Støy på nettet, årsaker og løsninger
Seminar ELiSØR 29. og 30.10.2015
Rolf Erlend Grundt, AEN
Innholdsplan
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Effektkrevende nye utfordrende apparater
Utfordrer spenningskvaliteten og kapasiteten i
eksisterende nettet
Hva er normale apparater?
Spenningskvalitet
Svake lavspentnett
Muligheter uten forsterkning
AMS – fremtidens smarte måling av spenning og strøm
Min bakgrunn

Utdannet sivilingeniør elkraft

Jobber i Agder Energi Nett (AEN)
• Fagansvar dimensjoneringskriterier
• Fagansvar spenningskvalitet
• AMS og bruk for nettnytte
• Elbilladning – veiledning og råd
Nettselskapene
Samfunnsoppgave:
•
Levere produktet
spenning og
•
kapasitet for
effektforbruk
Ledningsnett i km – 3 nettnivå
Type
Linjer
Kabler
Sum
Lavspent
8 189
5 368
13 557
Høyspent
4 029
1 613
5 642
Regionalnett
1 178
38
1 216
13 396
7 019
20 415
Sum
Forsyner 188 000
kunder
8 100 fordelingstransformatorer
AEN nettkunder – 188 000
Kundene fordelt på nettype
•
120 000 kunder tilknyttet TT-nett
•
46 000 tilknyttet IT-nett, Kristiansand, Arendal og
Flekkefjord
•
22 100 tilknyttet TN-nett, stort sett alle nye
boligfelt fra 1990-tallet
Utvikling av elnettet fram til i dag
•
Først bygd til lys
•
Så for matlaging og romoppvarming – krevde mer
kapasitet/kvadrat
•
Komfort - strøm til alle – ut til hver en grend
•
Utvalget av elektriske apparater og forbruk vokser.
Nett-stammen ferdig utbygd
•
Medførte behov for fokus på spenningskvaliteten
hos kunden og nettselskapets ansvar for at
apparatene skulle virke
Dermed kom Forskrift om
leveringskvalitet (FoL) i 2005
•
Omfatter tilgjengelighet – avbrudd
•
Og spenningskvalitet
•
Tilgjengelighet krever kvalitet og tilsyn på elanleggene
og beskyttelse av de mot klima og natur
•
Spenningskvalitet satte fokus på kundens
spenningsforhold med grenseverdier for netteier og
bruker
• Krav til håndtering av spenningsklager
• Mulig å sette planleggingsgrenser for dimensjonering av nett
• Et tillegg til dimensjonerende effekt for hver bolig
Krav fra omverden til nettselskap
Høyspenningsfordelingsnettet:
•
Tilgjengelighet – 100 % av året
• Få feil, kort tid til grov- og fin lokalisering av feilsted, kort
reparasjonstid
• Mulighet for omleggingsveier vha automatikk
Lavspenningsfordelingsnettet:
•
Spenningskvalitet
•
Kapasitet
Faglig fokus siste 25 årene

Beregne kortslutningsverdier i tilknytningspunktet
hos kunder - ca 1990

Innføring av 400 V forsyningsspenning – 90-tallet

Alarm eller utkobling jordfeil hos forbruker – 1994

Forskrift om leveringskvalitet - 2005


Rapportering av avbrudd i nettstasjoner - KILE

Spenningskvalitet i tilknytningspunkt kunde
Referanseimpedans i tilknytningspunkt – 2011
(styrken på nettet)
Så skjer det noe nytt!
•
Verden – økt fokus på klima
•
Krav til lavere energibruk i elektriske apparater og
fokus på mindre bruk av fossilt brensel
•
Medført apparater som trekker større effekt-/strøm
•
Nettet blir utsatt for 1-fase apparater som trekker
mer strøm enn hva en 16 A sikringskurs tåler
•
Et eksempel er varmtvannsbeholderen på 2 kW den
kan erstattes med 15 kW gjennomstrømmingsvannvarmer (21 A, 3 fase 400 V)
Utvikling siste 5 årene - lavspent
•
Effektkrevende apparater – høye strømtopper
•
Apparatene styres elektronisk av og på - ofte
•
Produksjon, solceller, småkraftverk, vind
•
Elbilladning
Smarte apparater
Hva er effektkrevende apparater

