Rapport. Utfordrende elektriske apparater. Eksempelsamling, definisjoner, minimum kortslutningsstrøm, forebygging og håndtering av UEA.

Transkript

1 - Åpen Rapport Utfordrende elektriske apparater Eksempelsamling, definisjoner, minimum kortslutningsstrøm, forebygging og håndtering av UEA Forfatter(e) Henrik Kirkeby Helge Seljeseth SINTEF Energi AS Energisystemer

2

3

4 Historikk DATO SBESKRIVELSE Førsteutkast Andreutkast Første utgave 2 av 50

5 Innholdsfortegnelse 1 Introduksjon Årsaken til at noen elektriske apparater er utfordrende for spenningskvalitet Forvrengninger i forsyningsspenningens kurveform Store og/eller hyppige endringer i forsyningsspenningens effektivverdi Eksempelsamling av UEA Definisjonen av et UEA Karakteristikker til et UEA Ulike muligheter for å definere UEA Apparater som bør ekskluderes fra definisjonen av UEA Formålet med en definisjon av UEA Diskusjon Minimum kortslutningsstrøm Spenningsfall i IT og TN-nett Beregning av minimum kortslutningsstrøm IECs referanseimpedans Beskrive nettstyrke med kortslutningsstrøm i IT og TN-nett Tabell over maks ytelse for overholdelse av FoL ved bruk av asynkronmotorer Apparater som må kunne tilkobles og policy for minimum kortslutningsstrøm Forebyggende tiltak rundt UEA Nødvendig bakgrunnskunnskap Regelverk og praksis angående emisjon Retningslinjer for tilknytning av UEA Opplæring om UEA Nettplanlegging Induksjonstopper Utstyrsleverandører og internasjonal regelverk Problemløsing i forbindelse med UEA Feilsøking Regelverk Tiltak i kundens installasjon Tiltak som utføres i nettet Oppsummering Kilder av 50

6 Vedlegg A Tabell for maksimum tillat motorytelse Vedlegg B Sikringsstørrelse og utløserkarakteristikk av 50

7 1 Introduksjon På grunn av klimaendringer og økende energikostnader i store deler av verden så kreves det at elektriske apparater blir mer energieffektive. I tillegg skal apparatene være kompakte og effektive å bruke. Dette fører blant annet til flere apparater som enten trekker store strømmer over korte tidsrom eller ulineære strømmer. Dette har uønsket påvirkning på spenningskvaliteten i lavspenningsnettet blant annet i form av flimmer, spenningssprang og over-harmoniske spenninger. Norge er i den uheldige situasjonen at lavspenningsnettet i mange områder er svakt. IEC har definert en impedans til bruk for emisjonstesting av apparater, som skal representere nettstyrken til de aller fleste abonnentene. Ved å bruke Ik2min verdier som et anslag på nettstyrke, viste en tidligere undersøkelse at % av abonnentene har et svakere nett enn dette. Rundt 13 % hadde da mindre enn halvparten av den nettstyrken som referanseimpedansen tilsvarer [1]. Utfordringene noen typer varmepumper og gjennomstrømningsvannvarmere medfører i forhold til vanlige varmtvannsberedere og panelovner blir forsterket jo svakere nettet er, og dermed kan støy generert fra apparatene bli høyere enn de tillatte grenseverdiene satt i kompatibilitetsstandarder og nasjonal regulering. Å løse dette problemet utelukkende ved å oppgradere nettet er svært kostbart; et overslag på å oppgradere hele nettet til en styrke over referanseimpedansen er 113 milliarder kroner [1]. Det kan derfor være nødvendig å ta noen forhåndsregler ved bruk av enkelte typer apparater. Spenningskvalitet i Norge reguleres i dag av Forskrift om leveringskvalitet (FoL), som stiller krav til blant annet spenningsvariasjoner, flimmer og symmetri i forsyningsspenningen. Ettersom utfordrende elektriske apparater har økt i antall og utbredelse blir det vanskeligere for nettselskapene å sikre overholdelse av FoL. At lavspenningsnettet i Norge er langt svakere enn i land det er naturlig å sammenligne oss med, bidrar også til utfordringene. For å adressere denne problemstillingen ser SPESNETT-prosjektet på hvordan arbeid med utfordrende elektriske apparater kan bidra til å forhindre samt å løse utfordringer. Tidligere har det i et prosjekt hos SINTEF Energi finansiert av Energi Norge blitt gitt ut en rapport om samme tema, "TR A7203 Håndtering av utfordrende elektriske apparater som tilknyttes elektrisitetsnettet". Det har tidligere i SPESNETT-prosjektet også blitt utgitt en artikkel på NEF Teknisk møte 2014, "Utfordrende elektriske apparater" [2]. Disse er brukt som underlag for denne rapporten. SINTEF og Energi Norge har tidligere også gitt ut Håndbok Spenningskvalitet som kan være relevant for arbeid med utfordrende elektriske apparater. Håndboken skal oppdateres til versjon 2 i SPESNETT-prosjektet da førsteutgaven allerede er nesten 10 år gammel og er litt utdatert på enkelte områder. For å beskrive forebyggende arbeid og problemløsning relatert til utfordrende elektriske apparater går denne rapporten gjennom følgende undertemaer: En enkel innføring i årsaken til at noen elektriske apparater blir utfordrende. Dette inkluderer teorien bak forstyrrelsene disse apparatene skaper, eksempler på hvilke apparater det gjelder, og et par spenningsmålinger ved bruk av slike apparater. Arbeidet med å lage en eksempelsamling som beskriver resultater fra apparattester av ulike typer apparater og modeller i ulike situasjoner: Eksempelsamlingen kan fungere som et oppslagsverk for å bestemme påvirkningen fra ulike apparater på spenningskvaliteten slik at det kan gjøres gode vurderinger i arbeidet med ulike apparater, og velges riktige løsninger når utfordringer oppstår. En definisjon av et utfordrende elektrisk apparat (UEA): En diskusjon av hva som kjennetegner et UEA, hvordan det kan defineres, hva en definisjon av UEA bør ekskludere og hva som er formålet med å lage en definisjon. På bakgrunn av dette foreslås en definisjon som kan være en hjelp i forebyggende arbeid og problemløsning forbundet med UEA. Anslag for minimums kortslutningsstrøm ved nettbygging: En diskusjon av anbefalt minimum nettstyrke ved bygging av nye nett gjøres ved å se på hvordan minimums kortslutningsstrøm beregnes, 5 av 50

8 vanlige strategier ved bygging av nett, påvirkning av ulike apparater ved ulike kortslutningsstrømmer, og hvilke apparater som bør kunne brukes i alle nett. Forebyggende tiltak rundt UEA: En beskrivelse av hvordan informasjonsinnhenting, bruk av tilknytningsvilkår, opplæring og nettplanlegging kan brukes til å minske spenningskvalitetsproblemer forårsaket av UEA. Inneholder også en kommentar om internasjonalt regelverk relatert til elektromagnetisk kompatibilitet. Problemløsning i forbindelse med UEA: En stegvis beskrivelse av hvordan spenningskvalitetsproblemer forårsaket av UEA kan løses, med fokus på feilsøking, hvilke tiltak som kan gjøres hos kunden, hvilke tiltak som kan gjøres i nettet, regelverk og kostnadsfordeling relatert til dette. Rapporten avsluttes med en oppsummering av de viktigste momentene relatert til forebyggende arbeid og problemløsing relatert til UEA. 6 av 50

