EMC problematik och el-kvalitet i elkraftnät

Transkript

1 School of Mathematics and Systems Engineering Reports from MSI - Rapporter från MSI EMC problematik och el-kvalitet i elkraftnät Sugulle, Abdirashiid Apr 2006 MSI Report Växjö University ISSN SE VÄXJÖ ISRN VXU/MSI/EL/E/ /--SE 1

2 Organisation/Organizaition VÄXJÖ UNIVERSITET Matematiska och systemtekniska institution Växjö University / School of Mathematics and systems Engineering Dokumenttyp/Type of document Examensarbete/Diploma work Författare/Author Sugulle Abdirashiid Titel och undertitel / Title and subtitle EMC problematik och el-kvalitet i elkraftnät / EMC Problems and electrical power quality Sammanfattning Examensarbetet behandlar de faktiska problem som kan uppstå inom EMC (Electro Magnetic Compatibility) och el-kvalité, orsaken till elavbrott diskuteras och vad som kan göras för att minimera avbrotten. Arbetet innehåller också en definition av planeringsnivåer och vilka faktorer man behöver ha kontroll över för att genomföra ett eventuellt planeringsutrymme, och hur lokala distributionsnät kan bli säkrare. Näten kan bli säkrare men inget system kan bli avbrottsfritt. I examensarbetet undersöks två fördelningstransformatorer: GLA40T1 (Glansås) och T399 i Tranås energi. Båda transformatorerna saknar regulator. Man tillämpar en planeringsnivå för spänningsvariationen på spänningen på sekundära sidan som är +/-5 % av nominell spänning. Avsikten är att minska konsekvenserna av höga spänningsvariationer och att hålla kostnaden på en acceptabel nivå. Undersökningen omfattar också en jämförelse mellan de teoretiska beräkningsresultaten och de verkliga mätningarna som är hämtade från Tranås energi. Undersökningen visar att antagna planeringsnivån är uppfyllda. Nyckelord: EMC, Planeringsnivåer, direktiv, Standard. Abstract The dissertation deals with an account of actual problem, which can arise within EMC and power quality. The cause of power interruption and what can be done to minimise the power interruption is discussed. It also includes a definition of planning levels and which factors one needs to have control over to carry out a possible planning strategy and how the local distributions net could be more secure. The electrical net could be secure but no system can be free from interruption. The dissertation examines two distribution transformers: GLA40T1 (Glansås) and T399 in Tranås Energy which don t have regulators. It applies a planning level for voltage variation in the voltage of second level with +/-5 % of nominal voltage. The purpose is to reduce the consequence of high voltage variation and to keep the costs at an acceptable level. The research also makes even clear the similarity between results of the theoretical calculations and results of the practical measurements taken from Tranås Energy. The examination shows that the supposed planning level is fulfilled. Key Words: EMC, Planning level, directive, standard. Utgivningsår / Year of issue Språk/Language Antal sidor/number of pages 2006 Swedish 39 Internet/www 2

3 Innehållsförteckning 1.0 Förord Tack Bakgrund Syfte och mål Sponsring Liten historik över utvecklingen av Tranås Energi Hur uppstod EMC-begreppet? Definition av EMC-begreppet EMI Behov av EMC skydd Vad handlar EMC-direktivet om? Genomförande av direktivet Nytt EMC direktiv Uppfyller apparaten EMC-direktivets krav? El-kvalitet Beskrivning av Spänningsdippar och kortvariga avbrott Definition av kortvarig spänningssänkning: Definition av kortvarigt avbrott: Praktisk orsak till spänningsdippar och korta avbrott: Matematisk beräkning av kvarvarande spänning vid spänningsdipp Minska konsekvensen av spänningsdippar och korta avbrott Reducera antalet kortslutningsfel Reducera bortkopplingstiderna Transienter Hur uppstår transienter? Vilken skada orsakar transienter? Hur skall man begränsa problem orsakade av transienter? Övertoner Hur uppstår övertoner? Förekomst av övertoner Vilken skada orsakar övertoner? Begränsning av övertoner Två filtertyper 17 Det finns i huvudsak två sätt att filtrera övertoner: med passiva eller aktiva filter Passiva filter Aktiva filter Spänningsosymmetrier Hur uppkommer osymmetri? vilken skada orsakar osymmetri? Åtgärder mot osymmetri Flicker Hur uppkommer flicker? Vilken skada orsakar flicker? Åtgärder mot flicker Definition av störningstyper Planeringsutrymme 20 3

4 9.1 Uttagen effekt Uttagen reaktiv effekt Spänning Strömdistorsion Spänningsnivå/Flicker Bestämning av lokala planeringsnivåer Undersökning av spänningsvariationer Beräkning av spänningsvariationer på transformator GlA40T1 (Glansås) Mätvärden för transformator/station GLA40T1. Hämtade från Tranås energi: Beräkning av spänningsvariationen på transformator T Beräkning av maximal spänningsvariation: Verkliga mätvärden för transformator/station T399. Hämtade från Tranås energi: Beräknade spänningsvariationer jämfört med antagna planeringsnivåer Första jämförelsen Andra jämförelsen Tredje jämförelsen Slutsats: Källförteckning 38 Matematiska och systemtekniska institutionen 39 4

