Utfört examensarbete undersöker vinkelfelet i mätkretsen för riktade jordfelsskydd och hur det påverkar dess felbortkoppling. Uppkomna vinkelfel i mätkretsen kan påverka det riktade jordfelsskyddet så att verklig felström och uppmätt felström inte stämmer överens, vilket kan leda till uteblivna eller obefogade felbortkopplingar. Vattenfall ställer krav på att vinkelfelet får uppgå till max ±2 grader för mätkretsen. Eftersom vinkelfelet i många fall har en hög påverkan på jordfelsskyddets noggrannhet undersöks vad Vattenfalls vinkelkrav egentligen innebär. Största orsaken till vinkelfelet uppstår oftast i strömtransformatorn och därför undersöks hur mycket två strömtransformatorer med olika klassificeringar som är vanliga i elnätet påverkar vinkelfelet i mätkretsen. Jordfel är det vanligast uppkomna felet i mellanspänningsnät och dess storlek beror till stor del på hur mycket kapacitivt bidrag som finns på linjerna samt värdet på nollpunktsresistorn. Det kapacitiva bidraget från linjen kompenseras centralt i fördelningsstationen och ibland lokalt ute på ledningen. Den högst tillåtna centralt kompenserade delen av en linje får vara 30 A, vid reservdrift av en linje kan denna del uppgå till 60 A. Vinkelfelet har en högre påverkan vid stora kapacitiva bidrag och vid låga värden på nollpunktsresistorn. I många fall sitter det flera riktade jordfelsskydd på samma linje där selektivitet alltid eftersträvas. Vinkelfelet kan ha en negativ påverkan på denna selektivitet. Genom beräkningar, simuleringar och provningar har ett antal slutsatser dragits. Vattenfalls vinkelkrav ger en otydlig bild angående tillåten påverkan på jordfelsskyddet. Med rätt val av strömtransformator påvisas att det troligtvis är möjligt att skärpa vinkelkravet. För att minska vinkelfelets påverkan kan den högst tillåtna centralt kompenserade delen minskas och/eller öka värdet på nollpunktsresistorn. En beloppsselektivitet på 1000 Ω kan inte alltid tillämpas då vissa fall kräver en beloppsselektivitet på 2000 Ω. Genom att sätta nollpunktsspänningen som utlösningsvillkor och nollpunktsströmmen som frigivningsvillkor kan enligt studien troligen ett noggrannare jordfelsskydd uppnås. / This bachelor's thesis examines the angular error in the measurement circuit for directional earth-fault protection and how this error affects the fault disconnection. Angular errors in the measurement circuit can affect the directional earth-fault protection in such a way that the real fault current and the measured fault current do not match. This can lead to missed or unwarranted fault disconnections. Vattenfall has a requirement which states that the angular error must not exceed ±2 degrees for the measurement circuit. Since the angular error in many cases has a high impact on the earth-fault accuracy, an investigation concerning what Vattenfalls angle requirement really means. The main cause of the angular error usually occurs in the current transformers and therefore two commonly used current transformers in the grid with different classifications and their impact on the angular error in the measurement circuit are examined. Ground fault is the most common fault which occurs in a distribution network, its size depends largely on the amount of capacitive current which the grid contributes with as well as the size of the neutral grounding resistor. The capacitive contribution of the grid compensates centrally in the distribution station and sometimes locally on the line. The maximum permitted centrally compensated part of a line is limited to 30 A, this central part can go up to 60 A in case the line needs to be fed from a second distribution station. The angular error has a higher impact if the capacitive contribution is high and for low values of the neutral grounding resistor. In many cases more than one earth-fault protection are found on the same line, in these cases selectivity is always pursued. The angular error may have a negative effect on the selectivity. By calculations, simulations and tests a number of conclusions can be drawn. Vattenfalls angle requirement gives an unclear picture concerning the permitted impact on the earthfault protection. Moreover selecting the correct current transformer demonstrates that the angular requirement can probably be sharpened. To reduce the influence of the angular error the maximum permitted centrally compensated part be reduced and/or the value of the neutral grounding resistor can be increased. A selectivity of 1000 Ω can not always be applied since certain cases require a selectivity of 2000 Ω. By setting the zero sequence voltage as the trigger condition and the zero sequence current as the realese condition, according to this study it may be possible to achieve a more accurate earth-fault protection.

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.

Vid ombyggnationer och utbyggnationer av elnät förändras dess karakteristik.Detta leder till att skyddsfunktioner kan behöva justeras för att passa elnätets nyakarakteristik. Justeringar kan medföra att selektiviteten mellan skydden försvinner.Selektivitet innebär att endast skyddet närmast felet bryter strömmen, så atten så liten del som möjligt av elnätet blir strömlöst. För att säkerställa att selektivitetråder mellan skydden utformas selektivplaner där selektiviteten visuellt kananalyseras och vid behov utförs justering av skydden. Rotebro mottagningsstation iSollentuna ägs och drivs av Sollentuna Energi & Miljö (SEOM). Stationen står införombyggnationer och selektivplanerna behöver därför ses över.Då problemställningen är att selektiviteten mellan skydden behöver kontrollerasblir målsättningen att skapa en selektivplan för Rotebro mottagningsstation. Dennabaseras på mottagningsstationens skyddsinställningar och det anslutna elnätetskarakteristik. Arbetet resulterade i att en modell av Rotebro mottagningsstationskapades i programmet PSS Sincal. Från denna genererades selektivplaner somvisar att små justeringar av skydden kan göras. Det utfördes även en generell analyssom visar att selektivplaner har stor betydelse för samhället. / In case of build out and rebuilding electricity grids, the electrical characteristicschange. This means that protection features may need to be adjusted to suit theelectrical grids’ new characteristics. Adjustments may lead to loss of selectivity betweenprotective relays. Selectivity means that only the protection device closest tothe fault break the current, so only the smallest possible part of the electrical gridgets disconnected. To assure selectivity, selective tripping schedule is created andprotective relays are adjusted if needed. Rotebro substation in Sollentuna is ownedand operated by Sollentuna Energi & Miljö (SEOM). The substation is facing rebuildingand its selective tripping schedule needs to be reviewed.Since the problem is that selectivity between the protective relays needs to bechecked the goal is to create a selective tripping schedule for Rotebro substation.This is based on the substation protective settings and the connected electricalgrids characteristics. The thesis resulted in a model of Rotebro substation createdin the computer program PSS Sincal. From this a selective tripping schedule weregenerated that shows that small adjustments of the protective relays can be made.A general analysis was also conducted which shows that a selective tripping scheduleis of great importance to the society.