9 2 Årsaken til at noen elektriske apparater er utfordrende for spenningskvalitet De aller fleste elektriske apparater var fra elektrisitetens barndom relativt snille med hensyn til hvor mye forstyrrelser de skapte i forsyningsspenningen. Apparatene besto i stor grad av ohmske motstander som glødelamper, varmeelement og i tillegg elektriske motorer. Inn i den moderne industrialiserte verden har det vært stor utvikling på elektriske apparater både med hensyn til hvor energieffektive de er, hvor styrbare/fleksible de er og hvor kompakte (små og lette) de er. Denne utviklingen har bidratt til at de elektriske apparatene i dag typisk trekker en laststrøm som skaper mer forstyrrelser i spenningen enn tidligere. 2.1 Forvrengninger i forsyningsspenningens kurveform Man kan kalle elektriske apparater for "snille og slemme" apparater med hensyn til hvor mye forvrengninger de skaper i forsyningsspenningens kurveform. De slemme apparatene er det man gjerne kaller "utfordrende elektriske apparater" (UEA). Forstyrrelser i spenningens kurveform må begrenses for å unngå problemer med styreutrustning (elektronikk) samt varmgang og tap i elektriske komponenter. I figur 1 vises en helt ideell last der strømmen er helt sinusformet slik som spenningen og derfor ikke forårsaker noen forvrengning i spenningens kurveform. Eksempel på slik last er elektriske ovner (for eksempel panelovner), varmtvannstanker og "gammeldagse" kokeplater på komfyrer. Spenning Strøm Figur 1: En helt ideell last der strømmen er helt sinusformet slik som spenningen og derfor ikke forårsaker noen forvrengning i spenningens kurveform. Elektriske motorer bidrar litt til forvrengninger i spenningens kurveform, men dette er gjerne beskjedent i forhold til kraftelektroniske kraftforsyninger som i dag finnes i mye elektrisk utstyr. Se figur 2 for en forenklet skisse på den induktive laststrømmen til en elektrisk motor der strømmen er forskjøvet i forhold til spenningen med en vinkel φ. 7 av 50

10 Spenning Strøm Figur 2: En litt forenklet fremstilling av en elektrisk motor som last der kurveformen til strømmen har en nær sinus form, men der lasten er induktiv og strømmen er forskjøvet med en vinkel φ. Laststrømmen er fortsatt nesten sinusformet, men med strømmen forskjøvet i forhold til spenningen, vil det bli en liten til moderat forvrengning i spenningens kurveform. Det er stadig en voksende utbredelse av elektriske apparater med kraftelektronikkbaserte kraftforsyninger, som for eksempel PCer, og denne type elektriske apparater bidrar i betydelig grad til forvrengning av forsyningsspenningens kurveform. I figur 3 kan en se et typisk eksempel på strømmen til et elektrisk apparat med en svitsjet strømforsyning (eng. "Switch mode power supply") og måten denne opererer på kalles ofte på norsk for topplikeretting. Spenning Strøm Figur 3: En av de vanligste og enkle forvrengningene av spenningens kurveform er forårsaket av svitsjede strømforsyninger (eng. "Switch mode power supply") og måten disse opererer på kalles ofte på norsk for topplikeretting. De siste 20 år har det blitt stadig flere og flere elektriske apparater med denne typen strømforsyninger. De kjennetegnes ved at de trekker en høyere strøm samtidig som den er mer kortvarig. 8 av 50

11 2.2 Store og/eller hyppige endringer i forsyningsspenningens effektivverdi Store og/eller hyppige endringer i spenningens effektivverdi vil gjerne kjennes igjen på blunking og flimring i lyset fra elektrisk belysningsutstyr, men blir spenningsfallet stort nok kan en del følsomt elektrisk utstyr slutte å fungere slik det skal, slå seg helt av eller foreta omstart. Direkte start av elektriske motorer uten noen form for mykstarter (frekvensomformer eller lignende) har fram til i dag vært den vanligste årsaken til raske endringer i spenningens effektivverdi. Slike motorer har gjerne en startstrøm som er 4 til 6 ganger den nominelle strømmen (merkestrømmen) og i ekstreme tilfeller ca 10 ganger den nominelle strømmen. I figur 4 vises det hvordan dette påvirker spenningen når en enfase varmepumpe som starter ca. annenhver time brukes. Ved stasjonær drift medfører varmepumpen ingen store spenningsendringer, men ved oppstart av den direktestartede asynkronmotoren viser figuren at det blir spenningsdipp som ofte er under 196 V eller større enn 15 % av nominell spenning. Figur 4: Spenning ved bruk av en direktestartet asynkronmotor i en jordvarmepumpe over 4 dager. De siste årene har det imidlertid også kommet utstyr på markedet som ikke har den karakteristiske motorstarten, snarere gjerne en ohmsk last eller kraftelektronisk styrt last, men der denne lasten er svært stor i makseffekt og samtidig har kort driftstid. I stedet for å utnytte nettet med å trekke en vesentlig lavere strøm en større del av døgnet trekker altså enkelte nye apparater veldig høy strøm i eksempelvis bare minutter per dag. I figur 5 er det vist et forenklet eksempel på lasten fra tre forskjellige typer vannvarmere som alle er i bruk i Norge i dag. Den tradisjonelle varmtvannstanken har vært i bruk i flere tiår, mens gjennomstrømmingsvannvarmere har begynt å bli installert først de siste årene. Mens en typisk varmtvannstank (200 liter 2 kw) trekker en laststrøm på 8,7 A i flere timer om dagen trekker gjennomstrømmingsvannvarmere (tank på bare noen få liter, men med effekt gjerne på 9 kw til 18 kw) typisk 20 til 40 A. 9 av 50