5 1.0 Förord Det ingår som avslutning på min ingenjörsutbildning att utföra ett problembaserat examensarbete. Jag valde att kontakta Tranås Energi för detta ändamål. Efter att jag framfört mina synpunkter kring vad jag ville skriva om, valde de ut ett område som stämde överens med mina önskningar. De ville att jag skulle analysera och kontrollera deras elnät. Detta arbete är viktigt då företaget har en produktionsprocess där nationell konkurrens kräver hög precision och tillgänglighet. Varje produktionsstörning är ett allvarligt hot mot lönsamheten. Gemensamt är att kvaliteten måste vara rätt för det som den ska användas till, eftersom elektricitet är en handelsvara och en produktionsresurs. 1.1 Tack Jag vill rikta ett tack till företaget Tranås Energi för det stora intresse de visat för mina studier och det trevliga bemötande jag har fått under mina studiebesök. På Tranås Energi vill jag rikta ett stor tack till Börje Gustafsson VD för Tranås Energi och Leif Åberg Driftchef för Tranås Energi. Jag vill också rikta ett stort tack till min examinator Erik Loxbo vid Högskolan i Kalmar som har gett konstruktiv kritik och feedback genom hela arbetet och Reidar Gustavsson, från NORBO Kraftteknik. Reidar har fungerat som min handledare men är också min sponsor då han har låtit mig delta i en kurs om El-kvalitet, planeringsnivåer och beräkning av planeringsnivåer. Mitt sista tack men inte minsta går till min vän Elin för all positiv uppmuntran under arbetets gång. 2.0 Bakgrund Samhället blir allt mer beroende av el och detta medför att kraven på el-kvalitet ökar. Det som man kallar bra el-kvalitet är svårdefinierat och problemet med bristande el-kvalitet kommer i olika former. Vad en kund uppfattar som defekt el-kvalitet behöver inte vara ett problem för andra kunder. I allmänhet relaterar man detta problem bristande el-kvalitet till nätägaren, vilket dem oftast tillbakavisar. Då är frågan som blir aktuell: Hur skall man tyda vilka normer och gränsvärden som gäller? Vad säger stark-strömföreskrifterna om överspänningar? En bra utgångs punkt är att skaffa kunskap om hur bristande el-kvalitet påverkar ansluten utrustning och vad apparaternas föreskrifter säger. För att förstå vad som gäller i interfacet mellan elnät och kund krävs goda insikter om regelverket av el-kvalitet samt korrekta uppfattningar inom områden som EMC (Electro Magnetic Compatibility), el-miljö och elkvalitet. 3.0 Syfte och mål Målet är att verifiera om ett faktiskt elnät uppfyller antagna planeringsnivåer i en given punkt. Detta skall nås genom att analysera nätrelaterade EMC problematik och praktisk el-kvalitet och att definiera planeringsnivåer. 4.0 Sponsring Genom Tranås Energi har jag kommit i kontakt med Reidar Gustavsson, från NORBO Kraftteknik. Reidar har fungerat som min handledare men är också min sponsor då han har låtit mig delta i en kurs om El-kvalitet, planeringsnivåer och beräkning av planeringsnivåer. Denna kunskap har jag sedan tillämpat i mitt arbete. 5

6 5.0 Liten historik över utvecklingen av Tranås Energi 1911 Tranås köping inköpte Tranås kvarn och uppförde där ett kraftverk, som stod färdigt att tas i drift 1 oktober, Det var utrustat med två likströmsgeneratorer om 70 hk med ackumulatorbatterier. Verket kördes med vattenkraft från kl 6 på morgonen till kl 12 på natten Den första motorinstallationen gjordes, en elmotor på 15 hk i Tranås Snickerifabrik Elverket övergick till VÄXELSTRÖM 127 / 220 V De första fjärvärmeleveranserna. Produktionen skedde i flyttbara panncentraler En egen 130/40 kv trafo installerades och en fördelningsstation för 10 kv byggdes i Stoeryd. 40 kv ställverket i Stoeryd uppfördes Hetvattencentralen N. Vakten invigdes den 23 oktober. Utrustningen levererades och installerades av Generator AB, Göteborg. En ny organisation började gälla 1 juli (värmeverket delades upp i drift- och anläggningsavdelningen) och kontoret flyttades från Cityhuset till Smedjeholmen i december Hjälmaryd 10 kv fördelningsstation klar En 40/10 kv fördelningsstation i Glansås uppfördes. Expeditionen på Smedjeholmen gjordes större, Ljusare och trevligare Tranås energiverk blev Tranås Energi AB. El-debiteringen flyttades över från drätselkontoret till Smedjeholmen. Reservcentralen Tallbacken togs i drift En ny organisation trädde i kraft vid halvårsskiftet med fjärrvärmeteknik-, elteknik-, Marknads- och Ekonomiavdelningar. Marknad startade sin satsning på energitjänster. Den administrativa sidan utökades med många nya rutiner som tidigare legat på kommunens drätselkontor. Vattenfall Östsveriges övertog fr.o.m. 1 februari leveransen av råkraft till Tranås Energi. Installationen av en ny rundstyrningsanläggning påbörjades. Hetvattencentralen begåvades med en roterande frukt-värmeväxlare. Gatubelysningsnätet övertogs av Tranås Kommun Den 28 november fastställdes Tranås Energis affärsidé, som styrelsen och företagsledningen gemensamt arbetat fram. Den nya rundstyrningsanläggningen togs i drift

7 6.0 Hur uppstod EMC-begreppet? När radion uppfanns, var det oljud i radiokommunikation som var besvärande. För att komma tillrätta med detta bekämpades radiostörningar, RFI (radio frequency interference). Efter en tid började man bygga förstärkare med radiorör (elektronrör) avsedda för annat än radio. Även dessa apparater blev störda och då var RFI ingen bra förkortning för teknikområdet och man skapade EMI-begreppet (Electro Magnetic Interference), som således täcker alla typer av störningsfall orsakade av elektromagnetiska fenomen. Man kan dela upp EMI i olika delområden (olika störningstyper), När man lyckas behärska EMI:n då har man erhållit EMC som betyder elektromagnetisk förenlighet, samexistens. 6.1 Definition av EMC-begreppet Tillräcklig EMC innebär att en elektrisk apparat 1 skall fungera tillfredställande i sin elektromagnetiska miljö. Apparaten får inte heller inverka störande på denna miljö. För att nå detta mål finns det idag ett antal standarder som är accepterade i Europa, t.ex. emissionsstandarder, immunitetsstandarder, installationsstandarder och produktstandarder. Observera att EMCdirektivet inte anger några nivåer. De standarder som styr olika nivåer för t.ex. tillåtna störnivåer har tagits fram av olika branschorganisationer. Dessa standarder godkänns av EUkommissionen och anses därmed harmoniserade med EMC-direktivet. I och med att en standard harmoniserar EMC-direktivet blir den en Europanorm och därmed tvingande inom EU. 6.2 EMI EMI betyder elektromagnetisk störning, och syftar på de oönskade verkningarna av elektromagnetiska fenomen. EMI är ett sammanfattande begrepp för ALLA typer av störningar. Definition: EMI är Försämring av utrustningens, signalöverföringskanalens eller systemets funktion eller prestanda orsakat av elektromagnetiska fenomen. Se även definition av Störningstyper i punkt Behov av EMC skydd När det gäller behov av EMC skydd så finns det en rad grundkrav som måste uppfyllas. Här tar vi upp några av dessa grundkrav: Apparater som t.ex. radio eller telekommunikations utrustningar måste konstrueras på ett sådant sätt att de har möjlighet att kunna arbeta som planerats trots alla störsignaler som de genererar. Apparater måste konstrueras på ett sådant sätt att de har immunitet mot störningar vilket innebär att de kan arbeta utan att deras prestanda försämras. Apparaternas totala alstrande elektromagnetiska störning får inte hindra användning av t.ex. medicinisk utrustning eller vetenskaplig apparatur. 1 Apparat definieras som alla elektriska eller elektroniska anordningar och utrustningar och installationer som omfattar elektriska eller elektroniska komponenter. 7

