Bruk av AMS til å følge opp regelverk om spenningskvalitet

Transkript

1 Bruk av AMS til å følge opp regelverk om spenningskvalitet Helge Seljeseth SINTEF Energi Teknologi for et bedre samfunn 1

2 DET NORSKE LAVSPENNINGSNETTET 3 PÅSTANDER 1. Norge er verken verdensmester eller europamester i lavspennings-nett, vi er på den nedre halvdelen av "resultatlisten" i Europa! 2. Lavspenningsnettet er kanskje Norges mest "forsømte" nett (nettstyrke/kortslutningsytelse!). 3. Stor andel IT-nett bidrar til å forsterke utfordringene i våre svake lavspenningsnett 4. AMS-utrullingen er en fantastisk mulighet til å få god oversikt og kontroll med tilstanden i lavspenningsnettet! Teknologi for et bedre samfunn 2

3 Hvorfor krav til spenningskvalitet? Kompatibilitet mellom elektrisitet og elektriske apparater EMC vs EMI : Emisjon og Immunitet! (apparater skal ikke forstyrre seg selv eller andre apparater/utstyr) Utstyr og apparater skal fungere slik de er tenkt. De skal ikke: gi problemer/feil under drift Ikke slå seg av (trip) Ikke havarere! Ikke forårsake brann! Teknologi for et bedre samfunn 3

4 HAVARI OG BRANN! 1. Feil med utstyr/apparat 1. Dårlig renhold 2. Jordfeil -> 2-polt (eller x-polt) jordslutning 3. Serielysbue 2. Fasebrudd 3. Alt for høye eller lave spenninger Kilde og foto: VG og Vestfold interkommunale brannvesen Teknologi for et bedre samfunn 4

5 Regelverk spenningskvalitet? Forskrift om leveringskvalitet (FoL) Europa ("europanormen") NEK EN50160 HJELP til å få oversikt og hjelp til å finne årsak/kilde til problemer Hvilke kunder har uakseptable spenningsforhold Hvor er det fasebrudd Hvor er jordfeil(ene!) Med mer Teknologi for et bedre samfunn 5

6 Hvorfor måle leveringskvalitet m/ smarte energimålere? MYE billigere Ferdig opplegg for fjernavlesning! Stor utbredelse pga stor utrulling de kommende år Forskriftskravene gjelder i kundens inntak Måling hos sluttbruker og ikke bare i nettstasjon og transformator Kan ofte slippe å sende ut personell m/måleutstyr ved kundeklager! Ha full kontroll på utnyttelsen av nettet!!! Teknologi for et bedre samfunn 6

7 234 Eksempel 233 på spenninger målt hos kunder på samme lavspenningskrets Teknologi for et bedre samfunn 7

8 Teknologi for et bedre samfunn L1 (V) , ,25 200, , ,75 181, , , ,25 203, ,75 201,25 201,75 203, , , ,75 203, , ,25 203,5 204, , ,25 203,5 204,25 203,75 204, , , , ,5 203, ,75 199,75 202, ,75 203, ,25 203, , , ,25 202, ,25 204, ,75 204, , , , , , , , ,75 203,5 203,75 199, ,75 202, , ,25 199,75 204,25 199,5 203,5 203, ,75 203, , ,5 204,25 203, ,75 202,75 201, ,25 199, ,25 130, , , , ,25 204, ,5 202, , , ,5 202,75 201, , ,25 202, ,25 203,5 201, ,5 200, , ,75 202, , , , , ,25 201, , , ,75 197, , ,5 203,25 204,25 203, , ,5 203,25 198, ,75 166, , ,25 202,75 203, ,5 201, , , , , , ,25 197,75 197,25 204, ,25 187, , , ,25 204, ,75 203, , ,5 202,25 201, , ,25 203, , , , ,5 204, , ,75 196,75 202, , ,5 202,75 203, , ,25 203, , ,25 203, , , , , , , , ,5 199,75 196, ,5 197, ,75 198, , ,5 203, ,25 202, ,5 199, ,25 200,625

9 Teknologi for et bedre samfunn 9

10 0,23kV 22kV V 253 V Målepkt.1 SOMMER VINTER V Målepkt.2 God spenningskvalitet. Marginer igjen i nettet. 230 V 207 V 253 V G Nettet fullt utnyttet. Ingen marginer igjen! 230 V 207 V Uakseptable forhold. Tiltak må iverksettes. 253 V 230 V 207 V Teknologi for et bedre samfunn 10

