Beredning av lokalnät i landsbygd

Transkript

1 ISRN UTH-INGUTB-EX-E-2014/02-SE Examensarbete 15 hp Juni 2014 Beredning av lokalnät i landsbygd Planning of a rural network Tarek Tallberg

2 Abstract Beredning av lokalnät i landsbygd Planning of a rural network Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten Besöksadress: Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0 Postadress: Box Uppsala Telefon: Telefax: Hemsida: Tarek Tallberg In this thesis a rural network in Norrbotten, Sweden, has been to designed and planned with the purpose of improving distribution reliability by exchanging existing overhead lines with underground cables. General network design considerations are discussed as well as the ones for the specific low voltage grid. During the design phase the maximum power of domestic consumers has been estimated using Velander s method. Currents, voltage drop and impedance of the network have been calculated and fuse operation and selectivity has been considered. The network has been planned, parts lists have been compiled and an economical estimation of the project costs has been made. The project comprises of a local low voltage grid and high voltage cables and overhead lines. It has been concluded that with the suggested dimensioning and material, the network design criteria are met. Handledare: Jan Oldmark och Göran Axelsson Ämnesgranskare: Karin Thomas Examinator: Nóra Masszi ISRN UTH-INGUTB-EX-E-2014/02-SE

3 Sammanfattning Idag satsar svenska elnätsföretag stora resurser på att vädersäkra elnätet. Detta sker oftast genom att byta ut friledningar mot jordkabel eller belagd luftledning. Efter stormen Gudrun 2005 infördes nya krav på tillförlitlighet, vilket har lett till att det förebyggande arbetet med att säkra elförsörjningen har intensifierats. I det här examensarbetet har dimensionering och beredning av ett landsbygdsnät i Norrbotten utförts som underlag för en ombyggnation, i syfte att vädersäkra det lokala nätet. I arbetet behandlas generella teoretiska kriterier för dimensionering, samt hur det aktuella lågspänningsnätet dimensionerats och planerats. I dimensioneringen har ingått att uppskatta toppeffekter med Velanders metod, att beräkna belastningsströmmar, spänningsfall och förimpedans, samt att kontrollera säkringar, selektivitet och utlösningsvillkor i lågspänningsnätet. Beredningsdelen har bestått i att projektera områden för ombyggnationen, sammanställa materiallistor, planera stolpar för luftledning, se över tillståndsförfaranden, samt att uppskatta projektkostnader med en ekonomisk kalkyl (P2-kalkyl). Arbetet omfattar ett lokalt lågspänningsnät samt högspänning i form av kabel och luftledning. I rapporten har konstaterats att med föreslagen dimensionering och beredning är designkraven på nätet med tillhörande delar uppfyllda. Nyckelord: Velander, sammanlagring, elberedning.

4 Förord Det här examensarbetet har utförts under våren 2014 på Sweco Energuide AB i Uppsala. Jag vill rikta ett stort tack till mina handledare Jan Oldmark och Göran Axelsson på Sweco Energuide AB som möjliggjort detta arbete. Jag vill även tacka ämnesgranskare Karin Thomas för goda råd och stöd. Tarek Tallberg Uppsala maj 2014 II

5 Innehållsförteckning 1 Introduktion Inledning Bakgrund Syfte Avgränsningar Teori Sammanlagring Effektberäkning med Velanders metod Belastningsström Spänningsfall och förimpedans Säkringar och selektivitet Utlösningsvillkoret Metoder för dimensionering Allmänt Elbyggnadsrationalisering Dimensionering och elberedning Projektering Beräkning av effektförbrukning och sammanlagring Beräkning av belastningsström Spänningsfall och förimpedans Säkringar och selektivitet Ekonomisk area El-Vis Kabel AvCAD Val av material Allmänt Kabel lågspänning Kabelskåp lågspänning Kabel högspänning Luftledning högspänning Nätstation III

6 4.10 Tillstånd och samråd Ekonomiska kalkyler Resultat Diskussion Referenser Bilagor Bilaga 1. Effektberäkningar med Velanders metod Bilaga 2. Strömberäkningar Bilaga 3. Spänningsfallsberäkningar Bilaga 4. Spänningsfall och förimpedans El-Vis Kabel Bilaga 5. Kontroll av säkringsvillkor Bilaga 6. Ekonomisk area Bilaga 7. Maxeffekt, spänningsfall och förimpedans från nätägarens NIS Bilaga 8. Ledningslista El-Vis Bilaga 9. Materialsammanställning Bilaga 10. Stolp- och regelkonstruktioner Bilaga 11. Tabeller SEK Handbok 421, SS Bilaga 12. I 2 t-värden för säkringar av fabrikat IFÖ Bilaga 13. Tabellvärden ur SS Bilaga 14. Stolpplaceringar AvCAD Bilaga 15. Datablad lågspänningskabel Bilaga 16. Datablad högspänningskabel Bilaga 17. Datablad belagd luftledning Bilaga 18. Datablad högspänningssäkring Bilaga 19. Översiktsritning nätstation N3/3 24 kv Norrmontage Bilaga 20. P2-kalkyl IV

7 Figurförteckning Figur 2.1 Exempel på sammanlagring... 4 Figur 2.2 Vanligt förekommande velanderkonstanter... 6 Figur 2.3 Exempel på selektivitet Figur 4.1 Översiktskarta över föreslagen LSP- samt HSP-lösning Figur 4.2 Enlinjeschema lågspänning Figur 4.3 Sammanlagringsfaktorer ABB Kabelskåp Figur 4.4 Frontskiss kabelskåp Tabellförteckning Tabell 4.1 Tabell över vanligt förekommande kabeldimensioner... 18