8 6.2.2 Vad handlar EMC-direktivet om? Direktivet gäller för apparater som kan orsaka elektromagnetiska störningar samt apparaternas prestanda som kan påverkas av sådana störningar. EU har utfärdat 3 direktiv som styr konstruktion, montage och handhavande av elektriska apparater och maskiner: Maskindirektivet Lågspänningsdirektivet EMC-direktivet Genomförande av direktivet Några av normerna som gäller inom Sverige är: Lag om elektromagnetisk kompatibilitet, SFS 1992:1 512 Förordning om elektromagnetisk kompatibilitet, SFS 1993:1 067 Starkströmsföreskrifter, ELSÄK-FS 1999: Nytt EMC direktiv Den 31 december 2004 publicerades EU:s nya EMC-direktiv i Official Journal. Det nya direktivet heter 2004/108/EC, och är alltså den nya sifferkombination man ska lägga på minnet i fortsättningen. Det gamla direktivet 89/336/EEC ersätts helt av det nya 20/ Riksdagen och Elsäkerhetsverket har fram till 20/ på sig att överföra direktivet till nationell lag och föreskrift. Som tillverkare har man en övergångsperiod fram till 20/7 2009, innan man måste tillämpa det nya direktivet. Vad innebär då det nya direktivet? Rent allmänt kan man säga, att man har inkluderat valda delar av den guideline som finns till det nuvarande direktivet. Man utgår från ett allmänt begrepp "utrustning", vilket delas in i två underbegrepp: "apparater" och "fasta installationer". För apparater ska man påvisa uppfyllelse av de tekniska kraven genom CE-märkning, tillverkardeklaration samt hållande av teknisk dokumentation. Det finns även specifika krav på vilken information som slutanvändaren ska få, och hur märkning av produkten ska vara utformad. Man rekommenderar användande av harmoniserad standard, men det är inte tvång att göra så. Man har även förtydligat att komponenter och delsystem, som monteras av slutanvändare som kan påverka EMC-prestanda, jämställs med apparater och således ska CE-märkas. Exempel på sådana produkter är instickskort till datorer (vilka lyder under detta krav även idag). Direktivet ställer även krav på produktionskvalitet - det som tillverkas ska motsvara det som har provats! Det ställs även installations krav. Man behöver inte CE-märka eller prova enligt harmoniserad standard, men man ska upprätta dokumentation som beskriver hur man använt god branschpraxis för att uppnå god EMC-prestanda. Det påpekas specifikt att myndigheten kan kräva bevis på att en installation uppfyller kraven om det uppstår EMC-problem med densamma. 8

9 6.2.5 Uppfyller apparaten EMC-direktivets krav? Vad innebär det att en apparat uppfyller EMC-direktivets krav? Det innebär bland annat att den har genomgått ett antal tester. Här följer ett exempel med en in- och utsignal och apparat under test. Fig. 01 visar en generell beskrivning av en apparat som skall genomgå ett EMC-test. Beroende på apparatens utformning kommer de anslutningar som är tillämpbara att testas för två saker: immunitet och emission (observera att även apparatens hölje räknas som en anslutning). En apparat som är försedd med en CE-märkning har genomgått ett antal, för den specifika apparaten tillämpbara, kompatibilitetstester. Dessa försäkrar oss om att denna apparats störkänslighet d.v.s. dess immunitet inte är under angivna kompatibilitetsnivåer i de standarder apparaten berörs av. På samma sätt garanteras vi att apparaten inte avger störningar (emission) som överstiger kompatibilitetsnivåerna i de standarder apparaten berörs av. Normerna skall vara en garanti för att en nätansluten apparat varken störs av eller stör det elnät den är ansluten till. 7.0 El-kvalitet Bättre el-kvalitet handlar om att lösa sju typer av problem, nämligen verkningsgrad, övertoner, transienter, spänningsvariationer, flicker, osymmetri och avbrott. Första steget till en bättre el-kvalitet är att genom en noggrann mätning skaffa sig en nulägesbild över anläggningens tillstånd. Andra steget är att utifrån nulägesbilden göra en elkvalitetsanalys som visar på det mest kostnadseffektiva sättet till bättre el-kvalitet. Definitionen av El-kvalitet kan variera beroende på respektive abonnents behov. Begreppet omfattar i sin helhet, både leveranssäkerhet och spänningsgodhet. I vårt samhälle har teknikens utveckling åstadkommit allt mer komplicerade apparater som i sin tur blir anslutna till elnätet. Detta medför ökat krav på störningsfri el-leverans. Det är också viktigt att notera att om det uppstår störning och apparaten inte fungerar på avsett vis, så behöver inte nödvändigtvis orsaken vara bristande el-kvalitet från matande elnät. Orsaken kan vara störningar från närliggande maskiner. Det faktum att det står 220 V, 50 Hz på våra eluttag innebär inte att det endast förekommer sinusformad 50 Hz växelspänning med effektivvärdet 220 V. Det förekommer också andra spänningar och frekvenser på nätet och följden blir försämrad el-kvalitet. Orsaken till att det förekommer spänning och frekvensvariation beror på att allt fler apparater kopplas till nätet. Svensk Standard SEN ger vissa anvisningar om avvikelse från nominell spänning vid normal drift dvs. 9

10 Långsamma spänningsvariationer skall inte övergå mer än +/-10 % från 230V AC. Frekvensen får inte avvika från 50 Hz med mer än 0,2 Hz. Effektivvärdet av alla övertoner skall vara mindre än 4 % av 230V AC och alla enskilda övertoner mindre än 3 %. Denna standard specificerar endast toleransnivå vid normala förhållanden. El-distributörerna är inte skyldiga att hålla med en elkraftkvalitet som är störningsfri, eftersom det är svårt att kontrollera de laster som kopplas in och ur på nätet. 7.1 Beskrivning av Spänningsdippar och kortvariga avbrott I detta avsnitt skall vi ge en kortfattat beskrivning av hur och varför spänningsdippar och korta avbrott inträffar. Vi börjar med att först skaffa oss en uppfattning om definitioner av spänningsdippar och kortvariga avbrott enligt SS-EN Definition av kortvarig spänningssänkning: En hastig minskning av matningsspänning ner till mellan 90 % och 1 % av den nominella spänningen, med en varaktighet Mellan 10 ms och 60 s. När det inträffar en kortvarig spänningssänkning som är större än 10 % av den nominella spänningen blir efterverkningen kortvariga avbrott om återkopplingen sker inom 90 s. Detta kallas spänningsdipp Definition av kortvarigt avbrott: Ett tillstånd där spänningen i anslutningspunkten är lägre än 1 % av den nominella spänningen, med en varaktighet mellan 10 ms och 3 minuter. Generellt anser man i Sverige att korta avbrott har en varaktighet mellan 10 ms och 90 s. Tidsbegränsningen mellan 10 ms och 90 s. har sitt ursprung från starkströmsföreskrifterna ELSÄK-FS som bestämmer att återkopplingen vid avbrott (jordfel) får ske inom 90 s Praktisk orsak till spänningsdippar och korta avbrott: Spänningsdippar och korta avbrott orsakas framför allt av kortslutningsfel i el-systemet eller i kundens anläggningar. Naturfenomen som åska är också en väsentlig orsak till förekommande spänningsdippar. Kabelskada i mark vid grävning är en annan orsak till spänningsdippar. Fåglar kan också orsaka skador på friledningar för lägre spänningsnivåer som i sin tur orsakar spänningsdippar. En kortslutning mellan faserna i ett trefas system, eller mellan en eller flera faser och jord medför en mycket stor ökning av strömmen, vilket i sin tur medför stora spänningsfall över impedansen i elnätet. Kortslutning i el-system, eller kundernas anläggningar, går att begränsa men inte att undvika helt. 10

