Felles elektro/Prosjektering og bygging/Isolasjonskoordinering og overspenningsbeskyttelse

Fra Teknisk regelverk utgitt 1. februar 2017
Hopp til: navigasjon, søk

1 Hensikt og omfang

Kapittelets hensikt er å optimalisere alle elektroanleggene i infrastrukturen slik at feil, som oppstår på grunn av driftsfrekvente eller atmosfærisk overspenninger, begrenses til et minimum. Kapittelet omfatter alle elektroanleggene i infrastrukturen.

Isolasjonskoordineringen omfattes av koordinering i jordingsanlegget, bestemmelse av isolasjonsnivå, isolasjonsavstander og bruk av overspenningsbeskyttelse. Krav til jording av anleggene er gitt i kapittel 6.

Til dette kapittelet hører også Vedlegg 7a som gir en oppsummering av hvilke krav som finnes til isolasjonskoordinering i [FEF] og i internasjonale standarder. Vedlegget er å betrakte som informativt, alle gjeldende krav er dekket i hovedkapittelet.

2 Krav til isolasjon

a) Isolasjonskrav: På sekundærsiden av høyspenningstransformatorer skal lederne enten være sikret eller så skal lederne ha jord- og kortslutningssikker forlegning (se definisjon i [NEK 400]) frem til første vern.

2.1 Høyspenningsanlegg

2.1.1 Generelt

Forskrift for elektriske forsyningsanlegg (FEF) har krav til isolasjon for høyspenningsanlegg:

  • §4-2: høyspenningsinstallasjoner
  • §6-3: høyspenningsluftlinjer
  • §8-3: jernbaneanlegg

§4-2 og §6-3 er unntatt for jernbane, men i henhold til Felles_elektro/Prosjektering_og_bygging/Generelle_tekniske_krav/Vedlegg/Jernbaneverkets_kommentarer_til_FEF forstår Bane NOR at unntaket kun gjelder for de anleggene som er omfattet av §8-3.

FEF henviser til følgende standarder for:

  • dimensjonering for driftsspenning i 15 kV-anleggene: EN 50163
  • dimensjonering for temporære overspenninger: EN 50124-1 og EN 50124-2
  • bevegelig avspente ledninger i kontaktledningsanlegget: EN 50119
  • fast avspente ledninger: EN 50341.

2.1.2 Isolasjonsnivå i kontaktledningsanlegget, 15 kV

Definerte spenningsbegreper:

  • Nominell spenning Un: Nominell spenning for kontaktledningsnettet og tilknyttede anlegg er ifølge Banestrømforsyning/Prosjektering_og_bygging/Kraftsystem#Egenskaper 15 kV.
  • Merkeisolasjonsspenning UNm: EN 50124-1 anviser at laveste merkeisolasjonsspenning UNm mellom fase og jord for kontaktledningsnettet og tilknyttede anlegg, settes lik maksimal kontinuerlig driftsspenning, Umax1. I henhold til EN 50163 er Umax1 = 17,25 kV.
  • Impulsholdespenning UNi: For kontaktlendingsnettet og tilknyttede anlegg er impulsholdespenningen UNi mellom fase og jord eller mellom forskjellige faser.

a) Impulsholdespenning: Impulsholdespenning skal være UNi = 125 kV.

  1. Utførelse: For spesielt sårbare anleggsdeler kan impulsholdespenningen økes til 170 kV for å redusere sannsynlighet for overslag.

b) Impulsholdespenning over bryterkontakter: Minste impulsholdespenning over bryterkontakter skal i henhold til EN 50124-1 økes ett nivå, til 145 kV.

c) Klaringer i luft: Minste klaring mot jord i luft skal i samsvar med EN 50124-1 settes lik:

  • 235 mm ved impulsholdespenning UNi = 125 kV,
  • 270 mm ved impulsholdespenning UNi = 145 kV og
  • 310 mm ved impulsholdespenning UNi = 170 kV.
  1. Verifikasjon: Verifikasjon av tilstrekkelig klaring skal gjennomføres ved måling av klaringen, eller ved test.
  2. Verifikasjon: Der tilstrekkelig klaring for komponenter verifiseres med test, skal lynimpulstest i henhold til EN 50124-1 utføres som typetest hos produsent eller tredjepart, og kraftfrekvenstest i henhold til EN 50124-1 utføres som rutinetest.
  3. Verifikasjon: Der tilstrekkelig klaring for et sammensatt anlegg verifiseres med test, skal testen utføres som en kraftfrekvenstest i henhold til EN 50124-1.

