Höjd nivå på mellanspänningsnätet

Transkript

1 Institution ör Elektronik Examinator: Mikael Ekström Höjd nivå på mellanspänningsnätet Ali Aljawaheri Mars-2007 Handledare: Lasse Husdal

2 1 av (95)

3 Abstract Transmission o power is well known to cause power losses. One solution is to increase the voltage. The most common distribution voltage is between 10, 5 kv to 11, 0 kv, or the power distribution companies. To regulate the voltage, the transormers have ive high voltage sockets. Every socket has a 2,5 % voltage dierence. The transormers have a limit as the customer, at the secondary side o transormers, wants the voltage to be 420V. The purpose o this report is to examine a number o distribution lines and see what happens with the power losses when we increase the voltage level. And examine the present voltage level and see i it is acceptable. Two dierent lines have been examined, the overhead line (ORM) at the Orresta-station and the ground Cable (ROM) at the Romartuna-station. The calculation showed that an increase o voltage with 2,5% resulted in a 5% decrease o net losses. Mälarenergi Elnät AB has voltage level 10, 7-11kV in population centre and 10, 5-10, 8kV in countryside. The examination shows that the present voltage level is acceptable. We know that the distribution net consists o cables, overhead lines, measurements equipment, relays, voltage-, current-, power- and distributions transormers and generators. The most objects has a voltage construction at 12kV, but not the transormers, it means that the cables and the surge arrester are capable o a voltage increase up till 12kV. Even aged cables and the existing surge arrester etc are able to manage a voltage increase up to 12kV. The cable doesn t lose the transmission ability with age. 2 av (95)

4 3 av (95)

5 Sammanattning Inom elnätsöretag överörs el till så kallade nätstationer otast med en spänningsnivå på 10,5-11kV (så kallad mellanspänning). I nätstationerna sker transormering till lågspänning 400 V, det vill säga den spänning som lertalet kunder är anslutna till. Transormatorlindningarna i nätstationer har normalt 5 uttag på högspänningslindningen med 2,5 % spänningsskillnad ör varje steg, vilket gör att en viss variationsmöjlighet inns ör spänningen på mellanspänningsnätet. Det visar sig att i Sverige och i de svenska elbranscher har en spänningsnivå 10,8kV på mellanspänningsnivå. Mälarenergi Elnät AB har sin praxis på spänningsnivån 10,7kV. Undersökning och beräkning visar att nuvarande praxis ör spänningshållning är godtagbar. Med nuvarande höga elpriser kan inte distributörer bara höja priset hur mycket som helst, så ett alternativ är att minska örlusterna på distributionsnätet och därmed minska kostnaderna. I denna rapport undersöks om nuvarande praxis ör spänningshållning är optimal. Undersökningen visade att praxisen av nuvarande spänningshållningen är godtagbar. Mälarenergi Elnät AB har spänningsnivå 10,7-11,0kV i tätort och 10,5-10,8kV på landsbygd. De två vanligaste transormatorer på mellanspänningsnivå är 10,5/0,4 kv och 11,0/0,42 kv. Mest närliggande är att undersöka eekten av en höjning av spänningen med 2,5 %. I rapporten ska även ske en kartläggning på några linjer som anses representativa. Undersökning ska ske på två olika linjer, lutledning (ORM) Orresta-stationen, markkabel (ROM) Romartuna-stationen. Beräkningar har utörts på elnätet ör att ta reda på reducering av eektörlusterna i elnätet vid spänningshöjning. Undersökningen visade att en höjning av spänningen med 2,5 % resulterade en 5 % minskning av nätörlusterna. Mellanspänningsnätet består av kablar, riledning, mätutrustning, reläskyddsutrustning, spännings-, ström-, krat- och distributionstransormatorer samt generatorer. De lesta objekten har en konstruktionsspänning på 12 kv, dock ej transormatorer, dvs. att kablarna och ventilavledare klarar spänningshöjning upp till 12kV. Även åldrade kablar och beintliga ventilavledare mm ska klara en spänningshöjning upp till 12kV. Kablarna tappar inte sin ledarörmåga med ålder, därmed kan andra aktorer spela roll ör byte av kablar. 4 av (95)

6 Förord Det här examensarbetet utördes hos Mälarenergi Elnät AB på Teknikavdelning i Västerås under år 2006/2007. Denna rapport är resultatet av ett examensarbete. Arbetet ingår i min magisterexamen vid Mälardalens högskola i Västerås, där institutionen ör elektronik gav handledning. Mälarenergi elnät AB var uppdragsgivare. Jag vill tacka Mälarenergi som hjälpte till med arbetet. Ett speciellt tack går till Lasse Husdal ör hans engagemang och hjälp i detta arbete. Avslutningsvis vill jag tacka Mikael Ekström ör värdeulla synpunkter och handledning rån Mälardalens högskola. Västerås mars 2007 Ali Aljawaheri 5 av (95)

7 6 av (95)

8 Innehållsörteckning 1. BAKGRUND: TEORI TRANSFORMATOR DISTRIBUTIONSNÄT LINDNINGSKOPPLARE AKTIVA OCH REAKTIVA EFFEKTFÖRLUSTER KRAFTLEDNINGAR Lutledning Kabel Problem med örläggning av kablar Isolationsnivåer Lutledning eller markkabel? Isoleringar Utrymmesbehov Miljö och Landskapspåverkan Dritsäkerhet Framtid SPÄNNINGSREGLERING I KRAFTSYSTEM SPÄNNINGSHÅLLNING REAKTIV EFFEKT Reaktiv eekt med kablar och lutledning Styrning av reaktiv eekt Reaktiv eekt kostar pengar FÖRLUSTER Tomgångs- och belastningsörluster Koronaörluster Kondensatorverkan STABILITET BERÄKNING AV NÄTFÖRLUSTER VAL AV KABLAR/LUFTLEDNINGAR PRAXISEN FÖR SPÄNNINGSHÅLLNING SPÄNNINGSHÖJNING AV TRANSFORMATORER SUMMERING OCH SLUTSATSER REFERENSER BILAGA av (95)