11 Kortslutningen har många olika orsaker, men beror i grunden på ett genombrott i isoleringen mellan objekt som är elektriskt isolerade från varandra och befinner sig på olika elektriska potentialer. Då den felförknippade anläggningen bortkopplas återkopplas spänningen snabbt i det övriga elnätet. De kunder som elektriskt sätt befinner sig bortom felet utan alternativ energikälla drabbas av ett avbrott medan de kunder som elektriskt sätt befinner sig mellan den felförknippade anläggningen och det matande nätet, dvs. energikällan, upplever en spänningsdipp. Se fig. 02 Många fel i elnätet försvinner relativt snabbt och den bortkopplade ledningen kan därför ofta automatiskt återinkopplas efter en kort tid. Om automatisk återinkoppling appliceras kommer avbrottet därför endast att bli kortvarigt. Om felet kopplas bort med exempelvis en säkring som kräver att personal måste åka dit och byta denna manuellt, alternativt att felet är kvarstående, kommer avbrottet att vara långvarigt. Kopplingar av stora laster kan också orsaka stora strömmar liknande de vid kortslutningar som jag har nämnt tidigare. Dessa leder dock inte till några avbrott. Start av stora motorer och inkoppling av transformatorer är karakteristiska exempel på sådana kopplingar. Även om spänningsdippen i den punkt där kopplingen sker inte är lika stor som vid ett kortslutningsfel, kan den spänningsdipp som upplevs i en avlägsen punkt i nätet likna den som orsakats av en kortslutning. Enligt definitionen ovan utmärks en spänningsdipp framför allt av dess djup och varaktighet. Korta avbrott karaktäriseras enbart av dess varaktighet. Hur en spänningsdipp ser ut beror på vilken typ av fel som är orsaken, t.ex. om det är kortslutning mellan faserna eller mellan en eller flera faser och jord, spänningsdippen beror även på i vilken typ av nät felet har inträffat, exempelvis om nätet är direktjordat eller om det är impedansjordat. Spänningens utseende under dippen har stor betydelse för vilken effekt dippen har på olika typer av utrustningar. Även om spänningsdippar huvudsakligen karakteriseras av djup och varaktighet räcker dessa begrepp inte för att fullständigt karakterisera spänningsdippar Matematisk beräkning av kvarvarande spänning vid spänningsdipp Vid symmetriska förhållanden och i radiella nät kan den kvarvarande spänningen vid en spänningsdipp beräknas med en spänningsdelarmodell enligt figur 0.3. I figuren är G-punkt gemensam anslutningspunkt, Udipp kvarvarande spänning i G-punkt och U gen spänningen vid generatorn. Z G-punk är impedansen från G-punkt till felstället och Z fel fel impedansen impedansen mellan felstället och jord där spänningen antas vara 0 volt. Z k är kortslutnings impedans för överliggande nät vid G-punkt. 11

12 Från figur 03 kan U-dipp beräknas enligt: Från ovanstående ekvation förstås att en låg fel impedans, reducering av Z fel, ger en lägre kvarvarande spänning och därmed djupare spänningsdipp i G-punkt och lasten. De kunder som befinner sig bortom felet i figur 0.3 upplever som nämnts tidigare ett avbrott då felet bortkopplas, genom att ledningen utsatt för felet kopplas bort från det övriga nätet i punkten G-punkt Minska konsekvensen av spänningsdippar och korta avbrott I detta avsnitt ges en kortfattad teknisk skildring av möjligheter att minska riskerna för samt konsekvenserna av spänningsdippar och korta avbrott. För att förstå olika möjligheter att minska riskerna för, samt konsekvenserna av, spänningsdippar och korta avbrott är det viktigt att förstå vad det är som leder till att utrustningar upphör att fungera som avsett. Det är det faktum att utrustningar upphör att fungera som avsett som gör att spänningsdippar och korta avbrott är ett problem. Den huvudsakliga bakomliggande orsaken till att utrustningar upphör att fungera är enligt föregående avsnitt kortslutningsfel i elsystemet eller i kundens anläggningar. Vid fel sjunker spänningen relativt mycket i felstället. Effekten av felet i anslutningspunkten av en utrustning hos en kund i en annan del av elnätet är en händelse, huvudsakligen karakteriserad av djup och varaktighet. Ett fel kommer alltid att medföra en spänningsdipp för några kunder. 12