11 Det blir viktigere/mer nødvendig å følge med på variasjonene i spenningen! Teknologi for et bedre samfunn 11

12 Hvorfor medfører kundenes last/utstyr så mye avvik/forstyrrelser på spenningen i Norge? Anslagsvis mellom 30 og 40 % av det norske lavspenningsnettet har en impedans høyere og til dels mye høyere enn den standardiserte referanseimpedansen (Svake nett). Men HVA er den standardiserte referanseimpedansen? IEC TR 60725:2005 Considerations on reference impedances and public supply network impedances for use in determining the disturbance characteristics of electrical equipment having a rated current < 75A per phase. Brukes til å teste apparater tilkoblet et svakt standardnett Apparatene skal ikke genere utillatelige forstyrrelser når de er tilkoblet et slikt standard nett Referanseimpedansen finnes kun for 230/400 V TN-nett, men de samme apparater brukes i stor grad i 230V IT-nett (unntak mht 3-fase apparater 230 vs 400 V) Teknologi for et bedre samfunn 12

13 Følgende verdier er gitt i IEC TR 60725: Apparater < 16 A 230V/400V (50Hz) Faseleder 0,24+j0,15 Ω (Sk= 565 kva, Ik=0.8 ka) tallverdi: 0,28 Ω Nøytralleder 0,16+j0,10 Ω Fase-nøytral 0,40+j0,25 Ω Apparater < 75 A 230V/400V (50Hz) med inntak > 100A Faseleder0,15+j0,15 Ω (Sk= 755 kva, Ik=1.1 ka) Nøytralleder 0,10+j0,10 Ω Fase-nøytral 0,25+j0,25 Ω tallverdi: 0,21 Ω Det finnes ikke referanseimpedanser for 230 V IT. Men dersom man i et 230V IT nett skal ha samme nettstyrke som referanseimpedansen gir blir transformasjonen som følger: Z 230 = 2302 Z Dette betyr at referanseimpedansene referert 230V blir: Apparater < 16 A 230V (50Hz) Faseleder 0,08+j0,05 Ω tallverdi: 0,093 Ω Apparater < 75 A 230V (50Hz) med inntak > 100A Faseleder 0,05+j0,05 Ω tallverdi: 0,070 Ω Teknologi for et bedre samfunn 13

14 Hva tilsvarer dette i kortslutningsytelse/kortslutningsstrøm? I k2 > 1000A 0,109Ω 0.093Ω = 1172A Teknologi for et bedre samfunn 14

15 Tabell 1 Estimat på nettstyrke i norske lavspenningsnett. Prosentvis fordeling av nettstyrke (I k2min ) < 350 A A A A >= 1 ka 6,2 % 7,5 % 13,5 % 13,2 % 59,7 % : Estimatene er basert på en kartlegging av dagens nettstyrke hos 6 nettselskap v.hj.a. kortslutningsberegninger: Skagerak Nett Eidsiva Nett Istad Nett Helgeland Kraft Agder Energi Nett Fortum Til sammenligning var "målsetningen" med referanseimpedansen (IEC TR 60725) at 99 % (95 %) av kundene skulle ha en nettstyrke tilsvarende referanseimpedansen eller sterkere! I Norge ser tallet ut til å være bare 60 til 70 % og ganske mange har vesentlig svakere nett > hos enkelte så svakt at sikker utløsing av vern ikke lenger er en selvfølge! Teknologi for et bedre samfunn 15

16 NVE NVE gjorde egne undersøkelser mht kortslutningsytelsen i det norske lavspenningsnettet På Brukermøte Spenningskvalitet 2014 ( /09) uttalte NVE at resultatene så langt (og grovt sett) er i størrelsesorden ganske likt det man fant i undersøkelsen foretatt av Energi Norge og 6 nettselskap. Teknologi for et bedre samfunn 16

17 ELBILEN SOM LAST? Bolighus 43 kw Elbil 25 kw hovedsikring 3-fas 63 A IT-nett 25 kw 3,6 kw Mild dag Kald dag Hurtiglading Normal/treg lading Teknologi for et bedre samfunn 17

18 E-CARS load profiles (Normal charging of 15 electic vehicles of the municipality of Trondheim) Teknologi for et bedre samfunn

19 7 kw enfase lading av Tesla S i installasjon med relativt sterkt inntak ( Teknologi for et bedre samfunn 19

20 Gjennomstrømnings- Vannvarmere ("Tankless water heaters") Brukes både til romoppvarming (vannbåren varme) og til varmt tappevann (dusj etc) Ganske "genialt" hos de som har infrastruktur for bruk av gass IKKE så "genialt" hos de som må ha elektriske gjennomstrømningsvannvarmere Har potensiale til å lage betydelige spenningsavvik FRITIDS-boliger.! Teknologi for et bedre samfunn 20

21 Hva skryter de av de som selger "tankløse" vannvarmere - Minimalt plassbehov/ingen stor tank - Mindre strømforbruk - Mindre vannforbruk - "Helt avslått" utenom bruk - Varmt vann med en gang (på hytta) - Bedre vannhygiene - Enkel montering - Vedlikeholdsfri Teknologi for et bedre samfunn 21

