The electrical grid contains protection functions to ensure a secure and efficient disconnection of faulty plant parts in accordance with Swedish law, applicable standards and industry practice. The aim with this bachelor thesis has been to develop a way of testing relay protection equipment to ensure the applicable standards are followed and at the same time show the result in a way that is easy to understand and makes it possible to use the result in E.ONs risk and vulnerable analysis. A risk and vulnerable analysis is required under regulation EIFS 2013:3. The work has consists of four stages. The first stage has been to examine the existing situation and see how the work is performed. The second stage has been to study the literature about the subject and the demands that E.ON places on the testing procedure. The third stage has been to develop a report template. The fourth stage has been to test the proposed method in reality and to guarantee the desired function of the protection. It has been discovered that the most appropriate way of reporting testing is a template where relay parameters and the testing protocol are collected into one file where an automatized assessment is done of the protection equipment. This approach also makes it possible to use the results directly in E.ONs risk and vulnerability analysis. The report contains a theoretical background of the protection equipment for electrical plants and grids. The report also shows the development of the testing plan together with the proposed reporting templates.The work shows that a periodical testing of electrical protections should consist of the following parts:• Visual inspection• Verification of tripping, blocking and signalling circuits• Verification of relay protection equipment• Measuring of operating valuesThe way of testing has been a bit simplified. This has been done by excluding those parts from the testing that are not necessary in modern protection equipment. A saving in the data handling has also been achieved when some handling has become automatic. / <p>Validerat; 20150608 (global_studentproject_submitter)</p>

Den 5 mars 2015 inträffade ett elfel i högspänningssidan av hjälpkraften mellan Häggvik och Arlanda C. Ett isolationsfel uppstod på denna sträcka, exakt mellan Upplands Väsby och Skavstaby och pågick under 18 s utan att skyddsutrustningen kopplade bort den felaktiga delen. Konsekvenserna blev att 22 st. kraftaggregat i Arlandas signalanläggning blev utslagna vilket orsakade totalstopp för tågtrafiken förbi Arlanda C. Problemet som detta examensarbete lade fokus på är varför skyddsutrustningarna inte kopplade bort elfelet snabbt och hur skyddsutrustningar samarbetar med varandra för att kunna utlösas selektivt. Trafikverkets övervakningssystem GELD (Gemensam Eldriftsystem) visade vilka skyddsutrustningar som var inblandade under felförloppet samt de viktigaste händelserna vid respektive tidpunkt och typ av fel. Genom att analysera data från GELD konstaterades orsaken till varför skyddsutrustningarna (jordfelsskyddet i Häggvik) inte reagerade i tid. För att säkerställa att inställningsvärdena för jordfelsbrytaren i Häggvik (SKBY:N) är korrekta, gjordes en teoretisk beräkning av dessa värdena. Resultatet blev att isolationsfelet orsakade intermittenta jordfel som medförde att jordfelsbrytarna (HGL:N) och (SKBY:N) i Häggvik inte kunde lösa ut i tid (inom 2 s) De intermittenta jordfelen har även gett överspänningar (transienter) som överbelastade de friska faserna och orsakade ytterligare jordfel på andra ställen. Analysen av händelserna visade att jordfelsbrytarna (HGL:N) och (SKBY:N) i Häggvik är felriktade, d.v.s. de löste ut oselektivt. Som åtgärd för att undvika upprepning av detta elfel bör nya kabelavslut på samtliga faser installeras. För att korrigera jordfelsbrytarnas funktion och säkerställa selektiv utlösning bör ett primärriktningsprov utföras av Trafikverket. En förebyggande åtgärd är att lokalisera det andra jordfelet som initierades efter det första intermittenta jordfelet. / Relayprotection, Earthfault protection, Arcing grounds, GELD

A safe and stable power supply in an industrial plant is of utmost importance today. However, errors in an industrial power grid will always occur, and when they do, a fault current will be generated. If these are not detected and isolated quickly, there is a risk of large costs and damage to both material and personnel. A well-functioning protection system against overcurrent is therefore of utmost importance to industrial customers. To protect against over currents, a protection system with correctly implemented protection functions is required. One of Siemens AB's many business areas is protection systems where they provide products and services to their customers. Based on the complexity of a protection system, Siemens AB sees an advantage in having a guide available for both their customers and sellers, that explains in a simple and comprehensive way how to protect an industrial plant against the overcurrents. After extensive literature studies regarding protection systems, overcurrent and relay protection, relevant information and theory have been processed and compiled. Documents for how a guide should be written have been studied and provided inspiration for the work. The result of this was a practical guide for protecting industrial plants and its components against overcurrent. The guide goes through the underlying protection philosophy for how the power system in an industrial plant should be protected, theoretical review of overcurrent and relevant relay protection functions, as well as practical examples of how typical industrial components can be protected against overcurrent. The guide was accepted by the company and will thus be available to Siemens personnel and costumers for deeper understanding in the field.

