Analys av orsaker och tid för åtgärder vid driftstörning i elnätet

Transkript

1 Fakulteten för teknik- och naturvetenskap Analys av orsaker och tid för åtgärder vid driftstörning i elnätet Analysis of the Causes and Time of Action at Break Down in Electricity Supply Network Joca Kostic Armita Bulory Examensarbete vid Elektroingenjörsprogrammet vt 2012

2 Analys av orsaker och tid för åtgärder vid driftstörning i elnätet Analysis of the Causes and Time of Action at Break Down in Electricity Supply Network Joca Kostic Armita Bulory Examensarbete Degree Project Elektroingenjörsprogrammet vt 2012 Handledare: Jan Lundberg, Karlstads Elnät AB Peter Röjder, Karlstads universitet Detta examensarbete omfattar 22,5 hp och ingår i Elektroingenjörsprogrammet, 180 hp, vid Karlstads universitet. This 22,5 hp Degree Project is part of the 3 year, 180 hp, Electrical Engineering course at Karlstad University, Sweden

3 Denna rapport är skriven som en del av det arbete som krävs för att erhålla Elektroingenjörsexamen/Teknologie kandidatexamen. Allt material i denna rapport som inte är mitt eget, har blivit tydligt identifierat och inget material är inkluderat som tidigare använts för erhållande av annan examen. Joca Kostic Armita Bulory Rapporten godkänd, datum Handledare: Peter Röjder Examinator: Arild Moldsvor

4 Sammanfattning Energimarknadsinspektionen (EI) har under den första reglerperioden år bestämt en normnivå för kvalitetsindikatorerna SAIDI respektive SAIFI som elnätföretag behöver uppfylla och på så sätt öka leveranssäkerheten. De elnätföretag som lyckas uppnå kraven kommer att få bidrag från EI och de övriga får betala en avgift till EI. Med hjälp av avbrottsstatistiken från år har vi analyserat orsaker och deras inverkan på avbrott i Karlstads Elnäts nät. Vi har också undersökt hur lång medeltid det får vara mellan avbrott samt vilken medeltid som är tillåten för reparation vid avbrott för att uppnå normnivån för SAIDI respektive SAIFI. Utifrån avbrottsstatistiken kan man konstatera att Karlstads Elnät inte skulle uppnå kraven för normnivåerna för den första reglerperioden. Summary The Energy Markets Inspectorate have during the initial control period of year determined a standard level of supply indicators SAIDI and SAIFI that electricity companies have to comply, thus increasing reliability of delivery. The network companies that succeed in meeting requirements will be funded from the Energy Markets Inspectorate and the other to pay a fee to the Energy Markets Inspectorate. With the interruption statistics from the years , we have analyzed the causes and their effects on the interruptions and the network of the Karlstads Elnät. We also investigated how long the middle Ages may be between the interruption and the middle Ages allowed for repairs at failure to achieve the supply indicators of SAIDI and SAIFI. Based on the interruption statistics it can be stated that Karlstads Elnät would not meet the requirements of the supply indicators of the first control period.

5 Innehåll 1. Inledning Bakgrund Problembeskrivning Syfte Målsättning Metod Energimarknadsinspektionen Karlstad Elnäts nätstruktur Det svenska elnätet Lokalnät Tätortsnät Karlstads Elnäts nätstationer Hantering av avbrott Leveranskvalitet och leveranssäkerhet Vad menas med leveranssäkerhet? Kvalitetsindikatorer Karlstad Elnäts normnivåer Avbrott Introduktion för avbrott Definition av avbrott Olika typer av avbrott Oplanerade och planerade avbrott Korta och långa avbrott Analys Avbrott och svaga punkter i nätet Karlstads Elnät och normnivån vid hantering av avbrott Medeltid mellan avbrott Medeltid för reparation vid avbrott Orsaker till avbrott Fabrikat eller materialfel... 23

6 Säkringsbrott Grävning Slutsats Referenser Bilaga 1. Förklaring till de olika begreppen i formeln för leveranssäkerheten Bilaga 2. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i de olika fördelningsstationerna Bilaga 3. Slingor där flest antal kunder är uppkopplade Bilaga 4. Orsaker till de oplanerade avbrotten under år

7 1. Inledning 1.1. Bakgrund Detta examenarbete är utfört för Karlstads Elnät AB och handlar om strömavbrott. För elnätföretag har risker för avbrott alltid varit en viktig fråga men i dagens samhälle blir det allt mer aktuellt för elnätföretag att ha en hög leveranssäkerhet. År 2005 gjordes en ändring i ellagen som ställde nya krav som elnätföretag behövde uppfylla. Avbrott som varar längre än 12 timmar leder till att elleverantören blir skyldig att betala avbrottsersättning till kunden. Avbrott som överstiger 24 timmar är ett lagbrott. Energimarknadsinspektionen (EI) är en myndighet vars uppgift är att kontrollera elleveransen från elnätföretagen till kunden. Under den första reglerperioden som varar mellan har EI bestämt en så kallad normnivå för leveranssäkerheten som elnätföretag behöver uppfylla. Denna normnivå är ett mått på hur bra leveranssäkerheten är och mäts med hjälp av kvalitetsindikatorerna SAIDI och SAIFI. Då elnätföretagen lyckas uppfylla kraven för normnivån får de bidrag från EI och i annat fall böter Problembeskrivning Detta arbete är en undersökning som ska hjälpa Karlstads elnät för vidare utveckling mot bättre leveranssäkerhet. Uppdraget går ut på att analysera avbrottsstatistiken de senaste fyra åren ( ) och beräkna ett snitt för hur lång tid en åtgärd bör ta i förhållande till antalet drabbade kunder, för att inte överskrida kvalitetsindikatorerna SAIDI och SAIFI. För att svara på detta ska vi undersöka följande: Hur lång medeltid mellan fel har det historiskt varit och hur lång medeltid mellan fel kan accepteras inom ramen för kvalitetsindikatorerna. Hur lång har medeltiden för reparation historiskt varit och hur lång medeltid för reparation kan accepteras inom ramen för kvalitetsindikatorerna. För att Karlstads Elnät ska få en tydligare bild av deras nät vill de också att vi ska undersöka dessa tre punkter: Var i elnätet har flest fel uppkommit historiskt. Vilken typ av fel är mest frekvent vid avbrott. Var i elnätet är de svagaste punkterna sett till antal kunder som påverkas och var är omkopplingsmöjligheterna begränsade. 1