d) Klaringer i luft for bevegelig innspente liner: For bevegelig innspente liner i kontaktledningsanlegget kan klaringene som er angitt i punkt c) (fra EN 50124-1) mot jord i luft, reduseres til:

  • 150 mm (statisk klaring) og
  • 100 mm (dynamisk klaring).
  1. Utførelse: Ved seksjonering med bruk av seksjonsisolator skal isolasjonsavstanden mellom spenningssatt del og frakoblet/jordet del i henhold til veiledningen til FEF §8-3 være minst 150 mm.
  2. Utførelse: Krav til dynamisk klaring skal overholdes ved en kraft på 200 N mellom strømavtaker og kontakttråd.
  3. Utførelse: For å begrense risiko for overslag ved bruk av mindre klaringer enn spesifisert i EN 50124-1, bør det benyttes tilleggsbeskyttelse, for eksempel overspenningsavleder eller isolert leder.

e) Klaringer i AT-system: Minste klaring mellom ledere i AT-system skal være tilsvarende som mot jord, det vil si 235 mm.

  1. Utførelse: Minste faseavstand uten vind for AT-ledere i 60 meter luftspenn med horisontalt oppheng skal ikke være mindre enn 650 mm, se [Referanse: Knut Karijord: Faseavstander og belastningsstrømmer i nytt kontaktledningsnett, Statnett, 18.05.2005. Dokument nr.: EB.800032-000.].
Anleggspraksis i Bane NOR for faseavstanden i vind er 1000 mm.
Minste klaring er satt for å begrense sannsynlighet for overslag ved lynspenninger.
Sannsynligheten for overslag påvirkes ikke av at driftsspenningen mellom faselederne er høyere enn mot jord.

f) Krypstrømsavstand: Minste krypstrømsavstand over isolatorer skal velges slik at isolatoren motstår høyeste driftsspenning.

  1. Utførelse: For glass- og keramikkisolatorer skal krypstrømsavstand velges i henhold til Tabell 1.
  2. Utførelse: For komposittisolatorer skal krypstrømsavstand i henhold til EN 50151 bestemmes sammen med produsenten på bakgrunn av høyeste kontinuerlige driftsspenning UNm = 17,25 kV og relevante miljøbetingelser.
De viktigste karakteristiske miljøbetingelsene i jernbaneanlegg finnes i innendørsinstallasjoner (rent miljø), utendørs (forurenset, men med naturlig vask), og i tunneler (sterkt forurenset uten naturlig vask).

Tabell 1: Krypstrømsavstander for glass- og komposittisolatorer
Situasjon Krypstrømavstand
mm
Kommentar
Beskyttet miljø eller ved planlagt regelmessig vask av isolatorer Minimum 414 Benyttes normalt kun i innendørs anlegg, for eksempel koplingsanlegg, med ventilasjon av ren eller filtrert luft.
Ugunstige forhold (forurensning, industri, tåke, tettbygde områder) Minimum 621 mm
anbefalt 690 mm
Normalt valg i utendørs anlegg med lav forurensning.
Ekstremt ugunstige forhold (kraftig forurensning, tåke i kombinasjon med sjø eller forurensning) Minimum 828 mm Velges ved sterk forurensning og i tunneler/kulverter/overbygg der isolatorene ikke får naturlig vask.

g) Avstand til konstruksjoner over jernbanen: Faste konstruksjoner over jernbanen, for eksempel bruer, bygninger, kulverter, osv., bør ikke bygges nærmere enn 400 mm fra spenningsførende deler i kontaktledningsanlegget av hensyn til fremtidige justeringsmuligheter, og for å hindre at fugler kortslutter mellom kontaktledningsanlegget og konstruksjonen.

h) Kabler: Kabler for 15 kV-anlegg skal ha et isolasjonsnivå, i henhold til IEC 60502-2, på U0/U(Um ) = 18/30 (36) kV.

