Spenningskvalitet scenario 2020 Helge Seljeseth helge.seljeseth@sintef.no SINTEF Energi www.energy.sintef.no Teknologi for et bedre samfunn 1
"Utfordringen" Norske lavspenningsnett er relativt svake Lavt nivå av forsterkning/reinvesteringer de siste 20 år Vi har en høy andel 230 V IT-Nett Flere "utfordrende elektriske apparater" (UEA) tas i bruk av nettkundene Flere nye typer apparater (noen få eksempel) Gjennomstrømmingsvannvarmere Lading av elbiler Induksjonstopper Flere tar i bruk UEA som i lengre tid har vært tilgjengelig (noen få eksempel) Jordvarmepumper Kloakkpumper Høytrykkspylere Teknologi for et bedre samfunn 2
Emisjon og immunitet Normer/standarder for hvor mye elektriske apparater får lage av forstyrrelser i spenningen og hvor store forstyrrelser de skal tåle. Kundens anlegg Kunde A Lyn ~ Koblinger Kunde B Støy Ulineære komp./ Feil på komp. Trær, dyr, snø o.s.v. App.A Dårlig immunitet? App.B Teknologi for et bedre samfunn 3
Dette gjelder fortsatt (Thevenin) : Produksjon Nett Last/kunde ZG Znett Impedansene bestemmer spenningskvaliteten! ZLast Teknologi for et bedre samfunn 4
IEC referanseimpedans: IEC TR 60725 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 "standard nett" Elektriske apparater skal ikke genere "for store" 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) Målsetningen med referanseimpedansen (IEC TR 60725) var at 99 % (95 %) av kundene skulle ha en nettstyrke tilsvarende referanseimpedansen eller sterkere! Teknologi for et bedre samfunn 5
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 400 400 2 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 6
Hva tilsvarer dette i kortslutningsytelse/kortslutningsstrøm? I k2 > 1000A 0,109Ω 0.093Ω = 1172A Teknologi for et bedre samfunn 7
Undersøkelser av "styrken" til det norske lavspenningsnettet Undersøkelser basert på kortslutningsytelse I k2min i kundepunkt 2011-2012: Energi Norge, SINTEF Energi og 6 nettselskap Skagerak Nett Eidsiva Nett Istad Nett Helgeland Kraft Agder Energi Nett Fortum 2013-2014: NVE m/flere nettselskap Teknologi for et bedre samfunn 8
Tabell 1 Estimat på nettstyrke i norske lavspenningsnett. Prosentvis fordeling av nettstyrke (I k2min ) < 350 A 350 500 A 500 750 A 750 1000 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 Teknologi for et bedre samfunn 9
NVEs undersøkelse: Etter undersøkelsen foretatt av nettbransjen i 2011-2012 foretok NVE etterpå egne undersøkelser mht kortslutningsytelsen i det norske lavspenningsnettet På Brukermøte Spenningskvalitet 2014 (17.-18./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 10
En vedkløyver på "bare" 1500 W Normal bruk, 1,5 kw Vedkløyver kundeinntak sterkere enn IEC referanseimpedans! Teknologi for et bedre samfunn 11
Hva med "snillere" apparat, men på svakt nett? 1 fase inntak 50 A hovedsikring Kortslutningsytelse (NB! I k2 ) på bare ca. 360 A Målinger av spenning og strøm i kundens sikringsskap ved normal bruk av 2200 W kjedesag Teknologi for et bedre samfunn 12
Normal bruk av 2200 W kjedesag Teknologi for et bedre samfunn 13
Hva med "enda snillere" apparat men på enda svakere nett? 1 fase inntak 40 A hovedsikring Kortslutningsytelse (NB! I k2 ) på bare ca. 250 A Målinger av spenning og strøm i kundens sikringsskap ved normal bruk av 1800 W høytrykkspyler Teknologi for et bedre samfunn 14
1800 W høytrykkspyler Teknologi for et bedre samfunn 15