8 Examensarbetet ska även innehålla påverkande faktorer från vår omvärld och beskrivningar i det lokala perspektivet. Därför ska vi i vårt examensarbete också beskriva följande: Karlstads Elnäts nätuppbyggnad och speciella egenskaper för tätortsnät. Hur regleringen från EI kan påverka ett lokalt elnätsbolags verksamhet i positiv eller negativ riktning. Leveranssäkerhetsbegreppen utifrån nationell och/eller internationell standard och göra jämförelser mot riktlinjer från EI Syfte Syftet med det här examensarbetet är att undersöka vilka åtgärder Karlstads Elnät kan vidta för att förbättra sin leveranssäkerhet Målsättning Vårt mål med detta arbete är att med hjälp av avbrottsstatistiken undersöka om Karlstads Elnät hade uppfyllt kraven från EI om normnivåerna skulle gälla under åren Metod Sammanställa avbrottsstatistik som vi har fått av Karlstads Elnät från programmet facilplus. 2

9 2. Energimarknadsinspektionen Energimarknadsinspektionen (EI) är en myndighet som har till uppgift att ha uppsikt över monopolverksamheter som till exempel Karlstads Elnät AB där man kontrollerar och fungerar som en länk mellan kunden och elleverantören för att bästa möjliga resultat ska uppnås. En av de viktigaste frågorna som EI jobbar med är att granska och att försäkra att elförsörjningen från elleverantörerna har hög leveranssäkerhet och kvalitet. Om nätföretagen inte uppfyller de krav som ställs kan det slutligen leda till böter. För att uppnå en god leveranssäkerhet i det svenska elnätet fokuserar EI på tre viktiga faktorer som är administrativa, ekonomiska och informativa styrmedel [4]. Figur 1. De tre faktorerna som EI fokuserar på för att elnätföretagen ska uppnå en god leveranssäkerhet [4]. I administrativa styrmedel ingår bland annat el-överföringens kvalitet i ellagen, elförordningen, och inspektionens föreskrifter. Ett exempel är att enligt ellagen så får ett avbrott inte överstiga 24 timmar från år En av de viktigaste faktorerna i ekonomiska styrmedel är att avbrottsersättning ska betalas till kunder vid elavbrott som varat längre än 12 timmar. EI anser att med hjälp av dessa krav borde elleverantörerna öka sin leveranssäkerhet och leveranskvalitet. Med hjälp av informativa styrmedel vill EI upplysa om utvecklingen av leveranssäkerheten i de svenska elnäten som till exempel görs med publicering av avbrottsdata. 3

10 3. Karlstad Elnäts nätstruktur 3.1. Det svenska elnätet Elnätstrukturen i det svenska samhället kan delas in i tre olika nivåer, nämligen stamnät, regionnät och lokalnät. Elenergin transporteras från produktionsanläggningar vidare till stamnätet som har en spänningsnivå på 220 kv eller 400 kv för att sedan via stamnätstationer transporteras vidare till de olika delarna av landet. Den andra nivån i den svenska elstrukturen, det vill säga regionnätet, fungerar som en länk mellan stamnätet och lokalnätet. Det är i regionnätet som spänningen från stamnätet transformeras ner till en lägre nivå som vanligen är kv. När spänningen har transformerats ner i regionnätet förs den sedan vidare till lokalnäten som vanligtvis brukar ha en spänningsnivå på 0,4 20 kv. Därefter förs elen till nätstationer och kabelskåp för att slutligen nå kunden. Oftast transporteras elenergin från lokalnäten till kunden men det finns vissa avvikelser, till exempel större industrier som är direkt anslutna till regionnätet [4]. Figur 2. Den svenska elnätstrukturen [6]. När elen transporteras mellan olika stationer kan detta ske på två olika sätt, nämligen i marken eller luften. Fördelen med att använda jordkabel är att den är trädsäker men man får räkna med att vissa komplikationer kan uppstå på grund av kapacitiva strömmar. Luftlina, det vill säga fri eller belagd ledning samt hängkabel, har varierande känslighet för störningar. 4

11 3.2. Lokalnät Karlstads Elnät som är ett lokalnät har en spänningsnivå från 0.4kV till 10kV. Principen för nätets uppbyggnad visas i figur 3. Figur 3. Karlstads Elnäts principschema. Man kan dela in lokalnät i tätortsnät, blandat nät och landsbygdsnät beroende på antalet kunder som delar kabel per kilometer, lite förenklat brukar man prata om hur tätt ett nät är. Parametern som används i samband med lokalnät är kunder per kilometer och kallas för T- faktor. Anledningen till att man har valt att införa en sådan beteckning är att det förekommer stora variationer vad gäller både antalet uttagspunkter och geografisk spridning för lokalnät. Vad det hela egentligen handlar om är att T-faktorn beskriver nätets täthet och den räknas ut på följande sätt [3]: T-faktorn för de olika näten blir: Tätortsnät: T>20 kunder/km Blandat nät: 10 kunder/km < T < 20 kunder/km Landsbygdsnät: T < 10 kunder/km 5