8 1 Introduktion 1.1 Inledning Svenska elnätsföretag satsar idag stora resurser på att vädersäkra elnätet, ett arbete som intensifierades i samband med stormen Gudrun Vädersäkringen sker i stor utsträckning genom att förlägga kabel i mark för att därmed skydda ledningen mot yttre påverkan. Där ledningar inte grävs ned byter man ofta ut dem till belagd luftledning. Genom att vädersäkra nätet avser man minska mängden elavbrott i Sverige (1). Nya bestämmelser och funktionskrav har införts i ellagen för att öka det förebyggande arbetet för en leveranssäker elöverföring. Sedan den 1 januari 2011 gäller att inga elavbrott får vara längre är 24 timmar och att skadestånd ska betalas ut till abonnenter som varit utan el i mer än 12 timmar (2). 1.2 Bakgrund För att säkra elförsörjningen ska ett lokalt nät i Norrbotten vädersäkras och som en del i detta ska en elberedning utföras för att detaljplanera ombyggnationen. Beredningen i detta projekt utförs av Sweco Energuide AB på uppdrag av ett distributionsföretag. I projektet ingår högspänningsdel (HSP), lågspänningsdel (LSP), jordkabelförläggning, luftlinjer och en ny nätstation. Det nuvarande nätet har två stolpmonterade transformatorer som matar samhället via hängspiralledning och friledning. De matande ledningarna går längs med vägen och avdelas fram till fastigheterna med hängspiralledning eller friledning. De två stolptransformatorerna ska bytas ut mot en nätstation placerad på marken, det lokala lågspänningsnätet ska vädersäkras genom att byta ut befintliga luftledningar mot jordkabel inom samhället. Lågspänningsnätet är, och ska i fortsättningen vara, av radial struktur där matande kablar ska förgrenas i kabelskåp ut till konsumenterna. En luftledning (HSP) sydost om samhället ska raseras och bytas mot jordkabel utgående från den nya nätstationen. Utanför samhället ska denna ledas upp i stolpe och fortsätta som belagd luftledning. Samhället är inte expansivt och ingen ytterligare utbyggnad förväntas i framtiden. Det finns ingen typ av industri i området utan enbart bostäder. 1

9 I en beredning detaljplaneras en byggnation av en ledning, kabel, station eller andra delar som kan ingå i elnätet. En beredning kan utföras på olika villkor beroende på hur den föregående projekteringen är utförd. Målet är att få en så detaljerad bild som möjligt gällande: Sträckning Elektrisk funktion Material Kostnader Tidplan Uppdragsgivare är ett oftast ett eldistributionsföretag. Vanligen utgår en beredning från en beställares specifikationer. Utifrån dessa krav utför beredaren en fältstudie vid platsen för elbyggnationen för att ta fram ett första lösningsförslag. En nätberäkning utförs för att kunna dimensionera ledningar, kablar och stationer. Kabelskåpen placeras vid vägar och tomtgränser exakt placering beror på nätets dimensionering och praktiska hänsynstaganden. Efter detta moment påbörjas hanteringen med mark- och tillståndsfrågor. För att utföra elbyggnationer krävs ett antal tillstånd från exempelvis markägare, kommuner, trafikverket och länsstyrelsen. Om så ingår, påbörjas sedan dimensionering av luftledning och stolpar. När sedan ekonomiska kalkyler är gjorda och materiallistor är sammanställda, dokumenteras hela projektet i kartprogram samt i underlaget som överlämnas till den entreprenör som skall utföra byggnationen. För att kunna utföra beredningen ska lågspänningsnätet i samhället först dimensioneras. I det ingår att bestämma kabeldimensioner utifrån effektberäkningar; bestämma säkringsstorlekar; kontrollera selektivitet, utlösningsvillkor, spänningsfall och förimpedans. 1.3 Syfte Arbetet syftar till att utföra och verifiera en elberedning samt erhålla nödvändig kännedom och erfarenhet av beredningsarbete gällande ett område i Norrbotten. Delmål är att planera sträckningen, sammanställa material och uppskatta kostnaderna för projektet. Vidare ingår att leverera en dimensionering av lågspänningsnätet vilket omfattar dimensionering av kablar, säkringar samt kontroll av selektivitet, utlösningsvillkor, spänningsfall och förimpedans efter beställarens riktlinjer. En ordinarie beredning för området finns utförd sedan tidigare men föreliggande arbete har utförts utan tillgång till denna annat än i jämförande syfte. 2

10 1.4 Avgränsningar Fältarbetena finns redan utförda av ordinarie beredare, inga externa kontakter har tagits. Tillgången till beställarens nätinformationssystem (NIS) har begränsats till uppgifter om nätabonnenternas årsenergiförbrukning och deras storlek på huvudsäkringarna samt till att i efterhand ta fram uppgifter för jämförelse. 3

11 2 Teori 2.1 Sammanlagring När ett elnät dimensioneras behövs kännedom om belastningsströmmarnas storlek i de olika delarna och därigenom effektuttaget för varje abonnent. Hos privatpersoner finns ingen direkt effektmätning utan det är storleken på huvudsäkringen som bestämmer det maximala effektuttaget. Ofta förekommer till exempel 16 A huvudsäkringar om enbart hushållsel används (dvs. om inte värmepump eller annan elvärme används). Önskas ett större effektuttag byts säkringen till en större vilket leder till en högre abonnemangsavgift. Effekttopparna varierar med tiden och påverkas både av användarmönster och också slumpfaktorer. När effekterna summeras måste hänsyn tas till att delbelastningarnas effekttoppar inte inträffar samtidigt. Detta innebär att den resulterande effekten i en knutpunkt blir mindre än den aritmetiska summan av delbelastningarnas effektuttag (3). Bilden nedan (figur 2.1) visar ett exempel där effekterna summeras i den vänstra figuren medan de sammanlagras i den högra figuren. I det sammanlagrade fallet uppnås en betydligt lägre maxeffekt. Figur 2.1 Exempel på sammanlagring (4) Vanligt förekommande metoder för att beräkna sammanlagring är att använda sig av sammanlagringsfaktorer eller Velanders metod. Vid användning av sammanlagringsfaktorer multipliceras sammanlagringsfaktorn med den summerade effekten. Sammanlagringsfaktorer kan variera beroende på vilken typ av utrustning som sammankopplas. 4

12 2.2 Effektberäkning med Velanders metod Det finns många metoder för att uppskatta effekttoppar i ett distributionssystem. Många eldistributionsföretag använder sig av system som utnyttjar Velanders metod i kombination med erfarenhetsbaserade tumregler (5). Velanders metod är ett sätt att approximera den sammanlagrade maxbelastningen genom att använda delbelastningarnas energiförbrukning per år. Metoden förutsätter att belastningarna är normalfördelade, oberoende av varandra och att det är någorlunda likvärdiga vilket är antaganden som anses rimliga för uppskattning av maxbelastningen (6). Eftersom årsenergiförbrukningen oftast är känd till kan, i kw, beräknas ur: (2.1) Där W är den sammanlagda årsenergiförbrukningen i kwh/år. Konstanterna och är erfarenhetsmässigt erhållna och kundkategoriberoende. De har olika värden beroende på vilken typ av belastning som avses, exempelvis används olika konstanter för bostad, industri och kontorslokal. Den första termen i ekvation 2.1 motsvarar genomsnittsbelastningen och termen med kvadratroten motsvarar de individuella variationerna. Metoden tillämpas vanligtvis i områden där man har många abonnenter inom samma kundkategori. Vid olika k-värden och olika energiförbrukning kan effekten sammanlagras enligt: (2.2) Där: = Systemets maxbelastning = Årsenergiförbrukning för kundkategori i, = Velanderkonstanter för kundkategori i = Antalet kundkategorier Metoden kan även användas för att beräkna toppeffekter från enskilda förbrukningar men med större osäkerhet då man inte kan anta att en enskild last är normalfördelad (7). 5