Induksjonstopp

Varmepumpe vann til vann eller luft

Høytrykksspyler

Gjennomstrømmingsvannvarmer

Elbilladning
Apparater 1-fase over 16 A og
mindre som går ofte av og på
Er dette normale apparater?
Utfordringer
•
Økt strømtrekk - enfase
• Skjev belastning – usymmetriske spenninger
•
Mer elektronisk styring og korte av og på koblinger
• harmoniske strømmer – forvrenger sinusen, styringssvikt
• spenningssprang – merker lyset blir svakere
• flimmer – stadige blunk i lyset, svikt i utstyr
• cos phi – øker belastning
• jordstrømmer - øker
Dette utfordrer spenningskvaliteten hos nettkunde.
Skjev last og påvirkning spenning
Hva betyr det for nettet?
•
Spenningen kan falle mer enn 3 % ved av- og
påslag
•
Mer variasjon i lysstyrken
•
I svake nett kan spenningen komme oftere under
207 V
•
Kapasiteten til nettet må dobles for å unngå dette
og brudd i spenningskvaliteten?
Spenningskvalitet – hva sier FoL?
Langsomme spenningsvariasjoner
1.
•
Spenningsusymmetri
2.
Ikke større enn 2 % i snitt over 10 min
•
3.
Spenningssprang
•
4.
Ikke over 3 %, 6,9 V, maks 24 ganger i døgnet
Dipp
•
5.
+/- 10 % av 230 eller 400 V, hhv 207 og 360 V
Kortvarig under 207 eller 360 V, maks 24 ganger i døgnet
Flimmer
Fenomener som merkes av kunden. De 3 siste er verdier ut fra
synlighet for øyet, ikke skader eller funksjonssvikt på utstyr
Generelle bestemmelser i FoL
§ 2.1 Utbedring
De som omfattes av denne forskriften skal, dersom
deres anlegg er skyld i at bestemmelsene i denne
forskriften ikke kan overholdes, utbedre forholdet
uten ugrunnet opphold.
Utbedringsplikten gjelder ikke for nettkunder, dersom
grenseverdiene kun overskrides i eget
tilknytningspunkt, og tilknyttet nettselskap ikke
opplever problemer som følge av dette.
Utbedringsplikten kan være
•
Fordele skjeve laster mellom fasene
•
Installere 3-fase kontakter og utstyr (også 400 V)
•
Installere mykstarter eller frekvensomformer til
elmotor
•
Bytte apparat til mindre strømtrekk
•
Forsterke ledningsnett til tilknytningspunkt
•
Forsterke fra tilknytningspunkt til forbruksapparat
Hva er utfordrende elektrisk apparat
Fra Sintefrapport 3/2015:
Et apparat som tilfredsstiller en eller flere av disse
kriteriene (230 og 400 V nett):

Enfaseapparat med sikringsstørrelse høyere enn 25 A,
men i svake nett kan også apparater med sikring over
16 A bli utfordrende.

Direktestartet asynkronmotor med ytelse høyere enn
2.3 kW enfase eller 4 kW trefase (10 A), og
asynkronmotorer med startstrømbegrensning med
ytelse høyere enn 5 kW enfase eller 8 kW trefase.
Fortsettelse, hva er UEA

Apparater med start stopp syklus raskere enn 10
ganger i minuttet og effekt over 2,3 kW enfase eller 4
kW trefase, men i svake nett kan start stopp sykluser
raskere enn 10 per time også bli utfordrende.