12 3.3. Tätortsnät Karlstads Elnät består till största del av tätortsnät vilket innebär ett högt värde på T-faktorn. Detta innebär att man har lite meter kabel per anläggning vilket är ekonomiskt gynnsamt på grund av att det medför lägre kostnader för eldistributionen. Karlstads Elnät använder radiell struktur på spänningsnivån 400 V till sina kunder. Ett radiellt nät har en inmatning och många uttag. Detta leder till att vid varje fel som orsakar ett strömavbrott kommer kunden att vara utan el fram till dess att felet är åtgärdat [11]. Figur 4. Radiellt nät med en inmatning och många uttag. Det system som oftast används vid tätortsnät är så kallade slingnät som egentligen är ett radiellt nät där strömmen kan matas från två olika håll, alltså är systemet en förbindelse mellan två eller flera radialer. Dessa radialer utgår ifrån en och samma station [1]. Slingnät har flera inmatningar till skillnad från ett radiellt nät, samt många uttag och strömvägar [11]. I ett slingnät kan man antingen använda slingmatning eller mata spänningen radiellt. Vid slingmatning matas spänningen från båda hållen och detta innebär i praktiken att när det uppstår fel i nätet kommer kunden inte att uppleva avbrott eftersom det alltid finns en alternativ väg. Karlstads Elnät har slingnätsstruktur på spänningsnivån 10 kv men matar spänningen radiellt, det vill säga man använder endast en matningsväg och att man har den andra vägen som reserv. Vid avbrott måste man därför koppla in den alternativa vägen manuellt vilket tar tid och under den processen kommer kunden att vara utan el. Karlstads Elnät använder inte slingmatning på grund av att det ställer krav på skydd som de inte har tillgång till. Det man behöver ha är reläskydd i kombination med effektbrytare på vardera sidan av nätstationen och det har man inte i dagens läge eftersom det handlar om allt för höga kostnader. Karlstads Elnät har 308 nätstationer och 4 mottagningsstationer. Att lägga till reläskydd och effektbrytare på en nätstation skulle kosta cirka kr och för en mottagningsstation skulle det röra sig om kr. Detta skulle innebära en investering på över 63 miljoner kr för Karlstads Elnät. 6

13 Figur 5. Slingnät med flera inmatningar och många uttag. Fördelen med slingnätet är att den har en alternativ matningsväg som blir aktivt när det uppstår ett avbrott i den ordinarie matningsvägen, därför slipper kunden vänta på att felet skall åtgärdas med tanke på att avbrottstiden för ett slingnät kan variera mellan 0,5-2,5 timmar Karlstads Elnäts nätstationer På högspänningssidan använder Karlstads Elnät reläskydd vid nya nätstationer och säkring vid de gamla. Nackdelen med säkringar är att när de löses ut måste de ersättas vilket är tidskrävande. Reläskydd mäter ström och spänningen och känner av om värdet har överskridits och reagerar inom loppet av millisekunder. Reläskydd kan återställas till skillnad från säkringar och är därför ett bättre alternativ [2]. På lågspänningssidan har man två typer av nätstationer, enkel- och dubbel nätstation. I samband med en enkel nätstation använder man lastbrytare och vid en dubbel nätstation effektbrytare. Med en lastbrytare bryts överlastström med vanliga säkringar och återställning sker manuellt vilket tar tid. Fördelen med en effektbrytare är att den kan fjärrstyras det vill säga utlösas och sättas på igen och detta sker automatiskt Hantering av avbrott I detta avsnitt ska vi kortfattat redogöra för hur Karlstads Elnät går tillväga då det uppstår ett avbrott. Karlstads Elnät får reda på att ett fel har uppstått genom att kunden ringer och informerar om detta. I dagsläget vet inte elnätbolaget exakt var i slingan felet har uppstått utan man löser problemet genom att minska intervallet på slingan. Man börjar med att undersöka hela slingan och lokaliserar felet genom att halvera slingan om och om igen fram till dess att intervallet är så kort att det gör det möjligt att hitta felet. 7

14 4. Leveranskvalitet och leveranssäkerhet Leveranskvalitet består av begreppen leveranssäkerhet och spänningskvalitet som framgår i figur 6 [4]. Spänningskvalitet anger hur spänningen förhåller sig till en optimal sinuskurva vid en leveranspunkt. Inom begreppet spänningskvalitet ingår alla störningar i spänning förutom långa och korta avbrott. Leveranssäkerhet som innefattar korta och långa avbrott, där varje elleverantör behöver nå ellagens krav vad gäller el-överföring med god kvalitet till sina kunder. Leveranskvalitet Leveranssäkerhet Spänningskvalitet Händelser Händelser Variationer Korta avbrott, långa avbrott Kortvarig spänningssänkning, transient, kortvarig spänningssökning Flimmer, övertoner, osymmetri, långsamma spänningsvariationer Figur 6. Uppdelning av leveranskvalitet [3]. I denna rapport bortser vi från spänningskvalitet och tar endast hänsyn till leveranssäkerheten Vad menas med leveranssäkerhet? Vad som menas med leveranssäkerhet är att man på bästa möjliga sätt vill leverera el till kunden och detta mäts med olika kvalitetsindikatorer, man vill alltså undvika avbrott vilket framgår från figur 6 [4]. 8