13 Nedan följer en tabell över några i Sverige vanligt förekommande velanderkonstanter. Figur 2.2 Vanligt förekommande velanderkonstanter (6) 2.3 Belastningsström Effekten i ett trefassystem beräknas generellt genom att summera effekterna i faserna. För ett balanserat trefassystem beskrivs den komplexa effekten som: (2.3) Där den aktiva effekten kan beskrivas som: (2.4) Strömmen som belastar en ledare kan beräknas ur: (2.5) Värdet på den högsta ström som kontinuerligt kan belasta en ledare kallas nominellt strömvärde (NSV) och kan utläsas ur standarden SS (bilaga 11). När det nominella strömvärdet hos jordkablar avläses måste hänsyn tas till faktorer som påverkar belastningsförmågan så som förläggningsdjup, samförläggning och antal kablar i samma kabelgrav. NSV kan korrigeras med faktorerna för att få fram ett värde på hur stor belastningsström som kabeln bör klara av. 6

14 Det korrigerade strömvärdet,, för ledaren kan beskrivas som: (2.6) Där 0, 1 eller 2 st. k-värden < 1 kan vara aktuella beroende på rådande omständigheter. Dessa kan utläsas ur tabeller i SS Spänningsfall och förimpedans Vid om- och nybyggnation beräknas spänningsfallet i nätet för att kunna garantera en tillräckligt bra kvalité på spänningen. För en god spänningsnivå får inte driftspänningen avvika för mycket från den nominella spänningen. För befintligt nät är ett spänningsfall på 4 % ett vanlig riktvärde men vid nybyggnation kan kraven vara högre (3). Spänningsfallet i en ledare kan beskrivas som skillnaden mellan spänningen i början av ledaren,, och spänningen i mottagaränden, : (2.7) Med hjälp av Ohms lag kan sedan spänningsfallet uttryckas som belastningsströmmen multiplicerat med ledningens impedans, : (2.8) I lågspänningsinstallationer försummas ofta reaktansen när ledningsmotstånd beräknas (3) vilket leder till att huvudspänningsfallet kan skrivas som: (2.9) 7

15 Det procentuella spänningsfallet kan beräknas ur: (2.10) Där är den obelastade huvudspänningen (400 V) och är den belastande huvudspänningen. Ibland anges krav på en viss jordslutningsimpedans, eller förimpedans, i samband med spänningsfallsberäkningar. Impedansen gäller vid 55 C och jordslutning och mäts i mω/m och beräknas från, och inkluderande, transformatorn fram till mätarsäkringen hos nätabonnenten. Är inte förimpedansen känd kan den beräknas med tabellvärden ur SS (tabell 1-2 Bilaga 13). 2.5 Säkringar och selektivitet Normalt sett används knivsäkringar i kabelskåp både som överlastskydd (termiskt skydd) och kortslutningsskydd, där överlastskyddet säkerställer att den kontinuerliga belastningsströmmen inte ger upphov till högre temperatur än vad kabeln klarar utan att skador uppstår på isoleringen. Knivsäkringar löser normalt sett inte ut vid märkströmmen utan vid, ett värde som beror på vilken säkringskaraktäristik den har. Om säkringen både är överlastskydd och kortslutningsskydd väljs säkringsstorlek ur tabell 1 i SS (bilaga 11) där man även ser ledarens minsta. För att kontrollera att ledaren är skyddad ska följande två villkor vara uppfyllda (3): (2.11) (2.12) Där: = belastningsströmmen för vilken kretsen dimensioneras = det korrigerade nominella strömvärdet (NSV) för ledaren = överlastskyddets märkström = den ström som medför säker funktion hos överlastskyddet 8

16 Det andra villkoret skrivs ibland som: (2.13) Där är den faktor som ger strömmen. Om är 1,45 är det andra villkoret uppfyllt men om 1,45 måste det andra villkoret kontrolleras genom att sätta ett normenligt värde på som beror av säkringstyp. Detta gäller endast i de fall där säkringen både fungerar som överlastskydd och kortslutningsskydd. Knivsäkringar i lågspänningsnätet är vanligen av säkringskarakteristik gg vilket medför ett på 1,6. Värdet på påverkas av kabeltyp och eventuella korrektionsfaktorer som förläggningsmetod, kabelavstånd och omgivande temperatur som beskrivs i avsnitt 2.3. Selektivitet innebär att säkringar i ett system dimensioneras på ett sådant sätt att endast den säkringen som är omedelbart uppströms från felet löser ut. Därmed hålls en så stor del som möjligt av resterande system i bruk. Vid val av säkring bör undersökas om nästa säkring uppströms är fullt selektiv med den förra så att inte fel säkring, eller båda, löser ut vid kortslutning. Detta kontrolleras oftast genom att konsultera tillverkarens tabeller för smält- och totala I 2 t-värden (bilaga 12) eller genom att använda tumregler. I 2 t-värdet är ett mått på en kabel eller isolerad ledares förmåga att föra en kortslutningsström och används istället för att uttrycka ledarens korttidsströmtålighet i ampere (8). Vid snabb bortkoppling av ett fel kan en större ström ledas än vid en längre bortkopplingstid. I 2 t-värdet är proportionellt mot den energi W, i Ws, som släpps igenom vid olika felströmmar (8): (2.14) I figur 2.3 nedan visas ett exempel på selektivitet där ett fel inträffar längst ned till höger i båda näten. Om selektivitet råder ska endast den närmsta säkringen lösa ut, som i den högra bilden, men om flera säkringar uppströms skulle ha samma märkström så kan en, flera eller alla lösa ut, vilket i värsta fall leder till strömbortfall för fler områden än det där felet inträffat. 9

17 Figur 2.3 Exempel på selektivitet där den högra kretsen har selektivitet men inte den vänstra (9) 2.6 Utlösningsvillkoret Att utlösningsvillkoret är uppfyllt innebär att en kabelanläggning är konstruerad på sådant sätt att den vid kortslutning med minsta kortslutningsström medför brytning inom en viss specificerad tid, i vanliga fall 5 sekunder (10). Den minsta kortslutningsströmmen uppnås vid enfasig kortslutning långt ut i nätet. Den maximala längd en ledare får ha för att utlösningsvillkoret skall vara uppfyllt, kan beräknas med: (2.15) Där: = nominell ledningslängd för en viss kabel = förimpedansen = felkretsens max tillåtna impedans om säkringen säkert skall lösa ut inom 5 s = omräkningsfaktor beroende av begynnelsetemperatur Är inte utlösningsvillkoret uppfyllt vid kontrollberäkning behöver kabelarean ökas. 10

