till avbrottstid och SAIDI-statistik i Vattenfall Eldistributions nät. En jämförelse med Eldistributions nät och klimatet i Finland utförs och av detta fås olika förutsättningar för nätet i de olika länderna. Som en generell slutsats av väderjämförelsen mellan Sverige och Finland fastställs att Eldistribution i Sverige har sämre förutsättningar vädermässigt när det gäller luftledningsnät. Resultaten från beräkningarna på sex exempelnät visar att den maximala reduceringen av SAIDI uppgår till 36 % och den minimala med 17 % i exempelnäten. Om alla nät skulle gå att bygga om enligt liknande principer skulle det innebära en reducering av Eldistributions mellanspännings-SAIDI med cirka 12 % ifall de 200 sämsta linjerna ur SAIDI-synpunkt kompletterades med fjärrfrånskiljare i motsvarande grad som exempelnäten. Jämförelser av investeringskostnader mellan fjärrfrånskiljaralternativ och kablifieringsalternativ visar att det är mer kostnadseffektivt att bygga om med fjärrfrånskiljare och därför är detta lämpligt om önskan är att så billigt som möjligt reducera SAIDI. Som en allmän rekommendation bör reservmatningar i nätet vara fjärrmanövrerade och dessutom bör linjer ha minst en fjärrfrånskiljare utlokaliserad. Då delas linjen upp i fler fjärrsektioneringsområden vilket förbättrar kundavbrottstiden för linjen. Ifall en linje inte har reservmatningmöjligheter bör det utredas ifall det är möjligt att med acceptabelt stora resurser bygga ihop nätet med ett annat nät för att möjliggöra en reservmatningsväg. Om det finns fler platser på linjen som är lämpliga för komplettering med fjärrfrånskiljare bör dessa utnyttjas för att så prisvärt som möjligt få ner SAIDI på den aktuella linjen. Ett allmänt råd angående antalet fjärrfrånskiljare per linje är svårt att ge men generellt sett är den första fjärrfrånskiljaren mycket mer kostnadseffektiv än de efterföljande. Stolpbrytare (reclosers) bör placeras ut där goda förutsättningar finns för att det skall bli lönsamt. Exempel på sådana platser kan vara vid övergång från kabel till luftledningsnät och innan en sträcka där fel ofta inträffar.</p> / <p>An alternative approach in Vattenfall Eldistribution’s network has evolved from the increased demands on reducing network downtime. Eldistribution are using remote controlled disconnectors / reclosers in Finland to reduce the system average interruption duration index (SAIDI). The initial section of the report includes a study on the source of downtime and SAIDI-statistics in Eldistribution’s network. A comparison with network and the climate in Finland is carried out which indicate different conditions in the two countries. The weather comparison shows that it’s more difficult to use non-insulated overhead-lines in Sweden because of the climate conditions. The result shows a maximum reduction of SAIDI by 36% and a minimum of 17% based on calculations on six example-lines. If all the lines would be possible to build under similar principles it would result in a reduction of Eldistributions SAIDI by approximately 12 % if the 200 worst lines was supplemented with remote controlled disconnectors with a corresponding amount of reduced SAIDI-minutes. Comparisons with cable alternatives show that it’s more cost-effective to invest in remoted controlled disconnectors if the target is a quick and cheap reduction of SAIDI. As a general recommendation the backup powering of a network should be remote controlled and the lines should have at least one outsourced remote controlled disconnector. This will split the line in multiple remote controlled areas, which will reduce disruption time for customers connected to the line. If a line doesn’t have any backup powering it should be investigated whether it’s possible to connect the line to another line to ensure backup-feeding if this is possible to do at acceptable costs. If there are more locations on the line suitable for supplementation of remote controlled disconnectors, those places should be used to get as much reduced SAIDI as possible at a cost-effective level. It's difficult to give a general advice concerning the number of remote controlled disconnectors but the first disconnector is generally more cost-effective than the subsequent ones. Reclosers should be deployed at appropriate locations to be equally costefficient as remoted controlled disconnectors. Examples of such places can be when switching from cable to non-insulated line and before a section where errors often occur.</p>