9 1. Bakgrund: Med nuvarande höga elpriser kan inte el-distributörer höja priset hur mycket som helst, men genom att minska nätörlusterna så minskas kostnader. Undersökning av möjligheten att minska örluster på mellanspänningsnivån (10kV) genom att höja spänningsnivå på mellanspänningen skall göras. Transmission av reaktiv eekt orsakar som bekant aktiva eektörluster. Genom att generera reaktiv eekt och höja spänningen så minskas örlusterna. Denna eekt går ram och tillbaka i nätet utan att göra något nyttigt arbete. När el transporteras i kablar och ledningar örsvinner alltid en del av energin under ärden rån producenten till konsumenten. Dessa örluster beror bland annat på att elektriciteten skapar värme i ledningen. I Sverige örsvinner mellan 4 och 8 % av den elenergi som matas in i elnätet på väg ram till kunden. Etersom elproduktion rån exempelvis kratvärmeverk resulterar i koldioxidutsläpp bidrar örlusterna i elnätet indirekt till växthuseekten. Ett sätt att minska örlusterna är att höja spänningen. Den höjda spänningen minskar styrkan på strömmen och därmed minskar örlusterna. Spänningshöjningen kommer att ske på mellanspänningsnätet (10kV). På mellanspänningsnätet kommer spänningen att hamna på 10,45 till 11,55 kv, ör att å ut 400/420V på lågspänningssidan, vilket avsevärt minskar örlusterna i elnätet och därmed koldioxidutsläppen rån produktionen av elen. Nyttan ligger i minskade örluster i ledningarna. De lesta transormatorer, som är i bruket nu, är rån 60-talet. Det inns några transormatorer som inte kan spänningshöjas, därör måste de transormatorerna uppgraderas. Studien kommer att i huvudsak behandla markkablar och lutledningar på 10 kv. Figur1.1: Elen rån producent till användaren 8 av (95)

10 Sytet med Arbetet: Transormatorlindningarna i nätstationer har normalt 5 steg på högspänningslindningen med 2*2,5% spänningsskillnad ör varje steg, vilket gör att en viss variationsmöjlighet inns ör spänningen på mellanspänningsnätet. Det huvudsakliga sytet med arbetet är att utreda om nuvarande praxis ör spänningshållning är optimal samt undersöka eekten av är en höjning av spänningen med 2,5 % och vad som då händer med nätörluster. Undersökning sker på lutledning och jordkabel samt att göra en kartläggning på några linjer som anses representativa. Arbetet ska utgå rån mellanspänningsnätet 10,5-11 kv på högspänningssida och V på lågspänningssida. 9 av (95)

11 2. Teori 2.1. Transormator Uppbyggnad: En transormator är en utrustning, som överör ett elektriskt örlopp rån en krets till en annan. Transormatorer omvandlar elenergi rån ett spänningssystem till ett annat spänningssystem med samma rekvens. Transormatorer som har till uppgit att överöra elektrisk energi rån ett spänningssystem till ett annat kallas med ett gemensamt namn ör krattransormatorer. De örekommer i såväl enas- som treasutörande. De vanligaste är treas transormatorer med omsättningen 132/10 kv, 132kV på den primära sidan som transormeras ner via en spole och två lindningar till 10kV på den sekundära sidan. Det som kommer att behandlas i denna rapport är distributionstransormator 11/0,4 kv. Transormatorn består i sin enklaste orm av spolar och två lindningar, primär- och sekundärlindningen ördelade på båda benen av järnkärna ör att den magnetiska läckningen inte skall bli ör stor, transormatorns huvuddelar är kärna och lindningar. Dessa delar är grundläggande ör transormatorns princip och unktion, se iguren nedan. Kärntypen med två ben, D-kärna, används endast i mindre enastransormatorer. Se igur2.1. Figur 2.1: Enastransormatorns principuppbyggnad, D-kärna. [1] Primärlindningen inducerar ett magnetiskt löde i kärnan som utnyttjas vid sekundärlindningen, där en spänning kan tas ut. Spänningsomsättningen beror på antalet lindningsvarv på respektive sida. Spänningen beror även på rekvensen som styr lödestätheten i kärnan. Vid normal drit kan transormatorn betraktas som helt och hållet induktivt. 10 av (95)

12 Treas betyder tre spänningar eller strömmar med 120 asörskjutna irån varandra. I ett symmetriskt treassystem är summan av de tre as- eller huvudspänningarna och/eller delaslödena är lika med noll. Av den anledningen behövs inte någon återledare. Ett exempel på det är T-kärna, se igur2.2. Figur2.2: T-kärna[1] Transormatorn drar i princip ingen extra magnetiseringsström. För transormatorer på stamnätsnivå kopplas lindningarna i Δ- eller Y-koppling. Se igur2.3. Figur2.3: olika kopplingar[1] En transormator kan i sitt enklaste utörande i princip bestå av en bladad järnkärna som örses med en primär- och en sekundär-lindning. Primärlindningen inducerar ett magnetiskt löde i kärnan som utnyttjas vid sekundärlindningen, där en spänning kan tas ut. Spänningsomsättningen beror på antalet lindningsvarv på respektive sida. Spänningen beror även på rekvensen som styr lödestätheten i kärnan.[1] 11 av (95)

13 Högspänningslindningen är vanligen Y-kopplad etersom neutral-punken kan jordas. Då transormatorns primärlindning ansluts till ett växelströmsnät uppkommer ett varierande växellöde i järnkärnan som passerar de båda lindningarna. Därmed års en inducerad spänning även över sekundärlindningen. Faradays lag ger att spänningen som induceras i en lindning av ett magnetiskt löde som påverkar den lindningen är proportionell mot antalet varv och lödets örändringshastighet. e i i N * i d dt Spänningarna som induceras i lindningarna är proportionella mot antalet varv i lindningarna. Det är grundlagen ör transormatorer. e e N N När en transormators primär-lindning överbelastas av ör mycket spänning kan kärnlödet nå mättning under maximum delen av växelströmssinus-vågen. Den överbelastade transormatorn kommer att örvrida vågormen rån primär till sekundärlindning, och därmed skapa övertoner i den sekundära lindningens spänning. Transormatorer är mycket robusta komponenter vilka klarar en överspänning eller en överlast ganska bra. Den kritiska aktorn är transormatorns temperatur, som inte år bli ör hög. 12 av (95)

14 2.2. Distributionstransormatorer En vanlig distributionstransormator i elnätet har öljande konstruktion: trebent kärna. lagerlindning ör högspänningssida. lagerlindning eller olielindning ör lågspänningssidan. De transormatorer som används ör att transormera spänningar mellan 10/0.4 kv är vanligen oljeisolerade. Transormatorns kärna består av laminerade stålplåtar och lindningarna är av koppar eller aluminium som är isolerade med ett lackskikt eller cellulosa. Vanligtvis är dessa distributionstransormatorer kopplade i Δ/Y etersom de ska kunna ha enaslaster på lågspänningssidan. Storleken på transormatorn kan naturligtvis variera men brukar ligga mellan 100 kva och 1MVA. En modern transormator skall klara en kontinuerlig överspänning på upp till 5 %. Lagerlindningen är vanlig ör distributionstransormatorer och ramställs genom att låg och högspänningslindningarna läggs i lager utanpå varandra. Den ärdiga konstruktionen utörs så att respektive lågspänningslindning placeras närmast kärnbenet och högspänningslindningen placeras utanpå lågspänningslindningen. Detta örarande är vanligast då högspänningslindningen, som har högst potential, därmed kommer längst irån den jordade kärnan. Konstruktionen kan principiellt ses som att varje kärnben har två lindningscylindrar utanpå varandra, se igur2.4. Figur2.4: Distributionstransormators konstruktion[2] En transormator med 11kV på sekundärsida med maximal omgivningstemperatur upp till 25 C, är örsedd med omsättningskopplare på 5 olika lägen (+/- 2x2,5 %): 10,45 kv 10,725 kv 11,0 kv 11,275 kv 11,55 kv 13 av (95)