Eventuelle fordeler ved å gå over til 230/400 V? Samtidig forsterke nettet? Bli kvitt det vanvittige kaoset det er med jordfeil i en del IT-nett! Slipper de problemer som moderne utstyr med innebygget spenningsovervåkning får ifm jordfeil i det norske IT-Nettet. Gjøre nettet vesentlig sterkere for trefase utstyr og apparater (UTEN nettforsterkning) Unngå at utstyr og apparater som ankommer Norge må tilpasses vårt "sære nett" Teknologi for et bedre samfunn 16
L3 N L1 N N L2 Teknologi for et bedre samfunn 17
Teknologi for et bedre samfunn 18
L3 N N N N L1 N N N N N L2 Teknologi for et bedre samfunn 19
N Intermitterende jordfeil gjennom induktans L3 L1 L2 Teknologi for et bedre samfunn 20
Intermitterende jordfeil Kan "komme og gå": I et relativt fast mønster Helt tilfeldig uten mønster og med svært varierende varighet Langsomme variasjoner som eksempelvis av og på en gang i døgnet eller noen få ganger i døgnet Hurtige variasjoner der store endringer i fase-jord spenningene kan forekomme mange ganger i sekundet Teknologi for et bedre samfunn 21
Teknologi for et bedre samfunn 22
Fra jordfeilen ble målt og nettselskap ble varslet gikk det 47 dager før jordfeilen ble funnet/fjernet Kilden til "problemet" - gatelys Teknologi for et bedre samfunn 23
Teknologi for et bedre samfunn 24
Teknologi for et bedre samfunn 25
Teknologi for et bedre samfunn 26
Ca 7.minutter > 450 V Teknologi for et bedre samfunn 27
Greier nettselskapene å etterleve forskrift om leveringskvalitet i 2020? JA! men da trenger de bedre verktøy enn de har i dag: God men enkel måling med AMS (gode filtre som reduserer datamengden!) Noe avansert måling God programvare for automatisk analyse (og rapportering) av måledata Personell med spenningskvalitet kompetanse Gode rutiner når man oppdager problemer Teknologi for et bedre samfunn 28
Finnes det og bør det finnes oversikt over «rikets tilstand»? Hvem sitter på dette? Fra 70-tallet og fram til i dag har det i økende grad blitt foretatt målinger og laget statistikk på rikets tilstand mht spenningskvalitet Til å begynne med var omfanget LITE, men dette har økt relativt jevnt Fra 2006 med kravene i FoL er antall målepunkt økt betraktelig Teknologi for et bedre samfunn 29
Periode Til og med 70-tallet 1980-1992 Målinger blant nettselskap Type målinger, måleutstyr, formål. For det meste enkle målinger ved kundeklager med håndholdt voltmeter og/eller papirskrivere 1993-2003 Målinger ved kundeklager og litt statistikkmålinger. Enkle og avanserte støyanalysatorer, papirskrivere. 1 målekampanje -> 2004-2014 Målinger ved kundeklager. Enkle og avanserte støyanalysatorer, papirskrivere. " Målinger ved SINTEF Type målinger, måleutstyr, formål. Problemløsningsmålinger for industri og nettselskap. Transientrecordere, papirskrivere Problemløsningsmålinger for industri og nettselskap Transientrecordere, enkle støyanalysatorer, papirskrivere. 1 målekampanje -> Problemløsningsmålinger for industri og nettselskap Transientrecordere, avanserte støyanalysatorer, 1 målekampanje -> Problemløsningsmålinger for industri og nettselskap og "forskningsprosjektmålinger" Avanserte støyanalysatorer og transientrecordere/"skop" Målekampanjer Ingen "kjente" EnFO/SINTEF Kun transienter og dipp i et begrenset antall punkt EBL/SINTEF/Nettselskap/Industri. PQNode (Medcal) Ikke flimmmer og spenningssprang SINTEF i prosjekt: - SPESNETT - Distribusjon 2020 - Offshore wind - DeVID Teknologi for et bedre samfunn 30