I samband med de ökade kraven på ett vädersäkrat nät har funderingar kring att placera ut fler frånskiljare/brytare i luftledningsnätet för att reducera medelavbrottstiden för anslutna kunder (SAIDI) kommit fram. I Finland använder man till stor del fjärrmanövrerade apparater för att reducera SAIDI. Rapportens inledande avsnitt innefattar en förstudie om ursprunget till avbrottstid och SAIDI-statistik i Vattenfall Eldistributions nät. En jämförelse med Eldistributions nät och klimatet i Finland utförs och av detta fås olika förutsättningar för nätet i de olika länderna. Som en generell slutsats av väderjämförelsen mellan Sverige och Finland fastställs att Eldistribution i Sverige har sämre förutsättningar vädermässigt när det gäller luftledningsnät. Resultaten från beräkningarna på sex exempelnät visar att den maximala reduceringen av SAIDI uppgår till 36 % och den minimala med 17 % i exempelnäten. Om alla nät skulle gå att bygga om enligt liknande principer skulle det innebära en reducering av Eldistributions mellanspännings-SAIDI med cirka 12 % ifall de 200 sämsta linjerna ur SAIDI-synpunkt kompletterades med fjärrfrånskiljare i motsvarande grad som exempelnäten. Jämförelser av investeringskostnader mellan fjärrfrånskiljaralternativ och kablifieringsalternativ visar att det är mer kostnadseffektivt att bygga om med fjärrfrånskiljare och därför är detta lämpligt om önskan är att så billigt som möjligt reducera SAIDI. Som en allmän rekommendation bör reservmatningar i nätet vara fjärrmanövrerade och dessutom bör linjer ha minst en fjärrfrånskiljare utlokaliserad. Då delas linjen upp i fler fjärrsektioneringsområden vilket förbättrar kundavbrottstiden för linjen. Ifall en linje inte har reservmatningmöjligheter bör det utredas ifall det är möjligt att med acceptabelt stora resurser bygga ihop nätet med ett annat nät för att möjliggöra en reservmatningsväg. Om det finns fler platser på linjen som är lämpliga för komplettering med fjärrfrånskiljare bör dessa utnyttjas för att så prisvärt som möjligt få ner SAIDI på den aktuella linjen. Ett allmänt råd angående antalet fjärrfrånskiljare per linje är svårt att ge men generellt sett är den första fjärrfrånskiljaren mycket mer kostnadseffektiv än de efterföljande. Stolpbrytare (reclosers) bör placeras ut där goda förutsättningar finns för att det skall bli lönsamt. Exempel på sådana platser kan vara vid övergång från kabel till luftledningsnät och innan en sträcka där fel ofta inträffar. / An alternative approach in Vattenfall Eldistribution’s network has evolved from the increased demands on reducing network downtime. Eldistribution are using remote controlled disconnectors / reclosers in Finland to reduce the system average interruption duration index (SAIDI). The initial section of the report includes a study on the source of downtime and SAIDI-statistics in Eldistribution’s network. A comparison with network and the climate in Finland is carried out which indicate different conditions in the two countries. The weather comparison shows that it’s more difficult to use non-insulated overhead-lines in Sweden because of the climate conditions. The result shows a maximum reduction of SAIDI by 36% and a minimum of 17% based on calculations on six example-lines. If all the lines would be possible to build under similar principles it would result in a reduction of Eldistributions SAIDI by approximately 12 % if the 200 worst lines was supplemented with remote controlled disconnectors with a corresponding amount of reduced SAIDI-minutes. Comparisons with cable alternatives show that it’s more cost-effective to invest in remoted controlled disconnectors if the target is a quick and cheap reduction of SAIDI. As a general recommendation the backup powering of a network should be remote controlled and the lines should have at least one outsourced remote controlled disconnector. This will split the line in multiple remote controlled areas, which will reduce disruption time for customers connected to the line. If a line doesn’t have any backup powering it should be investigated whether it’s possible to connect the line to another line to ensure backup-feeding if this is possible to do at acceptable costs. If there are more locations on the line suitable for supplementation of remote controlled disconnectors, those places should be used to get as much reduced SAIDI as possible at a cost-effective level. It's difficult to give a general advice concerning the number of remote controlled disconnectors but the first disconnector is generally more cost-effective than the subsequent ones. Reclosers should be deployed at appropriate locations to be equally costefficient as remoted controlled disconnectors. Examples of such places can be when switching from cable to non-insulated line and before a section where errors often occur.

The diploma thesis is focused on the innovation of partially user-unsuitable software which is used in the CVVOZE short-circuit laboratory for the evaluation of testing of switching and protection devices. The introductory part of the work presents a technical laboratory, which is used for research and development in the field of electrical devices with possibility of testing of short circuits and over-currents. At the first part of thesis, there is made a description of the technical laboratory. The following past is a chapter with basic introduction of tested devices and standard testing conditions of electrical devices in the laboratory. Then following a description of the original evaluation software is made and its shortcomings are pointed out. The practical part is devoted to the creating in LabVIEW, implementation and verification of the functionality of the new evaluation software.