15 Högspänningslindningen har en kontinuerlig nedstickande skiva med en ledande remsa i aluminium och isolering i dubbla lager. Lindningarna gjuts i vakuum med epoxyharts. Kortvariga analystester har utörts ör att veriiera den elektriska pårestningsördelningen genom lindningarna, vilket har bekrätat den högsta tålighet hos vår utormning. Lågspänningslindningarna består av aluminiumolie och isolerande med hartsimpregnerad olie. Lindningen värmebehandlas i ugn, vilket resulterar i en extremt kompakt spole som kan klara av dynamiska belastningar som uppstår vid kortslutning. Se igur 2.5 nedan. Högspänningslindning Lågspänningslindning Figur2.5: ABB:s Vakuumingjutna gjuthartstransormator[3] 14 av (95)

16 2.3. Distributionsnät Distributionsnätet på 10 kv nivå är ör det mesta radialmatat se Figur2.6, och består i huvudsak av öljande komponenter: Distributionstransormatorer 10/0.4 kv. Frånskiljare. Isolatorer. Ventilavledare. Säkringar. Kablar. Lutlinor. Figur2.6: radialmatat nät. Ett radialmatat nät består av många delgrenar som var och en matar en transormator. Det örekommer att vissa delar av linjen består av markörlagd kabel. Andelen kablar i nätet är i nuläget inte så stort men kommer att öka i och med att lutlinjer byts ut mot markkabel. Det kommer att behandlas längre ram i rapporten. Nätet på mellanspänningsnivån består av kablar, riledning, mätutrustning, reläskyddsutrustning, spännings-, ström-, krat- och distributions- transormatorer samt generatorer. De lesta objekten har en konstruktionsspänning på 12 kv, dock ej transormatorer. 15 av (95)

17 2.4. Lindningskopplare Lindningskopplare ör spänningslös omkoppling Spänningshöjningar innebär att spänningen kortvarigt ökar med mer än 3 procent över normal dritspänning. Detta är normalt inte ett problem om transormatorerna är örsedda med lindningskopplare. Lindningskopplare används ör reglering av spänningsnivån under drit. Avtappningarna (± 2 x 2,5 %) rån högspänningslindningarna är anslutna till lindningskopplaren, som är placerad horisontellt mellan ok och tankhölje. Omkopplarspaken är monterad i höljet och skall manövreras när transormatorn är obelastad. De vanligaste lindning är i igur2.9 (a), lågspänningslindning på kärnan och högspänningslindning på lågspänningslindning. Figur2.9: Lindningsarrangemang[5] (a) Koncentrisk. (b) Interleaved. HS står ör högspänning, LS står ör lågspänning. För att kompensera ör spänningsall i ledningar och transormatorer som matar ett högspänningsnät så skall spänningen under drit regleras och då minskas de, relativt, långsamma spänningsvariationerna hos örbrukarna. I lindningskopplaren sker omkopplingen mellan två uttag utan avbrott eller kortslutning under drit. Lindningsomkopplaren sitter vanligen placerad i uppspänningslindningen där dritströmmen är lägre. Regleringen sker så att nedsidans spänning hålls på en konstant nivå. Med 5 kopplingslägen att tillgå, där varje lägesändring normalt ger en ändring av omsättningen motsvarande 2,5 % av mittlägets märkspänning, ges ett reglerområde på ca ±20 % av huvudreglerlägets märkspänning. Vid systemtransormatorerna 400/130 kv inns av viktoch utrymmesskäl inte lindningskopplaren inbyggd i huvudtransormatorn. De örses istället med en hjälplindning som i sin tur matar lindningskopplaren. 16 av (95)

18 Spänningen på lågspänningsnätet varierar beroende på vilken belastning det ör tillället är. För att kunderna skall uppatta el-kvalitén som god är det önskvärt att hålla spänningen så konstant som möjligt. Transormatorstationerna är därör utrustade med så kallade lindningskopplare som reglerar spänningsall vid hög belastning respektive vid låg belastning. Manuell reglering av lindningskopplare används vanligen till distributionstransormatorer. Automatisk reglering av lindningskopplare används vanligen till krattransormatorer. Automatisk spännings reglering (ASR) används ör att behålla transormatorns sekundärspänning inom örinställda gränser. Varje transormator har ett ASR relä som övervakar både spänning och cirkulerande ström. Den styr lindningskopplar positionen (LK) på så sätt att spänningen hålls inom gränsen. Spänningsminskning eller spänningshöjning i matande station regleras med lindningskopplare/lindningskopplarautomatik. Små distributionstransormatorer Lindningar Lindningarna är av koppar eller aluminium och är isolerade med antingen ren cellulosa eller dubbelt lackskikt. Dessutom är benen tillverkade så att de klarar pårestningen vid kortvariga kortslutningar. Lindningskopplare ör spänningslös omkoppling har avtappningarna (± 2 x 2,5%) rån högspänningslindningarna anslutna till lindningskopplaren, som är placerad horisontellt mellan ok och tankhölje. Omkopplarspaken är monterad i höljet och skall manövreras när transormatorn är obelastad. Medelstora distributionstransormatorer Lindningar Transormatorns lindningar är utörda i elektrolytiskt ramställd koppar eller aluminium av hög kvalitet. Högspänningslindningarna lindas antingen med lackerad rundtråd eller med ormad pappersisolerad ledare eller olie. Lågspänningslindningen är utörd i ormad, pappersisolerad ledare eller olie. Lindningskonstruktionen kännetecknas av hög dielektrisk styrka med högt motstånd mot tryckstötar i atmosären och hög tålighet vid kortslutningar. Nollpunkterna i lågspänningslindningen är anslutna till tankhöljet. Lindningskopplare ör obelastad omkoppling har 5 lägen och är ansluten på högspänningssida. Spaken är placerad på utsidan av höljet. Lindningskopplaren år endast manövreras när transormatorn inte har spänning. Spänningsreglering: +/- 2 x 2,5%; 17 av (95)