12 Strøm [A] 30 A Av-/på gj.str. Vannvarmer Strøm [A] 30 A Tradisjonell VVB Av-/på gj.str. Vannvarmer Eff.styrt gj.str. vannvarmer 20 A 20 A 10 A 10 A Tidspunkt for start av dusj Dusj ferdig Tid i minutter Tidspunkt for start av dusj Dusj ferdig Tid i minutter Figur 5: Forenklet eksempel på lasten fra tre forskjellige typer vannvarmere som alle er i bruk i Norge i dag. Den tradisjonelle varmtvannstanken er vist i grønt, hurtig helt av- og på-styrt gjennomstrømmingsvarmer er vist i rødt og effektstyrt (kraftelektronikk) gjennomstrømmings-vannvarmer er vist som lilla. Samlet visning av strømmen til de tre vannvarmerne nederst til høyre. Start/stopp-syklusene til gjennomstrømningsvannvarmere er ofte på mellom 0,1-5 sekunder, men de kommer også med kraftelektronisk styring som medfører et mer jevnt effektuttak, men også overharmoniske spenninger. Etter hvert som det kommer flere slike apparater i nettet blir også mengden av ohmsk last i kraftsystemet mindre, som gjerne medfører at støynivået i spenningen blir høyere. Figur 6 viser hvordan spenningen varierer over tid når en hurtig på-/av-styrt vannvarmer benyttes. Apparatet skrur seg her av og på ca. hvert andre sekund, i motsetning til en panelovn som skrur seg av og på for eksempel hvert andre til tiende minutt. Den raske variasjonen i spenning kan blant annet gjøre at lys i boligen eller boliger i nærheten begynner å flimre eller blinke. 10 av 50

13 Figur 6: Spenningsvariasjoner ved bruk av en 9 kw gjennomstrømningsvannvarmer. 11 av 50

14 3 Eksempelsamling av UEA For å øke kunnskapen om påvirkningen på spenningskvalitet av ulike apparater har det blitt utført en rekke målinger ved bruk av disse apparatene. Disse måleseriene har blitt beskrevet, og samlet i en eksempelsamling med beskrivelse av tilhørende apparat. Eksempelsamlingen og erfaringene fra målingene presenteres i detalj i en rapport som planlegges å gis ut våren 2015, men et sammendrag av arbeidet presenteres også her. Motivasjonen bak å lage en eksempelsamling er å få et rammeverk for å samle og dele erfaringer relatert til utfordrende elektriske apparater. For eksempel kan nettselskaper se hvilke apparater som skaper utfordringer ved ulik nettstyrke. Om en kunde skal installere en induksjonstopp, så kan nettselskap se i eksempelsamlingen hvordan ulike induksjonstopper påvirker spenningskvaliteten i andre tilfeller som kan gi en indikasjon på om kunden vil oppleve problemer. En eksempelsamling kan også, dersom den blir omfattende nok, avdekke variasjon i påvirkning på spenningskvalitet mellom ulike produsenter og ulike modeller. Eksempelsamlingen katalogiserer elektriske apparater etter type og modell i en trestruktur som presentert i figur 7. Type apparat er for eksempel varmepumper, elbilladere, induksjonskomfyrer, osv. For å få testet variasjonen i påvirkning fra ulike produsenter og ulike spesifikasjoner brukes flere modeller, og for å få testet apparatene under ulike situasjoner, for eksempel sommerlast/vinterlast, utføres av og til flere målinger. Elektriske apparater Type apparat 1 Type apparat 2 Produsent/ modell 1 Produsent/ modell 2 Måleserie 1 Måleserie 2 Type apparat n Figur 7: Strukturering av tester utført på elektriske apparater i eksempelsamlingen. Strukturen er per dags dato implementert som et mappesystem etter figur 7, med et Excel-ark som register/indeks. Et utsnitt av registeret med tilhørende lenker til filene tilhørende de ulike apparatene er vist i figur 8. Registeret inneholder også lenker til måleseriene foretatt med hvert enkelt apparat. 12 av 50

15 Figur 8: Utsnitt av registeret til eksempelsamlingen. Eksempelsamlingen inneholder per dags dato måleserier fra: En 32 A elbillader foretatt ved lettlast, 16 A lading av åtte ulike elbiler, en jordvarmepumpe og en bergvarmepumpe, en trefase kloakkpumpe med direktestartet asynkronmotor, en induksjonstopp, flere ulike elektriske verktøy. Det er planer å utvide eksempelsamlingen med blant annet 7 kw elbillader i tunglast, og minst en annen induksjonstopp. Eksempelsamlingen er ikke ment å være en komplett oversikt over utfordrende elektriske apparater, men som et åpent verktøy til å samle og dele målinger og erfaringer fra elektriske apparater. Noen av disse erfaringene til nå er brukt til utforming av denne rapporten. 13 av 50

16 4 Definisjonen av et UEA Norske nettselskap har de siste årene stilt spørsmålet "hva er et normal-apparat" som forbrukere skal kunne forvente å bruke i hjemmet sitt helt uten forbehold. Ulike parter/interessenter slik som eksempelvis nettselskap, utstyrsleverandører og kunder kan nok til en viss grad ha forskjellige ønsker og meninger uten at forskjellene nødvendigvis er veldig store. Kunder vil nok gjerne generelt ha minst mulig begrensninger og betingelser for å kunne bruke nesten hva som helst av utstyr, mens nettselskapene gjerne vil ønske at kravene til et normalapparat heller er litt strenge enn for slakke. Utstyrsleverandørene på sin side vil nok videre ha en forventning om at apparater de får fra sin underleverandør/fabrikant og som benyttes uten spesielle begrensninger i andre europeiske land også skal kunne brukes uten begrensninger i Norge. Det har i denne sammenheng vist seg at mange utstyrsleverandører ikke tenker på at 230 V IT-nettet vi har i Norge kan medføre ekstra utfordringer i forhold til 230/400 V TN-nettet i det meste av resten av verden. En inndeling av elektriske apparater i kategoriene helt normale elektriske apparater (de aller fleste elektriske apparater) og spesielle elektriske apparater synes fornuftig ut fra hensynet til spenningskvaliteten i nettet. Dette burde strengt tatt vært ivaretatt gjennom internasjonal standardisering av elektriske apparater, men det er over mange år konstatert at dette ikke fullt ut ivaretar hensynet til det norske 230 V IT-nettet. Det har vært eksempler på elektriske apparater som har usymmetrisk overspenningsvern der tennspenningen er annerledes mellom den ene strømlederen og jord enn på den andre strømlederen. Dette vil da i en del andre land være forskjellen mellom nøytralleder og faseleder. I det norske 230 V IT-nettet vil imidlertid begge strømlederne i et enfaseapparat ha samme spenning mellom begge strømledere og jord. Videre har man i Norge i noen tilfeller opplevd elektroniske apparater som ikke fungerer om de plugges i stikkontakten den ene veien, men fungerer om man snur støpselet 180 grader. Dette har i enkelte av disse tilfellene blitt konstatert at det da har vært jordfeil i det lokale IT-nettet. 4.1 Karakteristikker til et UEA Et utfordrende elektrisk apparat er et apparat som ved bruk kan skape spenningskvalitetsproblemer, i hovedsak brudd på grenseverdiene i Forskrift om Leveringskvalitet (FoL) [3]. I hvilken grad de gjør det avhenger hovedsakelig av tre forhold ved apparatene samt hvor sterkt nettet som forsyner apparatene er. Hvor sterkt nettet er, kan beskrives ved nettets minimum kortslutningsstrøm og nettets impedans. Høy kortslutningsstrøm tilsvarer lav impedans og tilsier et sterkt nett. De tre avgjørende faktorene ved apparatene er: 1. Maksimal lastendring/effekt når apparatene starter og stopper (startforløp) 2. Hvor hyppig/ofte apparater slås av og på (hyppighet/frekvens) 3. Hvor stor forvrengning/avvik fra ren sinus det er på strømmen apparatene trekker. Det som er svært viktig i tillegg til størrelsen på strømmen er hvor hyppig apparatenes strøm varierer kraftig, altså typisk hvor ofte apparatene kobler inn og ut. Et apparat som eksempelvis starter og stopper bare noen få ganger om dagen er mindre utfordrende enn et apparat som starter og stopper flere ganger i minuttet. De problemene som ofte observeres på grunn av UEA er: Spenningssprang, dipper og flimmer ved laster med store startstrømmer eller varierende strømmer. THD og individuelle overharmoniske om apparatet trekker strømmer med stort avvik fra ren sinus. Lav 1-minutts RMS-spenning ved store laster i områder med svake nett. Høy ubalanse ved enfase-laster hvor lasten er stor i forhold til nettstyrken. Høy reaktiv effektflyt. 14 av 50