The supply of electricity is important in modern society, so the outages of the electric grid should be few and short, especially for the transmission grid. A summary of the history of the Swedish electrical system is presented. The objective is to be able to plan the maintenance better by following the condition of the equipment. The risk matrix can be used to choose which component to be maintained. The risk matrix is improved by adding a dimension, the uncertainty of the probability. The risk can be reduced along any dimension: better measurements, preventive maintenance or more redundancy. The number of dimensions can be reduced to two by following iso-risk lines calculated for the beta distribution. This thesis lists twenty surveys about circuit breakers and disconnectors, with statistics about the failures and the lifetime. It also presents about forty condition-measuring methods for circuit breakers and disconnectors, mostly applicable to the electric contacts and the mechanical parts. A method for scheduling thermography based on analysis of variance of the current is tried. Its aim is to reduce the uncertainty of thermography and it is able to explain two thirds of the variation using the time of the day, the day of the week and the week number as explanatory variables. However, the main problem remains as the current is in general too low. A system with IR sensors has been installed at the nine contacts of six disconnectors with the purpose of avoiding outages for maintenance if the contacts are in a good condition. The measured temperatures are sent by radio and regressed against the square of the current, the best exponent found. The coefficient of determination $R^2$ is high, greater than 0.9. The higher the regression coefficient is, the more heat is produced at the contact. So this ranks the different contacts. Finally a framework for lifetime modelling and condition measuring is presented. Lifetime modelling consists in associating a distribution of time to failure with each subpopulation. Condition measuring means measuring a parameter and estimating its value in the future. If it exceeds a threshold, maintenance should be carried out. The effect of maintenance of the contacts is shown for four disconnectors. An extension of the risk matrix with uncertainty, a survey of statistics and condition monitoring methods, a system with IR sensors at contacts, a thermography scheduling method and a framework for lifetime modelling and condition measuring are presented. They can improve the planning of outages for maintenance. Finally a framework for lifetime modelling and condition measuring is presented. Lifetime modelling consists in associating a distribution of time to failure with each subpopulation. Condition measuring means measuring a parameter and estimating its value in the future. If it exceeds a threshold, maintenance should be carried out. The effect of maintenance of the contacts is shown for four disconnectors. An extension of the risk matrix with uncertainty, a survey of statistics and condition monitoring methods, a system with IR sensors at contacts, a thermography scheduling method and a framework for lifetime modelling and condition measuring are presented. They can improve the planning of outages for maintenance. / Elförsörjningen är viktig i det moderna samhället, så avbrotten bör vara få och korta, särskilt i stamnätet. En kortfattad historik över det svenska elsystemet presenteras. Målet är att kunna planera avbrotten för underhåll bättre genom att veta mera om apparaternas skick. Det är svårt att planera avbrott för underhåll och utbyggnad. Riskmatrisen är verktyg för att välja vad som ska underhållas och den kan förbättras genom att lägga till en dimension, sannolikhetens osäkerhet. Risken kan minskas längs med varje dimension: bättre mätningar, förebyggande underhåll och mer redundans. Antalet dimensioner kan igen bli två genom att följa linjer med samma risk, som är beräknade för betafördelningen. Denna avhandling tar upp tjugo studier av fel i brytare och frånskiljare med data om felorsak och livslängd. Den har också en översikt av ett fyrtiotal olika metoder för tillståndsmätningar för brytare och frånskiljare, som huvudsakligen rör de elektriska kontakterna och de mekaniska delarna. Ett system med IR sensorer har installerats på de nio kontakterna på sex frånskiljare. Målet är att minska antalet avbrott för underhåll genom att skatta skicket när frånskiljarna är i drift. De uppmätta temperaturerna tas emot genom radio och behandlas genom regression mot kvadraten av strömmen, då den bästa exponenten för strömmen visade sig vara 2,0. Förklaringsfaktorn $R^2$ är hög, över 0,9. För varje kontakt ger det en regressionskoefficient. Ju högre koefficienten är, desto mer värme utvecklas det i kontakten, vilket kan leda till skador på materialet. Koefficienterna ger en rangordning av frånskiljarna. Systemet kan också användas för att minska eller öka den tillåtna strömmen baserat på skicket. Slutligen förklaras ett ramverk för livslängdsmodellering och tillståndsmätning. Livslängdsmodellering innebär att koppla en fördelning för tiden till fel med varje delpopulation. Med