19 Stora distributionstransormatorer Lindningar Lindningsmaterialet är koppar eller aluminium. Lindningarna tillverkas av pappersisolerad yrkantstråd i lera lager, alternativt skivormiga eller spiralormade lindningar. Transormatorer med lindningskopplare ör omkoppling under belastning har ota separata uttagslindningar. Figur2.12: installering av lindningskopplare[6] Normalt är transormatorerna på högspänningssida utrustade med lindningskopplare med 5 lägen ör obelastad omkoppling, se igur Spaken är placerad utanpå transormatorhöljet, se igur När annan position skall väljas på lindningskopplaren måste transormatorn vara spänningslös. Position 1 på lindningskopplaren (plusposition) motsvarar den högsta omsättningen, vilket ger lägsta spänning på lågspänningssidan. Position 5 på lindningskopplaren (minusposition) motsvarar lägsta omsättning, vilket ger högsta spänning på lågspänningssidan. Den reaktiva eekten kan samordnas med transormatorernas lindningsomkopplare i det överliggande nätet. På så sätt kan spänningsvariationerna minskas samtidigt som antalet omkopplingar hos transormatorernas lindningskopplare kan reduceras. 18 av (95)

20 Sytet med spänningsreglering i distributionsnät är att kompensera ör spänningsall örorsakade av lastvariationer. I ett distributionsnät inns ett antal lindningskopplare på olika spänningsnivåer, dessa har till uppgit att reglera spänningen på nedspänningssidan av transormatorn. Spänningsregleringen sker med hjälp av en regulator som via en lindningskopplare kopplar in eller ut några extra lindningsvarv på transormatorn, se igur2.10. Regulatorn till en lindningskopplare styrs enbart på lokal spänningsmätning, någon samordning mellan olika spänningsnivåer eller branscher i nätet sker ej. Detta leder till att lindningskopplare på olika spänningsnivåer kan motverka varandra. Regulatorn består normalt av en enkel integrator med tidsördröjning där tidsördröjningens uppgit i örsta hand är att reducera störningar. Det är vanligt att alla spänningsregulatorer i ett distributionsnät har samma tidsördröjning. Figur2.10: Några extra lindningsvarv på trao Figur2.11: Lindningskopplare 19 av (95)

21 2.5. Aktiva och reaktiva eektörluster Ledningar: El överörs rån en transormator via ledningar till en annan transormator. Då el överörs på en ledning uppstår alltså aktiva och reaktiva örluster. De aktiva örlusterna är, P 2 3* RI (där ledningen har resistansen R/as och I (asströmmen)) vilket också kan uttryckas i den totala eekt som överörs på ledningen S R 2 2 I, S P Q P P Q 2 3 U U Där U anger huvudspänning. Här syns direkt att den reaktiv-beroende delen av P minskar kvadratiskt om överörd reaktiv eekt minskar. Det sker om den reaktiva eekten kan produceras där den behövs. Nyttan av att hålla hög spänning vid transmission ramgår också tydligt. Anta att samma ledning har en reaktans (X/as), de reaktiva örlusterna blir då: Q 2 3 XI eller räknat i överörda eekter Q X U 2 2 P Q 2 Ledningens kapacitans har örsummats, vilket ota görs om örbindelsen är kortare än ca 50 km. Begreppet reaktiv eektörlust kan tolkas som ett mått på hur stor induktiv asvridning en komponent eller ledning orsakar. En transormator har en reaktiv eektörlust 10 % vid märklast. Ett planreglerat nät minimerar lödet av reaktiv eekt. 20 av (95)

22 2.6. Kratledningar En nyckelkomponent i ett kratsystem är kratledningarna. Det är med hjälp av dessa som energi levereras rån kratverken till konsumenterna. Nedan behandlas hur rämst riledningar, allmänt kallade kratledningar, kan beskrivas med hjälp av matematiska modeller. Dessa, tillsammans med modeller ör övriga systemkomponenter kan utgöra en modell ör hela kratsystemet. Detta är viktigt etersom sådana modeller används ör att analysera eektlöden i nätet och stabilitet mm. Däreter beskrivs hur belastningsördelningar kan göras med hjälp av iterativa metoder. Kratledningar har resistans på grund av ledarresistivitet och shuntkonduktans på grund av läckströmmar i isolationen. Dessutom har de induktans som härstammar rån de magnetiska ält som omger ledningen samt shuntkapacitans på grund av de elektriska älten mellan ledarna och mellan ledarna och jord. Dessa storheter bestämmer en kratlednings egenskaper. Ledningar kan beskrivas med enkla ekvivalenta kretsar. En riledning med längder mellan 100 och 300 km kan modelleras enligt en s.k. π-ekvivalent, se igur2.13. Figur2.13: π-modell av en kratledning. [7] S = nettoeektproduktion i knutpunkt i i U = spänningsamplitud i knutpunkt i i δ = spänningsvinkel i knutpunkt i i Y = halva ledningens shuntkapacitans ik0 Y = 1/Z där Z ledningsimpedansen ik ik ik Leveranssäkerheten är högst i tätorterna, där ledningarna i allmänhet ligger under jord och elen i de lesta all kan matas ram på lera alternativa vägar. Idag består 90 procent av landsbygdens mellanspänningsnät (10-20 kv) av oisolerade lutledningar. 21 av (95)

23 2.6.1 Lutledning Lutledning är ett gemensamt namn ör riledning, hängkabelledning och hängspiralledning. I samtliga lutledningar ingår stolpar eller andra stöd samt ästdetaljer såsom krokar och reglar. Beräkningarna nedan gäller en enkelledare en-asledare som beinner sig på en medelhöjd H över marken. Beräkning av ledarens kapacitans och induktans görs med hjälp av spegling. Istället ör att räkna med markplanet som har jordpotential, ersätts det med en spegelladdning till asledaren med motsatt polaritet. När kapacitansen beräknas så kan markytan antas som spegelplan, men vid beräkning av induktansen skall det magnetiska spegelplanet användas. Om marken har hög ledningsörmåga sammanaller det magnetiska spegelplanet med det elektriska. Har marken däremot en låg ledningsörmåga ligger det magnetiska spegelplanet under markytan.[4] L 0 2H m r ln 1 C He ln r Resistansen är beroende av rekvensen och kan beräknas enligt nedanstående ekvation R 1 1 r c c 1 c 2 r Där δ är inträngningsdjupet som beror på ett enomen kallat skin-eect. Det innebär att strömmen koncentreras mot ledarens ytterkanter. Ju högre rekvens desto markantare skin-eect och därmed kortare inträngningsdjup. Lutledningslinor klara mycket höga överspänningar. Den största örändringen vid kabliiering av lutledningsnät visar sig vid jordel. Det är allmänt känt att kabel tillör nätet väsentligt mer kapacitiv jordelsström än lutledning. Hittills har problemet lösts genom att öka kompenseringsströmmen rån petersénspolen i den matande stationen. Petersenspolen är en enasig reaktor som är kopplad mellan en beintlig nollpunkt och jord. Om spolen är korrekt dimensionerad kan jordelströmmen reduceras kratigt genom resonans, den kapacitiva elströmmen ligger i motas med den induktiva reaktorströmmen. Impedansörhållandet i lutledningar gör att summan av övertonerna blir avsevärt större och därör ilter används ör att reducera örluster men det är inte ekonomiskt. 22 av (95)