17 Et viktig poeng er at problemer med UEA kan adderes på en uheldig måte, slik at for eksempel spenningsubalanse øker til over 2 % uten at det er forårsaket av én spesifikk kunde. Typisk om flere kunder har enfase-laster koblet mellom de to samme fasene. Dette gjør det utfordrende for nettselskap å bestemme hvem som er utbedringspliktig. For noen av problemene er denne addisjonseffekten ikke like viktig fordi fenomener som sprang og flimmer dempes noe i stikkledningen til kunden. 4.2 Ulike muligheter for å definere UEA Om det skal fastsettes grenseverdier som et skille mellom helt normale elektriske apparater og spesielle apparater, kan dette være ut fra flere mulige kriterier som for eksempel: Grenseverdi for sikringsstørrelse og sikringens utløserkarakteristikk for faste og pluggbare apparater. En grenseverdi på antall start/stopp per tidsenhet eller andre driftsrelaterte parametere. Type apparat, som for eksempel høytrykkspylere, varmepumper osv. Elektriske hovedkomponenter i apparatet. En kvalitativ vurdering, eller flere av disse faktorene. Det første punktet kan praktiseres ved for eksempel å definere utfordrende apparater som pluggbare apparater som krever sikringer høyere enn 16 A eller med utløserkarakteristikk høyere enn klasse B og faste apparater som krever sikringsstørrelse høyere enn 25 A. Se vedlegg B for mer informasjon om bruk av sikringskarakteristikker. Styrken til denne definisjonen er at den er enkel og lett å håndheve. Svakheten er at det kan være apparater som ikke trenger mer enn 16 A klasse B og likevel er utfordrende, som for eksempel enkelte høytrykkspylere og vedkløyvere. Samtidig er det apparater som trenger høyere sikringsstørrelse enn 16 A uten at de nødvendigvis er årsak til spenningskvalitetsproblemer. Det andre punktet kan være vanskeligere å håndheve, men vil sannsynligvis kun være aktuelt for et lite antall elektriske apparater. Forvrengningen i laststrømmen som apparatene trekker kan også rent teknisk tenkes å være et kriterium, men dette vil også komplisere bildet. Denne karakteristikken er nyttig for å fange opp apparater som for eksempel gjennomstrømningsvannvarmere, og det kan også gjelde noen typer induksjonstopper. Å definere utfordrende apparater på bakgrunn av type apparat vil være svært enkelt å håndheve, men det er større risiko for at dette dårlig reflekterer om og hvor mye spenningskvalitetsproblemer apparatet forårsaker. Å bruke hovedkomponenter til apparatet er også mulig, som for eksempel asynkronmotorer, tyristorer, likerettere osv. Å kombinere flere av disse kriteriene er også mulig, og gjør at styrkene til en definisjon kan brukes for å dekke over manglene til en annen. 4.3 Apparater som bør ekskluderes fra definisjonen av UEA En god definisjon av utfordrende elektriske apparater tar ikke kun hensyn til påvirkningen på spenningskvalitet. Årsaken til dette er at en hensiktsmessig definisjon av utfordrende elektriske apparater bør først og fremst være et verktøy nettselskaper kan bruke for og hanskes med apparater kundene ønsker å bruke. For at en definisjon skal kunne brukes på denne måten, så bør definisjonen på UEA ikke inkludere apparater som: 1. NVE har valgt å anse som normalapparater. 2. Kun trekker høy og balansert stasjonær laststrøm, som noen typer induksjonstopper og elbilladere. 3. Har vært vanlig å bruke i lang tid. 4. Det vil være vanskelig å holde kontroll på salg og installasjon av. 15 av 50

18 Apparater NVE har valgt å anse som normalapparater inneholder apparater som gjør at du kan lage mat hjemme, ha vann i springen, bruke sanitæranlegg og varme opp huset 1 [4]. Det inkluderer blant annet varmepumper, vannpumper og induksjonstopper. Apparater som ikke faller inn under denne definisjonen er blant annet sveiseapparater, kløyvemaskiner og store sager ved ustrakt bruk. Apparater som trekker en høy stasjonær laststrøm kan, særlig i svake nett, føre til brudd på grenseverdiene for langsomme spenningsvariasjoner. Disse bør likevel ikke regnes inn i definisjonen fordi nettselskapet er pliktig til å kunne levere så mye strøm som hovedsikringen til abonnenten er beregnet for. Denne type utfordringer må enten løses med forebyggende arbeid i nettplanlegging, eller ved å samarbeide med kunden om tiltak som gjøres i kundens installasjon. Dette beskrives i henholdsvis kapittel 6.5 og 7.3. Det tredje punktet er vesentlig for å oppnå aksept for ordningen hos forbrukerne. Forbrukerne vil nok ha liten forståelse og aksept for at det innføres begrensninger på produkter de tidligere har kunnet bruke fritt. For å gjøre det enklere å bruke definisjonen er det også praktisk om definisjonen av UEA i hovedsak begrenses til apparater som leveres av spesialiserte forretninger eller må installeres av montører, ettersom det er sannsynlig at nettselskapene lettere kan ha en dialog med montører, utbyggere og leverandører. 4.4 Formålet med en definisjon av UEA Det er viktig å presisere at en definisjon av UEA ikke er ment for at nettselskap skal kunne nekte kunder i svake nett bruk av utvalgte elektriske apparater. Likevel kan definisjonen gi innspill til NVE som har myndighet å fatte vedtak i spenningskvalitetssaker. Videre kan en definisjon av utfordrende elektriske apparater være en hjelp for nettselskap til å overbevise kunden om at det er behov for ekstra tiltak om kunden ønsker å ta i bruk et UEA. Hovedformålet med en definisjon av UEA er å fange opp apparater som kan skape problemer med spenningskvalitet, spesielt brudd på grenseverdiene i FoL, og å anbefale løsninger på problemene. Definisjonen vil være til størst hjelp i preventivt arbeid. Nettselskap kan unngå mange problemer ved å være føre var og sikre at kunder i minst mulig grad installerer UEA uten tiltak som mykstartere, trefase - heller enn enfase - apparater osv. i svake nett. Om kunden allerede har tatt i bruk et apparat som skaper problemer, så kan også definisjonen være et grunnlag til å finne hvor tiltak bør iverksettes og hvilke tiltak som kan minske problemene. 4.5 Diskusjon Det ser ut til at det ikke er mulig kun å bruke ett av kriteriene listet opp i kapittel 4.2 om en dekkende definisjon av UEA skal lages som også ekskluderer kriteriene i kapittel 4.3. En god definisjon må inkludere apparater som er utfordrende med tanke på spenningskvalitet og samtidig er hensiktsmessig for å drive preventivt arbeid og problemløsning relatert til UEA. En definisjon av UEA kun etter sikringsstørrelse og utløserkarakteristikk vil ikke være dekkende. Tester SINTEF har utført med en høytrykkspyler på 2,1 kw viser at dette apparatet vil skape problemer hos en stor andel av abonnentene i Norge. Likevel bør apparatet sees på som et vanlig apparat ettersom det har vært vanlig å bruke i en lengre periode. Unntaket kan eventuelt være høytrykkspylere med en effekt over en grense, for eksempel rundt 2,3 kw. Dette kan generaliseres til at apparater med direktestartede asynkronmotorer med ytelse over 2,3 kw er å anse som UEA. Nye luft til luft varmepumper og noen andre apparater drives også med 1 Ikke uttømmende liste. 16 av 50