tillståndsmätning avses att mäta en parameter och skatta dess värde i framtiden. Om den överskrider en tröskel, måste apparaten underhållas. Effekten av underhåll visas för fyra frånskiljare. En utveckling av riskmatrisen med osäkerheten, en sammanställning av statistik och metoder för tillståndsövervakning, ett system med IR-sensor vid kontakerna, en metod för termografiplanering och ett ramverk för livslängdsmodellering och tillståndsmätningar presenteras. De kan förbättra avbrottsplaneringen. / El suministro de energía eléctrica es importante en la sociedad moderna. Por eso los cortes eléctricos deben ser poco frecuentes y de poca duración, sobre todo en la red de transmisión. Esta tesis resume la historia del sistema eléctrico sueco. El objetivo es planificar los cortes mejor siguiendo la condición de los aparatos. La matriz de riesgo se utiliza muchas veces para escoger en qué aparatos debería realizarse mantenimiento. Esta matriz se puede mejorar añadiendo una dimensión: la incertidumbre de la probabilidad. El riesgo puede ser disminuido siguiendo cada una de las tres dimensiones: mejores mediciones, mantenimiento preventivo y mayor redundancia. El número de dimensiones puede reducirse siguiendo líneas del mismo riesgo calculadas para la distribución beta. Esta tesis presenta veinte estudios de fallos en interruptores y seccionadores con datos sobre la causa y el tiempo hasta la avería. Contiene también una visión general de cuarenta métodos para medir la condición de seccionadores e interruptores, aplicables en su mayoría a los contactos eléctricos y los componentes mecánicos. Se ha instalado un sistema con sensores infrarrojos en los seis contactos de nueve seccionadores. El objetivo es disminuir los cortes de servicio para mantenimiento, estimando la condición con el seccionador en servicio. Las temperaturas son transmitidas por radio y se hace una regresión con el cuadrado de la corriente, ya que el mejor exponente de la corriente resultó ser 2,0. $R^2$ alcanza un valor de 0,9 indicando un buen ajuste de los datos por parte del modelo. Existe un coeficiente de regresión para cada contacto y este sirve para ordenar los contactos según la necesidad de mantenimiento, ya que cuanto mayor sea el coeficiente más calor se produce en el contacto. Finalmente se explica que el modelado de tiempo hasta la avería consiste en asignar una distribución estadística a cada equipo. La monitorización del estado consiste en medir y estimar un parámetro y luego predecir su valor en el futuro. Si va a sobrepasar un cierto límite, el equipo necesitará de mantenimiento. Se presenta el efecto de mantenimiento de cuatro seccionadores. Un desarrollo de la matriz de riesgo, un conjunto de estadísticas y métodos de monitoreo de condición, un sistema de sensores IR situados cerca de los contactos, en método de planificación de termografía y un concepto para explicar la modelización de tiempo hasta la avería y de la monitorización de la condición han sido presentados y hace posible una mejor planificación de los cortes de servicio. / <p>QC 20170928</p>

In theoretical part of diploma thesis are written basic information about cost calculation, types and methods of cost calculation especially in building industry. Practical part identifies cost types in company MARTEL Slovakia and cost-distribution sheet for the most frequent company order - high voltage disconnector.

This master thesis is focused on the design of earthing switch for the indoor three pole generator disconnector from IVEP, a.s. The main task of the theoretical part of the master thesis was mechanical and electrical calculations on the contact system and the design of two variants of earthing switch construction. It has been proposed two variants of earthing switch construction. The first variant included three earthing knives for each pole of earthing switch and the other variant included two earthing knives for each pole. The aim of the practical part of this diploma thesis was to create a model of the earthing switch for generator disconnector, to simulate the heating of the contact system by passing the short-circuit current and to prepare the production documentation. For modeling, calculations and simulations were used Autodesk Inventor 2018, Matlab and Ansys Workbench.

This master thesis is focused on the design of earthing switch for the indoor three pole generator disconnector from IVEP, a.s. The main task of the theoretical part of the master thesis was mechanical and electrical calculations on the contact system and the design of two variants of earthing switch construction. It has been proposed two variants of earthing switch construction. The first variant included three earthing knives for each pole of earthing switch and the other variant included two earthing knives for each pole. The aim of the practical part of this diploma thesis was to create a model of the earthing switch for generator disconnector, to simulate the heating of the contact system by passing the short-circuit current and to prepare the production documentation. For modeling, calculations and simulations were used Autodesk Inventor 2018, Matlab and Ansys Workbench.