24 Figur2.14: Olika stolpar ör olika kratledningar[8] 10 kv radialerna i nätet inns i två utöranden, ett med lutledningar och ett med kabel. Resultaten visar att det i kabelnätet inns goda möjligheter att anslutas utan att använda ilter. Det bör dock nämnas att ett mindre lågpassilter alltid bör vara anslutet på en omriktares utgång. Kablarnas stora kapacitans och dess rekvensberoende induktans medverkar till att utbredningen av övertoner rån lera kratstationer hålles inom acceptabla nivåer. I lutledningsnät är situationen dock annorlunda. Impedans-örhållandet i lutledningarna gör att summan av övertonerna blir ansenligt större både på 10 kv nivå och hos örbrukarna. Det är generellt inte möjligt att ansluta lera kratstationer utan att använda ilter. Lutledningar används som byggnadssätt både ur ekonomisk och praktisk synvinkel. Historiskt har detta sätt att bygga varit mycket vanligt, men på senare tid tenderat att minska av olika anledningar. Att underhålla detta byggnadssätt är ett stort och omattande arbete. Enligt astställda regler så skall en stolplinje, se igur2.14, besiktas med jämna mellanrum och vid dessa tillällen besiktas årtal på stolpen om den är angripen av röta eller skadad på annat sätt, dessutom kontrolleras att den anläggning som inns på stolpen är i gott och säkert skick. Förutom detta kontrolleras att kablarna har en minsta höjd av 460 cm över allmänt bearna vägar. Förslag till matande lutledning rån mälarenergi Elnät AB har vi i bilaga (6). 23 av (95)

25 2.6.2 Kabel Kablarna är av koaxialtyp och består då av en inre ledare med radie r1 och en yttre ledare med radie r2. Vid beräkningarna örutsätts att alla kablar är asmantlade eller åtminstone har ett yttre halvledande skikt. Generellt när kabelns totala induktans beräknas måste hänsyn till bidrag tas, både rån den interna strukturen samt bidrag rån yttre örhållanden. Den totala induktansen består då av summan av interna självinduktanser och externa partiella induktanser. Om kabelns mantel är jordad i båda ändarna kan externa påverkningar på kabelns partiella induktans örsummas. Den komponent som är klart känsligast ör överspänningar är kratkabeln. Det beror på dess avancerade isolationskoniguration som är mycket känslig ör mekaniska skador. En avgörande aktor är även kablarnas uktkänslighet. Fukt kombinerat med ett elektriskt ält ger upphov till isolationsörsvagande trädbildning. En kabel har två till tre gånger mindre seriereaktans än motsvarande lutledning. Det innebär att två och treasiga kortslutningar ger upphov till större elströmmar i ett kabliierat ledningsnät. Detta kan i många avseenden ses som en gynnsam eekt. Ett starkare nät ås och behovet av parallellskydd minskar också. I nätet örekommer ibland kablar på vissa sträckor. En kabel har mycket större kapacitiva egenskaper än en vanlig lutledning. Det innebär att en kabel som utsätts ör återkommande spänningspulser kommer att laddas upp likt en kondensator. Kablarna i nätet är dock inte konstruerade ör att överöra likspänning, utan de är vid normal drit belastade med växelspänning. De kablar som ligger nedgrävda i marken och utgör en del av det elektriska systemet kan vara utormade på olika sätt. Idag är de kablar som örläggs nästan uteslutande PEXisolerade mot den tidigare pappersisolerade kabeln. PEX är en tvärbunden orm av grundmaterialet polyeten (PE). PEX-isolerad 12 kv kabel introducerades i Sverige på 1960-talet. Sedan dess har konstruktionen utvecklats ör att därigenom erhålla en längre livslängd. Den största svagheten hos PEX-kabeln är så kallad trädbildning (treeing) som sker i isolationen på grund av att ukt tränger in i den spänningssatta kabeln. För kablar inns det angivet hur stor korttidsström de tål innan termisk skada uppstår och med hjälp av detta så kan beräkning utöras av hur snabbt en kortslutning måste brytas. En kabels tillåtna korttidsström bestäms av begynnelsetemperaturen, den maximalt tillåtna ledartemperaturen och kortslutningstiden. För att beräkna hur snabbt en kortslutning måste brytas ör att inte termisk skada ska uppstå på kabeln måste den ekvivalenta korttidsstömmen ör respektive kabel vara kända. Förslag till kablar ör spänning över 1 kv rån ställverket till transormatorns primärsida är En N1XV PVC-kabel med kopparledare alternativt en N1XE polyeterkabel med kopparledare. Förslag till matande jordkabel rån mälarenergi Elnät AB har vi i bilaga (6). I rena kabelnät kommer de typer av el som skall detekteras att vara annorlunda än i lutledningsnät. De lesta el kommer att vara lågohmiga och bestå i överslag mellan as och skärm eller mellan aser i samband med kabelskador. Ett annat enomen är den kapacitiva generering som kan ta överhanden vid låga belastningar. Det kan vara svårt att alls upptäcka två- eller treasiga el utan jordslutning i bortre änden av mycket långa kablar. 24 av (95)

26 2.6.3 Problem med örläggning av kablar Det inns en rad olika problem som visar sig i samband med att stora lutledningsnät kabliieras. Krav rån olika håll gör dock att arbetet med att kabliiera näten ortgår. Inom en relativt kort tidsperiod kommer stora delar av de beintliga lutledningsnäten antingen att grävas ner helt och hållet eller att delkabliieras, allt beroende på de lokala örutsättningarna. De lesta problemen kretsar kring jordel. Det återstår öljaktligen ör nätägarna att hantera problemen i samband med kabliieringsprojekten. De lesta problemen kan lösas, rågan är bara till vilket pris. De bästa lösningarna är i vanlig ordning de som kostar mest, det gäller därör att veta när dessa ska tillämpas och när det räcker med enklare metoder. När lutledningen byts ut mot kabeln så ökas den reaktiva genereringen. Många av de problem som uppstår när lutledningsnät kabliieras har örmodats kunna lösas med lokal kompensering av de kapacitiva jordelsströmmarna Isolationsnivåer För ett elkratsystem med en given systemspänning har normerna tidigare krävt en viss hållasthet mot åsköverspänningar. I tabell (1) nedan visas de komponenter som används i ett 10 kv distributionsnät med 12 kv konstruktionsspänning skall tåla en 75 kv stötspänning (Lista 2 tillämpas i Sverige) och en kortvarig växelspänning på 28 kv. Tabell (1): kortvarig stötspänning ör distributionsnätet 25 av (95)

