Av Henrik Kirkeby og Helge Seljeseth, SINTEF Energi AS



Like dokumenter
"VIRKELIG smarte" energimålere

Nye forbruksapparater og elbiler - Hvilke utfordringer skaper de for lavspenningsnettene?

Det norske distribusjonsnett "State of the art"?

Spenningskvalitet scenario 2020

Effektkrevende elektrisk utstyr, utfordring for nettet

NEF Teknisk Møte Av Helge Seljeseth, Henning Taxt, Henrik Kirkeby, SINTEF Energi AS

Forskrift om leveringskvalitet krav og erfaringer

Elbilladning Muligheter og utfordringer

Misnøye med leveringskvalitet samt klage på anleggsbidrag - NVEs vedtak

Bruk av AMS til å følge opp regelverk om spenningskvalitet

Er det behov for samordnet håndtering av. Forbrukerkjøpslov Forskrift om Leveringskvalitet EBLs Standard nettleieavtale

Kort om Forskrift om Leveringskvalitet FoL

Takler el-nettet eksplosjonen i el-bilsalget?

SIMULERINGSSTUDIE AV SPENNINGSKVALITET I LAVSPENNINGSNETT MED PLUSSKUNDER. Av Bendik Nybakk Torsæter og Henrik Kirkeby, SINTEF Energi AS

FoL og KUNDENS opplevelse

Misnøye med leveringskvalitet fra Skagerak Nett AS - NVEs vedtak i saken

Vurdering av minimum nettstyrke NVE fagdag om lavspenningsnettet

TEKNISKE FUNKSJONSKRAV. Vedlegg 2

Norges vassdrags- og energidirektorat

Forskrift om leveringskvalitet

Håndtering av spenningsproblem i praksis

Tekniske funksjonskrav for lavspent. tilknytning av pv-anlegg

Har norske lavspenningskunder for høye spenninger? Fra Teknisk Rapport på Spenningskvalitet i svake lavspenningsnett

Støy på nettet, årsaker og løsninger

Problemer med strømforsyning og informasjon fra Hafslund Nett AS - NVEs vedtak i saken

RENblad nummer: 342 Versjon: 1.2 Tittel: Tilknytning og nettleieavtale - innmating ls nett - vedlegg 2 Selskap: STANGE ENERGI NETT AS

Tekniske funksjonskrav for lavspent tilknytning av PV-anlegg

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

Kvalitetsbegrepet de ulike parametere, definisjoner, symptomer/problemer og løsninger. Kjell Sand SINTEF Energiforskning

Elektriske apparaters immunitet med hensyn til å tåle kortvarige overspenninger

Forskrift om leveringskvalitet i kraftsystemet - Hva kan gjøres i forhold til kunder som ikke overholder krav?

TEKNISKE KRAV. Produksjonsenheter(< 25kW) med inverter tilknyttet lavspent distribusjonsnett. Mal utarbeidet av: REN/Lyse Elnett

Tolkning av måledata betinger kunnskap om egenskaper ved elektriske apparater. en kort innføring i disse for enkelte utbredte apparater

Tekniske krav - Plusskunde

Leveringskvalitet: utfordringer for og med småkraftverk

Forstudie. Nettundersøkelse: Tilknytning av Tverrdalselva småkraftverk i Storfjord kommune, søkt av BEKK OG STRØM AS Troms Kraft Nett AS

Norges vassdrags- og energidirektorat

AUTOMATISK HENDELSESANALYSE. Av Henrik Kirkeby SINTEF Energi AS

NORSK LOVTIDEND Avd. I Lover og sentrale forskrifter mv. Utgitt i henhold til lov 19. juni 1969 nr. 53.

Erfaringer fra spenningsmålinger i Skagerak hvordan virker FOL i praksis?

Forstudie. Nettundersøkelse i forbindelse med tilknytning av Simavika Kraftverk i Tromsø kommune.

Målinger av spenningskvalitet

Gode og dårlige fremgangsmåter for problemløsning/kundehåndtering

Pålitelighet i kraftforsyningen

BRUK AV FORDELINGSTRANSFORMATOR MED AUTOMA- TISK TRINNKOBLER

Plusskundeordningen i Klepp Energi Plusskundeordningen

Konsekvenser av forskrift for leveringskvalitet - hva ble forventet

Rapport. Håndtering av utfordrende elektriske apparater som tilknyttes elektrisitetsnettet

Hege Sveaas Fadum Senioringeniør, Nettseksjonen epost: tlf: Norges vassdrags- og energidirektorat. Pst 2.