18 3 Metoder för dimensionering 3.1 Allmänt Vid ny- eller ombyggnation av ett lågspänningsnät sker normalt sett en säkringsanalys och kontroll av spänningsfallet vid maximal sammanlagrad belastning. Generellt gäller följande för elektrisk dimensionering: Spänningsfall Selektivitet Termisk belastning Utlösningsvillkor Förimpedans Här har spänningsfall, selektivitet, belastning och förimpedans beräknats och kontrollerats i tabeller. Spänningsfall, belastning, utlösningsvillkor och förimpedans har sedan kontrollerats i dimensioneringsprogrammet El-Vis Kabel. Eftersom nätet ska vädersäkras skall jordkabel i första hand användas och där det inte är möjligt används hängspiralledning. Enligt önskemål från beställaren monteras inkommande matning stumt mot skena i kabelskåpen, medan utgående matning och serviskablar (kablarna mellan abonnentens mätarskåp och nätägarens kabelskåp) avsäkras med säkringslastfrånskiljare. Som serviskablar används 25 mm² aluminium där kopparkabel inte redan finns förlagd i mark. 3.2 Elbyggnadsrationalisering För att hantera planering, byggnation, materialhantering och ekonomiska kalkyler används i Sverige branschstandarder under samlingsnamnet elbyggnadsrationalisering (EBR). EBR är ett verktyg som utvecklats i samarbete mellan elnätsföretag för att fastställa metoder och standarder som årligen ger stora besparingar till branschen (11). Detta innebär exempelvis att det finns specificerat vilka metoder och material som ska användas vid olika typer av konstruktioner. Material och materialsatser av en viss typ har ofta ett specifikt EBR-nummer, för att säkerställa att rätt material används oberoende av tillverkare. För beräkning av kostnader och produktionstid används EBR:s kostnadskataloger i vilka detta går att utläsa för standardiserade metoder och material under normala arbetsförhållanden. 11

19 4 Dimensionering och elberedning 4.1 Projektering Först har ny lågspänningslösning projekterats. Kartan nedan (figur 4.1) visar den föreslagna lösningen i samhället, med lågspänning samt högspänning i blått respektive rött och luftledning i grönt. Den nya nätstationen placeras norr om den tidigare knutpunkten för luftledningarna på andra sidan av vägen. Platsen har valts eftersom nätstationen ska vara lättillgänglig och servicevänlig, för att förenkla vid underhåll och felsökning av nätstationen. Placeringen beror även på att de matande jordkablarna behöver förläggas norr om huvudvägen, eftersom det vid kabelförläggningen är mer fördelaktigt att gräva av småvägarna på norrsidan, än att trycka kabel under den större asfalterade vägen. Skälen till detta är både kostnadsmässiga och praktiska. Den västra luftledningen är matande och från knutpunkten där den tidigare förgrenat sig matas nätstationen med högspänningskabel som förläggs under vägen. Den sydöstra delen av luftledningen skall raseras och ersättas med högspänningskabel från nätstationen. Figur 4.1 Översiktskarta över föreslagen LSP- samt HSP-lösning (blått respektive rött). Nätstation i mitten på kartan. Befintlig luftledning markerad med grönt. Från nätstationen förläggs matande lågspänningskabel (blå) i västlig och östlig riktning i radiell struktur. Dessa förgrenas i kabelskåp ut till abonnenterna via servisledningar som avsäkras i kabelskåpen. Kabelskåpen har placerats ungefärligt enligt gällande rekommendationer och enligt gängse regler om att placera kabelskåpen nära vägar och tomtgränser. Där befintlig markkabel till fastigheten finns, används den och skarvas 12

20 ihop med motsvarande dimension (abonnent A samt L) eller kopplas in direkt till kabelskåp (abonnent H), detta för att undvika för stor åverkan på tomten. Serviskabel förläggs i rör för att skydda kabeln. Abonnent Q har hängspiralledning av typ ALUS 25 mm² tvärs över sin tomt från vägkanten, och även här används befintlig anslutning för att minska markintrånget. Hängspiralledningen kopplas sedan in i kabelskåp 25 via jordkabel som leds upp från kabelskåpet och ansluts i stolpen. Detta leder till enlinjeschemat nedan i figur 4.2 där kabelskåpen är numrerade och bokstäverna är abonnenterna. Figur 4.2 Enlinjeschema lågspänning. Bokstäverna är abonnenter och siffrorna kabelskåp. Som matande kablar används ofta 150 mm² aluminium av typ N1XV vid konstruktion av landsbygdsnät och 240 mm² i tätort. Därför väljs 150 mm² till en början som matarkabel i båda riktningarna från nätstationen fram till kabelskåp 16 i västlig riktning och fram till kabelskåp 25 i östlig riktning. På beställarens begäran används i första hand 25 mm² aluminium som serviskabel, något som blivit allt vanligare på grund av höga kopparpriser. Av hänsyn till spänningsfallet ökas arean där avgrening sker som inte omedelbart går in till mätarskåp som mellan skåp 12 och 13, samt mellan 21 och 22. I östlig riktning förläggs högspänningskabel (röd) ihop med lågspänningskabel längs med vägen. På lämpligt ställe skarvas kabeln då den levereras i längder på 500 meter och uppskattad längd som behövs är 750 meter. Högspänningskabeln fortsätter till utkanten av samhället, då den leds upp i stolpe och övergår till belagd luftledning. Efter 13

21 3,5 km korsar luftledningen en 400 kv-ledning och byts ut mot markkabel under en sträcka på 120 meter, varefter den leds upp i stolpe igen. Ungefär 800 meter efter denna placeras en avgreningsstolpe då luftledningen här förgrenar sig söderut. Luftledningen fortsätter totalt 5830 meter fram till en annan etapp av projektet som inte behandlas vidare här. En extra högspänningskabel förläggs ihop med de andra kablarna från nätstationen fram till vägen innan kabelskåp 23 där den kapas och tätas. Denna kabel är tänkt för ett eventuellt framtida bruk om man i ett senare skede vill ersätta den norra luftledningen. 4.2 Beräkning av effektförbrukning och sammanlagring I arbetet har Velanders metod använts till att uppskatta maxeffekterna hos de enskilda abonnenterna utifrån deras årliga energiförbrukning. Uppskattningen har gjorts med konstanter anpassade för intervallet från enskilda belastningar till nätstationsnivå som står att finna i Dimensionering av jordkabelnät, där = 0,00033 och = 0,05 (12). Vidare har sammanlagringsfaktorer från ABB Kabelskåps tekniska dokumentation använts eftersom det är material från ABB som skall användas i kabelskåpen och att sammanlagringsfaktorer är vanligt förekommande. Bilden nedan sammanfattar sammanlagringsfaktorer vid parallella strömbanor. Figur 4.3 Sammanlagringsfaktorer ABB Kabelskåp (13) Resultatet av effektberäkningarna återfinns i bilaga C. 14