The transmission of electric power over long distances has historically posed challenges. However, the advent of high-voltage engineering has not only addressed distance barriers and power losses in electricity transmission and distribution, but it has also significantly improved the efficiency and transmission capacity of power grids. However, the use of high-voltage techniques has presented new challenges in identifying suitable insulator materials capable of withstanding high electrical stresses associated with elevated voltages. A significant issue arising from these extreme electrical stresses is the occurrence of partial discharges (PDs). Those are electrical sparks or pulses in the magnitude order of pico- or nano-coulombs (pC or nC) emitted from high voltage conductors due to the presence of impurities, contaminants or defects in their insulation system. PDs pose a serious threat to the insulation material due to their aggressive nature in breaking down weak points or links inside the insulation system leading to short-circuit and system failure. Means of offline or conventional testing of power assets against partial discharges has proven to be extremely precise but it is often an unavailable option since it requires a total power shutdown. In this paper, the performance of existing online PD detection techniques is tested and evaluated in terms of performance against conventional PD monitoring methods. Five non-intrusive detectors including an infrared camera (IR-camera), an ultrasonic sensor , a temperature and relative humidity sensor (TRH-sensor), high-frequency current transformer (HFCT sensor) and transient earth voltage antenna (TEV-antenna) were tested in a laboratory experiment for detection of PDs emitted by artificially-created defects inside a medium-voltage cable termination. The results showed varying sensitivity levels among the sensors, with the HFCT sensor demonstrating the highest sensitivity to all types and magnitudes of PDs. The IR-camera and ultrasonic sensor also showed potential, while the TRH-sensor exhibited poor sensitivity. The TEV-antenna had limited reliability. The findings of this study are that the HFCT system proved to be highly reliable for online PD monitoring, followed by the IR-camera and ultrasonic sensor, while the TEV-antenna and TRH-sensor showed lower reliability. In future work, further research on testing the HFCT system on-site can be conducted along with performing longer thermographic detection tests using the IR-camera to further investigate their potential in online PD detection. / Överföring av elektrisk kraft över långa avstånd har historiskt sett varit utmanande. Införandet av högspänningsteknik har inte bara övervunnit avståndsbarriärer och effektförluster vid överföring och distribution av elkraft, utan det har också avsevärt förbättrat kraftnätens effektivitet och överföringskapacitet. Användningen av högspänningsteknik har dock också inneburit nya utmaningar såsom utveckling av lämpliga isoleringsmaterial som tål höga elektriska påfrestningar vid höga spänningar. Ett betydande problem som härrör från dessa extrema elektriska spänningar är förekomsten av partiella urladdningar. Dessa urladdningar identifieras vara elektriska gnistor eller pulser i storleksordningen pico- eller nanocoulombs (pC eller nC) som emitteras från högspänningsledare på grund av närvaron av föroreningar eller defekter i närliggande isoleringssystem. PD:er utgör ett allvarligt hot mot isoleringsmaterialet på grund av deras aggressiva natur för att bryta ner svaga punkter eller länkar i isoleringssystemet, vilket kan leda till kortslutningar och systemfel. Konventionella metoder för att testa nätkomponenter mot partiella urladdningar har visat sig vara extremt noggranna, men detta är ofta inte ett tillgängligt alternativ eftersom det kräver ett totalt strömavbrott för att utföras. I denna studie testades och utvärderades prestandan hos befintliga metoder för online-detektering av partiell urladdning i förhållande till konventionella övervakningsmetoder. Fem icke-invasiva detektorer, inklusive en infraröd kamera, en ultraljudssensor, en temperatur- och relativ fuktighetssensor, en högfrekvent strömtransformator och en transient jordspänningsantenn, testades i ett laboratorieexperiment för att upptäcka partiella urladdningar orsakade av artificiellt skapade defekter i en mellanspänningskabelavslutning. Resultaten visade varierande känslighetsnivåer bland sensorerna, där högfrekventa strömtransformatorn visade den högsta känsligheten för alla typer och storlekar av partiella urladdningar. Den infraröda kameran och ultraljudssensorn visade också potential, medan temperatur- och relativ fuktighetssensorn visade låg känslighet. Den transienta jordspänningsantennen hade begränsad tillförlitlighet. Slutsatsen av denna studie är att den högfrekventa strömtransformatorn visade sig vara mycket tillförlitlig för online-övervakning av partiella urladdningar, följt av den infraröda kameran och ultraljudssensorn, medan den transienta jordspänningsantennen, temperatur- och fuktighetssensorn visade lägre tillförlitlighet. I framtida forskning kan ytterligare undersökningar av det högfrekventa strömtransformatorsystemet utföras på plats, tillsammans med längre termografiska detekteringstester med hjälp av den infraröda kameran för att ytterligare undersöka deras potential för onlinedetektering av partiella urladdningar.