P Q A A S. Kort presentasjon av PQA. Henrik Kirkeby

Distribuert produksjon utfordrer spenningskvalitet, lokal stabilitet og reléplaner

Effektutfordringer med plusshus KSU-seminar 2016

Dårlig spenningskvalitet og brannfare. Henrik Kirkeby

Av André Indrearne, Rasjonell Elektrisk Nettvirksomhet AS

Deres ref.: v2/TLO NVEs vurdering i klage på anleggsbidrag - vedtak

PLUSSKUNDEAVTALE. mellom. (Nettselskapet) Navn på plusskunden (Plusskunden) for målepunkt-id og anleggsadresse. (målepunkt-id) (anleggsadresse)

Måleavvik og sporbarhet

Rapportnr: Antall sider: UTFØRT AV (navn/dato): SISTE REVISJON (navn/dato): 1 Stein W. Bergli Stein W. Bergli

Vern mot dårlig kvalitet

Håndtering av spenningsproblem i praksis

Smarte hus krever smarte nett

Konsekvenser for sentralnettskunder av endringer i systemspenning og kortslutningsytelser i sentralnettet privat- eller offentligrettslig regulert?

Sluttrapport: Undersøkelse av lastprofiler og spenningspåvirkning fra hurtigladestasjoner for elbil

PLUSSKUNDEAVTALE. mellom. [Navn kunde] Tilknytningspunkt. [Måler ID] Lyse Elnett AS

Nettselskapenes håndtering av FOL og forbrukerkjøpsloven

Eksempler på eksisterende SmartGrid teknologi og deres evne til å løse utfordringene AMS. Klaus Livik. Nettkonferansen og 2.

Tilknytnings- og nettleieavtale for innmatingskunder i distribusjonsnettet

Melding om installasjonsarbeid

Klage på anleggsbidrag - TrønderEnergi Nett AS. NVEs vedtak i saken. «Navnl» «Navn2» «Adrl» «Adr2» «Post» «LAND»

Spenningskvalitetsmålinger nyttig ved feilanalyse?

MELDING OM INSTALLASJONSARBEID HURUM ENERGIVERK AS. Retningslinjer

Tilknytting av solenergianlegg i lavspenningsnett

Tilknytting av solenergianlegg i lavspenningsnett

Rapport. Virkningen av spenningsregulering på energibruk. Forfatter(e) Henrik Kirkeby. SINTEF Energi AS Elkraftsystemer

TILKNYTNING OG LEVERINGSKVALITET

HØRINGSSVAR- Forslag til endring i forskrift om kontroll av nettvirksomhet

PQA AS. Kort presentasjon av PQA. Henrik Kirkeby

Av David Karlsen, NTNU, Erling Tønne og Jan A. Foosnæs, NTE Nett AS/NTNU

Hva gjør vi i Skagerak!

Nett og infrastruktur Praktiske vurderinger v/ Hans Brandtun, REN

Gir smartere løsninger bedre forsyningssikkerhet?

Vedlikehold av nettstasjoner

Håndtering av spenningsproblem i praksis interessante eksempler

DERES REF /DATO.: VÅR REF: DOKUMENTNR.: ARKIVNR.: VÅR DATO: MERNEW. THHOO1 10/ WWW-Skagemkenergim

AMS og nettnytte. Hva gir god nytteverdi, og hvordan prioritere i arbeidet med nettnytte? Henrik Kirkeby, SINTEF Energi

AMS i FASIT Muligheter og utfordringer FASIT-dagene 2016 Gardermoen,

Oversending av revisjonsrapport og varsel om vedtak om retting Krødsherad Everk KF

Vurdering av behov for å sette grenseverdi for minimum kortslutningsytelse i lavspenningsnettet

Smarte nett - Fra tradisjonell distribusjon til intelligent transport og utveksling av elenergi. SINTEF Energiforskning AS

Rapportering av spenningskvalitet til NVE?

Nettundersøkelse i forbindelse med tilknytning av Ritaelva Kraftverk og Sveingard Kraftverk i Tromsø kommune.

REN blad 4021 LS Nett Måling. Krav til overvåkning av nettstasjon ved bruk av AMS 1. Sammendrag

Tilpasninger og særlige forhold. Vedlegg 4 NAVN PÅ DG

Vil smart grid teknologier påvirke investeringsbehovet?