22 4.3 Beräkning av belastningsström Belastningsströmmen vid maximal effektförbrukning har beräknats för alla lågspänningskablar i syfte att undersöka om de klarar belastningen. I den ordinarie beredningen har = 0,96 konstaterats vid nätstationen. Vid beräkningar har = 0,9 använts som en approximation eftersom det ger en högre ström, men ändå är tillräckligt nära det verkliga värdet för att vara en rimlig uppskattning. Det nominella strömvärdet (NSV) för kabeltypen har tagits ur tabell A.3 ur SS (bilaga 11) där den generella belastningsströmmen för olika kabeltyper och förläggningssätt kan utläsas. I det här fallet är förläggningssätt D1, i rör i mark, aktuellt för servisledningar och D2, direkt i mark, aktuellt för matarledningarna. När flera lågspänningskablar förläggs ihop görs oftast korrigeringar för den ömsesidiga uppvärmningen. Korrigeringsfaktorer tas från tabell A.15 ur SS (bilaga 11) för kabelavstånd av en kabeldiameter. Korrigering sker genom multiplicering av strömvärdet med eventuella omräkningsfaktorer. Exempel: Abonnent B till Kabelskåp 15: På den större delen av sträckan är serviskabeln samförlagd med matarkabeln, med en kabeldiameters avstånd. Ur tabell A.3 utläses ett NSV på 78 A för förläggningssätt D1, kabel i rör i mark. Samförläggning för avstånd på en kabeldiameter ger en korrektionsfaktor på 0,8 vilket kan utläsas ur tabell A.15. Detta leder till ett korrigerat strömvärde : (4.1) (4.2) (4.3) Resultatet av strömberäkningarna för de olika sträckorna sammanfattas i bilaga 2. I de fall där högspänningskabel och lågspänningskabel är samförlagda har hänsyn inte tagits till högspänningskabelns värmepåverkan på lågspänningskabeln då den anses vara låg. Enligt riktlinjer från beställaren bör inte en ny kabel dimensioneras för mer än 75 % av maxlasten. 15

23 4.4 Spänningsfall och förimpedans I lågspänningsinstallationer försummas oftast reaktansen vid beräkningar. En konsekvens av detta är att kabelinduktans och kabelkapacitans inte finns angivet i beställningskataloger för kablar under 1 kv utan endast för högspänningskablar. Därför har endast den angivna kabelresistansen per kilometer använts, som den definieras i företaget Onninens beställningskatalog. Kabelresistanser återfinns i tabell i bilaga 15. Vidare antas att = 0,9 enligt resonemang i 4.3. I lågspänningsinstallationer används ofta det nominella värdet på spänningen ( = 400 V) vid beräkningar, då spänningsfallet ofta är lågt. Här har däremot det belastade systemets huvudspänning använts som beskrivs i 2.4. Sträcka projekterades först för 50 mm², men spänningsfallet till abonnent D ansågs bli för högt (ca 4,8 %) och matarkabeln på 150 mm² fick fortsätta till kabelskåp16. Förimpedansen har beräknats med hjälp utav tabellvärden för alla dimensioner och summerats har summerats vid abonnentens mätarsäkring. Beställarens önskemål var i det här fallet att förimpedansen skulle ligga på ett värde under 0,65 Ω vid abonnentens mätarsäkring men maximalt 1,2 Ω om inte det tidigare kunde uppfyllas. Detta gäller för en storlek på mätarsäkringen på A. 4.5 Säkringar och selektivitet Säkringar har valts till lastfrånskiljarna i kabelskåpen genom att studera tillverkarens selektivitetsdiagram samt utföra kontrollberäkningar. Utöver detta har hänsyn tagits till abonnentens mätarsäkringar och det faktum att abonnenten om så önskar, skall kunna få sina mätarsäkringar utbytta till säkringar med högre märkström (20 eller 25 A) utan att servissäkringarna i kabelskåpet måste bytas. Detta innebär att andra hänsyn måste tas utöver abonnentens belastningsström när servissäkring väljs. Exempel servissäkring kabelskåp 16: (4.4) I vanliga fall väljs nästa säkringsstorlek, vilket i det här fallet innebär 16 A. Det är däremot inte möjligt eftersom abonnentens mätarsäkring har märkströmmen 16 A och selektivitet inte skulle uppnås. Konsulteras tillverkarens tabell över I 2 t -värden (bilaga 12) konstateras att en servissäkring på 20 A skulle räcka för selektivitet över 16 A, men det skulle innebära att abonnenten inte kan öka storleken på huvudsäkringen 16

24 vid ett senare tillfälle. Resultatet blir att den säkring väljs som är selektiv över 25 A, vilket i det här fallet är 35 A. Vidare har valet av säkring kontrollerats genom att de två villkoren i avsnitt 2.5 bekräftats. Ur tabell 1 i SS (bilaga 11) konstateras att kabelns lägsta för en 35 A säkring skall vara minst 39 A. Kontroll i tabell A.3 (bilaga 11) för en 25 mm² aluminiumledare, med PEX-isolering förlagd i rör i mark (D1), visar att = 78 A, vilket ger: (4.5) (4.6) (4.7) Sedan kontrolleras om villkoren är uppfyllda: 1) är uppfyllt eftersom = 15,9, = 35 och = 78. 2) är uppfyllt eftersom = 1,6 35 = 56 vilket är mindre än = = 118,9. Beräkningarna syftar i första hand till servissäkringar. Beroende på beställarens krav kan kabelskåpen utföras på olika sätt. I vissa fall skall utgående matarledningar avsäkras, i vissa fall inte. Här ska alla utgående matningar förses med säkring vilket innebär att uppströms säkringar inte nödvändigtvis kan väljas från selektivitetsdiagram för matning mellan olika skåp. Det beror på att säkringarna snabbt skulle bli överdimensionerade om fler kabelskåp med utgående matning används efter varandra. Därför har säkerställts att servissäkringarna är selektiva uppströms och nedströms, medan säkringar för utgående matning mellan kabelskåpen inte är fullt selektiva mellan alla kabelskåp, utan i vissa fall mellan vartannat. Valda säkringar redovisas i bilaga 2. 17