15 5. Kvalitetsindikatorer Två faktorer som har stor betydelse vid ett avbrott är dess varaktighet och storlek. Varaktigheten anges i minuter eller timmar medan det finns två olika metoder för att bestämma storleken på ett avbrott. Första metoden går ut på att räkna antalet kunder som har fått ett avbrott medan i den andra metoden tar man hänsyn till antal påverkade kunder vid avbrott. Båda metoderna används men med den första metoden ligger svårigheten i att med hjälp av antalet kunder bestämma avbrottets storlek [5]. De flesta mått som används vid leveranssäkerheten, så kallade kvalitetsindikatorer, är ett mått på det genomsnittliga antalet avbrott som skett under en viss tid. Eftersom kvalitetsindikatorerna ger en genomsnittlig information per kund är det en nackdel för varje enskild kund då de endast är intresserade av avbrott som har påverkat dem vad gäller tid och storlek årligen. Anledningen till att man inte använder indikatorer för varje enskild kund är av praktiska skäl och därför använder man sig av kvalitetsindikatorer som beräknar det genomsnittliga värdet av storleken och tiden av avbrott. CEER (Council of European Energy Regulators) förklarar att man i olika länder i Europa använder sig utav vissa indikatorer som ger mer exakt information än bara den genomsnittliga vad gäller antal avbrott och dess längd samt att det finns andra indikatorer än dessa som används i Sverige. Vidare tar CEER upp att de europeiska länderna fokuserar på olika parametrar när det gäller avbrott. De tar hänsyn till olika faktorer och utgår ifrån olika punkter vad gäller regler och definitioner på hur avbrott ska fastställas. Vidare kan man säga att länderna använder sig utav varierande kvalitetsindikatorer samt att uppfattningen om vad som är avvikande händelser skiljer sig länderna emellan [5]. De indikatorerna som används mest i Sverige inom lokalnät är SAIDI, SAIFI och CAIDI. Här nedan följer en förklaring till vad dessa indikatorer innebär samt vad de ger information om: För att räkna ut medelavbrottsfrekvensen per år per kund, vilket i praktiken innebär det genomsnittliga antal avbrott som drabbat alla kunder per år i elnätet, används kvalitetsindikatorn SAIFI som står för System Average Interruption Frequency Index. Enheten är antal avbrott per kund och år [8]. Då man vill bestämma medelavbrottstiden används kvalitetsindikatorn SAIDI (System Average Interruption Duration Index), som anger medelavbrottstiden per kund per år som innebär den genomsnittliga totala avbrottslängden per år för alla kunder i elnätet. Enheten för SAIDI är avbrottslängd per kund och år och anges i minuter eller timmar [9]. 9

16 Slutligen har vi kommit fram till den sist nämnda indikatorn som används i Sverige, det vill säga CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index), som är kvoten mellan SAIDI och SAIFI. Dess enhet anges oftast i minuter eller timmar och ger medelavbrottstiden per kund per år för de kunder som har blivit drabbade av avbrott. CAIDI är alltså en kvalitetsindikator som talar om den genomsnittliga avbrottstiden när det sker ett avbrott i nätet [10]. Inom de europeiska länderna använder man också dessa ovan nämnda indikatorer men i vissa länder har man andra beteckningar på SAIDI, SAIFI och CAIDI som dock ger samma information. Värt att nämna också är att i olika länder använder man andra typer av indikatorer utöver de som används i Sverige. I England används till exempel CI (Customer Interruptions) istället för SAIFI, innebörden är densamma med den skillnaden att CI anger antal avbrott per hundra kunder per år, samt att de använder CML (Customer Minutes Lost) istället för SAIDI. Vissa andra kvalitetsindikatorer som är aktuella i de europeiska länderna är AID, AIT och ENS för att nämna några av dem. AID (Average Interruption Duration) används bland annat i Belgien och är ett mått på den genomsnittliga längden för ett avbrott som anges i minuter per avbrott. AIT (Average Interruption Time) används i Frankrike och är en genomsnittlig avbrottstid som talar om hur länge avbrottet varar. Den anges i minuter per år. ENS (Energy Not Supplied) är en vanlig kvalitetsindikator i Norge och talar om den totala mängden energi som skulle ha levererats till kunderna om det inte hade skett nått avbrott [5]. Andra orsaker som man tar hänsyn till är olika metoder för design, jordning, drift och underhåll som orsakar att kvalitetsindikatorerna skiljer sig länderna emellan och alla länder har olika standard som är anpassade för respektive land när det gäller avbrott. Därför är det svårt att göra jämförelser utifrån internationell standard och EI. 10

17 6. Karlstad Elnäts normnivåer För att fastställa normnivån för leveranssäkerheten för kvalitetsindikatorerna SAIDI och SAIFI har EI utgått ifrån den historiska avbrottsstatistiken från åren Vad normnivån egentligen innebär är specifika värden på SAIDI och SAIFI som för varje elnätföretag bestäms individuellt av EI. Normnivåerna har man kommit fram till genom att ett avbrottsvärde för vart och ett av åren summeras för SAIDI samt SAIFI och därefter divideras med fyra [7]. Om Karlstads Elnät lyckas uppnå de kraven som ställs från EI får företaget bidrag annars får de betala en avgift till EI. För den första reglerperioden ( ) har EI infört ett tak och ett golv som kommer att uppgå till avkastningen på kapitalbasen men högst 3 procent av den årliga intäktsramen. Detta leder till en begränsning för det årliga beloppet för kvalitetsjusteringen. Att man har infört en bestämd gräns är på grund av att företagen har olika förutsättningar i dagsläget och alla ska ha en möjlighet att under den här perioden förbättra sin leveranssäkerhet. Syftet med den här processen är att öka stimulansen hos elnätföretagen för en bättre leveranssäkerhet till kunderna. Energimarknadsinspektionen har med hjälp av den avbrottsstatistik som Karlstads Elnät rapporterat in beräknat följande normnivå för fyra utvalda kvalitetsindikatorer. Tabell 1. Normnivåer för SAIDI och SAIFI som gäller för Karlstads Elnät som EI fastställt. Kvalitetsindikatorer Normnivå Aviserade avbrott (SAIDI) 4,50 Oaviserade avbrott (SAIDI) 25,41 Aviserade avbrott (SAIFI) 0,30 Oaviserade avbrott (SAIFI) 0,29 Det som avgör om ett elnätföretag ska få bidrag eller böta till EI är leveranssäkerheten som anges i kronor. EI har kommit fram till att för att bestämma leveranssäkerheten behöver man ta hänsyn till SAIDI och SAIFI för både planerade och oplanerade avbrott samt årsmedeleffekt ( / ). Det årliga tillägget eller avdraget för SAIDI och SAIFI vid planerade och oplanerade avbrott för ett elnätföretag bestäms med de fyra kvalitetsparametrarna,, och som är ekvation 1 till. För att bestämma det slutliga tillägget eller avdraget för ett år adderar man ekvation 1 till 4 och multiplicerar med faktorn 0,5 vilket är ekvation 5 som är leveranssäkerheten [7]. Vi har utgått ifrån ekvation 5 för att bestämma Karlstads Elnäts leveranssäkerhet för år För utförligare förklarning av de olika begreppen se bilaga 1. 11