Kortslutningar och jordfel förekommer dagligen i elnätet, därför är personsäkerhet och skydd av utrustning avgörande vid utformning av skyddssystem. Medan dagens samhälle blir mer och mer beroende av elektricitet så ökar även kraven på driftsäkerhet, vilket ställer högre krav på felbortkopplingen. Skellefteå Krafts målsättning är därför att upprätthålla en hög leveranssäkerhet genom att minimera antalet avbrott som sker varje år. För att koppla bort fel i nätet används reläskydd. Korrekt inställda reläskydd är därför en förutsättning för ett väl fungerande elnät. Genom att koordinera reläskyddens inställningar kan en snabb bortkoppling och isolering av felbehäftad del säkerställas. Målet med rapporten är att utforma ett förslag på en strategi för reläskyddsinställningar i Skellefteå Kraft Elnäts fördelningsstationer (30/10 kV). Arbetet är uppdelat i en teoretisk och en praktisk del. Den teoretiska delen behandlar generell strategi och filosofi för reläskyddsinställningar. I den praktiska delen konfigureras reläskydd i en av Skellefteå Krafts fördelningsstationer, utifrån den framtagna strategin.  I rapporten redogörs för de olika delar som påverkar reläskyddsinställningar, bland annat: kortslutningsströmmar, faktorer som påverkar reläer, skyddsfilosofi, jordningsmetod och reservdriftsläggning. Beräkningar har dels gjorts i nätberäkningsprogram för uppskattning av kortslutningsströmmar, dels manuellt vid beräkning av jordslutningsström. Arbetet utgår från de krav och rekommendationer som anges i ELSÄK-FS 2008:1 och SS-EN 61936–1.  Resultatet påvisar bland annat att transient överräckning och återgångsförhållande är mer framträdande när det gäller äldre elektromekaniska strömreläer, än modernare numeriska reläer. Dessutom uppmärksammas att jordfelsskyddens känslighetsinställningar bör väljas utifrån ledningstyp, då bortkoppling ska initieras för övergångsresistanser upp till 3000 ohm i nät med oisolerad luftledning och 5000 ohm i nät med belagd luftledning. Därför uppdaterades inställningarna för samtliga jordfelsskydd som skyddar utgående ledningar i undersökt 30/10 kV-station.

No description available.

Arbetet beskriver möjligheten att kunna utföra prediktivt underhåll med hjälp av information frånCOMTRADE störningsfiler. En mjukvarualgoritm som hämtar tidsförlopp för händelser som uppstårvid störningar och kan ge indikationer på ifall reläer eller strömbrytare faller utanför optimalaarbetsförhållanden har utvecklats. På detta sett kan underhållsarbete utföras vid behov vilket kanspara tid och pengar för att inte göras efter schemalagda tider.Tillsammans med uppdragsgivare från Megger och Ellevio utfördes arbetet med syfte att utvecklaen programvara som stöd för prediktivt underhåll. Programvaran kunde ta ut tidshändelser förregistrerade störningar och kunde hantera flertalet scenarion för vilka typer av information somfunnits tillgängligt ur filen. En användare har tillgång till en automatisk algoritm som gör analysav filen och ett manuellt verktyg där vidare analyser kan göras ifall utfallet från algoritmen inte ärgodtyckligt.Trender över tid är något som finns möjlighet att få ut ur algoritmen, men det kräver en större mängddataset än som varit tillgänglig under arbetet. / The work describes the opportunities to perform preventive maintenance with the help of informationfrom COMTRADE disturbance files. A software algorithm was developed which collects disturbancedata and gives indications if equipment are not working within optimal conditions.Using thisinformation preventive maintenance can be performed based on need instead of scheduling to savetime and money.Together with supervisors from involved companies a software was developed to be used as a supportfor preventive maintenance. The software can extract disturbance times and handle multiple scenariosbased on information collected from disturbance files. A user has access to a algoritm that createsautomatical analysis of the COMTRADE file and a manual tool for extensive analysis when the algoritmdoes not give proper results.Trends over time can be analysed with the algortim, this do require a larger amount of data than whatwas available during the work.