19 asynkronmotorer, men bruker mykstartere eller frekvensomformere (engelsk: inverter) for å begrense startstrømmen. Disse pumpene gir derfor mindre spenningsfall, og er ikke å anse som utfordrende med mindre de blir større enn for eksempel 5 kw enfase eller 8 kw trefase. Å bruke sikringsstørrelse til en del av en definisjon av UEA er likevel mulig. Enfase-apparater med høyere ytelse enn 3,6 kw, som for eksempel enkelte typer elbil-lading, er potensielt kilder til ubalanse. Dette problemet kan løses med å bruke trefaseapparater, så om dette skal være et punkt som definerer et UEA bør det derfor bare dekke enfase-apparater. I sterkere nett vil det vanligvis ikke oppstå problemer med usymmetri før lasten er noe høyere, for eksempel høyere enn 25 A. Å innføre et skille mellom utfordrende i svake nett, og utfordrende i sterke nett, kan derfor gjøres ved å innføre en todelt definisjon på apparater som trenger sikringsstørrelse høyere enn henholdsvis 16 A og 25 A. Et apparat som faller innenfor denne definisjonen er komfyrer og induksjonstopper. Disse bruker sjelden full effekt, og er derfor ofte ikke utfordrende ved normal bruk. Induksjonstopper kan likevel være utfordrende, dette diskuteres mer i kapittel 6.6. Noen apparater kan skape dårlig spenningskvalitet når lastvariasjonene blir veldig store og hyppige. En ohmsk last som eksempelvis en varmvannsbereder (VVB) på 2 kw kan være uproblematisk om den kobler inn og ut i snitt 2 ganger i timen, mens dersom dette skjer mange ganger i minuttet, så vil spenningsvariasjonene bli så hyppige at kundene blant annet synes lyskvaliteten fra belysning blir uakseptabel. En definisjon av når apparater som ofte går av og på blir utfordrende må gjøres ut i fra størrelsen på spenningsendringen apparater forårsaker, og hvor ofte spenningsendringen forekommer. For å bestemme flimmerverdier når antall spenningsendringer og størrelse på spenningsendringen er gitt, kan det brukes flimmerkurver. En flimmerkurve viser en kurve for P st = 1, når størrelsen på spenningsendringen er gitt på y-aksen og antall sprang i minuttet er gitt på x-aksen. På bakgrunn av denne kurven så kan antall tillatte start stopp sykluser for et 2,3 kw enfase-apparat 2 bestemmes for både et sterkt nett og et svakt nett om P st = 1 skal overholdes. Om apparatet er større enn 2,3 kw, så tillattes færre sprang i minuttet om flimmerverdiene ikke skal bli større enn 1. Om startstrømmen er høyere enn stasjonær strøm må antall sprang i minuttet være lavere om flimmerverdiene ikke skal bli større enn 1. Et godt eksempel på et tydelig apparatskille mht. hyppighet på store lastvariasjoner (av- og påslag i dette tilfellet) er vanlige store VVBer (eks. 50 til 200 liter) til forskjell fra gjennomstrømmingsvannvarmere. Det er spenningssprang og flimmerverdier som blir utfordringen med gjennomstrømningsvannvarmerne. For eksempel vil en gammel 2 kw VVB kreve rundt 300 A i kortslutningsstrøm for ikke å bryte FoLs grenseverdier for stasjonære spenningssprang (3 % spenningsendring). Men om en gjennomstrømningsvannvarmer brukes med på- og av-syklus på ca.1 gang i sekundet, som ikke er uvanlig for gjennomstrømningsvannvarmere, så vil flimmerverdien ved bruk av gjennomstrømningsvannvarmeren bli 2,8 når nettstyrken er lik referanseimpedansen. Det ser heldigvis ut til å være en trend at produsentene av gjennomstrømningsvannvarmere går over til å bruke triacstyring som gir mindre spenningssprang. En nedside med denne typen apparater er at de forårsaker overharmoniske spenninger i stedet. Basert på målinger SINTEF har utført på en nyere elbillader og en ny induksjonstopp, ser det ut til å være en utvikling at apparater har lavere forvrengning i laststrømmen enn tidligere. Det vil likevel selvfølgelig være noen produsenter som forsøker å spare penger ved å kutte ned på elektriske komponenter som filtre osv., men disse antas å være i mindretall. Basert på dette kan en definisjon av UEA være ufullstendig eller manglende filtrering av apparater som bruker likeretting. 2 I dette tilfellet har apparatet ikke høyere startstrøm enn ved stasjonær drift. 17 av 50

20 Om alle disse definisjonene skal brukes, så kan de samles til følgende definisjon av UEA: Et utfordrende elektrisk apparat er et apparat som tilfredsstiller en eller flere av disse kriteriene: Enfase-apparat med sikringsstørrelse høyere enn 25A, men i svake nett kan også apparater med sikringsstørrelse over 16 A bli utfordrende. Direktestartet asynkronmotor med ytelse høyere enn 2,3 kw enfase eller 4 kw trefase, og asynkronmotorer med startstrømbegrensning med ytelse høyere enn 5 kw enfase eller 8 kw trefase. Apparater med start stopp syklus raskere enn 10 ganger i minuttet og effekt over 2,3 kw enfase eller 4 kw trefase, men i svake nett kan start-stopp sykluser raskere enn 10 per time også bli utfordrende. Apparater med likerettere uten tilstrekkelig filtrering og ytelse over 2,3 kw enfase eller 4 kw trefase. Listen er ikke uttømmende, og apparater som ikke kan sees på som utfordrende vil også være inkludert i noen av punktene. Den kan derfor ikke brukes som en sjekkliste over hvilke apparater som gir behov for tiltak, men identifiserer apparater som kan skape utfordringer for spenningskvaliteten i nettet. Definisjonen er dermed en praktisk tilnærming for å kunne identifisere apparater som kan gi behov for å utføre tiltak. 18 av 50