13 Om felet inträffar i ett radiellt nät kommer det också att leda till ett avbrott för vissa kunder när felet kopplas bort av skyddssystemen i elnätet. Om tillräcklig redundans 2 finns i nätet kan avbrott undvikas så att felet endast resulterar i en spänningsdipp. Om djup och varaktighet på den resulterade spänningsdippen är tillräckligt stor kan konsekvenserna bli att utrustningar upphör att fungera som avsett. Som nämnts tidigare är det inte bara kortslutningsfel som kan leda till så stora spänningsändringar att utrustningar upphör att fungera som avsett, utan även kopplingar av stora laster. De tekniska möjligheterna att minska riskerna för samt konsekvenserna av spänningsdippar och korta avbrott kan delas in i följande olika typer av åtgärder: Reducera antalet kortslutningsfel Genom att antalet kortslutnings fel reduceras så reduceras inte enbart antalet spänningsdippar och korta avbrott, utan också antalet långvariga avbrott i de fall reparationstiderna för att åtgärda felet är långvariga. Det är ett effektivt sätt att kraftigt förbättra spänningskvaliteten Reducera bortkopplingstiderna. Reducering av felbortkopplingstider och återkopplingstider reducerar inte antalet fel, men däremot effekterna av dessa. Varaktigheten för korta avbrott bestäms av hur snabbt nätet återställs efter ett fel, dvs. hur snabbt en ledning utsatt för fel återkopplas. Att förkorta felbortkopplingen har ingen effekt vad gäller antalet spänningsdippar, men kan i hög grad minska varaktigheten av dessa. Den totala tid det tar att koppla bort ett fel består av dels den tid det tar för reläskyddssystemet att registrera att ett fel uppstått och besluta om åtgärd, dels den tid det tar för brytaren att öppna. Kortare felbortkopplingstider kräver båda snabbare brytare och snabbare kontrollutrustningar 7.2 Transienter Ordet transient används av många som ett gemensamt begrepp för alla typer av snabbare spänningsvariationer. I el-kvalitetssammanhang menas med transient en mycket snabb och övergående förändring på spänningsamplituden som normalt kallas för spänningsspik eller bara spik. Transienter kan indelas i två typer: Impulstransienter och oscillerande (svängande) transienter. Impulstransienter är positiva eller negativa "spikar" som varar mycket kort tid och innehåller liten energimängd. En oscillerande transient karaktäriseras av en mycket snabb förändring av strömmens eller spänningens polaritet och uppkommer främst i samband med kopplingar av olika slag Hur uppstår transienter? Vid inkoppling av kondensatorer liksom vid alla kopplingar i nätet erhålls transienter som kan vara skadliga för motorer, transformatorer, kondensatorer, brytare och elektronikutrustningar. Transienter kan också komma från överliggande elnät genom åsknedslag eller genom kopplingar ute i elnätet. I lokala nät, som industrinät, kan skadliga transienter uppkomma vid till- och frånslag av tyngre el-utrustningar. I lågspänningsnät kan transienter uppstå vid brytning av induktiva laster exempelvis maskiner innehållande motorer. 2 Redundans innebär att nätet är byggt på ett sådant sätt att om en kabel skadas så väljer signalerna en annan väg. Skadan skall i princip inte kunna slå ut kommunikationen. 13

14 7.2.2 Vilken skada orsakar transienter? Elektronik är känslig för transienter. Inom industri, sjukvård och handel finns datorer, teleutrustningar och olika typer av styrsystem som kan skadas och därmed kan orsaka allvarliga störningar i verksamheten. Idag finns också en stor mängd elektronisk i hemmet som kan skadas och ge upphov till störningar. Avgörande för om en transient kan orsaka skada är amplitudens storlek, energiinnehållet och den utsatta apparatens isolationshållfasthet Hur skall man begränsa problem orsakade av transienter? Hur man åtgärdar problem orsakade av transienter är olika beroende på typ av problem och anläggning. Vi skall först analysera den optimala felsökningsanalysen i ett transient problem. Om man misstänker problem med transienter i sin anläggning skall man se till att få mätningar utförda som åskådliggör problemet. Det är viktigt att mätutrustningen kan uppfatta mycket snabba förlopp, dvs. kan arbeta med en tillräckligt hög samplingsfrekvens för att ge en så tydlig bild som möjligt av problemen. Genom en noggrann analys av mätningen kan orsaken till transienterna fastställas och lämpliga åtgärder vidtas. Orsaken kan återfinnas antingen i den egna anläggningen eller i överliggande elnät. Ett bra mät- och analysunderlag är nödvändigt för att fatta beslut om åtgärder eller för att diskutera med elnätsägaren. I en industri kan en billig åtgärd vara att styra inkopplingen av t.ex. kondensatorbatterier, så att detta sker innan man slår till en känslig utrustning. En annan lösning är att separera störande och störd utrustning. Andra lösningar är att skydda känslig utrustning med hjälp av ventilavledare. 7.3 Övertoner I det svenska elnätet är grundfrekvensen 50 Hz, men spänningar och strömmar i godtyckliga snitt innehåller övertoner. En viss av halt av övertoner har alltid funnits men det är först under de senaste decennierna som halterna blivit så höga att de orsakar driftstörningar d v s skada på anslutningar. Övertoner är ström- eller spänningskomponenter med en frekvens som är en heltalsmultipel av grundtonsfrekvensen (3*50, 5*50, 7*50 etc.) och som överlagrade på denna ger en periodiskt återkommande deformation av sinuskurvan. I elnätet uppträder framför allt övertoner av udda ordningstal. Övertoner av jämna ordningstal fås endast om spänningens positiva och negativa halvperioder deformeras olika. Det så kallade THD-värdet (Total Harmonic Distrotortion) är ett mått på övertonshalten hos en ström eller en spänning. THD anger övertonernas effektivvärde i förhållande till grundtonens effektivvärde och uttrycks normalt i procent Hur uppstår övertoner? Idag kan man inte anta att alla el-kraftnätets spänningar och strömmar är sinusformade. Allt större del av motorlasterna är omriktarstyrda och båda hemmet och kontor är fyllda av persondatorer, faxar och kopiatorer. I stort sett all belysning på kontor och industrier består av lysrör eller andra urladdningslampor. 14

15 Alla dessa laster drar icke sinusformad ström och ger därför stora övertonsströmmar som i sin tur ger upphov till övertonsspänningar. Övertoner alstras då icke linjära belastningsimpedanser anslutes till elnätet. Med icke linjära belastningar menar vi belastningar där förhållandet mellan ström och spänning inte är konstant. För de ideala kretselementen motstånd R, induktor L och kondensator C gäller ett rätlinjigt och proportionellt samband mellan effektivvärdena för spänning och ström om kretselementens parametrar R, L och C är konstanta och den matande spänningen sinusformat se fig. 04a. Råder inte detta rätlinjiga samband är kretselementet icke linjärt och alstrar övertoner. Ett exempel på ett sådan icke linjärt övertonsalstrande kretselement framgår i fig. 04b Elnäten i sig kan anses tämligen linjära medan de icke linjära kretselementen finns som belastningar. Dessa icke linjära belastningar skapar strömövertoner och bidrar också till att alstra övertoner i spänning. Hur mycket spänningen distorderas på grund av övertonsströmmar beror på nätimpedansen. Om vi antar att den matande generatorn levererar en sinusspänning, vilket är en god approximation. Spänningen U L över belastningen blir då skillnadsspänningen U O - U I. Se fig. 05 om strömmen I, innehåller övertoner kommer spänningen över nätimpedansen att innehålla övertoner. Därmed kommer också spänningen U L att innehålla övertoner. En sinusformad lastspänning förekommer endast i de fall där nätimpedansen är försumbart liten eller om samtliga belastningar och nätelement är linjära. 15

