SKAL STRØMMEN FREM DA MÅ MAN BYGGE FLERE DOBBELTLINJER

Transkript

1 SKAL STRØMMEN FREM DA MÅ MAN BYGGE FLERE DOBBELTLINJER Av Oddvar Tesaker, Rejlers Consulting AS Sammendrag I utlandet ser vi ofte dobbelt-linjer i distribusjonsnettet, noe som ikke er vanlig i Norge. I de norske regionalnettene benyttes dobbeltlinjer mye. Kan ensidige bygging av enkle distribusjonslinjer i Norge vært et feilgrep over mange 10-år? Hadde man i stedet bygd flere dobbeltlinjer, ville da mange av dagens problemer ikke eksistert? Mange norske dalfører forsynes fortsatt ensidig via 3 fasetråder. En rimelig og i sin tid akseptabel løsning. Men helt uakseptabelt i dagens moderne samfunn, som er svært sårbart for strømbrudd. En feil i begynnelsen av et dalføre får ofte store konsekvenser, se Figur 1 nedenfor. I de senere år har bygging av småkraftverk gitt oss ytterligere utfordringer: Kraftverkene - som ofte ligger fjernt fra trafostasjonene kan gi store spenningsvariasjoner ved start og stopp. Vil mere bruk av dobbeltlinje også løse dette problemet ved at kraftverkene og nettbrukerne benytter hvert sitt ledningssett? 1. INNLEDNING Mange norske dalfører forsynes ensidig/radialt via kun 3, ofte relativt tynne fasetråder, bygd for over 80 år siden og etter den tids krav: Rimeligst mulig strøm frem til ytterste gårdsbruk, og hvor «utetiden» var underordnet i forhold til målsettingen: elektrifisere landet. I sin tid en akseptabel og grei løsning når lyspærer og komfyrene stort sett representerte lasten. Men helt uakseptabel i dagens samfunn med TV og datamaskiner i hvert hus, butikker og bensinstasjoner, bankterminaler, frysebokser, melkemaskiner, hønserier helt avhengig av viftekjøling, osv., osv. Vi har eksempler i dag på at en industribedrift i Agder tapte et betydelig beløp på grunn av en strømstans: 4/ mistet en mellomstor industribedrift øst i Agder strømmen i ca. 15 minutter, uttaket før strømbruddet var ca. 6 MW. Bedriftens elektrosjef forteller at grunnet uheldige omstendigheter førte strømstansen til en produksjonsavbrudds-kostnad i størrelsesorden kr

2 000,-. Årsaken var at bedriftens automatiserte prosesser stoppet opp, og den etterfølgende manuelle oppstartprosedyren var tidkrevende og komplisert. Tallene gir en KILE-kostnad på kr /6 000 * 60/15 = kr 67,- pr ikke levert kwh. Figur 1: Distriktet forsynes en-sidig via enkeltlinje. Grantre-toppen treffer høyspenttrådene og mørklegger området. Flere mener at hadde man benyttet isolert BLL-tråd hadde det ikke blitt strømbrudd. Problemet er økende, ikke minst at man i den senere tid har man satt inn høyfølsomme jordfeilreleer som på sekunder kobler ut også ved svake linjefeil. Tidligere hvor det var lite kabling og dermed liten jordfeilstrøm, aksepterte vi noen minutters drift med jordfeil for at man kunne prøveinnkoble, stedfeste feil-stedet, eventuelt også «brenne ut feilen». Nye krav satte stopper for denne praksisen. Noen e-verk prøvde derfor for ca. 20 år siden ut den fransk-utviklede shuntbryteren som tillot drift en begrenset tid ved jordfeil på en avgang, men systemet slo aldri an i Norge. Så i dag driftes hele landet likt: Effektbryteren faller umiddelbart - også ved svake jordfeil og mørklegger bebyggelsen. I de senere år har innfasing av småkraftverk gitt nettselskapene ytterligere utfordringer, kanskje ikke primært overført strøm-mengde, men en redusert spenningskvaliteten/store spenningsvariasjonene i fordelingsnettet. 94