Apparater med likerettere uten tilstrekkelig filtrering og
ytelse over 2,3 kW enfase eller 4 kW trefase.
Sikringer helst med utløsekarakteristikk B!
Hvorfor blir UEA utfordring
lavspentnett?
Undersøkelse fra nettselskap i 2012:
IEC norm sier nettstyrken, Ik2, bør være minst 1172 A i
230 V nett.
Avstanden fra trafo til nettkunde kan være for lang!
Kilde: Energi Norge og Sintef energi
Utfordringen i dag
Nye apparater utfordrer bestående elnettet på
overholdelse av grenseverdiene i FoL og kapasitet,
og det igjen medfører stort omfang på tiltak
Gjennomstrømmingsvannvarmer
Vannet varmes direkte
med en gang kranen
åpnes, gir varmtvann
med en gang, og
kontinuerlig til armaturen
stenges igjen.
Varmeren slås
automatisk på og av med
kranen. Varmeren er helt avslått utenom bruk.
Kilde:
CoaX
Den minste varmeren (3,5 kW) er
kun beregnet til å gi varmtvann til en
håndvask.
En 1-fas modell med effekt 3,5 - 5,5
kW benyttes for flere tappesteder i
ved å forgrene mellom kjøkken og
bad i hytter, hybler, anneks ol.
Effekt på 15 (21 A) – 18 kW gir
varmtvann til dusj i bad i
leiligheter og boliger.
Det kan monteres 1 stk varmer først,
og evt ettermontere varmer nr 2.
Direktestartende asynkronmotorer
Høytrykkspyler 1,8 kW (7,8 A)
• startstrøm opp mot 4 ganger merkestrøm
• hyppig av- og påslag av vannpumpa
• kan gi over 20 V spenningsfall - avhengig av styrke på nettet
• kan gi flimmer
Induksjonsovner
•
Har høyere effektforbruk enn tradisjonell komfyr
•
Styres av kraftelektronikk som kan gi forvrengning
på sinuskurven til spenningen
•
Plater på 1,4 til 2,8 kW
•
Ved boosting 3,7 kW, 16 A
•
Total tilkoblingseffekt 7,4 kW, 32 A.
(Hørt om 11 kW)
Elbiler
•
Fleste kan lade hjemme på 10 eller 16 A kurs
•
Tesla:
• Adapter for 230 V 1-fase, 32 A sikring. Kan trekke 7,4 kW
• Adapter for 400 V 3-fase, tilkoblet 230 V 3-fase 32 A sikring.
Kan trekke 12,7 (bruker 11) kW
• Hurtig ladning - krever spesielle ladestasjoner (125 ++ kW)
•
Ladning hjemme
• Utfordring når lader samtidig med effekttoppen i nettet
• Laderen, likeretteren, kan være utfordrende last i svake
nettet
Normallading bil i svakt nett
Kilde: Sintef energi
Hva er nettstyrke

Sterkt nett har lav impedans fra trafo til kunde
og høy kortslutningsstrøm Ik2

Svakt nett har høy impedans til kunde
og dermed lav kortslutningsstrøm
Hva kan gi svakt nett?
•
Høy impedans (elektrisk motstand)
fra trafo til kunde – gir spenningsfall når strøm
passerer
•
Årsak høy impedans:
• Lange ledninger (linje og/eller kabel) til nettkunde
• Ledninger med lavt kvadrat
• Dårlige eller svekkede skjøter
• Lange strekk inne i installasjonen
Hva er ok nett?
For å unngå at elektriske apparater ikke skal forstyrre
seg selv eller naboen eller gi funksjonssvikt, er det
internasjonalt (IEC) definert en standard nettstyrke
vha en standard referanseimpedans.
- Verdi på minste motstand fra kunde til trafo.
Den er så regnet om til minste kortslutningsytelse
kunden må ha for å oppnå standard nettstyrke
Ytelsen hos kunden er enkel å regne ut i et
nettinformasjonssystem og gir oss nyttig viten om
styrken på nettet
Grenser for kortslutningsevne
Beregnet ut fra IECs referanseimpedans ved 20 grader
•
Apparater < 75 A og hovedsikring < 100 A:
a)
400 V TN:
Ik2 >= 800 A
b)
230 V IT og TT: Ik2 >= 1172 A
AEN krav i nye kretser til alle kunder.
Nye kunder tilknyttet eksisterende nett har lavere verdi.
(Forholdet Ik2min ved 80 grader / Ik2 ved 20 grader = 0,806)
Kravenes konsekvenser - elektrisk
1.
Mer beregninger - krever kompetanse og tar mer tid
2.
Stor økning på tiltak i eksisterende og nye nett:

Større tverrsnitt

Mer høyspentnett

Flere nettstasjoner

Flere lavspentkurser
A.
Får sterkere nett og toleranse for krevende apparater
B.
Færre spenningsklager og ryddejobber etter tiltak
Hva medfører det for nye kunder
til eksisterende nett
•
Ombygging av bestående svake kretser til anbefalte
verdier vil koste milliarder i Norge.
• Løft av de under 500 A til over – 9-33 milliarder kr
• Løft av alle til over 1 kA – 113 milliarder kr (AEN 8 millard)
•
I grisgrendte områder – en trafo per kunde
Alternativer – mest aktuelt:
1.
Innføre grense for nye tilkoblinger: 350 eller 500 A
2.
Gi råd for muligheter uten tiltak for bruk av UEA.
Verdier referert Ik2 min
Gode tiltak hos kunde for å
utnytte nettet bedre
1.
2.
I 400 V nett:
1.
Monter 3-fase kontakt på husvegg, garasje, etc
2.
Monter 3-fase kontakt på kjøkken, kjeller
3.
Oppfordr kunde til å kjøpe 400 V utstyr (komfyr,
vann/luft-, vann/vann varmepumpe, motorer, etc)
I 230 V nett:
1.
Monter 3-fase kontakt på husvegg, garasje
Mykstarter eller frekvensomformer på alle motorer
Effekt over døgnet
Måling nullhus – en helg
Samme hus - en time på søndagen
Samme søndag og innenfor 2 min
Økt kompetansebehov
Inkludere og kommunisere med installatører
•
Effektkrevende apparater
• Kan kreve forsterkning, men kan det utsettes?
• Velge teknisk/økonomiske tiltak (trefase, begrense
startstrøm)
•
Spenningskvalitet
• Kjenne sammenheng årsak og tiltak
•
AMS etter 2019
• Måle tilstand spenning og sammenheng mellom effekt og
spenning hos kunde og ved trafo
AEN råd og kriterier for ladning av
elbil og særdeles i svake nett
Se egen presentasjon fra AEN på ELiSØR seminaret
AMS – inn i ny tid
Smart
måler

Får kjennskap til kundens spenning og dens
variasjon med effektbruket, over døgnet, over året

Grunnlag for drift av nettet

Spenningsklager

Prosjektering

Styring av effekttopper

Tariffer
Lokal produksjon
Display
Sikkerhets
produkter
Smarte apparater
El-bil og lokal
magasinering
Elnett
produkter
Smarthuskontroller
Lokal
magasinering
Smart
måler
Oppsummering - framtiden
AMS måling av I og U,
grunnlag for
•
bedre tiltak,
•
viten til utsettelse av
tiltak/forsterking –
•
styring av effekt,
•
batterilager,
•
automatisk trinning trafo
Mulig utvikling
•
Kunder tilbys effekttariff – årlig beløp knyttet til
sikringsstørrelse m/ reduksjonsfaktor eller avtalt
maks effekt
•
Smart hus løsninger der maks effektgrense kjøpes
og apparater styres inn og ut for ikke å overstige
effektgrensen eller holde effekttopper nede
• F.eks. behøver varmtvannsbereder, varmekabler, elbil-
ladning eller induksjonstopp stå på samtidig?
– De kan styres.
•
AMS – struping eller utkobling av last i effekttopp
perioder
«Den som har kontroll på effekten
har kontroll på investeringene»
Takk for oppmerksomheten!