21 5 Minimum kortslutningsstrøm 5.1 Spenningsfall i IT og TN-nett Spenningsfallet i tilførselen til en last som har en bestemt størrelse, avhenger av om lasten er koblet mellom fase og jord, mellom to faser eller trefase, om den er koblet til et IT-nett eller TN-nett, og impedansen til nettet. Dette delkapittelet utleder forskjellen i spenningsfall for IT- og TN nett for både enfase og trefaselaster, når lasten er like stor i alle tilfellene. Figur 9 viser forskjellen på en enfase og en trefase tilkobling av en motor i et IT-nett. Figur 9: Enfase motor (Lm+Rm) impedans til leder og returleder venstre, og trefase motor (R12+L12, R23+L23, R31+L31) og trefase nettimpedans til høyre (IT-nett). I figuren til venstre, så vil impedansen i lederen til lasten (R l +L l ) være lik impedansen i returlederen fra lasten (R rl + L rl ). Spenningsfallet over hver av impedansene i figuren til venstre kan skrives som U Δ = I (R + X), hvor X = ωω. Strømmen i kretsen avhenger av størrelsen på motoren, spenningen til motoren, og om motoren er enfase eller trefase. For en enfase motor blir laststrømmen uttrykt ved formelen I = S r U n, hvor S r er merkeeffekten og U n er nominell spenning (230 V i et IT-nett). Spenningsfallet sett fra lasten kan derfor skrives som: U Δ,IT 1fase = S r U n 2(R l + X l ) Faktoren 2 kommer inn fordi det er spenningsfall over både leder og returleder. For en enfase last i et TN-nett, blir situasjonen lignende som for et IT-nett. Forskjellen er at strømmen ikke går i en returleder, men i nøytrallederen. Om nøytrallederen har samme impedans som faselederen i IT-nettet, ikke tilkoblet jord hos abonnenten og det bare er tilkoblet en enfase-last, så blir spenningsfallet det samme. I et TN-nett er U n 400 V. Spenningen mellom fase og jord, V n, kan skrives V n = U n = 230 V. Tilsvarende spenningsfall i et TN-nett blir 3 dermed: V Δ,TN 1fase = S r V n 2(R l + X l ). 19 av 50

22 Begge de to nevnte situasjonene ovenfor gjelder for ubalansert last. Om lasten er balansert, fordi det er mange enfase-laster som gjør at det går omtrent lik strøm i alle faser, så summeres strømmen til null ved lasten og det går ingen returlederstrøm. Dette betyr at spenningsfallet i lederen som forsyner lasten endres. Om det bare er balansert last hos en kunde, og det ikke er balansert last i radialen totalt sett, så vil spenningsfallet i forsyningsledningen bli det samme som tidligere. Om det er balansert strøm både hos enkeltkunder og radialen totalt sett, så blir spenningsfallet som ved balansert last i både stikkledninger og i forsyningsledningen. Spenningsfallet til en balansert last for henholdsvis en last i et IT og et TN-nett kan skrives: U Δ,IT 1fase,balansert = 3 S r U n (R l + X l ) V Δ,TN 1fase,balansert = 3 S r U n (R l + X l ) = S r V n (R l + X l ) Altså, om fase-jord spenningen i et TN-nett brukes, så blir spenningsfallet 3 større i et IT-nett enn i et TN-nett når lasten er balansert. I de fleste tilfellene som er aktuelle i forbindelse med spenningskvalitet vil enfase-laster være ubalansert. Det er fordi sprang eller flimmer forårsaket av store lastendringer ikke matches av lastendringer i andre faser. Derfor vil bare ubalanserte laster bli diskutert når enfase-laster diskuteres i resten av rapporten. Om det benyttes en trefasemotor heller enn en enfase motor, så synker strømmen med en faktor delt på roten av tre i et IT-nett, ettersom effekten i en trefasemotor kan skrives S r = 3 I U n, som viser at for samme effekt og spenning, så blir strømmen 3 mindre. Spenningsfallet forårsaket av motoren blir også mindre på grunn av at det er balanse når trefaseapparater brukes, og derfor ikke spenningsfall over en returleder i tillegg, som forklart i forrige avsnitt. Spenningsfallet ved bruk av en trefase motor i et IT kan derfor utrykkes som: U Δ,IT 3fase = S r 3 U n 3 (R l + X l ) = S r U n (R l + X l ). Totalt sett reduseres altså det totale spenningsfallet med en faktor 2 for et IT-nett når det brukes en trefase motor sammenlignet med en ubalansert enfase last. For et TN-nett minker strømmen mer enn i et IT-nett, fordi U n i et TN-nett er 400 V. Strømmen synker derfor med en faktor 3 heller enn roten av tre, og spenningsfallet ved bruk av en trefase motor i et TN-nett kan derfor uttrykkes som: U ΔTN 3fase = S r 3 (R 3 U l + X l ) = S r (R n 3 V l + X l ). n Linjespenningen reduseres altså med en faktor spenning brukes i stedet får man følgende uttrykk: V Δ,TN 3fase = S r (R 3 3 V l + X l ) = S r (R n 3 V l + X l ). n i forhold til en enfaselast i et TN-nett. Om fase-nøytral Dermed reduseres spenningsfallet for fase-jord spenningen med en faktor = 1 6. I spenningskvalitetsarbeid er det den prosentvise endringen i spenning som er mest interessant, mens det til nå har blitt diskutert spenningsfall i volt. Nedenfor er det listet opp en tabell med prosentvis endring i alle de nevnte tilfellene med trefase last. I de tilfellene U n er brukt, så deles spenningsfallet på U n. I de tilfellene V n er brukt, så deles spenningsfallet på V n. Motorstørrelse og linjeimpedans er lik for alle casene. 20 av 50