18 [( ) ( ) ] ( ) [( ) ( ) ] ( ) [( ) ( ) ] ( ) [( ) ( ) ] ( ) { } ( ) För att räkna ut ekvationerna 1-4 behöver man känna till värden på,, och. Dessa fyra parametrar kallas med ett gemensamt ord för den nationella nyckeln och används vid avbrottskostnadsvärdering. Parametrarna har olika värden som redovisas i tabell 2 och tabell 3 [7]. Tabell 2. Avbrottskostnadsvärdering för oplanerade avbrott. Kostnader för oplanerade avbrott Avbrottskostnad år 2009 uppräknat från 2003 SEK/kW Hela landet SEK/kWh Tabell 3. Avbrottskostnadsvärdering för planerade avbrott. Kostnader för planerade avbrott Avbrottskostnad år 2009 uppräknat från2003 SEK/kW Hela landet 4 38 SEK/kWh Genom att EI har tittat på olika bedömningar som har gjorts inom Europa har man dragit den slutsatsen att det är väsentligt att ta med den nationella nyckeln för avbrottskostnadsvärdering som har bestämts av Svensk Energi. Undersökningen som Svensk Energi utförde 1994 uppdatterades senast år

19 Vi har redovisat resultatet av leveranssäkerheten i tabell 6.4. Detta ger oss en uppfattning om hur EI:s krav på leveranssäkerheten påverkar Karlstads Elnäts verksamhet i positiv eller negativ riktning. Tabell 4. Karlstads Elnäts leveranssäkerhet för år År (Mkr) , , , ,8 Vi kan konstatera från tabell 4 att för år 2008 och 2011 gick företaget med vinst på 2,3 miljoner kr respektive 2,8 miljoner kr samt att de gick med förlust åren 2009 och 2010 med 6,6 miljoner kr respektive 2,3 miljoner kr. Vi kan dra slutsatsen att under åren skulle Karlstads Elnät ha gått med en förlust på 3,8 miljoner kr om detta hade ägt rum under den första reglerperioden ( ). 13

20 7. Avbrott 7.1. Introduktion för avbrott Man är enig om att det inte går att bygga ett kraftsystem som klarar av alla möjliga situationer som kan leda till avbrott. Vad man egentligen menar med detta är att ovanliga händelser bör behandlas för sig och inte ska tas med i statistiken som orsak till ett avbrott. I Europa använder olika länder olika kriterier för att fastställa om ett avbrott skall betraktas som en ytterst ovanlig händelse. Dagens samhälle blir allt mer beroende av el men trots detta har vi problem med elförsörjningen som kan resultera i strömavbrott. För en välfungerande elförsörjning med bra kvalitet spelar flera faktorer in som till exempel spänningsnivån och att frekvensen ska vara lika med dess nominella värden samt att spänningens kurvform inte skall vara en snedvriden sinusvåg. Dessa faktorer vill man uppnå eftersom strömavbrott kan medföra stora skador som kan kosta mycket för att reparera. Som tidigare nämnt är inte elförsörjningen alltid tillgänglig vilket då leder till avbrott. För bästa leveranskvalitet vill man ha så få och korta avbrott som möjligt. Vad det egentligen handlar om är att hitta balansen mellan leveranssäkerheten av elen och kostander för elleverantören. Det gäller att hitta det mest gynnsamma lösningen som kan variera beroende på region eller stad för olika kunder som till exempel låg- och högspänningskunder. Man har infört olika kvalitetsindikatorer som är anpassade för varje land i Europa för att man bland annat ska ha bättre koll på antalet och varaktigheten av avbrott. Utifrån informationen som man får när man räknar ut de olika indikatorerna kan man få en bild av hur man kan försöka få en bättre leveranskvalitet Definition av avbrott Som tidigare sagt är ett avbrott antingen ett fall eller en situation där en eller flera kunder inte har tillgång till el. Avbrott kan delas in i två olika kategorier och även om resultatet för kunden är densamma så uppkommer avbrott från två olika källor, det vill säga att avbrott kan definieras på två olika sätt. Den första definitionen är spänningen som är en förbindelse mellan kunden och nätverket. Då spänningen är noll eller nära noll ser man det som ett avbrott. Fördelen med detta är att man betraktar avbrottet ur kundens perspektiv. Det som är mindre bra med den här definitionen är att tekniken som behövs för övervakningen kräver allt för stora investeringar för elleverantören eftersom varje kund skulle behandlas enskilt. Den andra definitionen innebär att när det inte finns någon förbindelse mellan kunden och nätverket anses det vara ett avbrott. Man kan säga att början och slutet av avbrottet motsvarar öppningen och stängningen av en brytande anordning och kan jämföras med öppnandet av en 14