2.1.3 Isolasjonsnivå for returledere

a) Returledning: Returledning som er seriekoblet med sugetransformator, skal ha et isolasjonsnivå på 1000 V mot jord.

2.1.4 Øvrige høyspenningsanlegg

a) Isolasjonskrav: Krav til isolasjon i øvrige høyspenningsanlegg skal følge bestemmelsene i FEF (§4.2 og §6.3).

2.2 Lavspenningsanlegg

2.2.1 Isolasjonsnivå i lavspenningsanlegg

a) Isolasjonsnivå: Anlegg, utstyr og komponenter skal bygges slik at isolasjonsnivåene i Tabell 2 oppfylles.

  1. Utførelse: Verdiene gjelder for 230/400 V system, og med referanse til NEK 400 skilles det ikke mellom isolasjonsholdfasthet for fase-fase og fase-jord.
Kravene til isolasjonsnivå gjelder for isolasjonsholdfasthet ved 1,2/50 μs-støt og 8/20 μs-støt.

Tabell 2: Isolasjonsnivå for lavspenningsanlegg
Impulsholdespenning, UNi Anleggsbeskrivelse Kommentar
6 kV
Hovedfordeling, strøminntak, inklusiv måler Inntak fra lokal netteier [NEK 400:2014, tabell 44C]
Inntak fra reservestrømstransformator
4 kV
Fast opplegg inkl. ledninger og stikkontakter [NEK 400:2014, tabell 44C]
Signal og telekommunikasjon [EN 50121-4]
2,5 kV
Vanlig utstyr [NEK 400:2014, tabell 44C]
2 kV
(fase-fase: 1 kV)
Vanlig utstyr [EN 50121-5]
1,5 kV
Spesielt beskyttet utstyr [NEK 400:2014, tabell 44C]
[NEK 400:2014, tabell 44C] har også andre spenningsverdier (400/690 V, 1000 V).
[EN 50121-serien] anvendes for faste jernbaneinstallasjoner (inkludert rullende materiell).

2.2.2 Isolasjonsavstander i lavspenningsanlegg

a) Med bakgrunn i verdien for impulsholdespenning i Tabell 2 skal isolasjonsavstander i luft være i henhold til Tabell 3.

Avstandene er avhengig av lokalisering og forurensningsgrad. Ref. tabell A3 [EN 50124-1].

Tabell 3: Minimum avstand i luft for ulike impulsholdespenninger i lavspenningsanlegg avhengig av lokalisering,
Impulsholdespenning
UNi
Minimum isolasjonsavstand
[mm]
Innendørs i kapsling Innendørs uten kapsling Utendørs
6 kV 5,5 10,0 19,0
4 kV 3,0 7,0 15,0
2,5 kV 1,5*) 5,5 11,5
1,5 kV 0,5**) 5,5

*) 1,6 mm i PD4
**) 0,8 mm i PD3

3 Krav til overspenningsbeskyttelse

I tillegg til bruk av overspenningsvern oppnås bedre beskyttelse mot overspenninger ved hensiktsmessig jording og tilstrekkelig isolasjon, slik som beskrevet tidligere i dette kapittelet og i kapittel 6.

a) Krav til vern: Anlegg med overspenningsvern bør ha beskyttelse mot serielyn.

Dette kan oppnås med enten en mer robust type vernekomponent eller ved å sette inn to vernekomponenter av samme type i parallell.

b) Overvåking: Vern for spesielt viktige og utsatte installasjoner bør ha alarmkontakt for melding ved defekte vern.

3.1 Overspenningsvern

3.1.1 Funksjonskrav

a) Normal drift: Overspenningsvernet skal være høyohmig og ikke representere en feilkilde ved nominell driftsspenning.

Betingelsen er bestemmende for vernets laveste vernenivå, se kommentarer til Tabell 4.

b) Ved overspenninger: Vernet skal være anleggets “svakeste punkt”, dvs. at vernet skal uskadeliggjøre overspenninger før isolasjonen skades.

Betingelsen er bestemmende for vernets høyeste vernenivå, se kommentarer til Tabell 4.

c) Ved havari: Havarerte/defekte vern skal ha varsel som er godt synlig ved inspeksjon.

