NEF-KONFERANSEN 2010 Universitetet i Grimstad Nytt om produksjon og distribusjon av elektrisk energi Elektrisk k dimensjonering og utrustning til småkraftverk Av Oddvar Tesaker Senioringeniør AS,
Gårds-fossen på Frøytland
TJERSLAND GAMLE MØLLE
TURBINEN PÅ TJÆRSLAND
EVIGHETSMASKIN? NOMELAND KRAFTSTASJON. Turbiner, generatorer, kontrollanlegg(delvis) fra 1920 produserer enda! LANGERAK KRAFTVERK også fra 20-årene BROKKE KRAFTVERK det første anlegget jeg var med på i dag 50 år. Produsert siden nytt 12 000 000 000 kw ganger 20 øre/kwh gir 2,4 milliarder kroner
ENGASJER ELEKTROKONSULEN til møter med everket til planlegging, ellers kan det gå galt som.
DETTE HAR SKJEDD GENERATOR- BRANN. 3 ganger på 3 år fortalte eieren på telefonen i sommer! EKSPLOSJON I SPENNINGS- TRANSFORMATOR. Hovedårsaken til feil i norske høyspenningsanlegg?
EKSPLOSJON I SPENNINGSTR 2. Fabrikk- innskrudd jordingsskrue årsaken Forbudt skjermet PFSP-kabel benyttet
EKSPLOSJON I SPENNINGSTR. 3 Kortsluttet spenningstransformator i generatoruttaket førte etter noen minutter til voldsom eksplosjon. Stod foran cellen da det smalt, noe beskyttet bak platedøren. Våknet liggende på gulvet i et mørklagt rom. Lysbue i taket, småbranner omkring meg. Overlevde som dere ser uten alvorlige skader!
DETTE HAR OGSÅ SKJEDD Øy-drift. Kraftstasjonen stopper ikke når everket faller ut. Høy spenning kan gi skader i millionklassen. Mest utsatt er selvmagnetiserende asynkronmaskiner. Vern-svikt. Noen har stilt på releene slik at bryteren kobler ikke ut. Noen husker Herwa-ulykken. Store skader på grunn av styrestrømsvikt
DETTE HAR OGSÅ SKJEDD 2 Tap av synkronisme. Store skader hos abonnentene på grunn av høy spenning Kaplan-turbinen som ruser. Ofte i kombinasjon med brutt vannstreng Meget høyt turtall som ødelegger turbinen Defekt kjølespiral, vann i olja. Meget rask temperaturstigning. Lageret smeltet ned Sveisesfeil i rotoren som kolliderte med statoren. Totalhavari og generatorsalat
MASKINEFFEKT/-BESTYKNING Mål vannet Enkel måle-metode. Lag trekanten Avles vannstanden/ høyden. Beregn vannføringen i l/sek ved hjelp av formelen Q =0,0147 00 x H^2,48 Q = l/sek, H i cm Beregn ved hjelp av et dataprogram.. vannmengden/uke/år, kwh-produksjonen med ulik maskinbestykning, minstevannføringer. osv Inntjeningen med ulik kraftpris osv
EKSEMPEL PÅ BEREGNINGSPROGRAM
TRÆDAL KRAFTVERK Elvekraftverk, 50 m fall Samlet installasjon 800 kw 22 kv innmatingsnetti Nærkunde(r) Avgiftsfri produksjon Varmen utnyttes
TRÆDAL KRAFTVERK NETTILKNYTNING Utgangspunkt:
EVERKETS PROBLEMER Uten småkraftverket er spenningen stabil med laveste spenning ytterst og høyeste spenning nærmest trafostasjon. Et større småkraftverk langt ute snur opp/ned på dette. På grunn av start/stopp medfører dette ofte krav om betydelig linjeforsterkning for å etterkomme abonnentens krav til stabil spenning (+ 5 til -10 %)
NETTILKNYTNING 2 Kraftverket bekoster kabel. Gammel luftlinje rives. Ny felles kiosk. Avgiftsfri kraft til nærliggende industribygg.
FORDELER - ULEMPER Utseendemessig en god løsning. Gammel linje med skjeve stolper fjernet. En stygg mastetransformator er vekke. E-verket har fått en personsikker løsning og med gode utvidelsesmuligheter. Men felles høyspentkiosk (ett rom) anbefales ikke. Betydelige samarbeidsproblemer bl (Nøkkel, adgang, opplåsing, tolking av driftsforskrifter). Vanskelig-gjorde montør- og entreprenøradgang g til HSP-cellen. Undertegnede mener at dette var en vesentlige årsaken til en større 22 kv spennings-transformator eksplosjon i den felles kiosken, som førte til store materielle skader og en betydelig driftsstans.
NETTILKNYTNING 3
DET KOMPLETTE ENLINJESKJEMA
KORTSLUTNINGSSTRØM Kontakt everket om nivået på 22 kv linja. Det ikke alle tenker på er at ved store transformatorer vil kortslutnings- strømmen i hovedtavla være så stor at "vanlige automatsikringer" ikke kan benyttes. På Trædal benyttes derfor kun motorvernbrytere som kan bryte betydelig høyere strømmer.