21 strömbrytare eller stängning av en lastbrytare. Att definiera avbrott på det här sättet är inte lika fördelaktig för kunden som den första definitionen. Däremot är det lättare för elleverantören att samla och bearbeta den information som de får in [5] Olika typer av avbrott Oplanerade och planerade avbrott Avbrott kan delas in i två olika kategorier, oplanerade- och planerade avbrott. Det först nämnda, det vill säga oplanerade avbrott, kan bland annat uppstå vid komponentfel, blixtnedslag, oväder eller felaktiga växlingar i nätet. I vissa sammanhang när man vill åtgärda fel eller förbättra nätverket genom att bygga ut det eller förnya delar av nätetverket avaktiver man en del av nätet, som kan inkludera en eller flera kunder. Detta kallas för planerade avbrott. Man brukar skilja på dessa två olika typer av avbrott eftersom planerade avbrott leder till att nätverket förbättras vilket gynnar både kunden och elleverantören, medan oplanerade avbrott inte tjänar till någon nytta [5] Korta och långa avbrott Man delar även in oplanerade- och planerade avbrott i korta och långa avbrott beroende på deras varaktighet. Enligt CEER är standarden för de flesta europeiska länderna att avbrott som är tre minuter eller kortare betraktas som korta avbrott, medan avbrott som varar mer än tre minuter ses som långa avbrott och detta är även fallet i Sverige. 15

22 8. Analys 8.1. Avbrott och svaga punkter i nätet I det här avsnittet ska vi redovisa dessa två punkter: Var i elnätet har flest avbrott uppkommit historiskt? Var i elnätet är de svagaste punkterna sett till antal kunder som påverkas och var är omkopplingsmöjligheterna begränsade. Tanken med den första punkten är att få en uppfattning om hur den geografiska spridningen av avbrott i elnätet har varit och om det är någon specifik del av nätet som behöver prioriteras. För att ta reda på det utgick vi ifrån avbrottsstatisktiken och markerade alla avbrott på en karta med röda punkter som man kan se i figur 7. Öst Väst Centralt Figur 7. Avbrott (röda punkter) som skett år i Karlstad. Karlstads Elnät har delat in sitt nät i tre regioner. Det gulmarkerade området i kartan representerar väst, det grönmarkerade öst och mellan dessa två regioner har vi det centrala Karlstad. Tabell 5 visar antal avbrott som har skett i varje region under åren Tabell 5. Antal avbrott som skett i varje region år Region Antal avbrott Väst 115 Centralt 152 Öst 76 16

23 Det vi kan observera ur figur 7 är att avbrotten är utspridda över hela elnätet och det räcker inte enbart med den här informationen för att besluta vilket eller vilka områden som behöver prioriteras. Nästa punkt var att identifiera de svagaste delarna i nätet i förhållandet till antal kunder. Detta vill Karlstads Elnät få reda på så att man vet var man ska investera för att de kritiska punkterna ska kunna förbättras och resultera i ett säkrare nät. För att ta reda på dessa punkter studerade vi fördelningsstationerna KVM, KÖM, KCMV, KCMH, ÅC och HEDEN som tillsammans består av 117 fack. Varje fack består av ett visst antal slingor och vid varje slinga är olika antal kunder uppkopplade, från 0 upp till 2202 kunder. I bilaga 2 kan man se hur många kunder totalt som är uppkopplade vid varje fack. Eftersom det inte finns många fack som består av mer än 1000 kunder valde vi att undersöka dessa och resultatet redovisas i tabell 6. Tabell 6. Fack med flest uppkopplade kunder. Fördelningsstation Fack Antal kunder KVM KVM KÖM KÖM KCMV KCMV KCMH KCMH Nästa steg var att undersöka och få en bild av hur goda omkopplingsmöjligheter Karlstads Elnät har vid de kritiska punkterna. Detta gjorde vi för att få reda på om elföretaget kan förbättra sina omkopplingsmöjligheter vid ett avbrott och på det sättet förbättra de svaga punkterna i nätet. I bilaga 3 kan man se hur omkopplingsmöjligheterna är vid de kritiska punkterna. Vi har studerat varje fack för sig genom att titta på slingor och hur dessa förhåller sig till varandra och kommit fram till att för samtliga fack i tabell 6 är omkopplingsmöjligheterna goda. 17

24 8.2. Karlstads Elnät och normnivån vid hantering av avbrott I det här avsnittet ska vi svara på dessa två frågor: 1. Hur lång medeltid mellan fel har det historiskt varit och hur lång medeltid mellan fel kan accepteras inom ramen för kvalitetsindikatorerna. 2. Hur lång har medeltiden för reparation historiskt varit och hur lång medeltid för reparation kan accepteras inom ramen för kvalitetsindikatorerna. Efter att ha tittat på avbrottsstatistiken kunde vi konstatera att de planerade avbrotten inte förekommer ofta. De planerade avbrotten uppstår i samband med att Karlstads Elnät ska förbättra sitt nät vilket både gynnar kunden och elleverantören. Därför har vi inte tagit hänsyn till de planerade avbrotten Medeltid mellan avbrott För att svara på den första frågan behöver vi räkna ut index MTBF (Mean Time Between Failures) som anger medeltiden mellan fel [13]. ( ) där, T= total produktionstid på ett år, 8760 timmar. = antal avbrott. MTBF brukar man koppla till SAIFI för att båda mäter avbrottsfrekvensen [12]. Det vi alltså behöver ta reda på är antal avbrott som är tillåtna med avseende på normnivån för SAIFI. Från definitionen för SAIFI kom vi fram till ekvation 7. Med hjälp av den ekvationen kan man lösa ut och få ut antal tillåtna avbrott som man sedan sätter in i ekvation 6 för att räkna ut medeltiden mellan fel. där, = normnivån för SAIFI (0,29) som EI har fastställt. = medelvärde av antal kundavbrott. = antal avbrott. = totala antalet kunder i nätet, kunder. ( ) 18

