Har norske lavspenningskunder for høye spenninger? Fra Teknisk Rapport på Spenningskvalitet i svake lavspenningsnett Brukermøte spenningskvalitet 2009 Helge Seljeseth helge.seljeseth@sintef.no SINTEF Energiforskning AS www.energy.sintef.no SINTEF Energiforskning AS 1
Bakgrunn for målinger/undersøkelser Gjennom arbeid med kundeklager på spenningskvalitet herunder målinger av spenningsforholdene har man sett mange eksempel på høy impedans (svake nett) i det norske fordelingsnettet. Det har særlig vært eksempel på høy impedans i en del lavspenningsnett, men det har også vært en del tilfeller der spenningsvariasjonene har vært relativt store (godt over 5 % variasjon) også i 22 kv nettet. Med svake nett menes at nettet har høy impedans i forhold til utbredelsen/lengden av nettet og den last som er tilkoblet nettet. Årsaker til svake nett er for eksempel: nettstasjoner med lav ytelse i forhold til lasten i lavspenningskretsen små tverrsnitt på kabler/ledninger i forhold til nettets utbredelse/lengde og i forhold til den tilkoblede last SINTEF Energiforskning AS 2
Den første norske databasen på spenningskvalitet Den første spenningskvalitetsdatabasen ved SINTEF Energiforskning med måledata fra 1993 til 2006 inneholder flere hundre målepunkter i lavspenningsnettet. Disse målingene er imidlertid foretatt både i lavspenningsnettet og i høyspenningsnettet. Målingene er spredt over hele lavspenningsnettet i fra inne i selve nettstasjonen (transformatorkiosken der spenningen vil være på sitt høyeste) til inne i installasjonen til den kunden som ligger lengst unna transformatoren (der spenningen vil være på sitt laveste). En betydelig andel av målingene er foretatt en eller annen plass mellom disse ytterpunktene. Statistikk fra databasen antas å være ganske korrekt og beskrivende for spenningsforholdene hos kunder i det norske lavspenningsnettet. Det ble likevel stilt spørsmål ved om man godt nok hadde fanget opp og dokumentert de aller største spenningsvariasjonene i og mellom randsonene i de svakeste lavspenningsnettene da databasen frem til denne målekampanjen inneholder målepunkter relativt jevnt fordelt over hele nettet. (Randsonene: yttergrensene - kundene nærmest nettstasjon og kundene lengst unna nettstasjon) SINTEF Energiforskning AS 3
Måleinnsats svake lavspenningsnett Dette arbeidet ble gjennomført som en begrenset og frivillig måleinnsats fra norske nettselskap over et år. Prosjektet klarte å fremforhandle en meget god pris på Medcal H instrumentene for deltakere i disse dugnadsmålingene. Nettselskap som var villige til å bruke instrumenter i denne koordinerte måleinnsatsen fikk kjøpe instrumenter til denne gunstige innkjøpsprisen som premiering for sitt bidrag med målinger til prosjektet. Til sammen 9 nettselskap bidro med målinger med fra 2 til 6 samtidig målende instrument. Alle måledata er anonymisert slik at de vil fremstå fra en samlet gruppe nettselskap. Det trekkes ikke fram statistikk eller data fra et enkelt navngitt nettselskap. SINTEF Energiforskning AS 4
Målinger forts. Målingene foretatt primært i 2004 og delvis i 2005 og dermed i stor grad før den norske forskriften om leveringskvalitet trådte i kraft i 01-01- 2005. De fleste målingene ble derfor foretatt med 10 minutt gjennomsnittsverdier i henhold til Europanormen EN50160, men noen målinger ble også foretatt med 1 minutt gjennomsnittsverdier for sammenligningens skyld. Instrumentene ble plassert parvis med to instrument i hvert lavspenningsnett som ble valgt ut for målinger. I noen få tilfeller ble tre instrumenter plassert i samme lavspenningskrets. De utvalgte nettene var lavspenningskretser som de deltakende nettselskap hadde en formening om var blant deres svakeste lavspenningsnett mht impedans og spenningsvariasjoner. Instrumentene ble plassert i stikkontakt så nær sikringsskapet som mulig hos de kundene som mht ledningslengde ligger hhv nærmest og lengst borte fra nettstasjonen. I enkelte tilfeller ble det ene instrumentet plassert i nettstasjonen istedenfor hos kunden nærmest nettstasjonen. SINTEF Energiforskning AS 5