27 2.6.5 Lutledning eller markkabel? En enkelkrets lutledning ordrar 8 meter bred ledningsgata, medan motsvarande bredd ör en jordkabel är 3 meter. Ledningsgatan som behövs ör lutledningar och jordkablar påverkar bl.a. landskapet samt jord- och skogsbruket. Det uppkommer ler el på jordkablar än på lutledningar, och det går snabbare att reparera el på lutledningar än på jordkablar. Utbyggnaden av jordkabelörbindelser begränsas också av höga kostnader och lera tekniska orsaker, bl.a. hög kapacitiv laddningsström. Jämört med en lutledning har en kabel stor kapacitans, som örorsakar en stor kapacitiv laddningsström och reaktiv last i kabeln. [2] Lutledningar kan på ett ekonomiskt sätt överöra stora eekter. Tillverkningslängden på kablarna är begränsad på grund av bl.a. tillverknings- och transporttekniska skäl. Kabeldelarna skarvas med 500 meters mellanrum och kabeländarna örses med speciella kabelavslutningar. [2] Varningstejp Fyllningsjord Betongkulvert Finsand Kablar Figur2.15: läggning av kabel under jorden[9] Vid kabliiering, se igur2.15, behövs, örutom kabel, terminalstationer där kabelörbanden övergår i lutledning. Parallellt med kabelörbanden i marken kommer optokablar och jordlinor att örläggas. Se jämörelse mellan Jordkabel och Lutledning i bilaga3. 26 av (95)

28 2.6.6 Isoleringar Lutledningen isoleras rån de jordade stolparna med glas- eller porslinsisolatorer. Luten ungerar också som elektrisk isolering av ledningen och den utgör samtidigt kylmedel. Isolationsel i kablar kräver alltid grävningsarbete och reparationsåtgärder. De örluster som uppstår vid eektöveröringen värmer kabeln. Den alstrade värmen måste ledas bort rån kabeln ör att materialets speciika temperaturgränser inte skall överskridas. En högklassig elektrisk isolering och jordmånen örsvårar avledningen av värmen. För att kabeln inte skall torka ut de omgivande jordlagren krävs ett lämpligt avstånd mellan kablarna och en lämplig belastningsström. Uttorkning av marken kan å både tekniska och biologiska öljder. Plastmanteln skyddar kabeln mot korrosion.[2] Figur2.16: En kratledning I en kabel isoleras strömledarna med ett ast isoleringsmaterial (se igur 2.16), vilket örsvårar avledningen av värme rån kabeln. Med samma ledningstvärsnitt kan inte lika mycket eekt i en kabel som i en lutledning överöras. 27 av (95)

29 2.6.7 Utrymmesbehov Utrymmesbehovet beror på antalet kablar, örläggningssättet och det kylningsutrymme som lämnas mellan kablarna samt på det övriga skyddsområdet vid sidan om kabelsträckningen, se igur2.17. Figur2.17: Utrymmen som kabeln behöver En jordkabel grävs vanligen ner på ett djup av 1 meter. Kablarna placeras otast i en betongkulvert eller i ett stålrör. Utrymmesbehovet ör en 1 MVA jordkabelöveröring är 2-3 meter beroende på ledararean, nedläggningsdjupet, det tekniska utörandet och jordmånen samt arbetsutrymmet ör nedläggning och underhåll. På platser där kablarna kopplas till apparater och byggnader bör avsevärt större utrymmen reserveras. Iall det inns ett vattendrag på jordkabelsträckningen måste detta korsas med antingen en lutledning eller med sjökabel. Sjökablarna skiljer sig rån jordkablar genom att de yttre skyddsskikten måste vara vattentäta. Dessutom ställer ankaren, trålar, bogserade laster m.m. speciella krav på sjökablarnas skyddsskikt. Vid lutledningar och jordkablar inlöses s.k. begränsad nyttjanderätt ör ledningsområdet. Detta ger ledningens ägare rätt att använda ledningsområdet och medör samtidigt begränsningar ör markägarna. Där lutledningar används kan stolparnas placering och minimiavståndet till ledningarna med tanke på elsäkerheten örsvåra användningen av stora arbetsmaskiner och därmed odlingen. På skogsbruksområden begränsas trädbeståndet på ledningsområdet. På ledningsgatan ör en jordkabel år marken inte bearbetas djupare än en halv meter. Det är örbjudet att låta träd växa på kabelkulvertar och kanaler p.g.a. de skador som rötterna kan örorsaka.[2] 28 av (95)

30 2.6.8 Miljö och Landskapspåverkan Det betonas ota att lutledningar påverkar landskapet och kabellösningar motiveras med att deras inverkan på landskapet är obetydlig. Lutledningarnas stolpkonstruktioner och ledningsgator är vanligen väl synliga men vid planeringen av ledningens sträckning beaktar landskapet, terrängens orm och vegetationstäcke. För att konstruktionerna skall ylla de tekniska krav som ställs blir de orånkomligen utrymmeskrävande. Förbättringar har ändå åstadkommits, då lätta material använts och äst stor vikt vid stolparnas design och konstruktion. En jordkabel påverkar landskapet delvis på samma sätt som en lutledning, etersom även en kabel kräver en öppen ledningsgata, se igur2.18 nedan. Vid en kabelörbindelse påverkar stolpkonstruktionerna landskapet bara på de ställen där jordkabeln övergår i lutledning eller där den kopplas till en transormatorstation. Kabeln kan placeras längs med en väg, och skogsområden kan också kringgås, men detta örlänger naturligtvis kabelsträckningen. En jordkabel innebär ett större behov av bearbetning och transport av jordmaterial och konstruktioner under markytan än en lutledning. Förutom röjning av ledningsgatan utmed kabelsträckningen måste ytskiktet avlägsnas och kabelkanalen grävas. Bearbetningen av ytskiktet kan lämna synliga spår och örändra ytväxtligheten på området. Vid lutledningar inskränker sig behovet av jordbearbetning och transport till stolpplatserna. Jordbearbetningen ör en jordkabel påverkar jordbruket och redan beintliga ledningsnät under marken. Dessutom placeras eventuella trycksättnings- och kompenseringsstationer utmed jordkabelsträckningen.[2] Figur2.18: Hur landskapet påverkas av lutledningar och jordkablar [] 29 av (95)

31 De lesta elbranscher har ett projekt att bygga säkrare elnät. Det utgår i örsta hand att isolera de oskyddade lutledningar som inns rämst i skogsterräng. Den åtgärd som många örespråkar är att ersätta lutledningarna med jordkablar. Etersom lutledningar idag ota inns i skogsterräng kan det vara rationellt och praktiskt att kablarna örläggs i helt nya sträckningar. Det som örordas rån branscherna är örläggning uteter vägar och gator. Men givetvis kommer kabelörläggning att ske även på andra ställen där det är möjligt att plöja ner kabeln. De positiva miljökonsekvenserna av utvecklingen blir betydande. Framör allt gäller detta miljömålet Levande skogar, etersom ett lertal beintliga ledningsgator så småningom kommer att örsvinna. Även miljömålet God bebyggd miljö gynnas i viss utsträckning. Landskapsbilden örskönas generellt genom att de lesta lutledningar med lägre spänning örsvinner. Även påverkan rån ledningarnas elektromagnetiska ält örsvinner i stort sett genom att ledningarna grävs ned. Strålningsrisken rån lutledningar med lägre spänning är liten jämört med elektromagnetiska ält rån lutledningar med högre spänning, se igur2.19. Figur2.19: magnetältsdämpning 30 av (95)