REN blad 3005 VER 1.2 / 2011 Side 4 av 89

TESTING AV SMÅKRAFTVERKS FAULT RIDE THROUGH EGENSKAPER. Av Henrik Kirkeby, Oddgeir Rokseth, Erik Jonsson SINTEF Energi AS

Spenningskvalitet inkludert i fremtidig økonomisk regulering?

Forstudie. Nettundersøkelse i forbindelse med tilknytning av Skarelva Kraftverk i Målselv kommune.

Av Rontech AS ved Ronny Holtnæs som representerer DEHN+SÖHNE i Norge

Hvorfor driver vi standardisering?

Transkript:

Av Henrik Kirkeby og Helge Seljeseth, SINTEF Energi AS Sammendrag Utfordrende elektriske apparater som kan skape problemer med spenningskvaliteten i distribusjonsnettet har i det siste økt i omfang i Norge. Det svake nettet gjør utfordringene mer markante, og det er behov for rutiner ved arbeid med disse apparatene. Å løse alle utfordringene med nettforsterkning vil bli svært kostbart. SINTEF Energi har derfor gjennom SPESNETT-prosjektet utført tester med slike apparater, og sett på mulige metoder og verktøy for spenningskvalitetsarbeid relatert til apparatene. Mer kunnskap om, og klarere definisjon av, utfordrende elektriske apparater vil skape et grunnlag for videre utføring av rutiner og regler for nettselskaper og myndigheten i Norge. På grunn av klimaendringer og økende energikostnader i store deler av verden så kreves det at elektriske apparater blir mer energieffektive. 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 distribusjonsnettet i form av flimmer, spenningssprang og overharmoniske spenninger. Et eksempel på et utfordrende elektrisk apparat som har kommet i de siste årene er gjennomstrømnings-varmtvannsberedere. I motsetning til gammeldagse varmvannsberedere trekker disse apparatene en høy effekt i et kort tidsrom, slik at det blir unødvendig med en stor varmtvannstank. Effekten på disse apparatene er typisk i størrelsesordenen 6-18 kw, men kan også være opp til 30 kw. Start/stopp-syklusene er ofte på mellom 0,1-5 sekunder, men de kommer også med triacstyring som medfører overharmoniske spenninger. Etter hvert som det kommer flere slike apparater i nettet blir også graden av resistiv last i kraftsystemet mindre, som gjør spenningsvariasjoner mindre dempet. 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 distribusjonsnettet i 397

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 utfordrende elektriske apparater bør defineres og håndteres, blant annet ved å utføre apparattester i ulike situasjoner og med forskjellige bruksmønstre. Å definere hvilke apparater som skal regnes som utfordrende er viktig for arbeid med spenningskvalitet. En endelig definisjon eksisterer ikke, men kriterier som sikringsstørrelse, sikringsutløserkarakteristikk og start/stopp-frekvens kan være dimensjonerende[1]. For å kunne hanskes med utfordrende elektriske apparater er det ønskelig å kartlegge påvirkningen deres på spenningskvaliteten. Å definere hva som regnes som et utfordrende apparat kan åpne for å utarbeide rutiner og metoder for å drive spenningskvalitetsarbeid relatert til apparatene, samt å lage en eksempelsamling som kan hjelpe nettselskaper og installatører. Denne eksempelsamlingen kan inneholde virkningene av apparatene ved ulike kortslutningsytelser og nettkonfigurasjoner, samt minimumskrav til kortslutningsytelse i nettet for overholdelse av norske og europeiske forskrifter. SPESNETT-prosjektet har startet å teste elektriske apparater og målt spenningsforløp, strømforløp og flimmer, blant annet for å kunne lage en slik eksempelsamling. Testene vil også gi erfaring som kan brukes for å utvikle rutiner, verktøy og løsninger til nettselskaper og reguleringsmyndigheter til bruk ved arbeid med spenningskvalitet. SINTEF Energi har skrevet en rapport om utfordrende elektriske apparater, med fokus på håndtering av apparatene og kostnader i nettet[1]. Rapporten inkluderte måleresultater fra bruk av en gjennomstrømnings-varmtvannsbereder, elbilladere og en jordvarmepumpe. De siste apparattestene som er utført i SPESNETT-prosjektet har fokusert på elektriske apparater som er enda mer utbredt i nettet i dag, og hvilke utfordringer disse skaper i ulike situasjoner. Disse testene er interessante fordi de viser sammenhengen mellom spenningskvalitet og situasjonen i distribusjonsnettet, og viser viktigheten av et godt re- 398