Kravene til målingene fra nettselskapene var følgende 1. Målingene skulle foregå på lavspenningskretser der nettselskapet vet eller i alle fall tror de har store spenningsvariasjoner på grunn av relativt svake nett. 2. Det skulle gjøres målinger samtidig med minst 2 instrument i hver slik lavspenningskrets. 1. Et instrument skulle plasseres hos kunden på enden av linjen, lengst unna nettstasjonen. 2. Et instrument skulle plasseres hos kunden nærmest nettstasjonen, eventuelt i selve nettstasjonen. 3. Om interessant for nettselskapet kunne også ytterligere instrument plasseres mellom de nevnte ytterpunkter i a. og b. 3. Det skulle foretas målinger både i sommer- og i vinterhalvåret 4. Målingene skulle foregå i perioder på minst en uke, gjerne lengre. 5. Det ble også oppfordret å foreta ekstra målinger der en skulle bruke 1 minutt tidsintervall for målingene i stedet for 10 minutter. Disse målingene skulle helst foregå parallelt for best mulig sammenligningsgrunnlag. SINTEF Energiforskning AS 6
Normalisering av antall måledager Måleresultatene er normalisert mellom målepunktene slik at de er uavhengige av antall måledager ved hvert målepunkt. Ble det i et målepunkt målt i bare 2 uker ble disse 2016 måleverdiene multiplisert opp med 2 før verdiene ble lagt til måleverdiene i målepunkter der det var målt i 4 uker. Hvert målepunkt har dermed like stor innvirkning på resultatene SINTEF Energiforskning AS 7
22kV 0,23kV Resultater V Målepkt.1b V Målepkt.1a V Målepkt.2 Det var meget stor variasjon i spenningskvalitet mellom de ulike målepunktene. Enkelte av målepunktene hadde store variasjoner i spenningen med eksempelvis flere titalls volt mellom laveste og høyeste målte spenning ( langsomme rms variasjoner ). Andre målepunkter hadde vesentlig mindre variasjoner enn nettselskapet forventet. Videre hadde enkelte lavspenningskretser svært store spenningsforskjeller fra første kunde etter nettstasjonen (ev. inne i nettstasjonen) og ut til siste kunde på kretsen mens det på andre lavspenningskretser var overraskende små forskjeller. SINTEF Energiforskning AS 8
1 minutt kontra 10 minutter Figurene som viser spenningsfordelingen over alle målepunktene er fra målinger med 10 minutt gjennomsnittsverdier da vi har dette for alle målepunktene. På langt nær alle nettselskapene som deltok i målearbeidet foretok målinger med 1 minutt tidsintervall. Generelt konstaterte vi at 1 minutt måleintervall gir litt større spredning i måledataene i form av at ikke bare antallet måleverdier ble tidoblet, men at også høyeste måleverdi ble høyere, laveste måleverdi ble lavere og at spenningen totalt sett varierte enda litt mer. Denne økte spredningen er imidlertid beskjeden for de fleste av målepunktene og er kun stor i de få målepunktene med aller dårligst spenningskvalitet (størst spenningsvariasjoner). Det er jo imidlertid nettopp i de målepunktene med dårligst spenningsforhold det i praksis er viktigst å se hvor lav og høy spenningen blir uten at måleresultatene filtreres over så langt tidsrom som 10 minutter. SINTEF Energiforskning AS 9
Vintersesong Før målingene ble påbegynt forventet vi at spenningen nær nettstasjonen i slike svake nett periodevis ville være høyere enn grenseverdiene i EN50160 i sommerhalvåret (og forskrift om leveringskvalitet selv om denne ikke var trådet i kraft enda). Målingene avdekket imidlertid at spenningen flere steder var over + 10 % også i vinterhalvåret. Målingene avdekket som forventet store variasjoner i spenningsforholdene lengst ute på lavspenningskretsene. Enkelte av disse kundene erfarer både meget lave spenninger samt store variasjoner i spenningen fra de laveste verdiene til de høyeste verdiene i spenningen. SINTEF Energiforskning AS 10