25 Genom att titta på avbrottstatistiken kunde vi konstatera två olika fall när det kommer till avbrott. I den ena kategorin rör det sig om många drabbade kunder vilket är typiskt vid högspänningsfel och i den andra kategorin har vi få drabbade kunder som är typiskt vid lågspänningsfel. Detta innebär att det inte lämpligt att behandla de två typerna av avbrott tillsammans för det skulle inte ge en bra bild av hur avbrotten drabbar kunderna. Ett bättre sätt att gå till väga är att beräkna medelvärde av antal kundavbrott för varje kategori för sig, där den ena kategorin hör till lågspänningsfel och den andra till högspänningsfel. För att göra detta utvecklade vi ekvation 7 och fick fram ekvation 8. ( ) där, = antal kunder i nätet, kunder. = antal högspänningsfel under ett år, > 1000V. = antal lågspänningsfel under ett år, < 1000V. = medelvärde av berörda antalet kunder per avbrott vid högspänningsfel. = medelvärde av berörda antalet kunder per avbrott vid lågspänningsfel. För att räkna ut och har vi utgått ifrån avbrottsstatistiken. Vi kan räkna fram två olika värden för MTBF, ett värde vid högspänningsfel och ett annat värde vid lågspänningsfel på grund av samt och får ekvation 9 och 10. ( ) ( ) där, = MTBF vid högspänningsfel. = MTBF vid lågspänningsfel. Genom att lösa ut ur ekvation 8 får vi ekvation 11 som anger antal tillåtna avbrott med avseende på normnivån för SAIFI vid hög- och lågspänningsfel. ( ) 19

26 Med hjälp av ekvation 11 får vi ett linjärt samband mellan och som visas i figur 8 för oplanerade avbrott för år (a) (b) (c) (d) Figur 8. Linjen talar om hur många hög- respektive lågspänningsfel det är tillåtet att ha med avseende på normnivån för SAIFI. Punkten visar det verkliga utfallet av antal avbrott för år (a) 2008, (b) 2009, (c) 2010 och (d) Då punkten hamnar under eller på linjen har Karlstads Elnät uppfyllt kravet för normnivån för SAIFI och när punkten hamnar ovanför linjen har de inte lyckats uppnå kravet. Med hjälp av figur 8 kan man läsa av och för respektive år ur diagram (a) till (d) och räkna ut det tillåtna med hjälp av ekvation 9 samt det tillåtna med ekvation 10. Det verkliga och som Karlstads Elnät har haft för varje år räknade vi ut från avbrottsstatistiken med hjälp av ekvation 9 och 10. Resultatet redovisas i tabell 7. 20

27 Tabell 7. Den verkliga medeltiden samt den tillåtna medeltiden mellan hög- respektive lågspänningsfel. År Verklig medeltid mellan fel (h) Tillåten medeltid mellan fel (h) ,00 116,80 876,00 3, ,00 115, ,40 3, ,36 95, ,00 4, ,00 109, ,00 4,60 Det som karaktäriserar MTBF är att man vill uppnå ett högt värde då det avger en längre felfri tid. Ur tabell 7 kan vi se att det verkliga har varit större än det tillåtna för vilket innebär att Karlstads Elnät har hanterat sina avbrott bra vid lågspänningsfel. Vad gäller avbrott vid högspänningsfel har det verkliga varit större än det tillåtna år 2008 vilket stämmer överrens med diagram (a). För år har det verkliga varit mindre än det tillåtna vilket också framgår ur diagram (b) till (d) Medeltid för reparation vid avbrott För att svara på den andra frågan behöver vi räkna ut index MTTR (Mean Time to repair) som anger medeltid för reparation per avbrott [13]. ( ) där, = total stilleståndstid vid avbrott under ett år. = antal stop (avbrott). MDT (Mean Down Time) har samma betydelse som MTTR men den tar även hänsyn till att systemet är ur drift av andra orsaker än reparation [14]. ( ) För att räkna ut den tillåtna medeltiden för reparation använde vi ekvation 13 och utgick ifrån normnivåerna för SAIDI respektive SAIFI. Den verkliga medeltiden för reparation som Karlstads Elnät har haft för år räknade vi ut med ekvation 12 och för att få reda på och utgick vi ifrån avbrottsstatistiken, resultat kan man se i tabell 8. 21

28 Tabell 8. Verklig medeltid och tillåten medeltid för reparation per avbrott år Verklig medeltid för reparation (h/avbrott) Tillåten medeltid för reparation (h/avbrott) År MTTR MDT ,26 1, ,54 1, ,28 1, ,61 1,46 Från tabell 8 kan man konstatera att Karlstads Elnät skulle lyckas hålla sig inom ramen för kvalitetsindikatorerna år 2008 och 2010 men inte de andra två åren Orsaker till avbrott I det här avsnittet ska vi undersöka vilken typ av orsak som är mest frekvent vid avbrott. För att göra detta utgick vi ifrån avbrottsstatistiken och tittade på vad som var orsaken till varje avbrott för år Karlstads Elnät har delat in orsakerna i olika kategorier och figur 9 redogör för dessa för samtliga år. För en sammanställning av varje år för sig se bilaga Figur 9. Orsaker till avbrott som skett år i fallande ordning för Karlstads Elnät. 22

29 Från figur 9 kan man se att de tre största orsakerna till avbrott är fabrikat- eller materialfel, säkringsbrott och grävning. Utifrån avbrottsstatistiken kan man konstatera att orsakerna fabrikatfel och materialfel samt säkringsbrott förekommer både på hög- och lågspänningssidan vad gäller avbrott. Grävning är den största orsaken till avbrott på högspänningssidan Fabrikat eller materialfel Många gånger vet inte Karlstads Elnät vad felet egentligen beror på och därför klassar de det som fabrikat eller materialfel. Ett exempel på det är att om det finns ett litet hål i en nedgrävd kabel och man inte riktigt vet anledningen till det så klassar man det som fabrikat eller materialfel Säkringsbrott Säkringsbrott beror oftast på kabelfel och överbelastning. Kabelfel uppstår oftast vid dålig isolering som leder till överhettning av kabeln. På lågspänningssidan förekommer det att vissa kunder är högt belastade vilket leder till att det blir överbelastning i kabelskåp Grävning Då grävning förekommer inom olika sammanhang är det oftast företag som förstör Karlstads Elnäts kablar. Det händer att företagen inte får en noggrann kabelvisning som stämmer i praktiken och då är det Karlstads Elnäts fel. Andra gånger handlar det om att företagen gräver i kabeln och inte runt den trots att de har rätt kabelvisning och blir skyldiga att betala kostnaden för reparationen till Karlstads Elnät. Det gynnar företagen att göra på det här sättet eftersom kostnaden för reparationen är liten i förhållandet till hur mycket tid man sparar. 23