  1. Defekte vern skal skiftes ut snarest.

d) Egenskaper: Overspenningsvern i kontaktledningsanlegg skal ha egenskaper, både i normal drift og ved eventuelt havari, som ikke hindrer de utkoblings- og gjeninnkoblingsrutinene som er gitt i [546].

3.1.2 Plassering av overspenningsvern

a) Plassering: Overspenningsvern skal plasseres foran og så nær som mulig det objektet som skal beskyttes.

Se Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording#Beskyttelse mot lynspenninger.

3.2 Krav til overspenningsvern i anlegg med 15 kV og 11/22 kV

a) Overspenningsvern: Det skal monteres overspenningsvern (metalloksidavleder) ved punkter i nettet der det er risiko for skade på utstyr eller kabler som følge av overspenninger.

  1. Utførelse: Som et minimum skal det monteres overspenningsvern ved de stedene som er beskrevet i avsnittene 3.2.1 - 3.2.4 nedenfor.

b) Krav til overspenningsvern: Ved valg av overspenningsvern i anlegg med 15 kV, 11 kV eller 22 kV skal de dimensjonerende spenninger gitt i Tabell 4 følges.


Tabell 4: Dimensjonerende spenninger for valg av overspenningsvern i anlegg med 15 kV, 11 kV eller 22 kV
Parameter (EN 60099-4) KL-anlegg, 15 kV 11 kV 22 kV
Kontinuerlig driftsspenning Uc 17,25 kV 12 kV 24 kV
Merkespenning Ur > 22,0 kV 15 kV 30 kV
Vernenivå Upl 0,5*UNi < Upl < 0,7*UNi
Impulsholdespenning UNi 125 kV Vurderes: 60/75/95 kV Vurderes: 95/125/145 kV

c) Verifikasjon av metalloksidavledere: Ved bruk av metalloksidavleder skal beskyttelsen simuleres som spesifisert i EN 50124-2.

  1. Utførelse: Simuleringen kan utføres som del av type- eller systemdokumentasjonen av produsent eller av tredjepart.
Overspenningsvern betegnes ofte med sin merkespenning (Ur) eller sin kontinuerlige driftspenning (UC). Ut ifra dette kontrolleres i produktspesifikasjonen hvilken Ur eller UC som gir Ures (vernenivå/restspenning) innenfor akseptable verdier.

3.2.1 Overspenningsvern ved sugetransformator

a) Plassering: Det skal installeres overspenningsvern på begge sider av hver sugetransformator mellom kontaktledningen og en felles jordingselektrode.

  1. Unntak: For sugetransformator i tunneler installeres overspenningsvern i kontaktledningsanlegget utenfor begge tunnelmunningene.

3.2.2 Overspenningsvern ved reservestrømstransformator

a) Reservestrømstransformatorer skal beskyttes med overspenningsvern.

  1. Vernet bør tilkobles kontaktledningen mellom eventuell skillebryter og sikring for enklere utskifting av defekt avleder.
  2. Unntak: For reservestrømstransformator i tunneler installeres overspenningsvern i kontaktledningsanlegget utenfor begge tunnelmunningene.

For utførelse, se Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording#Beskyttelse mot lynspenninger.
Se også Felles elektro/Prosjektering og bygging/Lavspent strømforsyning.

3.2.3 Overspenningsvern ved høyspenningskabler

a) Overspenningsvern: Kabelen skal beskyttes mot overspenninger med overspenningsvern.

  1. Utførelse: Kabler ≥ 70 m skal ha overspenningsvern i begge ender.
  2. Utførelse: Kabler < 70 m skal ha overspenningsvern i den enden som er mest utsatt for lynoverspenninger.
  3. Unntak: En kort kabel lokalt i KL-mast/åk kan installeres uten vernekomponenter dersom kabelen har en spenningsfasthet på minimum 52 kV.

b) Jording: Kabelens skjerm skal jordes og utjevnes til returkretsen i minst en ende, fortrinnsvis i den enden der det er overspenningsvern for faselederen.