The requirement for reliability and security in power system is increasing every passingday with the increase in complexity of the power system. To ensure highest level ofreliability, protection relays have to receive correct measurements. One of the most importantmeasurement that is needed by a relay as an input is current. However, currentmeasurements received from current transformer (CT) can become inaccurate due to aphenomenon called CT saturation. This Master's thesis objective is to build a novel algorithmfor the protection relays to detect CT saturation. The algorithm should be basedon a stand-alone method that is able to detect CT saturation within 1-2 ms for a samplingfrequency of 4 kHz.This project comprises a study of the background about CTs and CT saturation. Therelated work done to detect CT saturation is also studied. Later, major existing methodsused in the industry to deal with CT saturation are investigated in detail and modelledin Simulink. A novel method is proposed to exclusively detect CT saturation, keeping inmind the strict requirements, set in the beginning of the project. The proposed methodis implemented in Simulink and HiDraw(in-house software in ABB to create C code forprotection functions). Lastly, the proposed method and the existing methods are testedin Simulink for more than 1300 test cases based on dierent power system conditions,IEC-60255-187-1 and real current recordings from relays.The results of the tests showed that the proposed method successfully detect CT saturationand was better than the existing methods in terms of speed and accuracy. It was concludedthat the proposed method successfully detects CT saturation and hence, can be used withany protection function in a relay where there is a need to detect CT saturation. / Kraven pa tillforlitlighet och sakerhet i kraftsystem okar varje dag i samband med allthogre komplexitet i kraftsystemet. For att uppna den hogsta nivan av tillforlitlighetbehover relaskydden ta emot korrekta matvarden fran kraftsystemet. Ett av de mest viktigamatvardena som behovs for ett relaskydd ar strom. Emellertid, kan matvarden franen stromtransformator bli felaktiga pagrund av ett fenomen som kallas stromtransformatormattning. Malet for detta examensarbete ar att skapa en ny algoritm for relaskydd somdetekterar stromtransformatormattning. Algoritmen ska baseras pa en fristaende metodsom klarar av att detektera stromtransformatormattning inom 1-2 ms for en samplingsfrekvenspa 4 kHz.Detta projekt omfattar, forutom en studie av hur stromtransformatormattning kan detekteras,aven en bakgrundsstudie om stromtransformatorer och stromtransformatormattning.Viktigare existerande metoder, som anvands i industrin for att detektera stromtransformatormattning, undersoks i detalj och modelleras i Simulink. En ny metod foreslas foratt exklusivt detektera stromtransformatormattning med hansyn till de strikta krav somfaststalldes i borjan av projektet. Den foreslagna metoden ar implementerad i Simulinkoch i HiDraw (en intern ABB mjukvara for att skapa C-kod for skyddsfunktioner). Slutligenar den nya foreslagna metoden och de existerande metoderna testade i Simulinkmed er an 1300 testfall baserade paolika forhallanden i kraftsystemet, IEC-60255-187-1standarden och med verkliga inspelningar av strom gjorda av relaskydd i drift.Resultatet av testerna visar att den nya foreslagna metoden framgangsrikt detekterarstromtransformatormattning och gor det battre an existerande metoder med avseende pasnabbhet och noggrannhet. Det konstaterades att den nya foreslagna metoden framgangsriktdetekterar stromtransformatormattning och darfor kan anvandas for vilken relaskyddsfunktionsom helst i ett relaskydd dar behovet av att detektera stromtransformatormattningnns.

I en traditionellt konservativ bransch rör det sig nu snabbt. En snabb ökning av andelen förnybar elproduktion gör att det uppstår en rad nya utmaningar som måste lösas. Den här studien är en undersökning av framtidens distributionsnät och har ett fokus på nätstationerna. Studien visar att en ökad mängd distribuerad generering kan göra att dagens skydd inte fungerar som tänkt. Samtidigt ökar kraven på våra elnät. Detta medför att nya skydd kan behövas. Man ser också att automation ökar vilket minskar avbrottstiderna. Det undersöks också vilka elenergilagringssystem som finns och kan vara aktuellt i distributionsnätet. Studien visar att ett Li-Jon batterilager kan fylla flera olika viktiga funktioner åt olika aktörer, detta öppnar för flera olika inkomstkällor samtidigt som kostnaderna sjunker. Detta gör att det kan bli möjligt att energilager blir en vanligt förekommande komponent i distributionsnätet.

