För att öka driftsäkerheten i distributionsnäten pågår kablifiering av luftledningsnät i stora delar av landet. I takt med ökad andel kabel i nätet samtidigt som andelen luftledning minskar medförs betydande tekniska förändringar vad gäller nätets egenskaper. Herrljunga elektriska har sedan en tid tillbaka ett problem med en förhöjd nollpunktsspänning i deras mellanspänningsnät. Följande nollpunktsspänning ligger på en relativt konstant nivå oberoende av väder och aktuell belastning. Det är för Herrljunga Elektriska okänt när och varför denna nollpunktsspänning uppstod men det finns en teori om att problemet uppstod i samband med kablifiering av deras luftledningsnät. Denna rapport redogör kortfattat om för exjobbet relevant teori om elkraftsystemet. Därefter genom litteraturstudie, undersökningar och observationer tas olika hypoteser om felorsaker fram som skulle kunna vara orsaken till den förhöjda nollpunktsspänningen i elnätet. I rapporten beskrivs problematiken som uppstår i samband med kablifiering av luftledningsnät, t.ex. det ökade bidraget av kapacitiva jordslutningsströmmar samt åtgärder åt dessa problem. Syftet med denna rapport är att närmare studera och förklara förhållanden som orsakar en förhöjd nollpunktsspänning och om möjligt kunna identifiera och lokalisera den eller de grundorsaker som ger upphov till nollpunktspänningen så att dessa kan åtgärdas.

Målet med den här rapporten är att undersöka hur olika systemjordningar påverkar felström och nollpunktspänning vid enfasiga jordfel. Den praktiska delen består av att konstruera en laborationsuppställning där experimenten ska göras. För personsäkerheten kommer den att köras på 50 V huvudspänning. Den kommer innehålla 5 olika delar. Den första delen är inkommande 400/50 V-transformator, andra delen är själva jordningsmodulen, tredje delen är fördelningen, fjärde delen är kabelmodellerna och till sist är det en felmodell där olika typer av fel kan simuleras. En kort laboration kommer att utföras på uppställningen där enfasiga jordfel med olika felresistans kommer att skapas och mätas på. Den teoretiska delen består av att göra beräkningar på de olika systemen för att se hur bra laborationsuppställningen stämmer överens med det teoretiska. Den kommer även innehålla en del om hur allt detta kan överföras till ett 10 kV-system. Resultatet visar att det praktiska och teoretiska stämmer ganska väl överens, men särskilt i fallet med det spoljordade systemet är det svårt att bestämma de verkliga fysiska egenskaperna för att kunna göra tillräckligt noggranna antaganden för beräkningarna. I jämförelsen mellan de olika systemjordningarna blir deras olika egenskaper uppenbara. I ett nät med kompenserad nollpunkt blir t.ex. jordfelströmmen vid lågohmiga jordfel betydligt lägre än för de andra typerna av nät. Det ger även en högre nollpunktspänning vid högohmiga jordfel. / The aim for this report is to compare different earthing systems in electrical networks and examine how the fault currents and neutral point voltages depends on the earthing system during single phase to earth faults. The practical part consists of constructing the laboratory model where the experiment will take place. For personal safety the model will be using a main voltage of 50 V. The model will consist of 5 modules. The first module is the mains 400/50 V transformer, the second is the earthing module (where different types of earthing can be chosen), the third module is the distribution block, the fourth module is 3 cable models and the fifth module is the fault model where different types of fault can be simulated. After the construction a short experiment will be carried out where earth fault with different resistances on networks with different earthing system will be created and measured upon. The theoretical part will consist of calculations verifying the created model accuracy with the theoretical model found in literature. There will also be a short part explaining how all this applies to a 10 kV system. The results from this is that the created model and the theoretical model do comply but in the case of the system with a Petersen-coil it is hard to determine all the real physical properties of the system to make accurate assumptions for the calculations. Comparing the different types of earthing it is clear that in a system with a Petersen-coil the earth fault current with a low impedance fault is much smaller than for the other types of systems. As for the neutral point voltage it is higher in a system with a Petersen-coil when there is a high impedance fault compared to the other types of earthing systems.