  1. Vurdering: Dersom kabelens skjerm ikke har tilstrekkelig strømføringsevne, skal skjermen i den andre enden enten utisoleres eller ha en åpen jording – i motsatt fall kan skjermen jordes og utjevnes til returkretsen.
  2. Utførelse: Åpen jording utføres med et overspenningsvern mellom kabelskjerm og jord, se Figur 1. Se verdier for merkespenning i Tabell 5 for overspenningsvernet brukt i åpen jording.
  3. Utførelse: Ved utisolering eller åpen jording skal skjermen skjermes mot berøring.
  4. Utførelse: Ved utisolering eller åpen jording skal kabelen merkes med varsel om farlig spenning på kabelskjermen.
  5. Utførelse: Ved utisolering eller åpen jording kan kabelskjermen brettes tilbake over ytterkappen og beskyttes/isoleres med en strømpe.
Merk også veiledning til Forskrift om elektriske forsyningsanlegg [FEF, §4-4] om "Koblingspunkter og avslutninger for kabler" for den ikke-jordede kabelskjermen. Dette er også relevant med "åpen jording" med overspenningsvern.
Overspenningsvern er viktig for å unngå at en overspenning overskrider vernenivået (restspenningen). Spenningen mellom leder og skjerm i kabelendemuffe i den åpne enden kan i verste fall (uten overspenningsvern) bli dobbelt så stor som vernenivået.
Figur 1 viser et eksempel på overspenningsbeskyttelse av en lang høyspenningskabel (matekabel, forbigangskabel m.v.). Kabelskjermen har "åpen jording" ved forsyningsenden, og i den andre enden er kabelskjermen koblet direkte til jord. Figuren viser kun skjematisk prinsipp i forbindelse med overspenningsvernene. Se Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording#Beskyttelse mot lynspenninger for ytterligere detaljer vedrørende jording.

Tabell 5: Overspenningsvern for kabelskjerm
Kabellengde 1)
m
Merkespenning
(12,5 kA kortslutningsstrøm)
Merkespenning
(31,5 kA kortslutningsstrøm)
under 70 ---- ----
70 til 100 3 kV 3 kV
101 til 500 3 kV 6 kV
501 til 1 000 6 kV 9 kV
1 001 til 2 000 6 kV 10 kV
2 001 til 3 000 9 kV 10 kV
3 001 til 4 000 9 kV ----
4 001 til 5 000 10 kV ----
5 001 til 6 000 10 kV ----
6 001 til 7 000 10 kV ----

1) Ved AT-system har NL og PL halve (kortslutnings-)strømmen, noe som tilsier halvparten av indusert spenning.
Eksempel: For en kabel med NL på 4 km, gjøres oppslag på halve kabellengden, noe som gir en tennspenning i overspenningsvernet på 6 kV for kolonnen med 12,5 kA.

Figur 1: Eksempel på overspenningsbeskyttelse av en lang matekabel (> 70 m), med åpen jording i forsyningsenden.
(Er kabelen kortere enn 70 m, installeres bare ett overspenningsvern (som vist på høyre side i figuren).

3.2.4 Overspenningsvern ved autotransformatorer

Det brukes kabel mellom autotransformator og tilkopling til luftkurs med NL og PL.

a) Vern: I mast med overgangen mellom luftkurs og kabel skal det være overspenningsbeskyttelse.

b) Vern på AT: Når kablene for NL og PL er over 70 m, skal autotransformatoren beskyttes med overspenningsvern mellom henholdsvis NL-tilkoplingen og midtuttaket på autotransformatoren og PL-tilkoplingen og midtuttaket på autotransformatoren.

  1. Utførelse: Når det er overspenningsvern i AT-kiosken, skal det være en impulselektrode i tillegg til ringjord.

3.3 Krav til overspenningsavledere i lavspenningsanlegg

Avsnittet omhandler vern mot overspenninger fra strømforsyningssiden til teknisk utstyr. Klassebetegnelsen angir hvor stor påkjenning vernene skal testes etter, ref. [REN blad 8021]
Grovvernert avleder størstedelen av den innkommende overspenningen. Finvernet skal avlede det som slipper forbi grovvernet og ikke dempes i tilledningene.

a) Dimensjonerende spenninger: Ved valg av overspenningsavledere i lavspenningsanlegg skal de dimensjonerende spenningene gitt i Tabell 6 følges.

b) Grovvern: Grovvern (klasse 1) skal installeres ved avgrening fra lokal netteier til Bane NOR.

  1. Vernene bør dubleres.

c) Finvern (klasse 2): Finvern eller “mellomvern” (klasse 2) skal installeres i hovedfordeling (“omformerrom”) ved alle innkommende linjer/kabler.