Väl inställda reläskydd för ställverk är en nödvändighet för en personoch driftsäker anläggning. Rapportens mål är att undersöka om oriktade skydd med enbart signalering är tillräckligt för att skydda anläggningen som undersöks, och om riktade skydd har fördelen att förbättra felutpekning, minska risken för felaktig funktion eller minska funktionstiden. Anläggningen som undersökts är ett 6,3 kV industrinät med resistansjordning. I rapporten kontrolleras isolationsvärden och strömtoleranser för utrustningen, som sedan jämförs med beräknade spänningar och strömmar vid enfasiga jordfel. Rapporten beskriver också kort riktade skydd och dess funktioner i förhållande till frågeställningen om den eventuella fördelen med riktade skydd. Resultatet blev att överspänningar på grund av jordfel inte är något problem, men felströmmen genom nollpunktsmotståndet är för stor för enbart signalering. Vid stumma jordfel klarar nollpunktsmotståndet av att hantera felströmmen i 30 sekunder, varefter värmeutvecklingen resulterar i att nollpunktmotståndet kopplas bort och anläggningen blir isolerad från nollpunkten. Riktade skydd behövs enligt studien inte i en anläggning som denna. Detta är baserat på att kabelsträckorna är för korta för att orsaka kapacitiva strömmar tillräckligt stora för att felaktig funktion ska uppstå i oriktade skydd, och att nätstrukturen inte genererar strömmar i oväntade riktningar. Rapportens resultat visar att oriktade skydd är tillräckligt men att funktionen bör ställas om till bortkoppling av felande krets. / Well-adjusted relay protection for electrical substations is a necessity for personal safety and reliable operation. The aim of the report is to investigate whether non-directional protection with signaling alone is sufficient to protect the facility being investigated, and if directional protection has the advantage of improving fault detection, reducing the risk of unnecessary operation or reducing the function time. The facility under investigation is a 6.3 kV industrial network with resistance grounding. The report checks the insulation values and current tolerances for the equipment, which are then compared with calculated voltages and currents at single-phase earth faults. The report also briefly describes directional protection and its functions in relation to the issue of the potential benefit of directional protection. The result was that overvoltages due to earth faults are not a problem, but the fault current through the neutral point resistance is too large for signaling alone. In the case of earth faults with very low fault impedance, the neutral point resistance can handle the fault current for 30 seconds. After which the heat development results in the neutral point resistance being disconnected and the facility being isolated from the neutral point. According to the study, targeted protection is not needed in a facility like this. This is based on the fact that the cable paths are too short to cause capacitive currents large enough to cause unnecessary operation in non-directional protection, and that the network structure does not generate currents in unexpected directions. The result of the report shows that non-directional protection is sufficient, but that the operation function should be changed to tripping of faulty circuits

I detta examensarbete utreds möjligheten att med hjälp av nya smarta elmätare få en ökad inblick i elkvalitén i elnäten samt att ge nätägare möjligheten att automatiskt eller via fjärrsignal koppla bort solcellsanläggningar i de fall de orsakar dålig elkvalité. Motiveringen till studien har varit att en ökad utbyggnad av solcellsanläggningar med tilhörande växelriktare och en trolig framtida ökning av snabbladdare och andra olinjära laster i näten ökar utmaningen för elnätsföretag att klara gällande krav på elkvalité. Samtidigt har utvecklingen av elmätare gjort att de idag har många funktioner som elnätsföretag kan dra nytta av på sätt som tidigare inte varit möjligt. Studien inleddes med en litteratur-studie där information om vad elmätare idag är kapabla till togs fram. Ett praktiskt test genomfördes på en solcellsanläggning där en elmätare installerades och konfigurerades att koppla bort solcellerna vid över-spänning. Studien har visat att smarta elmätare bör kunna användas som ett långsammare, sekundärt skydd som kopplar bort solceller i de fall som växelriktarna brister i sina säkerhetsfunktioner. Elmätarna kommer också kunna ge nätägare en mängd intressant information om elkvalitén. / In this thesis the possibility for smart meters to give utility companies an increased knowledge about the power quality in the grid has been investigated. During the investigation the possibility to use smart meters to automatically or by remote control disconnect solar power units in case of poor power quality caused by the production units has also been researched. The motivation to perform the study was that a future increase in distributed generation, rapid chargers for electric vehicles and other non-linear loads will make it harder for utility companies to meet the demands concerning power quality. At the same time electricity meters has developed over time and are today capable of providing grid operators with functions that has not been possible in the past. The first part of the study focused on obtaining information about what smart meters are capable of today through a literary study. A practical test was conducted on a solar power unit where a smart meter was installed and configured to automatically disconnect the solar power unit in case of over voltage. The study has shown that smart meters could be used as a slower, secondary protection that disconnects the solar power units in cases where the solar inverters safety functions fails. The smart meters will also be able to give grid operators a large amount of information about the power quality in the grid.