22 Fas Volt - kw - A Sikring Fra - til Kabel ,57kW A 1.5-2,5 kvadrat ,5kW A kvadrat ,5kW A 4-6 kvadrat Fas Volt kw - A Sikring fra - til Kabel 2x2-fas evt. (1x3) 230V 9kW 2x40A kvadrat 2x2-fas evt. (1x3) 230V 11kW 2x45A kvadrat Fas Volt - kw Sikring Kabel v 12kW A 4 kvadrat v 15kW A 4 kvadrat Største "kjente" installasjon i bolig med trefase 63 A: 2 X 18 kw (!!!) Samtidighets- Faktor??? v 18 kw A 6 kvadrat v 21kW A 6 kvadrat v 24W 40-50A 10 kvadrat Teknologi for et bedre samfunn 22

23 Hva vil det koste å oppgradere det norske lavspenningsnettet til å takle alle utfordrende elektriske apparater? En gruppe norske nettselskap har i samarbeid med Energi Norge anslått kostnadene oppgradering (nettforsterkning) av det norske lavspenningsnettet opp mot referanseimpedansen (1000 A ikke 1272 A). Kostnadene ble anslått til mellom 15 og 113 milliarder kroner! SINTEF Energi har i arbeidet for Energi Norge foretatt litt mer konservative beregninger (utgangspunktet var å få kostnadene så riktige som mulig, men heller med for lave anslag fremfor for høye). Kostnadene SINTEF Energi kom fram til var mellom 9 og 33 milliarder kroner, men da "bare" forsterkning opp til 500 A (nett som i dag er under) Teknologi for et bedre samfunn 23

24 AMS-utrullingen: NYE SMARTE ENERGIMÅLERE AMS "Smart meters" eller bare "dumme" energimålere som kan fjern-avleses? Nå når man skal investere i et meget omfattende (og kostbart) målesystem og kommunikasjonssystem som innbefatter ALLE kunder Skal man BARE bruke det til å hente inn energimåling? eller skal man også bruke AMS-systemet til mer nettnytte og ENDELIG få god oversikt og kontroll i lavspenningsnettet? Hvor sterkt utnyttet er nettet? Hvor mye og hvor hurtig varierer spenningen? Raskere oppdage fasebrudd, brudd i nøytralleder, avbrudd, jordfeil (og sted/kilde) Teknologi for et bedre samfunn 24

25 Nettselskapene må øke "observabiliteten" i sine nett! Teknologi for et bedre samfunn 25

26 0,23kV 22kV V 253 V Målepkt.1 SOMMER VINTER V Målepkt.2 God spenningskvalitet. Marginer igjen i nettet. 230 V 207 V 253 V G Nettet fullt utnyttet. Ingen marginer igjen! 230 V 207 V Uakseptable forhold. Tiltak må iverksettes. 253 V 230 V 207 V Teknologi for et bedre samfunn 26

27 Voltage [V] Storskala spenningsmåling med AMS Målinger hentet fra 7000 SMARTE energimålere (DeVID og SPESNETT) Max Meters Min Meters Meters Data fra Smart Energi Hvaler, 8. aug. Teknologi for et bedre samfunn

28 Voltage [V] Storskala spenningsmåling med AMS Voltage [V] Voltage [V] Voltage [V] TRAFO Meters Lavspenningskretser Meters Meters Meters Teknologi for et bedre samfunn

29 Hva kan måles med enkle (SMARTE!) energimålere? Stor utvikling med hensyn til hva "smarte" energimålere kan måle utover energiforbruk! Selv enkle og billige målere til bruk i husholdninger kan registrere flere (alle) forhold i listen under: 1. Brudd i nøytralleder til installasjoner med TN-Nett 2. For høye spenninger (over 230 V + 10 %) minimum +1 måle-verdi pr uke 3. Fasebrudd (brudd på en faseleder) til installasjoner med IT-Nett 4. Jordfeil (eksempelvis kan sumstrømmålinger være til god hjelp for å finne hvor jordfeilen er) 5. For lave spenninger (under 230 V - 10 %) minimum +1 måle-verdi pr uke 6. Avbrudd Rekkefølgen i listen er for øvrig ikke tilfeldig, den er i stor grad rangert fra de mest alvorlige feilene øverst til de minst alvorlige nederst (unntak jordfeil). Teknologi for et bedre samfunn 29

30 Hvor og hvordan detektere jordfeil? Spenningsmåling eller sumstrømmåling? JA TAKK, begge deler! For deteksjon av jordfeil: Spenningsmåling i nettstasjoner (ev. også sumstrøm) "push" For deteksjon av hvilken kunde som har jordfeil: Sumstrømmåling i AMS hos kunder "pull" Teknologi for et bedre samfunn 30

31 ma ma 22kV V Jordfeil deteksjon Varsel "Push" 0,23kV ma Jordfeilkilde deteksjon "Pull" ma ma ma ma ma ma ma ma G Teknologi for et bedre samfunn 31

32 Teknologi for et bedre samfunn 32

33 Ca 7.minutter > 450 V Teknologi for et bedre samfunn 33

34 TAKK FOR OPPMERKSOMHETEN Teknologi for et bedre samfunn 34