gelverk for emisjon fra, og godkjenning av, elektriske apparater. Dette vil bli mer diskutert i kapittel 3. To av måleseriene som er utført er presentert i figur 1 og 2 med spenningsvariasjon og flimmerverdier i inntaket til installasjonen, og strøm gjennom apparatet. Figur 1 viser en måleserie med bruk av en 2.1 kw høytrykksspyler og en 1.5 kw vedkløyver i en installasjon i et sterkt nett med kortslutningsytelse på ca. 1500 A. Resultatene viser først normal bruk av en høytrykkspyler brukt til å vaske to biler med pause for innsåping. Deretter er det foretatt en 20 minutters provosert test, en test hvor det aktivt forsøkes å skape størst mulig spenningsvariasjoner ved å ha så mange start/stoppforløp som mulig. Til slutt er vedkløyveren brukt til vedkløyving i en drøy halvtime og forsøkt brukt på en så normal måte som mulig. Figur 2 viser en annen måleserie ved bruk av en 2.2 kw kjedesag og en 1.5 kw vedkløyver i en installasjon i et svakt nett med kortslutningsytelse på ca. 350 A. Testene er utført med vekslende bruk av de to apparatene. Flimmer kan måles ved en flimmerverdi P st, som angir en verdi for 10 minutters gjennomsnitt av flimmerintensitiet. Slutten av testen viser P st helt opp til 5.3 ved bruk av vedkløyveren, grenseverdiene i FoL er P st = 1,2. 399

IEC har definert en referanseimpedans som beskriver standard styrke for 400 V TN-nett, og denne tilsvarer en kortslutningsytelse i 230 V IT-nett på 1172 A[2]. Elektriske apparater emisjonstestes i dag nett med referanseimpedansen, som skal sikre at apparatene overholder emisjonsgrensene i kompatibilitetsstandarder som IEC 61000-2-2 og EN 50160. I Norge er anslagsvis 40 til 50 % av nettet svakere enn nett med referanseimpedansen. Dette betyr at emisjonsgodkjente apparater i rundt halvparten av nettet vil kunne overskride grenseverdier for tillat emisjon. Videre er hvert enkelt apparat godkjent for å kunne skape spenningsforstyrrelser helt opp til grenseverdiene, som betyr at to emisjonsgodkjente apparater sammen, selv i et sterkt nett, kan overskride grenseverdiene avhengig av sammenlagringseffekten. Det er heller ikke alltid at apparater overholder emisjonsgrensene de er godkjent for. Den første av testene presentert i forrige kapittel viste bruk av en godkjent vedkløyver i et nett sterkere enn referanseimpedansen. Resultatene fra testen er gjengitt i figur 3 og viser flimmerverdier over grenseverdien Pst = 1,2 angitt i FoL. Vedkløyveren skulle dermed ikke vært emisjonsgodkjent. Det er i dag opp til utstyrsprodusentene å selv gjennomføre emisjonstester, og dette antyder at kontrol- 400

len av overholdelse av emisjonskravene kanskje ikke er tilstrekkelig, og at det finnes apparater til salg som skaper mer EM-støy enn tillatt. Bruksmønsteret av elektriske apparater påvirker også emisjonsnivået i nettet. En viktig faktor er hyppigheten av start/stoppsyklusene til et apparat. Figur 4 gjengir fra den første måleserien i forrige kapittel hvordan flimmerverdier og spennings- og strømforløp varierer mellom normal og provosert bruk av en 2.1 kw høytrykksspyler. 401

Å legge føringer på utstyrsprodusenter på for eksempel hyppigheten til start/stopp-frekvensen i for eksempel varmepumper kan dermed bidra til apparater som forårsaker mindre EM-støy. Testen illustrerer også betydningen av at når apparater emisjonsgodkjennes så må det kjøres en reel testsyklus med høy nok start/stopp-frekvens for å få et nivå på emisjonsverdiene som reflekterer normal bruk av apparatet. Men å forandre den internasjonale forskriften om emisjonsgodkjenning av apparater, både med tanke på gjennomføring av godkjenning og tillatte emisjonsgrenser, kan være en tung og langvarig prosess. Det vil dermed være opp til nettselskaper og myndigheter i Norge å drive forebyggende arbeid for å minske uønskede påvirkninger. Kortslutningsytelsen i nettet har stor innvirkning på størrelsen av spenningsforstyrrelser, og et enkelt men kostbart virkemiddel for å løse spenningskvalitetsproblemer er nettforsterkning. Figur 5 viser resultatet av tester med provosert bruk av en 2.1 kw høytrykksspyler i nett med kortslutningsytelser på 1200 A, 600 A og 300 A. Teoretisk sett skal størrelsen på spenningsforstyrrelsene dobles når kortslutningsytelsen halveres. Med andre ord får nett med 300 A kortslutningsytelse ca. fire ganger så høye spenningsforstyrrelser som et nett med referanseimpedansen. Resultatene viser at prosessen ikke er helt lineær i praksis, så forstyrrelsene blir ikke fullt fire ganger så store. 402

