Optimal belastning av kabel REN AS Kåre Espeland
Om prosjektet Innovasjonsprosjekt for næringslivet støttet av Norges forskningsråd Fire års varighet 2014-2017 REN er prosjekteier 18 partnere; netteiere og industri 2
NEN 62.75 Det meste av distribusjonsnett i Norge blir i dag dimensjonert etter NEN 62.75 NEK norm fra 1975. Belastningstabeller. Forenkling av IEC 287 (1969) Ser ut til å fungere greit for enkle kabelforlegninger. REN anbefalingene for dimisjonering bygger på NEN 62.75 REN blad: 8041 Distribusjonsnett Tekniske verdier 9115 LS Nett Dimensjonering av ledning og valg av overstrømsvern 9118 HS Nett - Dimensjonering 3
NEN 62.75 NEK 400 PEX 3*240 AL forlagt i jord NEN 62.75 I th = 435 A NEK 400 I th = 290 A Hvem har rett? Begge! 4
Forutsetninger for belastningsdata NEN 62.75 NEK 400 Korreksjon Lufttemperatur 25 0 C 30 0,95 Jordtemperatur 15 0 C 20 0 C 0,96 Jordens termiske resistivitet 100 0 C*cm/w 2.5 K m/w (250 0 C*cm/W) 0,73 Forlegningsdybde 0,7 m 0,7 m 1 Ledertemperatur PEX isolasjon 90 C PEX isolasjon 90 C Forlegningsmåte Dirkete Direkte 1 435*0,95*0,96*0,73=290 Ved flat forlegning er det forutsatt minimum en kablediameter avstand mellom kablene eller maks 70 mm. For enlederkabler med kappe/skjerm er verdiene for lukket kappe skjerm gjengitt. 5 1
Sand Hva får man når man spesifiserer kabelsandsand? Hvordan spesifiserer man? Vil samme spesifikasjon gi samme termiske egenskaper over hele landet? Kan man måle dette? Hvilke målemetoder finnes? Hva om man spesifiserer stedlige masser? Hvilke egenskaper får man? Sparer mye transport! 6
Gjenfyllingssonen. 7
Gjenfyllingssonen. 8
Gjenfyllingssonen. 9
Hva om det ser slik ut? Veikryssing 10
Hva ønsker vi å oppnå? Verktøy til prosjektering Forenkler i forhold til NEN 62.75 tabeller. Mer fleksibelt. Flere tilfeller og kombinasjoner. «Kompliserte forlegninger» Masser: Spesifisere masser som skal anvendes. Se på hvordan måle bedømme masser. Mekaniske egenskaper for masser. Stabilitet Hvordan blir kabelen påvirket. 11
Verktøy til prosjektering av kabel COMSOL Server 12
COMSOL 13
Eksempel Overdekning cm Strøm A Overflate temperatur o C Masse i ledningssonen mk/w Masse i gjenfyllingssonen mk/w Temperatur leder o C 70 435 25 1 1 97 70 290 30 2 (NEK 400 2,5) 2(NEK 400 2,5) 87 14
Eksempel 6 stk.12 kv 240 Al kabler i en veikryssing. Må ligge på 1 meter 16/32 masser i gjenfyllingssonen Ca 180 A NEN 62.75 455 A 12 kv 240 Al 6 stk 435*0,6= 273A Dybde 0,98*262=256 Masse 0,77*256=206 15
Eksempel Samme kabelen i rør: NEN 62.75 455 A 12 kv 240 Al 6 stk 435*0,6= 273A Dybde 0,98*262=256 Masse 0,77*256=206 Rør ca 0,8 * 206= 165 A Ca 170 A Rørberegningene er foreløpige 16
Masser i kabelgrøfter Finnes ingen praktisk metodikk for å bestemme termisk ledningsevne i massene kabelen legges: Utvikle feltmetode for å måle relevante parametere for gjenfyllingsmasser 17
18 Termiske egenskaper Omfyllingsmasse = sand + vann + luft Ønsker mest mulig sand Ønsker å fylle opp hulrom med vann Kornfordeling påvirker mengden hulrom. Ønsker en optimal fordeling av kornstørrelser (Siktekurve følger Fullers fordeling) Naturlige masser Knuste masser Fullers fordeling (teoretisk optimal) Material Termisk ledningsevne Termisk motstand Mineral 1,5-5 K/m.W 0,2-0,7 m.w/k Vann 0,6 K/m.W 1,7 m.w/k Luft 0,026 K/m.W 38 m.w/k
Termiske egenskaper k [K/m.W] 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 Tetthet Termisk ledningsevne Vann: 220 kg/m 3 2200 kg/m 3 Godt komprimert Vann: 225 kg/m 3 1500 kg/m 3 Løst komprimert 0,4 0,2 Fukt 0 0 5 10 15 20 25 30 Fuktinnhold [Vekt %] 19
Estimering av termisk ledningsevne Innført krav om CE-merking av bygningsmaterialer Laboratorieprøve: Egenvekt til massen (tetthet tørr prøve) Siktekurve To parametere av betydning i modell for k: Fuktinnhold Må gjøre vurdering ut fra forlegning, geografi og klima Tetthet (komprimering) Kan forholdsvis enkelt måles i felt Målinger fra case og lab skal etterprøve generell modell for relevante masser 20
21 Verifisering gjennom Case Case er sentralt i prosjektet Realistiske målinger på realistiske kabelføringer Målinger over tid gir god statistikk og info om langtidsegenskaper Benyttes til å verifisere modellering og beregninger http://www.google.no/maps SINTEF, Trondheim LYSE, Sandnes Case 1: Lyse Elnett, Sandnes Case 2: Fullskala modell, Trondheim