23 Tabell 1: Sammenligning av prosentvis spenningsfall i IT og TN-nett for den samme lasten. TN-nett (V n = 222 V) Linjespenning [%] S r (R l + X l ) 3 V2 n Fase nøytral spenning [%] S r (R l + X l ) 3 V2 n IT-nett (U n = 222 V) S r (R l + X l ) U2 n - Konklusjonen er dermed at en trefase last skaper tre ganger så store spenningsfall i et IT-nett som i et TN-nett om ledningsimpedansen og motorytelsen er identisk. For enfase-laster er situasjonen annerledes; en last vil skape like store spenningsfall i et IT-nett som i et TN-nett. I praksis stemmer ikke dette helt, ettersom nøytralledere kan dimensjoneres litt større enn faseledere for å ta hensyn til 3. harmoniske strømmer osv. Det vanligste TN-nett konfigurasjonen i Norge er dessuten TN-C-S, som vil si at utenfor installasjonene er nøytrallederen koblet til jord. Dermed blir impedansen lavere enn faselederen. I praksis betyr dette at enfase-laster vil skape mindre spenningsfall i TN-nett enn i IT-nett med samme faselederimpedans og laststørrelse. 5.2 Beregning av minimum kortslutningsstrøm For å beregne kortslutningsstrøm er det standarden IEC [5] som er mest aktuell og denne er brukt som utgangspunkt for beregning av minimum kortslutningsstrøm. Følgende formel brukes i IT-nett: I k2min = c U n Z + + Z Hvor U n er 230 V og Z + = Z = R f + j X f er impedansen i nettet når feilstedet er langt fra generatoren. I TNnett er det ofte fase til jord kortslutningsstrømmen som er minst. Den kan beregnes ut i fra følgende formel: c 3 U n I k1pmin = 2 R f + R X f + X 0 2 Hvor U n er 400 V, og R 0 og X 0 er impedansen i nullfasesystemet. Når firelederkabel benyttes kan dette forenkles til: c 3 U n I k1pmin = 6 R f + R 0T X f + X 0T 2 Hvor R 0T og X 0T er nullsystemimpedansen til transformatoren. Forskjellen mellom å beregne minimum og maksimum kortslutningsstrøm er temperaturen, koblingsbilde i nettet og eventuelt innkoblet produksjon. I tillegg settes faktoren c = 0,95 ved minimums kortslutningsberegninger i lavspenningsnettet. For beregning av maksimum kortslutningsstrøm brukes en temperatur på 20 grader, mens for minimum kortslutningsstrøm sier IEC normen at det skal brukes maksimum temperatur på slutten av kortslutningen. Denne varierer fra komponent til komponent og situasjon til situasjon, blant annet på grunn av ulik innstilling av vern. Powels 21 av 50

24 Netbasbruker eksempelvis 90 grader. Svarene man regner ut kan i etterkant korrigeres med å bruke temperaturkoeffisienter. For å kunne utføre beregninger trengs det en svingmaskin oppgitt med: merkeytelse, transient og subtransient reaktans, ankerresistans, og merkespenning. I de tilfellene hvor svingmaskinen velges ut i fra et punkt i nettet, f.eks. HS-siden av en transformator, så kan programmeringsverktøy brukes for å beregne ekvivalente generatordata i det punktet 3. Ved å bruke ulik temperatur vil det oppnås forskjellig resultat fra kortslutningsberegningene. Kortslutningsstrømmen vil synke ca. 4 % når temperaturen økes med 10 grader, fordi motstanden i lederne øker når temperaturen øker. På bakgrunn av dette kan det være fristende å bruke en lavere temperatur enn det man tidligere har gjort fordi det sjelden testes hva temperaturen på slutten av kortslutningen faktisk er. En endring i praksis bør likevel reflektere en forventet lavere sluttemperatur i lederne. Nettet blir ikke sterkere enn tidligere selv om Ik2min verdiene øker. Per dags dato finnes det ikke en spesifisert praksis med å bruke en bestemt temperatur, f.eks. 90 grader. Kortslutningsstrømmen kan også testes hos abonnenter med et egnet apparat (et eksempel er Fluke sin installasjonsters 1653B som kan måle kortslutningsytelse, det finnes også andre alternativer). SINTEF har utført en rask test av et slikt produkt som viste seg å være ganske nøyaktig. Et poeng man skal være klar over med disse apparatene er at de tester ved en lavere temperatur enn det minimum kortslutningsstrøm (Ik2min) blir beregnet ved. Testene representerer en fase til fase kortslutning (I k2 ). Det er imidlertid viktig å huske at det er normal driftstemperatur som er relevant når det arbeides med spenningskvalitet og disse testene gir derfor et mer riktig bilde på hva slags virkning utfordrende elektriske apparater har på spenningskvaliteten. Det vil ikke være god praksis å blande Ik2verdiene, målt med kortslutningstesteren, med Ik2minberegninger som har vært vanlig å bruke fram til nå, og fortsatt er det som brukes blant annet til formål som å stille inn vern. Det anbefales heller ikke å bruke to separate kortslutningsstrømmer, en for innstillinger av vern osv. og en for arbeid med spenningskvalitet, og det anbefales derfor å skalere opp de målte verdiene til et representativt gjennomsnitt av temperaturen Ik2minberegninger foretas ved. I denne rapporten anbefales det å bruke 80 grader, som tilsier å gange den målte I k2 -verdien med 0,806. En annen ulempe med å måle I k2 er at i noen tilfeller, særlig i nett med lokal produksjon, kan målingene gi et øyeblikksbilde som kun er representativt for deler av tiden. 5.3 IECs referanseimpedans For å sikre at nettkunder kan kjøpe og bruke apparater uten å forstyrre seg selv eller nabokunder er det laget EMC standarder for blant annet å standardisere emisjonsgrenser for elektrisk utstyr. Disse emisjonsgrensene er fastlagt slik at dersom utstyret er tilknyttet et standardnett, så skal emisjon av forstyrrelser tilsvarende emisjonsgrensen ikke gi uønskede forstyrrelser med tilhørende funksjonssvikt til elektrisk utstyr eller annet ubehag for nettkunder (for eksempel flimmer). For å definere et slikt standardnett eller en standard nettstyrke brukes den såkalte referanseimpedansen. Denne er definert i standarden IEC TR 60725:2012 [6] som 0.24+j0.15 [ohm] for faseleder, og 0.16+j0.10 [ohm] for nøytralleder for forbruksapparater under 16 A i et TN-nett. Den samme impedansen gjelder for apparater mellom 16 og 75 A som er i hovedsak er tiltenkt brukt i et med mindre overbelastningsvern enn 100 A per fase. I Norge er det vanlig med hovedsikring på trefase 63 A. Den symmetriske trefase kortslutningsstrømmen I k kan da regnes ut slik: 3 Netbas brukerdokumentasjon. 22 av 50