32 2.6.9 Dritsäkerhet På mellanspännings nätets lutledningar går det snabbare att lokalisera och reparera el än på jordkablar. Ett jordkabelel måste lokaliseras under jorden, se bild (1) medan en lutledning i nödall kan granskas genom patrullering till ots eller med överlygning. De mest typiska kabelelen är mekaniska skador eller söndrad isolering till öljd av yttre omständigheter. För reparation av alla kabelel behövs alltid ett varaktigt dritavbrott, medan de lesta el på lutledningar är kortvarig. Det ska anlitas en expert rån tillverkaren vid jordel, elstället skall lokaliseras, kabeln skall grävas upp, repareras och testas. Innan kabeln åter är i drit kan det ta lera dagar eller till och med veckor. En kabel har bättre egenskaper än en lutledning när det gäller kortvarig överbelastning, men när det gäller långvarig överbelastning är situationen den motsatta. Långvarig överbelastning örorsakar t.ex. uttorkning av den omgivande jorden eller snabbare åldring av kabelns isolering. Typiska orsaker till avbrott på lutledningar är blixtnedslag, tillällig beröring av ledningen och el på isolatorer. Fel på en lutledning varar rån bråkdelen av en sekund till några timmar. Med tanke på tillgängligheten är en lutledning avsevärt bättre än en jordkabel. En utgångspunkt i planeringen är att elen skall repareras innan de ger upphov till ytterligare el i nätet. Vissa el kan vid svåra örhållanden leda till landsomattande störningar. Kablarnas långa reparationstid minskar dritsäkerheten, vilket kan innebära att lera reservkablar behöver installeras. I värsta all innebär användning av jordkablar att det uppstår örstärkningsbehov också på annat håll i nätet. Bild (1): elsökning och lagning av jordkabel och lutledning[9] 31 av (95)

33 Framtid I ramtiden kommer med största sannolikhet all blanktråd att bytas ut mot markkabel eller belagd lina, se bild (2). Argumenten ör denna insats är ekonomiska och drittillörlitlighet. Enligt en utredning som presenterades av Svensk Energi den 27 november 2002 är jordkabeln det klart billigaste alternativet i längden. Vid en kalkylperiod på 30 år med en kalkylränta på 7 % och en inlation på 2 % ligger den beräknade totalkostnaden ör ett kabelnät på cirka 20 % av kostnaden ör ett motsvarande blanktrådsnät. [1] Dämpningen av spänningsamplituden är större i en kabel än då pulsen ärdas längs en lutledning. En spänningspuls som ärdats omkring 5 km längs en lutledning har då dämpats ungeär 6-7 %. Om pulsen har ärdats omkring 1 km i en kabel har amplituden dämpats omkring %. Verkningsgraden är alltså bättre vid stötning på lutledningsnät med korta eller inga avsnitt med kablar. Innehåller nätet mycket kabel kommer dess kapacitiva egenskaper att bibehålla spänningsnivån, vilket medör att spänningen aldrig blir noll. Detta enomen inträar inte då mängden kablar är liten, ör rena lutledningar har inte samma kapacitiva egenskaper som en kabel. Andra kratbolag har ökat sin investeringstakt ör att örbättra nätet. De lesta kratbolag planerar att bygga om och modernisera mellanspänningsnätet. De ska ersätta gamla lutledningar med antingen jordkablar eller isolerade lutledningar. I det de lesta bolag hittills har byggt är ördelningen 50 procent kablar och 50 procent isolerade lutledningar. Jordkabel är alltid örstahandsvalet, men i vissa områden där det är bergigt och stenigt kan jordkablarna inte örläggas. I ramtiden skall ledningarna dimensioneras så att de kan klara en vindstyrka upp till 35 meter per sekund. Orkan brukar ha vindhastighet över 33 meter per sekund. bild (2): örläggning av kablar[8] 32 av (95)

34 2.7. Spänningsreglering i kratsystem Den utrustning som är ansluten till ett kratnät är alltid dimensionerad ör ett visst spänningsintervall. Detta innebär att det är nödvändigt att hålla spänningen inom detta intervall ör att utrustningen skall ungera. De lesta utrustningar är dimensionerade ör 12kV örutom transormator. Generellt sett har kunder något olika spänning etersom alla delar i elnätet består av impedansen över vilka spänningsall uppstår, det lyter en ström genom dem. Spänningen brukar normalt hållas inom max intervallet nominell spänning ± 10 % eller mindre. Figuren2.20: Illustration av spänningsreglering [10] I det visade nätet, Figur2.20, matas två kunder, D1 och D2, rån ett nät vilket visas med en generator, G. Kunden D2 ger upphov till en ström, I2, vilket gör att en annan spänning i nod 4 ås jämört med nod 3 pga. spänningsall över impedansen i ledningen L2. Kunden D1 ökar på strömmen rån I2 till I1 vilken ger ett spänningsall genom transormatorn T och ledningen L1. Spänningsallet över en komponent i ett kratsystem beror på komponentens impedans och strömmen genom denna. Strömmen I1 genom ledningen L1 ger upphov till ett spänningsall över ledningen DUL1= I1 (RL1+jXL1) där RL1och XL1 är resistans respektive reaktans ör ledningen L1. Storleken på detta spänningsall beror på hur stor strömmen är vilket i sin tur beror på storleken på hur mycket aktiv respektive reaktiv eekt som tas ut rån ledningen. För noden 2 i Figur2.20 kan dessa storheter beskrivas enligt: P2=U2I1cos( ) = aktiv eekt genom nod Q2=U2I1sin ( ) = P2 sin ( ) = P2tan ( ) = reaktiv eekt genom nod där är asvinkeln mellan spänning och ström i nod 2. Som ramgår av dessa uttryck så blir strömmen minimal vid given spänning och aktiv eekt om cos ( )=1, dvs. =0. Detta är allet vid ren resistiv belastning och då blir reaktiva eekten Q2=0 etersom sin0 =0. Minimal ström ger också minimala örluster. Om aktiv och reaktiv eekten är kända istället ör strömmen, så kan spänningsallet över ledningen approximativt beräknas enligt: U 2 U U L1 RL 1P2 X l1q av (95)

