Bruk av AMS til å følge opp regelverk om spenningskvalitet Helge Seljeseth helge.seljeseth@sintef.no SINTEF Energi www.energy.sintef.no Teknologi for et bedre samfunn 1
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
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
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
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
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
234 Eksempel 233 på spenninger målt hos kunder på samme lavspenningskrets 232 231 230 229 228 227 226 225 224 223 222 221 220 219 218 217 216 215 214 213 212 211 210 209 208 207 204 203 202 201 200 199 198 197 196 195 194 193 23.2 24.2 25.2 Teknologi for et bedre samfunn 7
Teknologi for et bedre samfunn 8 22.12 21.12 20.12 19.12 18.12 L1 (V) 250 220 190 160 130 100 201,625 204 200 204,25 200,625 181,375 202,75 181,625 183,75 194 180,625 204,25 203,375 203,75 201,25 201,75 203,125 203,875 203,125 204 203,75 203,125 204 203 203,125 202,25 203,5 204,125 203,375 203,25 203,5 204,25 203,75 204,375 204,375 203,375 203 202,375 178,5 203,875 203,75 199,75 202,125 203,75 203,375 203,25 203,125 203,875 203,625 204,25 202,625 204,25 204,375 203,75 204,125 203,625 203 203,875 204,25 204 196,625 196,875 199,875 203,125 202 201,75 203,5 203,75 199,875 203,75 202,125 194,375 204,25 199,75 204,25 199,5 203,5 203,125 203 203,75 203,875 201,375 203,5 204,25 203,25 201 202,75 202,75 201,375 202,25 199,375 199,25 130,125 181,625 199,875 199,5 204 203 204,25 204,375 204 203,5 202,875 202,875 202,875 203,5 202,75 201,375 202,125 202 203,25 202,375 202,25 203,5 201,625 200 198,5 200,125 200,5 191 202,75 202,625 202 204,125 201,625 201,625 202,625 204,25 201,125 201,125 199,375 197,75 197,625 203 204,125 203,5 203,25 204,25 203,625 204,375 203 203,5 203,25 198,875 203,75 166,375 201,875 203,25 202,75 203,625 203,5 201,875 202,375 200,875 203,75 204 187 202,375 184 202,125 204,25 197,75 197,25 204,125 185,25 187,625 187,625 184,625 186,25 204,375 203,75 203,625 204 180,375 202,5 202,25 201,375 204,375 203,25 203,875 203,5 203 204,375 202,125 204 203 203,5 204,375 203,125 202,75 196,75 202,625 202 201,875 204 203,5 202,75 203,125 203,375 203,25 203,25 204 204,375 204 203,25 203,875 204 203,125 180,625 184,375 180 200,375 193,375 200,125 204,125 203,5 199,75 196,625 197,5 197,875 197,75 198,875 198,625 200,5 203,625 183,25 202,125 198,5 199,125 204,25 200,625
Teknologi for et bedre samfunn 9
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
Det blir viktigere/mer nødvendig å følge med på variasjonene i spenningen! Teknologi for et bedre samfunn 11
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
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 13
Hva tilsvarer dette i kortslutningsytelse/kortslutningsstrøm? I k2 > 1000A 0,109Ω 0.093Ω = 1172A Teknologi for et bedre samfunn 14
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 % 2011-2012: 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
2013-2014 NVE NVE gjorde 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 16
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
E-CARS load profiles (Normal charging of 15 electic vehicles of the municipality of Trondheim) Teknologi for et bedre samfunn
7 kw enfase lading av Tesla S i installasjon med relativt sterkt inntak (1500-1600 Teknologi for et bedre samfunn 19
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
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
Fas Volt - kw - A Sikring Fra - til Kabel 1 230 3,57kW 16 10-16 A 1.5-2,5 kvadrat 1 230 5,5kW 25 16-25 A 2.5-4 kvadrat 1 230 6,5kW 30 20-25 A 4-6 kvadrat Fas Volt kw - A Sikring fra - til Kabel 2x2-fas evt. (1x3) 230V 9kW 2x40A 25-32 4-6 kvadrat 2x2-fas evt. (1x3) 230V 11kW 2x45A 32-40 6-10 kvadrat Fas Volt - kw Sikring Kabel 3 400-230v 12kW 20-25 A 4 kvadrat 3 400-230v 15kW 25-32 A 4 kvadrat Største "kjente" installasjon i bolig med trefase 63 A: 2 X 18 kw (!!!) Samtidighets- Faktor??? 3 400-230v 18 kw 32-40 A 6 kvadrat 3 400-230v 21kW 40-50 A 6 kvadrat 3 400-230v 24W 40-50A 10 kvadrat Teknologi for et bedre samfunn 22
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
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
Nettselskapene må øke "observabiliteten" i sine nett! Teknologi for et bedre samfunn 25
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
Voltage [V] Storskala spenningsmåling med AMS Målinger hentet fra 7000 SMARTE energimålere (DeVID og SPESNETT) 252 247 242 Max Meters Min Meters 237 232 227 222 217 212 207 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Meters Data fra Smart Energi Hvaler, 8. aug. Teknologi for et bedre samfunn
Voltage [V] Storskala spenningsmåling med AMS Voltage [V] Voltage [V] Voltage [V] 247 237 227 217 TRAFO 207 0 2000 4000 6000 8000 Meters 247 227 247 227 Lavspenningskretser 247 227 207 0 2000 4000 6000 8000 Meters 207 0 2000 4000 6000 8000 Meters. 207 0 2000 4000 6000 8000 Meters Teknologi for et bedre samfunn
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
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
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
Teknologi for et bedre samfunn 32
Ca 7.minutter > 450 V Teknologi for et bedre samfunn 33
TAKK FOR OPPMERKSOMHETEN Teknologi for et bedre samfunn 34