3 2. HVORFOR BYGGER ANDRE LAND DOBBELTLINJER? I utlandet ser vi det benyttes dobbeltlinjer i distribusjonsnettets hovedlinjer. De 2 fotoene i Figur 2 er tatt høsten 2013 på motorveien i Alicante-området i Spania. Figur 2: 22 kv hovedfordelingslinje langs motorveien nord for Alicante, Spania. På det øverste bildet ser man avgrening fra det ene ledningssettet til en kiosk som forsyner et tettsted. Mil etter mil kan man se at denne løsningen. Da jeg senere diskuterte dette med en kollega, opplyste han at slike dobbel-linje-løsninger benyttes i stor grad i hele Europa. Her følger noen argumenter for større bruk av dobbeltlinjer i fordelingsnettet: 2.1 Bedre forbikoblings-mulighet ved dobbeltlinje En dobbeltlinje må kunne sammenlignes med en bred flere-felts vei i forhold til en smal bygdevei uten midtstripe. Trafikken på en 4-felts 95

4 veg kan i de fleste tilfeller passere om en kjørebane er sperret. Det samme kan sies om strømmen i en dobbeltlinje. Som på en 4-felts vei vil man i en dobbeltlinje ved hjelp av brytere, kunne eliminere «utetiden» betydelig ved at strømmen «omdirigeres og tråkler» seg forbi «sperrede» seksjoner med feil. 2.2 Egen produksjonslinje gir stabil og upåvirket nettspenning I en dobbeltlinje kan det ene linjesettet reserveres produksjonsenhetene, hvor man aksepterer betydelig større spenningsvariasjoner. Avgangens «gamle» abonnenter tilkobles det andre linjesettet, som får jevn og god spenning året gjennom. I de tilfeller hvor det virker urimelig å legge alle kraftverkets tilknytningskostnader på nettselskapet, kan bygging av dobbeltlinjer lettere gi en riktigere kostnadsdeling 2.3 Større overføringsevne med 2 små enn 1 grovt tverrsnitt Overføringsevnen begrenses av lederens temperatur. Bedre avkjøling gjør at flere tynnere tråder overfører mere strøm enn en tykk tråd med samme tverrsnitt. Tallene under er hentet fra aktuelle leverandørkataloger. Max tillat strøm på linje: 185 blank AL-line 580 A 2 // 95 blank AL-line 770 A Max tillat strøm på BLL-linje: 195mm2 BLL 290 A 2 // 62 BLL 310 A 2.4 Halverte linjereaktanser i dobbeltlinjer gir mindre spenningsfall I parallellkoblede linjer kan linjereaktansen halveres, i motsetning til i en enkeltlinje hvor reaktansen er den samme uansett hvor tykk tråd man velger. Dette gir et lavere spenningsfall og dermed større overføringsevne, riktignok noe avhengig av laststrømmens cos phi. 96

5 Impedansberegning. Alt 1: Alt 2 : 20 km enkellinje 3 x 185 AL R = 20 *1.73 * 0,15 = X = 20 * 1,73 * 0,4 = Z = ROT(5,2*5,2 +13,8 *13,8) = 20 km dobbellinje 2 // 3 x 95 AL R = 20 *1.73 * 0,15 = X = 20 * 1,73 * 0,4/2= Z = ROT(5,2 x 5,2 + 6,9 x 6,9) 5,2 ohm 13,8 ohm. 14,6 ohm 5,2 ohm 6,9 ohm. 8,4 ohm Forskjellen er betydelig. 2.5 Dobbeltlinje letter reparasjonsarbeidet Det er betydelig lettere å utføre reparasjoner, feilutbedring på en dobbeltlinje, da man kan reparere/arbeide på det ene systemet mens det er spenning på det andre. Reparasjonen kan i noen tilfelle utsettes til første hverdag slik at arbeidet kan gjøres i full dagslys. 3. EKSEMPEL PÅ EN DOBBELTLINJE Dagens gamle luftlinje i eksemplet i Figur 3 er bygd med blank 50 mm2 CU. 2 nye kraftstasjoner på henholdsvis 4 og 0,5 MW planlegges bygd og tilkoblet linjen. Tabell 1 under viser strømmer, spenningsfall, linjetap ved ulike løsninger. AVGR. 5 km G Tesåkfos G Nulans- 22 kv linjer kw foss X= 0,4 ohm/km Skap Skap d inn Skap 5 km 500 kw SEK 1B SEK 2B SEK 3B inn TRAFO STASJ. 10 km c b 10 km c b 10 km b c AVGR. 7 Effbr. SEK 1A a SEK 2A a SEK 3A a SEK 4A m/vern Lastbr. 10 km Frøytlan 1200 kw ut Tesåk 900 kw ut Nulan 600 kw ut Mydlan 300 kw ut EKSEMPEL PÅ AVGANG MED INNMATING OG DOBBELTLINJE Figur 3: Dobbeltlinje med nett-uttak og kraftverks-innmating 97