690 V MASKINSPENNING. YNd5 koblet transformator. 22000/690 V, 1000 kva, (Isolert 690 V nullpunkt IT) Stjernekoblede generator (YN) med overspenningavledere Overvåking av 690 V nullpunktet
GENERATORER PÅ TRÆDAL TYPE/-STØRRELSE G1 Synkron 600 kva, fransisturbin G2 Synkron 300 kva, fransisturbin G3 Asynkron 50 kva, peltonturbin Løsningen med flere ulike generatorer takler på en meget god måte alle vannføringer og med god virkningsgrad, Trædal kan kjøre helt ned til 10 kw. En liten datamaskin bestemmer last-fordelingen ut fra beste virkningsgrad
LITEN AVGIFTSFRI MASKIN Myndighetene tillater avgiftsfri strømsalg (minus ca 10 øre) fra maskiner under 100 kva. Betingelsen er til eget bruk eller levert direkte til nærliggende kunde. Kan man som på Trædal legge egen kabel over gata til en bedrift, spares også nettleigen. Gevinsten til sammen blir da ca 50 øre kwh. Undertegnede nede mener at i perioder hvor den lille maskinen står, kan man "låne" kwh fra de andre maskinene, på betingelse av at den lille maskinen "betaler" tilbake timene ved en senere anledning?
ASYNKRONGENERATOREN Opp til 3-400 kva er valget klart: Asynkrongenerator. Billigst og enklest Er i prinsippet en vanlig asynkronmotor som drives med 3-4 % overturtall Som en motor vil den trekke magnetiserings- g strøm fra nettet., typisk 45 % av fullaststrømmen. Jo større maskin jo større uttak av reaktiv effekt. Noe everket iblandt tar betaling for.
ASYNKRONGENERATOR 2 De fleste velger derfor å montere et kondensator-batteri, max 25% av påstemple generatorytelse. Ulempen med et større kondensatoranlegg er faren for selvmagnetisering, spenningen går ikke til 0 om everket kobler ut Innkobling av store asynkrongeneratorer gir blink i lyset. En mykstarter løser dette problemet
SYNKRONGENERATOREN Over 3-400 kva anbefales synkrongenerator som er "den gode fullverdige løsningen" Produserer sin egen magnetiseringsstrøm g og derfor full spennings- og cos phi kontroll Dyrere løsning, mere komplisert startprosedyre, dyrere kontrollanlegg, mere vern
SPENNING, TURTALL? Opp til 150 kw 230 V 150-400 kw 400V 400-700 kw 690 V 700 1000 kw 1000 V >1000 kw 3,6 6,3 kv Turbinen bestemmer turtallet. Girboks uaktuelt i vannkraftsammenheng, også ved 214 omdr./minutt
ANDRE GENERATORDATA Sjekk virkningsgraden, også ved ulike belastninger Sjekk kravet til temperaturen på innluften, +25 grader kan noen steder være for lite Sjekk at generatoren har innstøpte t temperaturfølere Sjekk kvaliteten på lagrene (SKF kulelagre)
TRANSFORMATOREN Det anbefales å overlate til everket å spesifisere og bestille transformatoren. "Vanlig" oljeisolert utførelse er billigst. Men brannfaren krever kostbar oppsamlingsgruve med pukksteinsfilter Derfor velger mange tørrisolert utførelse eller fylt med den noe dyrere ikke brennbar olje. Selvkjølt utførelse med radiatorer anbefales. Påse at ventilasjonsåpningene i er store nok til full kjøring en varm sommerdag
TAVLEN, BRYTERANLEGGET Unngå hvis mulig, et høyspent bryteranlegg, da det er strenge krav til hvem som får lov å koble en høyspentbryter. Det stilles også krav til hvem som kan betjene lavspentbrytere, t men her opererer man med det noe lavere nivået "instruert personell" Bestill tavlen hos et anerkjent tavlebyggerfirma, som kjenner alle aktuelle krav som "tavlenormen" osv. Den skal kreves levert med dokumentasjon som FebDoc-beregning osv
RELEER - av god gammel årgang!
KONTROLLANLEGGET Et typisk moderne kontrollanlegg består av: Generatorenhet(er) som inneholder de viktigste vernfunksjoner, start og synkroniseringsautomatikken Andre separate vern som høyspent linjevern, jordfeilovervåking osv Overordnet PLS med vannstrandsovervåking og lastfordeling mellom maskinene Operatørpanel hvor temperaturer avlese, bryterstillinger vises, nivåer kan tastes inn, start- og stoppfunksjoner. BUS-system som forbinder enhetene serielt.
DEIF GENERATORENHET
MODERNE OPERATØRPANEL
KONTROLLANLEGG 2 Internett fjernavlesing/-styring styring til eierens bærbare PC GSM-basert alarmanlegg l Bredbåndsbasert fjernsupport Timebasert avregning til everket via GSM E-verkets nødstopp-skap. GSM-basert. Overfører bryterstillinger, elektriske data. Fjern-betjener hovedbrytere
Da gjør vi som i Amerika - tar en pause...
AGENDA 1 Evighetsmaskiner 2 Dette har skjedd 3 Maskineffekt/-bestykning 4 Trædal kraftverk 5 Nettilknytning 6 690 V maskinspenning 7 Generatorer