Vintersesong, nær nettstasjon, minimumsverdier SINTEF Energiforskning AS 11
Vintersesong, nær nettstasjon, middelverdier SINTEF Energiforskning AS 12
Vintersesong, nær nettstasjon, maksimumverdier SINTEF Energiforskning AS 13
Vintersesong, kunde på tamp, minimumsverdier SINTEF Energiforskning AS 14
Vintersesong, kunde på tamp, middelverdier SINTEF Energiforskning AS 15
Vintersesong, kunde på tamp, maksimumverdier SINTEF Energiforskning AS 16
Sommersesong Forventningene til målingene i sommerhalvåret var at de målte spenningene skulle være høyere enn i vinterhalvåret. Spenningsforskjellene mellom sommer- og vintersesong varierte imidlertid ganske mye mellom de målte lavspenningskretsene. De maksimale spenningene i nettstasjonene og hos kundene nærmest nettstasjonene økte relativt beskjedent fra vintersesong til sommersesong. Dette skyldes nok at en stor del av spenningsfallet under tung last oppstår i lavspenningskretsen mellom nettstasjon og enden på linjen. Spenningsforholdene hos de fleste kundene lengst vekk fra nettstasjonene bedret seg litt under sommermålingene i forhold til vintermålingene da spenningen i gjennomsnitt økte litt og kom litt høyere opp mot nominell/ideell spenning på 230 V. SINTEF Energiforskning AS 17
Sommersesong, nær nettstasjon, minimumsverdier SINTEF Energiforskning AS 18
Sommersesong, nær nettstasjon, middelverdier SINTEF Energiforskning AS 19
Sommersesong, nær nettstasjon, maksimumverdier SINTEF Energiforskning AS 20
Sommersesong, kunde på tamp, minimumsverdier SINTEF Energiforskning AS 21
Sommersesong, kunde på tamp, middelverdier SINTEF Energiforskning AS 22
Sommersesong, kunde på tamp, maksimumverdier SINTEF Energiforskning AS 23
Tabell 1: Den laveste målte verdien, 5 % verdien, gjennomsnittsverdien, 95 % verdien og den høyeste målte verdien av alle de målte verdiene for hvert 10 minutt tidsintervall. minimum 5 % median 95 % maksimum Minimums-verdien for hvert 10 min. intervall Gjennomsnittsverdien for hvert 10 min. intervall Maksimums-verdien for hvert 10 min. intervall Sommer Vinter Sommer Vinter Sommer Vinter Nær trafo 195 213 227 243 258 Linjeende 165 196 213 228 249 Nær trafo 195 218 231 245 260 Linjeende 165 203 217 232 253 Nær trafo 207 237 246 254 260 Linjeende 190 211 225 240 253 Nær trafo 209 239 248 256 260 Linjeende 190 214 228 243 253 Nær trafo 209 241 250 258 265 Linjeende 207 226 235 245 260 Nær trafo 209 243 252 260 265 Linjeende 207 229 238 248 260 SINTEF Energiforskning AS 24
Et konkret eksempel SINTEF Energiforskning AS 25
SINTEF Energiforskning AS 26
Svake lavspenningsnett og klimatiltak Svake lavspenningsnett under et høyspennings fordelingsnett vanskeliggjør installasjon av distribuert produksjon i disse høyspennings fordelingsnettene selv om høyspenningsnettet isolert sett ikke er et svakt nett. Til dels betydelige nettforsterkninger kan da være nødvendig. Svake lavspenningsnett gjør det vanskelig å tilføre utstrakt bruk av elektriske biler. Disse vil selv med slow chargers (enfase 10/16 A) kunne medføre problematisk lastøkning i svake lavspenningsnett. SINTEF Energiforskning AS 27
0,23kV 22kV V Målepkt.1b 253 V V Målepkt.1a V Målepkt.2 DG mulig uten spesielle tiltak. Margin igjen i nettet. 230 V 207 V G DG ikke mulig uten spesielle tiltak. Nettet fullt utnyttet. 253 V 230 V 207 V 253 V Tiltak bør (uansett DG eller ikke) iverksettes i nettet. 230 V 207 V SINTEF Energiforskning AS 28
Når NETTENE blir lange og kulda setter inn SINTEF Energiforskning AS 29