6 Tabell 1: Strømmer, spenningsfall, tap ved ulike linjeløsninger ALTERNATIV EN- HET SEK. 1 TRAFOST. FRØYT SEK. 2 FRØYT- TESÅK SEK.3 TESÅK NULA SEK4 NUL- MYD AV- GRTE- SÅK 4 MW AV- GRN- FOS 0,5MW 1 DAGENS LINJE 3x 50CU 17 kw tap Strøm 100 A Spfall 2 % 3,3 3, ref V DAGENS M/KRAFTV. 81 kw tap Strøm -50 A Spfall -1,5 % -4-3,7-3,5-5,7-4 ref V OMBYGD TIL 3X159 M/KRAFTV. 65 kw tap Strøm -100 A Spfall -0,8 % -2,1-2 -1,8-3 -2,2 ref V OMBYGD 2 x 3 x 95 NETT.SIDEN 14 kw tap Strøm 50 A Spfall 1,9 % 3 3,5 3,7 - - ref V OMBYGD 2 x 3 x 95 PROD.SIDEN 101 kw tap Strøm -150 A Spfall -4,6 % -9,1-9, ref V Kommentarer til Tabell 1: 3.1 Dagens linje for svak for de nye kraftverkene Tilkobles de nye kraftverkene dagens linje (se kolonne 1 og 2) vil spenningen variere fra -3,5 til + 4% = 7,5 % = 17 V. Ikke akseptabelt, typisk krav er < 4% = 9V. 98

7 3.2 Linjen ombygges til 1 x 3 x 159 BLL (Se kolonne 3.) Kravet på max 4% spenningsfall ved start og stopp av kraftverkene etterkommes så vidt. 3.3 Linjen ombygges til 2 x 3 x 159 BLL Kraftverkene og nettkundene på hver sitt ledningssett. God løsningen spesielt for nettkundene som ikke vil merke start og stopp av kraftverkene året gjennom. Men samlede tap er nødvendigvis noe større. 3.4 Automatisk seksjonering/omkobling ved linjefeil på en seksjon Bryterne (se Figur 4) tenkes styrt automatisk, i tråd med «Smart- Nett»-ideen: Et automatisk seksjoneringssystem basert på lokalt plassert logikk (programmerbar PLS), vil i løpet av minutter kunne lokalisere, forbikoble feilstedet, og spenningssette avgangens feilfrie seksjoner lengre ute. Lignende systemer basert på tid-måling av avgangens GIK-koblinger, har fungert driftssikker i Sør-Norge i flere ti-år. I noen tilfeller supplert med et enkelt GPRS-basert fjernkontroll-system. PLS SEK 1B c b SEK 2B SEK 1A a SEK 2A DOBBET-LINJE MED 3 PLS-STYRTE LAST- BRYTERE FOR AUTOMATSK SEKSJO- NERING VED FEIL PÅ EN AV LINJENE Figur 4: Dobbeltlinje med brytere for automatisk seksjonering Figur 4 viser et 3-bryteranlegg tenkt plassert i hovedlinjen med ca. 10 km avstand. Bryter c er åpen, a og b inne. Oppstår en feil på seksjon 2A vil vernet løse ut stasjonsbryteren og deretter gjeninnkople. Ved fortsatt feil og korrekt ute-tid, vil bryter a legges ut automatisk i den spenningsløse perioden, deretter legge inn c-bryteren inn slik at hele «trafikken» dirigeres over på seksjon 2B. 99

8 Tilsvarende bryteranlegg lenger ute i linjen vil på samme måte, automatisk kunne tilbake-dirigere «trafikken» til begge dobbeltlinjene. Avgreningsbrytere til et minikraftverk vil også lett kunne implementeres i løsningen. 4. KONKLUSJON/OPPSUMMERING Ensidige bygging av enkeltlinjer kan ha vært et feilgrep over mange 10-år. Hadde man i stedet bygd flere dobbeltlinjer ville kanskje mange av dagens problemer ikke eksistert? Spesielt interessant synes dobbeltlinjen å være i avgangens hovedtrasé hvor ringmating mangler, og der hvor det i dag er eller vil komme kraftverk. Ved alle større nettforsterkninger, -nyanlegg bør alternativet dobbeltlinje utredes. 100