25 400 I k = 800 A 3 (0,24) 2 + (0,15) 2 Om trefaseapparater som er tillatt brukt i TN-nett med referanseimpedansen, også skal kunne benyttes i IT-nett, så viste forrige kapittel at impedansen må være en tredjedel av impedansen i et TN-nett. Derfor kan referanseimpedansen i et IT-nett defineres som 0.08+j0,05 [ohm]. Om Ik2 brukes som kortslutningsstrøm tilsvarer dette: Når c = 0,95. c 230 I k2 = = 1172 A 2 0, , Beskrive nettstyrke med kortslutningsstrøm i IT og TN-nett Det som bestemmer spenningsfallet i et nett, er kildespenningen og impedansen i tilførselen til lasten, og i lasten selv. I et tenkt eksempelnett der det er en fordelingstransformator, 240 mm 2 fireleder forsyningskabel og 50 mm 2 fireleder stikkledning til en husholdningskunde som har en 2 kw enfaselast. Dette gir identisk spenningsfall i et IT og TN-nett. Fordi det er en enfaselast, så vil spenningen over lasten i begge tilfeller være 230 V. Derfor vil også spenningsfallet i tilførselen være identisk for både et IT og et TN-nett. Dette er fordi impedansen i forsyningskabelen og stikkledningen ikke endres selv om linjespenningen øker til 400 V. Av og til brukes kortslutningsstrøm som et mål på hvor sterkt et nett er heller enn impedansen. Dette har mange positive sider, men er en stor ulempe ved å bruke denne tilnærmingen oppstår når man skal sammenligne nettstyrke i IT og TN-nett. Dette kan illustreres ved å se på følgende situasjon: Om IT eller TT-nett oppgraderes til 400 V TN-nett så endres kortslutningsstrømmen i nettet. Om de samme ledningene i lavspenningsnettet brukes som før, så vil kortslutningsstrømmen (I k ) dobles i denne delen av nettet i forhold til Ik2minverdien. Dette betyr at et nett som har kortslutningsstrøm (Ik2min) på 400 A vil få 800 A kortslutningsstrøm (I k ) ved oppgradering. Dette gir en god indikasjon på at situasjonen er bedret betydelig for trefaselaster. Men spenningskvalitetsproblemer forårsaket av enfaseapparater vil være like store om det oppgraderes til TN-nett uten å endre kablene i nettet, selv om kortslutningsstrømmen dobles. Som nevnt i 5.1 blir spenningsfallet likevel litt lavere i TN-nett fordi nøytrallederen er i TN-C-S konfigurasjonen koblet til jord i tilknytningspunktet hos abonnentene. Eventuell forsterkning av nøytralleder vil også minske spenningsfallet. Siden kortslutningsstrøm kan være misvisende å bruke som mål på nettstyrke når IT og TN-nett diskuteres samtidig, så kan det være fornuftig heller å bruke impedans som mål på nettstyrke. Da gjelder tommelfingerregelen at for enfase laster i IT-nett og TN-nett, så vil nett med samme faselederimpedans ha tilnærmet lik nettstyrke. For trefaselaster må IT-nett måtte ha minst tre ganger så lav impedans som i et TN-nett for at de skal ha lik nettstyrke. En viktig konsekvens av dette er at spenningskvalitetsproblemer forårsaket av enfase-apparater i IT-nett i all hovedsak ikke blir mindre om det oppgraderes til TN-nett, selv om kortslutningsstrømmen øker betydelig. Dette gjelder ofte apparater som oppbevares i garasjen, som høytrykksspylere og verktøy, og også enfase varmepumper, induksjonstopper eller enfase elbilladere. Om det er problemer med trefase varmepumper, trefase kloakkpumper, trefase gjennomstrømnings-vannvarmere, trefase elbilladere, eller lignende, så vil det ha en god effekt å oppgradere fra 230 V IT-nett til 400 V TN-nett, og dette reflekteres også ved at kortslutningsstrømmen stiger. 23 av 50

26 Et IT-nett som har samme impedans som referanseimpedansen i et TN-nett, vil ha kortslutningsstrøm: c 230 I k2 = = 386 A 2 0, ,152 Når c = 0,95. Det er svært viktig at man ikke tolker dette dit at IT-nett med 400 A kortslutningsstrøm er like bra som et TN-nett med referanseimpedansen. Det er impedansen til lederne som bestemmer spenningsfallet i et nett, er impedansen lik i et IT-nett og et TN-nett så er spenningsfallet også likt. Det dette betyr er at IT-nett med rundt 400 A kortslutningsstrøm vil ha samme styrke som et nett med referanseimpedansen om bare enfaseapparater brukes. Impedansen i disse to tilfellene er lik, årsaken til den høyere kortslutningsstrømmen er høyere linjespenning i TN-nett. I praksis stemmer ikke dette helt, ettersom impedansen i nøytrallederen kan være mindre i et TN-nett enn faseleder-impedansen i et IT-nett, og deler av nøytrallederen er jordet (PEN-leder). Et anslag er derfor at IT-nett med 500 A kortslutningsstrøm har tilsvarende nettstyrke som TN-nett med referanseimpedansen, om bare enfase-apparater brukes. Mens for trefaseapparater, så krever IT-nettet en kortslutningsstrøm på 1172 A for å ha tilsvarende nettstyrke som et TN-nett med referanseimpedansen, med kortslutningsstrøm på 800 A. Det er svært viktig å påpeke at det ikke anbefales å bygge nett til denne styrken, dette diskuteres nærmere i kapittel 5.6. En konsekvens av denne innsikten er at IT-nett må ha lavere impedans enn TN-nett om trefaselaster skal kunne brukes. Mye av problemene med utfordrende elektriske apparater løses enklest om trefaseapparater brukes, så å bygge en elektrisitetsforsyning som ikke er egnet for trefaseapparater er sterkt frarådet. Konklusjonen er altså at å bruke Ik2min beregninger som indikasjon på nettstyrke har to svakheter når det arbeides med spenningskvalitet: Verdiene kan gi et ukorrekt bilde av nettstyrke når IT og TN-nett sammenlignes. Verdiene gir et litt pessimistisk anslag av nettstyrke fordi ledertemperaturen settes høyere enn ved normal drift. Ik2minverdier kan likevel brukes som anslag på nettstyrke så lenge man er klar over temperaturpåvirkningen, og helst ikke brukes til å sammenligne nettstyrke i IT og TN-nett. 5.5 Tabell over maks ytelse for overholdelse av FoL ved bruk av asynkronmotorer Asynkronmotorer skaper problemer i nettet om startstrømmene blir for høye i forhold til nettstyrken. Ulike asynkronmotorer har ulike startstrømmer, noen kan ha startstrømmer opp til ti ganger nominell strøm. Disse strømmene skaper kortvarige spenningssprang som kan føre til blinking i lys, og av og til at apparater ikke fungerer som de skal. Problemet med spenningssprang kan ofte løses ved å begrense startstrømmene, for eksempel ved bruk av mykstarter, frekvensomformer, å installere trefase heller enn enfaseapparater, å øke spenningsnivået fra 230 til 400 V (for trefasemotorer), osv. En mykstarter og frekvensomformer vil begrense startstrømmen som apparatet trekker ved oppstart, mens for et trefase apparat vil strømmen per fase minske med roten av tre i et IT nett og med 3 i TN-nett, i tillegg til at spenningsfallet over returlederen forsvinner ved balansert last. I dag installeres ofte apparater med asynkronmotorer uten å sjekke om nettet takler startstrømmene som vil oppstå. En oversikt i tabellform over hvor stor ytelse en direktestartet trefasemotor maksimalt bør ha i ulike nettkonfigurasjoner, kunne være et enkelt virkemiddel for å kommunisere til forbrukere og ikke minst installatører hvilke apparater det er trygt å bruke, og hvilke som vil kunne skape problemer i ulike situasjoner. 24 av 50