16 7.3.2 Förekomst av övertoner Hur hög är distorsionsnivån i våra elnät? Lågspänning V Internt för en industri U THD = 3 6 % Allmän distribution U THD = 1 6 % Mellan spänning 6 till 40 kv U THD = 1 5 % Högspänning 130 till 400 kv U THD < 2 % Vilken skada orsakar övertoner? Övertoner är störningar med spänning och ström med högre frekvens än 50 Hz, ofta som heltalsmultiplar: 3*50, 5*50, 7*50 etc. sådana störningar har blivit vanligare och orsakas av strömriktnings utrustningar för motordrifter men även apparater med nätaggregat, t.ex. TV datorer, lysrör och lågenergi lampor. Figur 06 visar dels en beskrivning av ett nät, dels hur belastningen impedans Z L (nätets belastning induktivt om resistensen försummas) och impedansen Z C för en parallellkopplad kapacitans som varierar med frekvensen. Där kurvorna skär varandra är Z L = Z C, vi har en parallellresonans. Som framgår av impedansdiagrammet går Z C mot 0, d.v.s. ren kortslutning, vid höga frekvenser. Vi kan således konstatera att övertoner på nätet kan innebära stora påfrestningar på kondensatorer Begränsning av övertoner 16

17 Begränsningen av övertoner kräver olika typer av lösningar, eftersom de lätt sprider sig i ett nät. Ofta krävs mätningar i flera punkter för att ringa in och identifiera källan. Åtgärderna för att dämpa övertoner varierar beroende på vilken typ av last de genereras och varifrån de kommer i nätet. En åtgärd är att filtrera övertonerna med övertonsfilter uppbyggda av kondensatorer och reaktorer. Filtren skall dimensioneras så att helheten bildar en avstämd krets som ger låg impedans vid en specifik frekvens. Detta innebär att strömmen av närliggande högre frekvenser till stor del filtreras. Genom att installera övertons filter uppnås flera fördelar. Förutom att övertonerna i nätet minskar, reduceras också uttaget av reaktiv effekt genom faskompensering. Dessutom kan problem med parallellresonans mellan nätets induktiva och kapacitiva delar undvikas genom att resonanspunkten placeras på en ofarlig frekvens utan övertonsströmmar Två filtertyper Det finns i huvudsak två sätt att filtrera övertoner: med passiva eller aktiva filter Passiva filter. Passiva filter är som namnet antyder uppbyggda av passiva komponenter och består i huvudsak av två varianter. Bandpassfilter: som består av en kondensator kopplad i serie med en reaktor och spole som ger en mycket bra filtrering vid en specifik frekvens. Högpassfilter: Innehåller dämpmotstånd som effektivt dämpar höga frekvenser och ger en större bandbredd Aktiva filter Principen för aktiva filter är att generera övertoner av samma frekvens och amplitud som de som finns i nätet. Därefter injicerar man dem i motfas. På samma sätt kommer övertonshalten helt att dämpas ut i en given mätpunkt. 7.4 Spänningsosymmetrier En symmetrisk trefasspänning karaktäriseras av två olika egenskaper. De tre fasspänningarna har samma amplitud, och den inbördes fasförskjutningen är lika stor. Om någon eller båda av dessa egenskaper saknas säger man att spänningen är osymmetrisk Hur uppkommer osymmetri? Osymmetri i lågspänningsnät orsakas av obalanserade laster. I högspänningsnät är det oftast den osymmetriska nätimpedansen orsakad av luftledningar som ger obalans. Osymmetri kan bestämmas genom att mäta de tre fasspänningarna och därefter beräkna obalansfaktorn, U S. Obalansfaktorn är 0 % då fullständig symmetri råder. 1-2 % osymmetri i de flesta fall accepteras. Om en inledande översiktsmätning visar på problem gör man en längre mätning över flera dagar för att få ett bra analysunderlag. Obalansfaktorn U S presenteras efter mätningen som ett 95 % -värde, d.v.s. det mätvärde som inte överskrider 95 % av mätperioden. Orsaken till osymmetri kan sedan spåras och ta beslut 17

18 om åtgärder eller diskuteras med elnätsägaren vilken skada orsakar osymmetri? Osymmetri kan orsaka överbelastning på olika växelströmsmaskiner. Strömriktare som snedbelastas kan komma att generera övertoner med frekvenser utöver de karakteristiska. Konsekvenserna av osymmetri kan vara så allvarligt som haverier med efterföljande driftstopp som följd. Andra konsekvenser kan vara kortare livslängd på apparater och påtvingade inköp av utrustning som klarar högre störnivåer Åtgärder mot osymmetri Det bästa är att angripa själva orsaken till osymmetrin, t.ex. bättre skruvade högspänningsledningar, eller att arrangera om belastningar så att bättre balans erhålls. 7.5 Flicker Flicker är ett engelskt ord som används för det som på svenska kan kallas flimmer. Flicker är irriterande blinkningar i belysningen vid en frekvens som ligger under 50 Hz. Flimmer kan spridas över stora geografiska områden kring störkällan, speciellt om nätet är svagt Hur uppkommer flicker? Typiska orsaker till flicker på högre spänningsnivåer är ljusbågsugnar. Deras störningar kan breda ut sig i elnäten över relativt stora geografiska områden. Mer lokalt och på lägre spänningsnivåer kan svetsapparater, hissmotorer och kompressorer vara en källa till flicker. I båda fallen är det de mycket snabba lastvariationerna som påverkar spänningen Vilken skada orsakar flicker? Flicker kan göra att man upplever en belysning som obehaglig. Människor reagerar psykiskt olika på ljusflimmer och det som är störande för en person är kanske inget problem för en annan Åtgärder mot flicker Flicker mäts med hjälp en flickermätare. Mätutrustningen ska ge möjlighet att mäta enligt normen IEC 868 med tillägg. Spänningsändringarna registreras med hjälp av ett filter som efterliknar ögats känslighet och mätvärden ska lagras baserat på 10-minutersintervall. Genom att mätutrustningen kan påbörja nya 10-minutersintervall varje minut, får starttidpunkten liten betydelse och dessutom får man en bättre bild av hur mätvärdena är spridda under mätperioden. Naturligtvis är ett bra mät- och analysunderlag nödvändigt för att fatta beslut om åtgärder eller för att diskutera vidare med elnätsägaren eller den industri där störningskällan återfinns. 8.0 Definition av störningstyper 18