Tabell 1 viser er store deler av nettet i Norge er svært svakt, 6,2 % av nettet har lavere kortslutningsytelse enn 350 A. Testene med høytrykksspyleren tilsier at det er særlig i denne delen av nettet de største spenningskvalitetsutfordringene vil oppstå. Om den 13,7 % svakeste delen av nettet skal heves til en kortslutningsytelse over 500 A er et konservativt anslag på kostnadene 9-33 milliarder NOK. Om nivået i hele nettet skal heves til over 1000 A er et prisanslag 113 milliarder NOK. Selv om noe av denne kostnaden kan reduseres ved bruk av smart grid teknologi er dette store summer, og det er lite sannsynlig at alle problemene med spenningskvalitet vil bli løst ved nettforsterkning. Disse pengene kommer og i stor grad i tillegg til de 5 milliardene per år som er forventet investert i distribusjons- og regionalnettet de neste 10 årene, blant annet for å fornye gammelt utstyr og tilkoble fornybar produksjon[3]. < 350 A 350 500 A 500 750 A 750 1000 A >= 1 ka 6,2 % 7,5 % 13,5 % 13,2 % 59,7 % I forebyggende arbeid mot problemer med spenningskvalitet vil noen av tiltakene kunne skje i kundens installasjon eller før kunden kan tilkoble et elektrisk apparat. Om det kommer på plass en definisjon av utfordrende apparater, så kan det etableres regler om at installasjon av utfordrende elektriske apparater må avklares med nettselskap. Dette kan skje ved at el-installatører må varsle om tilkobling av disse apparatene. For å godkjenne installasjonen kontrollerer nettselskapet at apparatet kan brukes uten å forstyrre egen funksjon eller skape uakseptable forstyrrelser i egen, og ikke minst naboers eller nettselskapets installasjon [1]. I dette arbeidet kan en eksempelsamling over utfordrende apparater være til hjelp, for eksempel ved å angi minimumskrav til kortslutningsytelse eller andre kriterier for å overholde FoL eller EN50160. En utfordring med denne type løsning er forskjellsbehandling av kunder basert på hvor i nettet de tilfeldigvis befinner seg. Ord- 403

ningen forutsetter også at installatørbransjen og får tilstrekkelig opplæring om utfordrende elektriske apparater. Eksempel på andre løsninger som kan benyttes hos kunden er: Krav til trefaseforsyning av større apparater. Å sette begrensninger i brukstidspunkt, som for eksempel at noen apparater kun kan kjøres om natten eller midt på dagen[4]. I området under en nettstasjon med TN-nett kan også en av fasene i distribusjonsnettet settes av til forstyrrende last, slik at sensitivt utstyr som lys og elektronikk ikke belastes på denne kursen [4]. Krav til bruk av soft starters, frekvensomformere og lignende i utfordrende elektriske apparater. Å ha oversikt over virkningene av utfordrende elektriske apparater i distribusjonsnettet vil være viktig for å kunne møte trenden med økt antall og utbredelse av slike apparater. Endringer i regelverket for å imøtekomme disse utfordringene ikke vil være på plass med det første, og det vil være svært kostbart å løse alle spenningskvalitetsproblemer relatert til slike apparater ved nettforsterkning. Dermed er det opp til nettselskapene og norske myndigheter å skape rutiner og regler som sørger for å ivareta spenningskvaliteten i distribusjonsnettet. Å lage en definisjon av utfordrende elektriske apparater og en eksempelsamling av slike apparater vil være et godt verktøy for videre arbeid med dette temaet. [1] Seljeseth, H., Sand, K., Solvang, T. (2012). Håndtering av utfordrende elektriske apparater som tilknyttes elektrisitetsnettet. TR A7203, SINTEF Energi AS, Trondheim [2] IEC (2012). 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, IEC TR 60725:2005 [3] THEMA Consulting Group (2013). På nett med framtida Kraftnettets betydning for verdiskaping. www.t-cg.no [4] Baggini, A. (2008). Handbook of Power Quality. West Sussex, England: Wiley. 404