30 9. Slutsats Karlstads Elnät står inför flera utmaningar när det kommer till att förbättra sin leveranssäkerhet. Visserligen hanterar företaget avbrotten bra vid lågspänningsfel när det kommer till medeltiden mellan avbrott men inte vid högspänningsfel och de behöver också bli snabbare på att reparera avbrott både på hög- och lågspänningssidan. För att Karlstads Elnät ska uppnå den tillåtna medeltiden mellan fel vid avbrott som EI har bestämt behöver de minska sina avbrott i nätet på högspänningssidan. Det är högspänningsfel som påverkar flest antal kunder vid avbrott och därför behöver Karlstads Elnät vidta åtgärder för kategorin grävning som orsakar flest avbrott på högspänningssidan. Ett förslag är att Karlstads Elnät inför en avgift utöver kostnader för reparationer av skadan så att det inte gynnar företagen att förstöra kablar när de gräver. Av de fyra största orsakerna till avbrott är det enbart grävning som Karlstads Elnät inte har kontroll över. De tre övriga orsaker som är fabrikat eller materialfel, säkringsbrott och bristande underhåll beror på Karlstads Elnät och företaget behöver bli bättre på att hantera dessa genom att förbättra sina rutiner. Man kan också konstatera att Karlstads Elnät inte skulle uppfylla kraven om normnivåerna skulle gällt år och få betala 3,8 miljoner kr till EI. 24

31 Referenser Litteratur [ ] Gunnar Elfving, ABB handbok Elkraft, 1993 [ ] Hans Blomqvist, Elkrafthandboken. Elkraftsystem 1, Liber 2003 Internet [ ] Lägesrapport för leveranssäkerhet i elnäten, _leveranssakerthet_i_elnaten_eir pdf [ ] [ ] Leveranssäkerheten i elnäten EIR , en_i_elnaten_eir_2012_04.pdf [ ] [ ] 4th Benchmarking Report on Quality of Electricity Supply, icity/2008/c08-eqs-24-04_4th%20benchmarking%20report%20eqs_10-dec-2008_re.pdf [ ] [ ] Landsbygdens eldistribution en livsviktig infrastruktur, [ ] [ ] Kvalitetsbedömning av elnät vid förhandsreglering, ing_av_elnat_vid_forhandsreglering_eir_2010_08.pdf [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 25

32 Bilaga 1. Förklaring till de olika begreppen i formeln för leveranssäkerheten [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] { } avbrott avbrott avbrott avbrott = medelvärde av fyra årliga SAIDI från åren för oplanerade = medelvärde av fyra årliga SAIFI från åren för oplanerade = medelvärde av fyra årliga SAIDI från åren för planerade = medelvärde av fyra årliga SAIFI från åren för planerade = årlig medelavbrottstid avseende oplanerade avbrott under = årlig medelavbrottsfrekvens avseende oplanerade avbrott under = årlig medelavbrottstid avseende planerade avbrott under = årlig medelavbrottsfrekvens avseende planerade avbrott under = årlig energiförbrukning mellan åren för en redovisningsenhet = antal timmar per år, 8760 timmar / = årsmedeleffekt för en redovisningsenhet 26

33 = Kostnad per kwh icke levererad energi för oplanerade avbrott [SEK/kWh] = Kostnad per kw avbruten effekt för oplanerade avbrott [SEK/kW] = Kostnad per kwh icke levererad energi för planerade avbrott [SEK/kWh] = Kostnad per kw avbruten effekt för planerade avbrott [SEK/kW] Det mesta i den här bilagan är taget från Bilaga 3 i rapport Kvalitetsbedömning av elnät vid förhandsreglering : ing_av_elnat_vid_forhandsreglering_eir_2010_08.pdf [ ] 27

34 Bilaga 2. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i de olika fördelningsstationerna Tabell A. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i fördelningsstation KVM. Fördelningsstation KVM Fack Antal kunder

35 Tabell B. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i fördelningsstation KÖM. Fördelningsstation KÖM Fack Antal kunder

36 Tabell C. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i fördelningsstation KCMV. Fördelningsstation KCMV Fack Antal kunder Tabell D. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i fördelningsstation KCMH. Fördelningsstation KCMH Fack Antal kunder

37 Tabell E. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i fördelningsstation ÅC. Fördelningsstation ÅC Fack Antal kunder Tabell F. Antal kunder som är uppkopplade vid varje fack i fördelningsstation HEDEN. Fördelningsstation HEDEN Fack Antal kunder

38 Bilaga 3. Slingor där flest antal kunder är uppkopplade Figur A. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KVM, fack 28. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 32

39 Figur B. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KVM, fack 24. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 33

40 Figur C. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KÖM, fack 6. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 34

41 Figur D. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KÖM, fack 11. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 35

42 Figur E. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KCMV, fack 1. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 36

43 Figur F. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KCMV, fack 16. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 37

44 Figur G. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KCMH, fack 7. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 38

45 Figur H. Den blå slingan hör till fördelningsstationen KCMH, fack 23. Pilarna visar brytpunkten där man kan koppla om. 39

46 Bilaga 4. Orsaker till de oplanerade avbrotten under år Figur A. Orsaker till avbrott år Figur B. Orsaker till avbrott år

47 Figur C. Orsaker till avbrott år Figur D. Orsaker till avbrott år