25 4.6 Ekonomisk area Ekonomisk area är en tumregel som används till att enkelt kontrollera den ekonomiska dimensioneringen av en kabel. En strömtäthet på max 1 A/mm² för aluminiumkablar och 2 A/mm² för kopparkablar önskas, för att spara in på förlustkostnader. Förutom att begränsa kostnaderna under kabelns livslängd uppnås även tekniska fördelar som ett resultat av en lägre drifttemperatur. Till exempel kan kabeln gradvis belastas mer om den inte ligger för nära maxbelastning från början och kabeln får oftast en längre livslängd (10). Tabellen nedan är en sammanställning av vanligt förekommande kabeldimensioner och deras användningsområde där N1XV 4 x 25 mm² Al i större utsträckning ersätter N1XV 4 x 10 mm² Cu. Tabell 4.1 Tabell över vanligt förekommande kabeldimensioner Kabel Strömområde Ekonomisk Area N1XV 4 x 10 mm² (Cu) 0-30 A 0-3,0 A/mm² N1XV 4 x 50 mm² 0-60 A 0-1,2 A/mm² N1XV 4 x 95 mm² A 0,6-1,2 A/mm² N1XV 4 x 150 mm² A 0,7-1,1 A/mm² N1XV 4 x 240 mm² A 0,7-1,1 A/mm² Tabell över den ekonomiska arean för lågspänningsnätet finns i bilaga El-Vis Kabel Beräkningar av belastningsström, spänningsfall och förimpedans kontrolleras i beräkningsprogrammet El-Vis kabel (14). Här kontrolleras även att dimensisoneringen uppfyller utlösningsvillkoret. I El-Vis kabel kan uppgifter föras in om belastning, förläggningssätt, kabeltyp med mera. Programmet kontrollerar sedan om systemet klarar av termisk belastning, kortslutningsströmmar och utlösningsvillkor, samt varnar om någon sträcka är feldimensionerad. Även spänningsfall och förimpedans kontrolleras och jämförs med beräknade värden. Kabellista redovisas i bilaga AvCAD AvCAD är ett program som används för att bestämma stolpplacering, beräkna stolplaster och välja lämpligt material vid konstruktion av luftledningar (15). Från tidigare utfört fältarbete importeras en plot i AvCAD som ritar upp en tvådimensionell bild som beskriver markförhållandena. Plotten beskriver även riktningsförändringar, vägar, diken med mera. 18

26 Olika belastningsmodeller väljs beroende av rådande omständigheter. Programmet beräknar de olika laster som stolpen utsätts för beroende på stolptyp, stolphöjd, belastningsmall, stag och avstånd till kringliggande stolpar. AvCAD kontrollerar även vinklarna för stolparnas isolatorkedjor så att de inte kommer i kontakt med stolpreglarna. Stolparna placeras med meters mellanrum vilket är en erfarenhetsbaserad tumregel för området. Detta gäller dock inte vid riktningsförändringar då en stolpe måste placeras där, varpå stolparna ibland förekommer med tätare mellanrum. I bilaga 14 återfinns stolpprofilerna från AvCAD för hela den projekterade sträckan. 4.9 Val av material Allmänt I det här arbetet har material för lågspänningen valts från företaget Onninens katalog för elnät. Detta gäller även högspänningsdelen. Nätstationen har valts från företaget Norrmontages produkter. Ofta har ett beställande distributionsföretag färdiga ramavtal med leverantör av material, men i det här arbetet har material granskats för hand för att få kännedom om vanliga konstruktioner. Sammanfattande materiallista finns i bilaga Kabel lågspänning Den kabel som oftast används är kraftkabel 1 kv av aluminium med beteckningen N1XV-AR eller N1XV-AS beroende på dimension. Som matande kabel i båda riktningarna väljs 150 mm² och i avgreningar 21-22, samt 12-13, används 95 mm² respektive 50 mm². N1XV-AS 150 mm² är vanligt förekommande i konstruktion av landsbygdsnät. Serviskabel utgående från kabelskåp till nätabonnent är i 25 mm² enligt beställarens önskemål förutom i de fall då befintlig kopparkabel (10 mm²) finns förlagd (abonnent A, H samt L). Här behålls kopparkabeln och skarvas ihop med ny kopparkabel av typ N1XV-U 10 mm² som leds till kabelskåpet. Detta gäller dock inte kabeln från abonnent H till Skåp 11 då den kabeln räcker ända fram. Abonnent Q har hängspiralledning av typ ALUS 25 mm² från fastighet fram till det projekterade kabelskåpet. Här ansluts en bit serviskabel 25 mm² utgående från skåpet som leds upp i den första stolpen intill vägen där den skarvas ihop med hängspiralledningen. Sett enbart till belastningsströmmarna, kan kabeln ibland verka överdimensionerad sett till kabelarean, men det krävs för att uppnå tillräckligt lågt spänningsfall, hålla ner förimpedansen och därmed klara av utlösningsvillkoret. Exempelvis ändrades kabelarean på sträcka 15-16, som beskrivs i avsnitt 4.4, eftersom spänningsfallet ansågs bli för högt. 19

27 4.9.3 Kabelskåp lågspänning Kabelskåpen som valts är av fabrikat ABB Kabelskåp, eftersom de är vanligt förekommande och det finns en lång erfarenhet av att jobba med ABB:s material. Allt material som passar skåpen har modulanpassade mått som gör det lätt att beräkna utrymmet för en viss fördelning och därefter välja passande kabelskåp. Storleken på komponenterna anges i antal moduler där 1 modul M = 12,5 mm. I kabelskåpets bakre vägg sitter beröringsskyddade fasskenor, en för varje för varje fas, samt jordskena som inkommande matning kopplas in stumt på. I fasskenorna monteras säkringslastfrånskiljare, en för varje grupp, som utgående matning och serviskablar kopplas in på. Vilken lastfrånskiljare som används beror på dimensionen på kabeln som ska anslutas. I lastfrånskiljarna monteras knivsäkringarna, som finns att tillgå i olika storlekar beroende på vilken lastfrånskiljare de skall monteras i. För att åskådligöra kabelskåpens uppbyggnad har ABBs beredningsprogram Connect IT använts för att utrusta skåpen. Hur kabelskåpet kommer att se ut kan visas i form av en frontskiss (figur 4.4 nedan). Figur 4.4 Frontskiss kabelskåp Kabel högspänning Utgående högspänningskabel är Ericssons AXAL-TT PRO 3x95 mm² med beteckning SE-N24XC7T5E-AR. Kabeln har valts på beställarens begäran. Kabelavslut för inomhusbruk har valts ut till de kablar som ska kopplas in i högspänningsfacken på nätstationen. Dessa är inkopplade mot inkommande högspänning med frånskiljare av 20