  1. Utførelse: Vernene bør dubleres.

d) Finvern (klasse 3): Finvern (klasse 3) skal installeres i de respektive fordelingsskap for signal-, fjernkontroll- og teleanlegg, se også avsnitt 3.3.1.

e) Vernenivå: Finvernet skal ha minst 5-10 % høyere vernenivå enn grovvernet, mens grovvernet skal ha høyest energiopptaksevne.

f) Kapsling: Vern skal være montert slik at det ikke medfører berøringsfare (IP20) eller skade på annet utstyr.

g) Klaring: Det skal ved montering tas hensyn til nødvendig sikkerhetsavstand til annet utstyr, spennings­førende deler eller jord for å hindre overslag ved utblåsninger fra vern som tenner og avleder overspenninger.

h) Indikasjon av feil: Det bør benyttes pluggbare vern med godt synlig varsel ved havari. Vern for spesielt viktige installasjoner bør ha alarmkontakt for fjernavlesning ved defekte vern.

i) Alarmkontakt bør også monteres for egne sikringer foran overspenningsvern. Dersom sikringene kobler ut, vil ikke alarmkretsen fra vernet gi noen indikasjon på denne funksjonssvikten.

  1. Utførelse: Egne sikringer for overspenningsvern skal være selektive i forhold til forankoblede sikringer/vern, slik at feil ved overspenningsvern ikke gir utkobling av en hel installasjon.

Tabell 6: Dimensjonerende spenninger for valg av avledere i lavspenningsanlegg
Nominell spenning, Un,fase-fase Støtspennings-holdfastehet, Um 1) Kontinuerlig driftsspenning, Uc, merkespenning, Ur 2) Anbefalt avleder-spenning, Up 3)
Kategori 1:
Elektrisk utstyr med elektronikk
signal/tele
TN 400 V
TT 230 V
IT 230 V 4)
1500 V 280 V
280 V
320 V eller 420 V
< 1200 V
Kategori 2:
Elektrisk utstyr
signal/elektrisk
TN 400 V
TT 230 V
IT 230 V 4)
2500 V 280 V
280 V
320 V eller 420 V
< 2000 V
Kategori 3:
Lavspent fast opplegg
ledning, stikk ++
TN 400 V
TT 230 V
IT 230 V 4)
4000 V 280 V
280 V
320 V eller 420 V
< 3200 V
Kategori 4:
Lavspent nett
TN 400 V
TT 230 V
IT 230 V 4)
6000 V 280 V
280 V
320 V eller 420 V
< 4800 V

1) I henhold til [NEK 400:2006], tabell 44B, og [REN blad 8021].
2) For lavspenningsanlegg er Uc = Ur i henhold til [REN blad 8021]. Verdiene oppgitt er den korresponderende fase-jordspenningen + 10 %.
3) I henhold til [REN blad 8021] anbefales å bruk en avlederspenning som er 20 % lavere enn støtspenningsholdfastheten.
4) For IT-nett anbefales høyere Uc for å ta hensyn til at det kan forekomme overspenning fra enpolt induktiv jordfeil.

3.3.1 Overspenningsvern for kommunikasjons- og signalutstyr

a) Sikring av kabler: I tillegg til overspenningsvern på strømforsyningssiden av utstyret skal det monteres egne vern for inn- og utgående kabler og linjer i sikrings-, tele,- og fjernstyringsanlegg.

b) Sikring av kabler: Generelt bør det monteres overspenningsvern ved terminering av linjer på alle ut- og inngående ledere/par for kabelføringer som er:

  • forlagt langs jernbanetraseen og er utsatt for induserte spenninger fra banestrøm
  • tilkoblet utstyr i skap/kapslinger koblet til returkretsen, se Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording)
  • koblet til luftstrekk nær termineringssted
  • koblet til utstyr utsatt for lynnedslag (antennemaster og lignende)

c) Omfang av vern: Overspenningsvern skal settes opp også på udisponerte ledere/par.

4 Vedlegg

Vedlegg 7a - Isolasjonskoordinering 15 kV, installasjoner og luftlinjer

Vedlegg - Spenningsbegrensende komponenter – VLD