Konttiterminaalien keskijänniteverkot ja verkkoon liitettävät epälineaariset kuormat
Jaakkola, Anssi (2018)
2018
Sähkötekniikka
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-06-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201805241858
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201805241858
Tiivistelmä
Cargotec Oyj:hin kuuluva Kalmar tulee tarjoamaan tulevaisuudessa maailmanlaajuisesti sijaitseville asiakkailleen uudenlaisia ratkaisuja lastinkäsittelyyn. Uudet ratkaisut edellyttävät uudenlaisten kuormien kytkemistä paikallisten konttiterminaalien sähköverkkoihin. Työn tavoitteisiin kuuluu selvitys yhdestä keskijännitetasoisesta kolmivaiheliitynnästä paikalliseen sähköverkkoon eri maanosissa sijaitsevissa konttiterminaaleissa. Tavoitteena on myös selvittää, kuinka epälineaarisen kuorman aiheuttamien harmonisten yliaaltovirtojen summautuminen sähköverkossa toteutuu, kun useita samantyyppisiä epälineaarisia kuormia kytketään sähköverkkoon. Lisäksi tutkitaan tarvetta järjestelmän aiheuttamien harmonisten yliaaltojen vaimentamiseen.
Työ jakaantuu kahteen osaan. Yksittäistä epälineaarista kuormaa tutkittiin tarkemmin sähkön laadun kannalta Kalmarin testikentällä tehtyjen mittausten avulla, jotta saatiin käsitys lisättävien kuormien vaikutuksesta sähkön laatuun. Mittaustulokset osoittivat, että epälineaarisen kuorman aiheuttama virran harmoninen kokonaissärö täydellä teholla on 13,4 %, jota voidaan pitää haitallisena arvona järjestelmän häviöiden sekä komponenttien eliniän kannalta. 10 epälineaarisen kuorman aiheuttamien harmonisten yliaaltovirtojen summautumisesta annettiin arvio jo tehtyjen tutkimuksien perusteella. Arvion mukaan on mahdollista, että 3. harmoninen yliaaltovirta kumoutuu noin 30 prosenttisesti, jonka lisäksi korkeammilla virtayliaalloilla on mahdollista saavuttaa vielä suurempia arvoja. Lisäksi todettiin, että yksinkertaisin ja käytännöllisin ratkaisu harmonisten yliaaltovirtojen minimoimiseksi on induktiivisen reaktanssin lisääminen järjestelmään käyttäen fyysisesti suurempaa muuntajaa syöttämään epälineaarista kuormaa, millä varmistetaan standardien mukainen sähkön laatu.
Tutkimuksessa epälineaarisen kuorman liittämisestä eurooppalaisen ja pohjois-amerikkalaisen konttiterminaalin keskijänniteverkkoon käytettiin hyväksi kyseisten konttiterminaalien sähkösuunnitelmia, joiden perusteella selvitettiin paikallisilla sähköasemilla sijaitsevien keskijännitekojeistojen tyypit, jonka jälkeen valittiin oikeanlaiset keskijännitekaapelit sekä kaapelipäätteet. Kaapelilähdöt suojataan releillä, joissa käytetään oikosulku- ja maasulkusuojauksia. Kaapelilähtöä suojaavan releen laukaisukäyrinä käytetään käänteisaikaista sekä vakioaikaista laukaisua ja releen toiminta-ajoille asetetaan suojauksen selektiivisyyden täyttävät arvot.
Työ jakaantuu kahteen osaan. Yksittäistä epälineaarista kuormaa tutkittiin tarkemmin sähkön laadun kannalta Kalmarin testikentällä tehtyjen mittausten avulla, jotta saatiin käsitys lisättävien kuormien vaikutuksesta sähkön laatuun. Mittaustulokset osoittivat, että epälineaarisen kuorman aiheuttama virran harmoninen kokonaissärö täydellä teholla on 13,4 %, jota voidaan pitää haitallisena arvona järjestelmän häviöiden sekä komponenttien eliniän kannalta. 10 epälineaarisen kuorman aiheuttamien harmonisten yliaaltovirtojen summautumisesta annettiin arvio jo tehtyjen tutkimuksien perusteella. Arvion mukaan on mahdollista, että 3. harmoninen yliaaltovirta kumoutuu noin 30 prosenttisesti, jonka lisäksi korkeammilla virtayliaalloilla on mahdollista saavuttaa vielä suurempia arvoja. Lisäksi todettiin, että yksinkertaisin ja käytännöllisin ratkaisu harmonisten yliaaltovirtojen minimoimiseksi on induktiivisen reaktanssin lisääminen järjestelmään käyttäen fyysisesti suurempaa muuntajaa syöttämään epälineaarista kuormaa, millä varmistetaan standardien mukainen sähkön laatu.
Tutkimuksessa epälineaarisen kuorman liittämisestä eurooppalaisen ja pohjois-amerikkalaisen konttiterminaalin keskijänniteverkkoon käytettiin hyväksi kyseisten konttiterminaalien sähkösuunnitelmia, joiden perusteella selvitettiin paikallisilla sähköasemilla sijaitsevien keskijännitekojeistojen tyypit, jonka jälkeen valittiin oikeanlaiset keskijännitekaapelit sekä kaapelipäätteet. Kaapelilähdöt suojataan releillä, joissa käytetään oikosulku- ja maasulkusuojauksia. Kaapelilähtöä suojaavan releen laukaisukäyrinä käytetään käänteisaikaista sekä vakioaikaista laukaisua ja releen toiminta-ajoille asetetaan suojauksen selektiivisyyden täyttävät arvot.