19 I samband med el-kvalitet kan det vara ett skäl att observera vad en störning är och vilka störningstyper vi kan stöta på. En störning kan definieras som en icke önskvärd signal som tränger in i en apparat eller ett system och orsakar en felaktig funktion. I alla störningsfall kan man särskilja tre led: störkälla, kopplingsväggen och störoffret. Detta visas principiellt i fig.07 Med systematisk störbekämpning angriper man ett eller flera av dessa led. Det är självklart att i första hand angripa störkällan. Kan man stoppa en störning i sin linda har man löst problemet, inte bara för sig själv, utan även för andra tänkbara störoffer. Man kan se detta som att hålla el-miljön så ren som möjligt. Men det är inte alltid som man lyckas stoppa störningen vid källan. Naturfenomen som åska är en väsentlig del av alla förekommande störningar. Det finns också störningar av s.k. funktionell natur vilket innebär att störningarna genereras av en apparats avsiktliga och korrekta funktion. Ett exempel är radiosändare som utstrålar radiofrekvent energi. Detta kan uppfattas som störning. Kan man inte avstöra vid källan angriper man i andra hand kopplingsvägen. Elektriska störningar kan transporteras av en ledning eller av en elektromagnetisk våg. I sista hand avstör man störoffret. Detta kan lösa ett akut problem, men lämnar inget bidrag till en bättre el-miljö. Målsättningen är att förbättra störtåligheten hos själva störoffret, så att man uppnår en positiv störsignal, se fig. 08. Innebörden är den att om störoffret utsätts t.ex. för en radio-frekvent störning som varierar med frekvensen, så skall störoffret vid varje frekvens ha en tålighet som är högre än den högsta störnivån. Ett förebyggande syfte för störbekämpningsfilosofi är att hålla el-miljön ren, lokalisera störningskällan och åtgärda så tidigt som möjligt. Sträva inte efter att rensa bort all störning, utan låt den ligga under störtröskeln. 19

20 9.0 Planeringsutrymme För att utnyttja ett elnät på effektivt sätt krävs att man vet vad som sker i nätet. Vi måste dessutom ha planering inför lastens variationer och störningsnivåer. I ett eventuellt planeringsutrymme behövs att man skall tänka ut ett antal faktorer som är viktigt att man skall ha kontroll över: uttagen effekt, uttagen reaktiv effekt, spännings- strömdistorsion och flicker (flimmer). 9.1 Uttagen effekt Det är viktigt som nätägare att ha kontroll över uttagen effekt. Det finns reläskydd som bryts bort om vi belastar någon punkt i nätet över dess märkeffekt och konsekvensen blir ett avbrott. Därför är det viktigt att vi hela tiden måste försäkra oss om att vi inte belastar någon punkt i nätet över dess märkeffekt. Vi måste också försäkra oss om att den effekt vi tar från överliggande nät inte överstiger vad det är avsett för. 9.2 Uttagen reaktiv effekt Då uttagen reaktiv effekt belastar matande nät vill man åstadkomma att kunden som förbrukar reaktiv effekt själv producerat denna t.ex. via kondensatorbatterier. Aktiva och reaktiva effekten är den totala förbrukningen som kunden betalar. Om kundens reaktiva effektförbrukning passerar överenskomna nivåer blir straffavgifter ett sätt att ta betalt för det effektutrymme som den reaktiva effekten tar av tillgängligeffekten eftersom man inte vill ha för stort reaktivt uttag i nätet. 20

21 9.3 Spänning Strömdistorsion Om vi har kontroll över spänningsdistorsionen har vi även möjligheten att i god tid förbereda utbyggnader av nätavsnitt eller andra åtgärder t.ex. filter, till följd av ökande olinjära laster i nätavsnittet. Vi styr nivån på spänningsdistorsionen via nivåerna på strömövertonerna. Genom att begränsa strömövertonerna som en funktion av någon fysikalisk storhet som t.ex. kortslutningsimpedansen i kopplingspunkten kan vi bestämma nivån på spänningsdistorsionen. Vi vill även ha kontroll över strömövertonernas nivå då dessa kan begränsa användningsgraden av matande transformator. 9.4 Spänningsnivå/Flicker Standarden för el-kvalitet bestämmer egenskaperna för överföringsspänningen i låg- och mellanspänningsnätet under normala förhållanden. Spänningskvaliteten formas av många delfaktorer, bl.a. av frekvens, variationer i spänningsnivå, snabba spänningsvariationer, harmoniska övertonsströmmar, osymmetri, spänningsfall, oharmoniska övertonsströmmar, överspänningar vid driftfrekvens och transienta överspänningar. Ett spänningsfall är ett fenomen som påminner om ett kort elavbrott. Spänningen sjunker för en mycket kort stund, men bryts inte helt och hållet. Spänningsfallet kan man märka t.ex. på att glödlampan försvagas eller blinkar till. Spänningsfall uppstår i allmänhet när stora belastningar kopplas till t.ex. när en stor elmotor startar, när termostaten till ett värmebatteri med hög effekt slår på eller när ett svetsaggregat tas i användning. För att bedöma eventuella anslutningar av nya laster i nätet måste vi känna till dagens flimmernivåer för att kunna bedöma var nya laster kommer att placera ev. ny flimmernivå Bestämning av lokala planeringsnivåer Det som förväntas av en planeringsnivå är optimalt utnyttjande av elnätet. Vi vill erhålla optimalt utbyte av investeringen. Svårigheten vid planeringen är hur man väljer lämplig planeringsmodell. En modell är att man börjar dimensionera elnätet utifrån dagens behov. Nackdelen med detta är att vår energiförbrukning tenderar mot att hela tiden öka. Trots strävan att spara energi, har vi efter ett antal år elnät som är för små ur både störningsoch energisynpunkt och utvidgning av elnätet blir ett nödvändigt faktum. Det är inte självklart att ange en generell planeringsmodell som passar alla utan den måste anpassas till lokala behov. Är det ett stadsnät i en expansionsregion eller ett industrinät? Vi antar ett stadsnät för en normalstor stad med en planerad framtida utbyggnad av bostadsområden, köpcentra och småindustrier. Skillnaden mellan detta nät och ett större industriellt nät är lasttyperna. I stadsnätet finner vi ofta många små 1-fasiga laster medan industrinätet uppvisar många stora 3-fasiga laster. Detta medför att industrinätet arbetar oftast med högre kortslutningseffekter för att kunna hantera dessa laster. När vi skall bestämma våra lokala planeringsnivåer är vi alltid styrda av EMC -standardernas kompatibilitetsnivåer. Dessa anger våra maximalt tillåtna nivåer. I praktiken måste vi alltid arbeta med planeringsutrymmen som har god marginal till kompatibilitetsnivåerna. Se fig