28 typ NAL. Högspänningskabeln har en leveranslängd på 500 meter och eftersom uppskattad längd på den ena kabeln är 750 meter måste den skarvas. Detta sker med prefabricerad 24-kV kabelskarv av varmkrympstyp då sorten är välkänd och vanligt förekommande. Utanför samhället skall kabeln ledas upp i stolpe och därför har lämpligt kabelavslut för utomhusbruk valts till detta ändamål. För att skydda mot överspänning kopplas kabeln in på ventilavledare innan anslutningen till luftledningen. Till detta har ventilavledare och kringmaterial valts ut. Extrakabeln förses med ändhätta för att skydda mot fukt. Där luftledningen korsar 400 kv-ledningen används också ventilavledare i båda ändarna på kabeln då den under en sträcka fortsätter som jordkabel. Även kabeln som matar nätstationen förses med kabelavslut och kopplas in på ventilavledare. Kabelskarv, kabelavslut samt ventilavledare är av fabrikat ABB. När högspänningskabel förläggs i mark läggs en separat jordlina bredvid. Där kabel övergår till belagd luftledning leds jordlinan upp med högspänningskabeln och jordas den i den första stolpregeln Luftledning högspänning Luftledningen som används är en polyetenbelagd friledning av typ BLL FeAl 99 mm² och används för att den förhindrar, eller minskar, elavbrott orsakade av yttre föremål och därmed ökar driftsäkerheten. Stolpar med tillbehör har bestämts i AvCAD där belastningar och storlekar har beräknats för ändstolpar, vinkelstolpar, raklinjestolpar och avgreningsstolpe. I ändarna på luftledningen samt vid korsningen med 400 kvledningen där kabel nyttjas, används ändstolpar med EBR-beteckningen EAÄ 21/B med två stag. Till de raka sträckorna används vanliga raklinjestolpar med beteckning ERA 21/B. För vinkelstolpar måste hänsyn tas till hur stor vinkeländringen är då den påverkar vilken belastning stolpen måste dimensioneras för. Vid en riktningsförändring över 15 gon används EVA 22/B med två stag, annars EVA 21/B med ett stag. Som avgreningsstolpe används EAA 21/B. Alla stolpar är av 1-benskonstruktion. Materiallista för stolpkonstruktionerna återfinns i bilaga Nätstation Enligt beställarens riktlinjer skall ny transformator väljas så att maxeffekten är max 75 % av transformatorns märkeffekt. Då den sammanlagrade maxeffekten är ca 71,6 kw anses att en transformator på 100 kva för 24/0,4 kv är lämplig. På högspänningssidan avsäkras transformatorn med lastfrånskiljare av typ NALF, bestyckad med högspänningssäkring av så kallad delområdestyp. Säkringsstorleken väljs utifrån riktlinjer i Onninens beställningskatalog till 10 A (bilaga 18). Utgående högspänningskablar kopplas in mot frånskiljare av typ NAL i högspänningsfack. För framtida bruk väljs en nätstation med ett extra högspänningsfack vilket ger tre högspänningsfack: ett för inkommande matning, ett för utgående matning och ett där den extra högspänningskabeln ansluts. EBR-beteckningen för nätstationen blir då N3/3 24 kv, där den första 3:an står för maximal transformatorstorlek (315 kva) och den 21

29 andra 3:an för antalet högspänningsfack och 24 kv är nätstationens märkspänning. På lågspänningssidan används säkringslastfrånskiljare för de matande lågspänningskablarna. Nätsstationen har valts utifrån Norrmontages sortiment och översiktsritning över vald station finns i bilaga Tillstånd och samråd När en elbyggnation ska utföras måste ett antal tillstånd sökas. Detta kan vara mycket tidskrävande och påbörjas som regel tidigt i elbyggnadsprojekt. När kabel ska förläggas, kontrolleras om den ska följa någon väg och i så fall vilken typ av väg. Trafikverket kontaktas, om det är en väg som de ansvarar för, och ett så kallat ledningsärende söks för att få gräva längs med, och för att få trycka rör under väg. Mindre vägar ägs ofta av en samfällighet eller vägförening och här kontaktar man ordförande för att sedan skriva ett så kallat REV-avtal där ersättningsnivå bestäms samt att beställaren förbinder sig att återställa vägen till ursprungligt skick. För kabel, luftledning, kabelskåp och nätstation kontaktas markägaren och markupplåtelseavtal skrivs, där karta bifogas över den tänkta sträckningen. Markägaren erhåller en viss ersättning för markintrånget och garanteras ett minimibelopp. Vid byggnation av luftledning stakas den tänkta sträckan ut och innan privat mark beträds ska stakningstillstånd ansökas om hos markägaren. Vid byggnation av nätstation kontaktas till en början markägaren för att få dennes medgivande. Därpå följer ansökan om bygglov hos byggnadsnämnden i den aktuella kommunen. Här bifogas situationsplan/översiktskarta, planritning och fasadritning. Om en byggnation eller åtgärd ska utföras, som kan komma att påverka naturmiljön skall anmälan för samråd göras till Länsstyrelsen för att få Länsstyrelsens syn på det aktuella projektet. Innan underlag skickas in till länsstyrelsen bör undersökas om den planerade sträckningen går genom något känsligt område. Detta görs genom konsultation av skogsstyrelsens karttjänst Skogens Pärlor, där så kallade hänsynsobjekt som nyckelbiotoper, fornlämningar, naturreservat, med mera finns markerade på karta. Anmälan om samråd skall även innehålla karta över berört område, foton, fastighetsbeteckningar, samt beskrivning av byggnationen eller åtgärden. Beroende på vad projektet gäller, kan också Skogsstyrelsen behöva kontaktas. I det här fallet sker byggnationen i Norrbotten och därför begärs även in synpunkter från den eller de samebyar som berörs Ekonomiska kalkyler Kostnadskatalogerna är ett verktyg för att på planerings-, projekterings-, och produktionsnivå kunna mäta kostnader och produktionstider för olika typer av nät. I en beredning används normalt projekteringskatalogen P2 för beräkning av 22

30 materialkostnader, arbetstimmar och för uppföljning. Projekteringskatalogen innehåller ett stort antal koder för material och standardiserade arbetsmetoder, som är en hopslagning av än mer detaljerade arbetskoder från produktionskatalogen P3. För att sedan sammanställa P2-kalkylen används ofta ett Excel-dokument där koder och kostnader finns med från början och där de poster som är applicerbara för det aktuella projektet fylls i. Detta görs i slutet av beredningsprocessen när det finns en så god bild som möjligt av vad projektet omfattar. Vanligen bifogas sedan en sammanfattning av posterna som gäller för projektet. Denna återfinns i bilaga 20. Efter projektets avslutning följs kalkylen upp genom att kostnaderna för de olika posterna gås igenom och regleras. 23