Kort om målekampanjer i Norge fram til 2014 1980-tallet og fram til 1993: EnFO (Energi Norge), EFI (SINTEF Energi) og noen få nettselskap. Målinger foretatt på 11 steder med Dranetz 606 og 646 (Data kun ut på papir! ) "Manuelle" analyser" og resultater nyttiggjort av energiforsyningen i Norge, UNIPEDE DISDIP og CIGRE/CIRED. 1993-2003: EBL Kompetanse (Energi Norge), SINTEF Energi og mange nettselskap Målinger foretatt med BMI PQNoder 8010 (og 8020) og litt med MEDCAL Over 700 målepunkter 7000 MB (7 GB) med måledata Avanserte analyser med PQView og resultater nyttiggjort av energiforsyningen i Norge, CENELEC, IEC, CIGRE/CIRED. Rapport: 2 rapporter inkl. Rikets tilstand 1993-2003 2007-2014: SINTEF Energi, Energi Norge og mange nettselskap Målinger foretatt med Elspec Blackbox G4420, G4430 og G4500 Har passert 110 målepunkter med til sammen over 3000 GB (3 TB) med måledata Avanserte analyser med Elspec Investigator og Matlab Toolbox. Resultater nyttiggjort av energiforsyningen i Norge, CENELEC, IEC, CIGRE/CIRED. Teknologi for et bedre samfunn 31
Målinger foretatt av nettselskapene 2006 2015 (og videre) I tillegg til målekampanjene nevnt på forrige side/slide har norske nettselskap foretatt såkalte FoL-målinger siden 2006. Dette er imidlertid måleresultater som er spredt rundt hos nettselskapene uten noe sentral databank der analyser kan foretas og statistikk utarbeides med hensyn til Utvikling over tid (mer eller mindre forstyrrelser)? Geografiske variasjoner? Forskjeller mellom spenningsnivå? Forskjeller mellom jordingssystemer inkludert IT- kontra TN-Nett? Forskjeller mellom luftnett og kabelnett? Forskjeller mellom kyst og innland? Med mer NVE har startet innsamling av data til en sentral norsk spenningskvalitet database der en etter hvert kan få oversikt over forhold som nevnt over. Teknologi for et bedre samfunn 32
Hvor kan netteiere som vil gripe fatt i dette ta kontakt? Det er allerede flere nettselskap som begynner å bli flinke på spenningskvalitet både mht planlegging og drift samt også målinger og feilanalyse! SINTEF Energi vil fortsatt være et kompetansesenter på spenningskvalitet SPESNETT-prosjektet fortsetter ut 2016 "Søknad inne" på spenningskvalitetsprosjekt: Støybeskyttelse og supraharmoniske Forbereder søknad på prosjekt med "spenningskvalitet forecast" basert på rådata/måledata Problemløsningsoppdrag, målinger og målekompetanse NVE må alltid ha kompetanse på spenningskvalitet og skal også kunne gi råd mht korrekt måling og krav til oppfølging av kunder som klager med mer Teknologi for et bedre samfunn 33
Behov for mer arbeid/forskning på området? I så overskuelig framtid som 2020 vil det helt klart være behov for "løft" både på arbeid med spenningskvalitet i nettselskapene og på forskning. Veldig viktig med gode systemer og god utnyttelse av måledata fra AMS Viktig med programvare som i mest mulig grad automatiserer nettselskapenes håndtering av leveringskvalitet (inkl. spenningskvalitet) måledata Avanserte måleinstrumenter (ikke AMS) har blitt så gode og avanserte og fanger opp så å si alt av selv små forstyrrelser -> det vil være mulig å kjøre automatisk analyse av rådata for å få en "værmelding" (early warning) på en del feil/hendelser i nettet Teknologi for et bedre samfunn 34
Takk for oppmerksomheten Teknologi for et bedre samfunn 35