22 Fig.09 visar ett tänkt nätavsnitt som illustrerar hur vi kan använda oss av de olika begreppen när vi skall planera nätavsnittet. Kompatibilitetsnivåerna är givna av gällande EMC-standard t.ex. SS-EN SS-EN SS-EN För allmänt elnät För industri elnät För mellanspänningsnät Dessa normer anger absoluta nivåer som vi inte får överstiga. För att försäkra oss om att vi får en störningsfri drift av nätanslutna apparater skall dessa uppvisa en immunitetsnivå som klart överstiger kompatibilitetsnivån för nätavsnittet. Men för att vi skall säkerställa goda marginaler till kompatibilitetsnivåerna måste vi bestämma oss för en planeringsnivå som är lämplig. Anta att vi arbetar med ovannämnda planeringsutrymmen som illustreras i fig. 09. Om vi väljer 60 % av kompatibilitetsnivån för ett tätortsnät, 420 V. Så har vi kvar 40 % av den absoluta nivån som vi inte får överstiga dvs. marginal till kompatibilitetsnivån. När vi har bestämt planeringsnivån så har vi automatiskt även bestämt den maximala emissionsnivån i och med att emissionen är avgiven ström. Därmed kommer matningspunktens kortslutningsimpedans att bli bestämmande för hur stor emission vi kan tillåta. Denna maximala emissionsnivå sätter gränsen för den totala emission som alla anslutna laster kan avge. Det innebär att vi i många fall måste tilldela vissa större abonnenter ett givet emissionstak för att vi skall behålla kontrollen över emissionsnivåerna i vårt nät. Planeringsnivån är således nätägarens verktyg för att sätta gränsvärden för större laster och installationer. En el-användare kan alltså avtala med elnätsägaren om hur en störande last skall hanteras i elnätet och vilken störnivå som kan accepteras i det enskilda fallet. 22

23 Ett sådant avtal kan också omfatta åtgärder i kundanläggningen för att reducera störningar, eller att kunden köper störutrymme i nätet. Detta kan exempelvis ske genom att den störande lasten ansluts till en separat transformator. Fig. 10 visar ett tänkt nätavsnitt, från 130 kv till 420 V. Vi ser här att den angivna kompatibilitetsnivån är den samma för alla spänningsnivåerna, 130 kv till 420 V. Vi ser även att immunitetsnivån är det samma för alla spänningsnivåerna i nätavsnittet. Då de flesta EMC störningarna uppträder som en spänningsstörning betyder det att vi generellt kan anta att den störningsnivå i % som vi hittar på ett överliggande nätavsnitt hittar vi även på det underliggande nätet. Våra planeringsnivåer är lägst för den högsta nätnivån för att därefter öka. Detta då vi inte kan tillåta att högsta nätnivån uppvisar en störningsnivå som närmar sig kompatibilitetsnivån. Detta skulle innebära att det inte skulle finnas något emissionsutrymme i det underliggande nätavsnittet. Emissionsnivån för nätet uppvisar dock högsta tillåtna nivå på nätets högsta nivå. För att kortslutningseffekten är högst där. I takt med att vi går ner i nätnivåerna så minskar tillåten emissionsnivå i takt med minskad kortslutningseffekt. För ett industrinät klass 3, kan vi givetvis höja kompatibilitetsnivån och därmed även planerings- och emissionsnivån. Men det innebär även att vi måste höja ansluten utrustnings immunitetsnivå! Genom att klassificera ett nätavsnitt som industrinät, klass 3 får vi ett större emissionsutrymme och kan oftast ansluta en större mängd laster. Men följden blir att all ansluten utrustning i nätavsnittet måste uppvisa en högre immunitetsnivå. 23

24 11.0 Undersökning av spänningsvariationer Med ökande krav på nätägaren, el-leverantören, användaren och produktleverantören finns det anledning att formulera en strategi för en förbättring av el-kvaliteten. Därför har målet i denna praktiska undersökning varit att sätta spänningsvariationen till +/-5 % av nominell spänning. Inom Europa är det dock tillåtet med en +/-10 % spänningsvariation och apparaterna är tillverkade att klara +/-10 % spänningsvariation. Detta i förebyggande syfte för att mer effektivt avhjälpa och lindra de fel som kan uppstå i näten. Många störningar (tillfälliga spänningsfall, höga spänningsvariationer osv.) beror på att vissa kunders utrustningar stör nätbolagets spänning, vilket i sin tur stör andra kunders utrustningar. Tillämpningen av denna planeringsnivå ger oss möjlighet att minska konsekvenserna av höga spänningsvariationer. Det finns också möjlighet att kunna hantera störande laster i elnätet, eftersom lasten orsakar spänningsvariationer i nätet. Utifrån ovanstående teori har två fördelningstransformatorer: GLA40T1 (Glansås) (44 kv/11 kv) och T399 (11 kv/0.42kv) i Tranås energi undersökts. Undersökningen sker i sekundära delen av transformatorerna och där sätts spänningsvariationen till +/-5 % av nominell spänning. Anledningen till att dessa transformatorer valdes är att de saknar regulatorer och därför finns det risk för spänningsvariation. I undersökningen visas också en jämförelse mellan teoretiska beräkningar och resultatet av verkliga mätningar som är hämtade från Tranås energi. Från de stora kraftstationerna leds energin via stamnät, regionnät och lokalnät till hushåll och andra användare. På vägen transformeras spänningen ned i flera nivåer. Under stamnätet finns regionnät som ägs av Vattenfall (130 kv - 44 kv) och därefter lokalnätet som ägs av Tranås Energi (44 kv 0.42 kv) och som leder energin till de slutliga användarna. Se Figur 11. Innan energin från regionnätet leds ut på lokalnät passerar den en transformator, som sänker spänningen från 130 kv till 44 kv. Härifrån går energin vidare till olika delar av distributionsområdet vid spänningsnivåerna 44 kv ner till 11 kv, via ledningar, som på landsbygden oftast går ovan jord. För att spänningen skall bli hanterbar för användaren transformeras den ned ytterligare innan den når fram till förbrukaren. Lågspänningsledningarna, som till stor del ligger under jord, med huvudspänningen 0.42 kv har en nivå som passar för trefasmaskiner och som ger fasspänningen 230 volt i vanliga vägguttag. Station GLA40T1 (Glansås) som saknar regulator transformerar ned spänningen från 44 kv till 11 kv. Storförbrukare, till exempel större industrier, är kopplade direkt till den. Station T399 som också saknar regulator transformerar ned från 11 kv till 0.42kV och den matas från GLA40T1 (Glansås). Hushåll, mindre industrier, skolor, vårdcentraler och en rad andra elförbrukare får sin el via det lokala elnätet och dess distributionstransformator T399. Eftersom T399 är kopplad till GLA40T1 (Glansås) är det intressant att undersöka hur spänningsvariationen påverkas av de laster som är anslutna till dessa transformatorer. 24