Designing a safe power grid for geothermal drilling in the Hellisheidi areagi

Abstract

Orka Nátturunnar notar stóra og orkufreka jarðbora í leit sinni að jarðvarma. Þessir borar hafa hingað til verið keyrðir á eldsneyti, með einni undantekningu þó. Jarðborun í Hverahlíð árið 2017 nýtti tengingar við rafmagn með góðum árangri og það er ósk Orku Náttúrunnar að keyra fleiri bora á rafmagni svæðisins í framtíðinni. Það hefur í för með sér sparnað í elsneytiskaupum og jákvæðari umhverfisáhrif. Árið 2016 var skrifuð ritgerð um mögulega tengipunkta inná núverandi kerfi, lagningu jarðstrengja, stærðir og verð. Þessi ritgerð kannar aftur á móti fýsileika viðbótanna og þau öryggissjónarmið sem huga ber að.Ritgerðin greinir helstu markmið sem felast í því að hanna örugga viðbót við rafdreifikerfi og leggur áherslu á greiningar á strengjum, tímastillingar á varnarliðum og hönnun jarðskauts. Jarðvegsmælingar leiddu í ljós að jarðvegurinn er með mjög hátt viðnám eða 10.000-20.000Ωm og hentar því illa til að dreifa vel úr skammhlaupsstraumum. Með réttri hönnun á jarðskauti er þó mögulegt að koma snerti- og skrefspennu niður fyrir örugg mörk.Notkun 240 mm Al jarðstrengja hefur í för með sér 3,7 % spennufall en strengurinn ræður vel við það straummagn sem kerfisviðbótin kallar á og skermur strengsins ræður einnig við mögulega bilunarstrauma.Með réttri stillingu varnarliða er mögulegt að rjúfa straum nógu hratt til þess að lækka flokka á persónulegum hlífðarfatnaði niður í Flokk 0 fyrir 11 kV tein og Flokk 1 fyrir 690 V tein.

On Power utilizes big drilling rigs to drill for sources of geothermal water and steam. These drills have been mostly run on diesel fuel, however an experimental hole drilled at the Hverahlíð area in 2017 utilized on-site electricity to run the drills with great results. It is ON Power’s desire to continue running these drills on electricity, not only for the savings on fuel purchases, but for the positive environmental impact. A thesis written in 2016 addressed possible connection points to the grid, the placement of underground cables, sizes and price.However, this thesis evaluates the safety and feasibility of these additions. The thesis identifies the main goals of safe grid additions and focuses on cable analysis, circuit breaker timing and grounding system design. Soil measurements reveal a harsh environment for fault current diffusion, with soil resistivity reaching 10,000-20,000 Ωm. However, with a correct design of an electrode, touch and step potential can be brought down to safe levels.The use of a 240 mm Al cable results in a 3:7 % voltage drop but the cable can handle all current stresses through its main conductor and can safely dispose of large fault currents through its screen.The correct set up of relay connected circuit breakers with fast reaction time reduces the 11 kV buses to PPE category 0 and 690 V buses to PPE category 1