Reliability requirements for power systems have been constantly increasing, as customers of electric power desire high power availability. In order to improve continuity of supply in medium voltage (MV) networks, utilities in many countries in Europe, North/South America and Oceania use resonant earthing and allow the operation of the network during a single phasetoearth fault for periods from several seconds up to several hours, since the earthfault current at the fault point in such systems is considerably reduced and is unlikely to damage equipment or create hazardous voltages for people or livestock. Due to the neutral potential displacement during the phasetoearth fault, the healthy phases can rise up to 1.73 times the nominal values in the entire network, overstressing insulation and increasing the probability of a second fault from another phasetoearth fault somewhere in the network. The situation of two simultaneously active phasetoearth faults on different phases at different locations in a network is commonly called a crosscountry or doubleearth fault. The current through the earth then becomes many times higher than in case of a single phasetoearth fault in a resonantearthed network. Few studies about CrossCountry faults in MV systems have been done so far, particularly with real fault data and simulations. This thesis has as main objectives to: improve understanding of how crosscountry faults behave in resonantearthed systems; show how the double fault situation can be analytically calculated; and study what difficulties these faults can pose to traditional distance protection. This is done by: analyzing recordings of real faults, obtained from utilities in Scandinavia; modelling the fault situations analytically; simulating such systems with real system data; and examining in particular how faultedphase selection and distance protection behave during these faults. The developed mathematical model was compared with a simple simulated system. The results showed that the modelling produces accurate results. Analysis of the real faults showed that crosscountry faults cannot be equated directly to more traditional singlephase or doublephase faults on particular feeders, since voltages and currents can behave in atypical manners. Finally, during the comprehensive simulations of such network, limitations of traditional distance protection were identified. Phasetophase loops can face difficulties in properly detecting crosscountry faults even when one of the two simultaneous faults is relatively close to the measuring point. Phasetoearth loops can only be reliable when faults are solid or with very low resistance and in conditions where zero sequence current is present, while for multiple infeeds can also face difficulties. / Kraven på elkraftsystemets pålitlighet ökar hela tiden, då kundernas krav på tillgänglighet hela tiden stiger. Som ett led i att förbättra leveranssäkerheten på mellanspänningsnivån har ett flertal elnätsbolag i Europa, Nord och Sydamerika samt Oceanien börjat använda spoljordning. Genom detta kan jordfel under drift tillåtas, på allt ifrån sekundbasis till timmar. På detta sätt undviks driftavbrott vid jordfel. Spoljordning gör att jordfelsströmmen reduceras vilket minimerar risken för person, djur och egendomsskador. Under ett enfasigt jordfel höjs spänningen i de två opåverkade faserna till maximalt 1.73 gånger den nominella spänningen, detta i hela det aktuella nätet. Spänningshöjningen riskerar att ge skador på isolaringen, vilket gör att risken för uppkomsten av ett andra jordfel någonstans i samma nätavsnitt ökar. Att två enfasiga jordfel på olika platser inträffar samtidigt i samma nät, kallas dubbelt jordfel, på engelska crosscountry fault. Strömmen genom jord i ett spoljordat nät blir i detta fallet mycket högre än för ett enfasigt jordfel. Än så länge har bara ett fåtal studier med verkliga data och simuleringar gällande dubbla jordfel på mellanspänningsnivå utförts. Detta examensarbete syftar till att: förbättra förståelsen för hur dubbla jordfel uppkommer i spoljordade nät; beskriva hur dubbla jordfel kan beräknas analytiskt; och visa på vilka svårigheter dubbla jordfel kan ge för distansskydd. Detta görs genom: att analysera verkliga fel uppkomna i Skandinavien; analytisk modellering av dessa situationer; simulering med data från verkliga elnät; undersökning av hur felbehäftade delar och dess distansskydd beter sig vid fel. Den utvecklade matematiska modelleringsmetoden är jämförd med ett enkelt system som var simulerat, och resultaten av jämförelsen visar att modellen ger ett överensstämmande och noggrant resultat. Analysen av verkliga fel visar att dubbla jordfel inte direkt kan likställas med traditionella enfas- eller tvåfasfel för ett och samma utgående fack, då spänning och strömmar kan ha olika beteende. Avslutningsvis kunde begränsningar hos traditionella distansskydd upptäckas, tack var en omfattande simulering av nyss nämnda elnät. Fas- fas slingan kan se svårigheter att detektera dubbla fel även när ett av dessa två är nära till mätpunkten. Fas- jord slingan är endast pålitlig när felresistansen är försumbar, eller i fall där felresistansen är låg, samt i fall när nollföljdsströmmen är närvarande. Flera felströmsinmatningar kan likaså ställa till svårigheter.