35 Även här ramgår det att spänningsallet blir mindre om den reaktiva eekten hålls nere vid given aktiv eekt. Vid en reaktiv eektkonsumtion i en punkt (t ex en asynkronmotor), så kan den kompenseras med en reaktiv produktion i samma punkt (t.ex. med kondensatorer). Detta medör att den reaktiva nettokonsumtionen går ner vilket ger ovan nämnda ördelar, dvs. lägre örluster och lägre spänningsall. Detta kallas även askompensering etersom asvinkeln j minskas mellan spänningen och strömmen. [3] 2.8 Spänningshållning Spänningshållning innebär att reglering av spänningen i kratsystemet skall kontinuerligt upprätthålls inom det intervall som är nödvändigt ör att ansluten utrustning skall ungera. I stället ör spänningshållning brukar ibland talas om reaktiv eekt, men det är i praktiken nästan samma sak etersom producering/konsumering av reaktiva eekten, i t ex en synkrongenerator, skall upprätthålla en given spänning. Det kan dock tilläggas att spänningshållning är en något vidare beskrivning, etersom den även innebär att spänningen måste ha en god kvalitet, t ex låga halter övertoner, osymmetrier, transienter etc. Det måste innas tillräckligt mycket utrustning som kan reglera spänningen. Dessa utrustningar inns såväl hos producenter, nätägare och konsumenter. En speciell situation är vid näthaverier som minskar överöringskapaciteten mellan två regioner. I dessa situationer inns risk ör spänningskollaps, dvs. spänningarna aller till oacceptabla nivåer så att utrustning kopplas bort, om det inte inns tillräckligt med reaktiva resurser på konsumtionssidan av transmissionen mellan regionerna. I Sverige är risken ör spänningskollaps ett dimensionerande problem ör hur mycket eekt som kan överöras rån norra till södra Sverige. 34 av (95)

36 2.9 Reaktiv eekt Reaktiv eekt med kablar och lutledning I det svenska elsystemet örsvinner mellan 7 och 8 % av den tillörda elenergin på vägen. En del av denna avsevärda örlust har samband med transport av så kallad reaktiv eekt. Reaktiv eekt genereras både i lutledningar och markkablar. Den reaktiva eekten behövs ör att hålla spänningen uppe. Hos användaren örbrukas reaktiva eekten ör att bygga upp magnetiska ält i motorer och belysningsanläggningar, men ör att undvika överdimensionerade installationer och värmeörluster bör transporter av reaktiv eekt undvikas. Kabel har betydligt högre dritkapacitans än lutledningar, därör ökar generering av reaktiv eekt hos kabel än lutledning. Den reaktiva eekten påverkar spänningen både i distributionsnätet och i överliggande nät. För att underlätta spänningsregleringen i det överliggande nätet är det vanligt att etersträva ett nollutbyte av reaktiv eekt rån de underliggande distributionsnäten. Detta innebär att ökningen av den reaktiva eekten måste hanteras lokalt i distributionsnäten, vilket ju också innebär att krattransormatorerna inte belastas med onyttig ström. Stora kabelnät ger stora reaktiva eektöverskott vid låg last. För ett 300 km långt 12 kv tomgående kabelnät uppgår det reaktiva eektöverskottet till 4 Mvar och örlusterna till ca 0,15 MW. Motsvarande värden ör att 260 km långt 24 kv-nät är knappt 8 Mvar och 0,16 MW. Många distributionsnät med lutledning har kondensatorbatterier ör att kompensera ör kundernas reaktiva uttag. När lutledningen ersätts med kabel kan dritkapacitansen ta över delar eller hela den uppgiten. I nät med mycket kabel i örhållande till lasten kan det till och med bli aktuellt att installera shuntreaktorer ör att å ett acceptabelt utbyte av reaktiv eekt med det överliggande nätet. Transporten av reaktiv eekt orsakar en örlust på ca 0.5 % av den omvandlade elenergin. När lutledningen byts ut mot jordkabeln så ökas den reaktiva genereringen. Störst generering uppstår då näten är lågt lastade. Även om produktionen av reaktiv eekt minskar när kablarna lastas hårdare så innebär kabliieringen en örändring. 35 av (95)

37 2.9.2 Styrning av reaktiv eekt Det inns i huvudsak tre sätt att producera reaktiv eekt: kondensatorer, synkronmaskiner och statiska omriktare. Kondensatorer kan anslutas både som shunt och i serie medan synkron-maskiner och statiska omriktare anslut som shunt. Shuntkompensering med kondensatorer kan göras på lera olika sätt. Fast kopplade till nätet eller kopplade med hjälp av kontaktorer eller tyristorer. Kondensatorer som kopplas till nätet med hjälp av kontaktorer är avsedda att kopplas några enstaka gånger per dygn. Dessa är rämst avsedda ör statisk kompensering. Detta innebär att de ger en i det närmaste lika stor spänningsökning oberoende av om nätet är obelastat eller ullbelastat. En nackdel med shuntkompensering är att den producerade reaktiva eekten är proportionell mot spänningen i kvadrat, vilket innebär att det genereras minst reaktiv eekt när spänningen är som lägst. Detta är en klar nackdel etersom det är när spänningen är som lägst som behovet av reaktiv eekt är som störst, beroende på att den då behövs ör att kunna höja upp spänningen igen. Kondensatorer som kopplas till nätet med tyristorer kan kopplas in och ur mycket snabbt, i millisekundsområdet. Dessa kan användas både ör statisk och dynamisk kompensering. SVC är en generell benämning ör olika metoder ör dynamisk kompensering, vilka kan användas var ör sig eller i mer eller mindre komplexa kombinationer. På detta sätt kan det åstadkomma allt rån en till- och rånkopplingsbar kondensator till steglöst styrda system med mycket avancerad styrning ör att både ta och ge reaktiv eekt. [6] (se bilaga2) Reaktiv eekt är nödvändig ör att bygga upp magnetält, men har ör övrigt ingen praktisk nytta. Däremot tar reaktiv eekt plats i ledningar och överöringar, ger upphov till örluster i maskiner och komponenter och begränsar utnyttjningsgraden ör elektrisk utrustning. Etersom reaktiv eekt bygger upp magnetält betyder det att alla maskiner och apparater som behöver magnetält ör att ungera, t.ex. asynkronmaskiner och transormatorer, örbrukar reaktiv eekt. Ota pratas om produktion och konsumtion av reaktiv eekt, induktiva laster konsumerar reaktiv eekt och kapacitiva laster producerar reaktiv eekt. En något mer stringent örklaring är att induktiva laster skapar negativ asörskjutning mellan ström och spänning och kapacitiva laster skapar en positiv asörskjutning mellan ström och spänning. Så egentligen sker aldrig någon konsumtion eller produktion utan bara en asvridning mellan ström och spänning. Etersom de lesta laster är induktiva, i vårt all asynkronmaskinen, så skapas det en negativ asörskjutning på nätet. För att eliminera denna asörskjutning så askompenseras nätet genom anslutning av kapacitiva komponenter. 36 av (95)