31 5 Resultat Lågspänningsnätet anses vara tillräckligt väl dimensionerat och med föreslaget material anses alla designkriterier vara uppfyllda. Eftersom utlösningsvillkoret kontrollerats i El-Vis anses även att nätet är säkert dimensionerat. Vidare har material för byggnationen sammanställts och en ekonomisk kalkylering utförts. För alla kablar inom lågspänningsnätet har effekt, belastningsström, spänningsfall, selektivitet och förimpedans beräknats och/eller kontrollerats i tabeller. Spänningsfall, belastning, utlösningsvillkor och förimpedans har sedan kontrollerats i El-Vis Kabel som framgår av kapitel 4. Tabeller för effektberäkningar, belastningsströmmar, säkringsstorlekar, spänningsfall, förimpedans och säkringsvillkor återfinns i bilaga 1-5. En sammanställning över ekonomisk area finns i bilaga 6. Jämförelser har även gjorts med nätägarens nätinformationssystem och därur har tagits uppgifter om toppeffekt, spänningsfall och förimpedans. Dessa uppgifter redovisas i bilaga 7. Nätstation och kablar har placerats ut som i figur 4.1. Jordkabel har använts i alla fall utom mellan nätabonnent Q och kabelskåp 25, där markintrånget ansågs bli för stort och hängspiralledning redan fanns. Kabelval sammanfattas i ledningslistan i bilaga 8. Till kabelskåpen har säkringslastfrånskiljare valts utifrån kablarnas dimensioner. Storlek på nätstationens transformator har fastställts utifrån effektberäkning och beställarens riktlinjer. Gällande högspänningskablarna var kabeltypen bestämd på förhand till Ericsson AXAL-TT PRO 3x95 mm² (med beteckningen SE-N24XC7T5E-AR 3x95 mm²). Kabelavslut, skarv och ventilavledare med kringmaterial har valts ut. Stolpkonstruktioner för den nya luftledningen har placerats och bestämts i AvCAD efter att ha utsatts för olika belastningsmallar lämpade för området. Stolpprofiler återfinns i bilaga 14. Kompletta materiallistor återfinns i bilaga 9. Förfarande för hantering av tillstånd och samråd i samband med elbyggnationer har gåtts igenom, men inga externa kontakter har tagits i detta arbete. Enligt den sammanställda P2-kalkylen (bilaga 20) uppskattas projektets kostnad till ca 2,8 miljoner kronor. 24

32 6 Diskussion Att använda Velanders metod för att beräkna enskilda belastningar har sina begränsningar, även om konstanter lämpliga för ändamålet har använts, som beskrivits i avsnitt 4.2. Detta dels eftersom osäkerheten är större (se avsnitt 2.2) men också för att olika storleksgrupper bör sammanlagras var för sig om skillnaderna är stora (3). Här är skillnaderna i energiförbrukning betydande eftersom en del av abonnenterna är sommargäster och inte bor i området under vintertid. Metoden har, trots sina begränsningar, använts då det inom ramen för detta arbete var det enda rimliga sättet att uppskatta abonnenternas toppeffekt. Det är värt att notera att sammanlagringen också är en approximation och beroende på hur stort nätet är kan sammanlagringsfaktorer rent praktiskt tillämpas på olika sätt och med olika värden. Vid jämförelse med effekter tagna ur nätägarens nätinformationssystem är spridningen i vissa fall ganska stor, vilket påverkar resulterande beräkningar. Skillnader i spänningsfall och förimpedans är däremot inte direkt jämförbara, då nätet inte är planerat på samma sätt som i den ordinarie beredningen. Resultatet av handräkningen för belastningsström och spänningsfall ligger nära det som beräknats i El-Vis, men detta är en direkt konsekvens av att den approximerade maxeffekten finns som inparameter i El-Vis. Förimpedansen skiljer sig en del mellan tabellvärdena och värdena som fås ur El-Vis men här visade sig tabellvärdena ligga närmare de verkliga värdena, även om förimpedansen inte alltid är direkt jämförbar som beskrivs ovan. När belastning och utlösningsvillkor kontrolleras i El-Vis tas hänsyn till kortslutningsströmmarna och vilka säkringar som har valts. Därigenom kontrolleras att kabel och säkring är lämpad för största och lägsta kortslutningsström. Säkringarnas smälttider vid olika strömmar, samt maximal korttidsström för ledare kan kontrolleras och jämföras i tabeller, men vanligtvis används beräkningsprogram. I det här fallet har El-Vis använts, men andra förekommande program är Netkoll eller nätägarens NIS. Gällande det strömvärde som beräknats i El-Vis måste påpekas att det NSV som redovisas i El-Vis ledningslista inte stämmer eftersom El-Vis automatiskt listar NSV för den smalast möjliga kabeln, oavsett vilken kabel som är vald. För korrekt NSV se bilaga 2. Full selektivitet är inte uppnådd mellan alla kabelskåp utan mellan vartannat, eftersom antalet kabelskåp skulle göra att säkringarna vid nätstationen skulle bli för stora. Ett alternativ hade varit att använda färre kabelskåp, men lösningen anses vara tillräckligt bra då få ytterligare abonnenter skulle drabbas av strömavbrott om en extra säkring skulle lösa ut. Detta eftersom området inte är tätt bebott. Vidare bör nämnas att alla nätägare inte säkrar av utgående matning från kabelskåpen, utan precis som ingående matning monteras kablarna stumt mot fasskenorna. Hos beställaren anses generellt att full selektivitet är uppnådd vid två säkringssteg mellan säkringarna. 25

33 Även om en skillnad i effektförbrukning finns, skiljer inte den slutgiltiga dimensioneringen så mycket från den ordinarie beredningen. Detta eftersom det tillkommer standardiserade metoder och tumregler. Exempelvis används 150 mm² matarkablar vanligtvis på landsbygd och därför utgick beräkningarna från dessa dimensioner, för att verifiera att kablarna klarade belastningen snarare än att dimensionera kabeln utifrån belastningen. Även i den ordinarie beredningen används matande kablar på 150 mm². Enbart sett till belastningsströmmen hade matarkablarna kunnat vara smalare, men spänningsfallet hade blivit högre och utlösningsvillkoret hade inte uppnåtts (se till exempel maxlängd kabel mellan nätstation och kabelskåp 21 i bilaga 8). Sett till den ekonomiska arean kan konstateras att strömtätheten för de flesta kablar är låg men på grund av ovanstående hänsynstaganden och tumregler minskas inte kabeldimensionerna. Vidare tillkommer krav från beställaren, som exempelvis typen av serviskabel som används. Ett annat sätt att planera nätet hade varit att i högre grad använda befintliga luftledningar. I den ordinarie beredningen har exempelvis befintlig hängspiralledning använts mellan matande punkt och abonnenter I K och fram till abonnenter E G har luftledning behållits, beroende på ekonomiska avvägningar från beställaren i förhållande till i vilken grad nätet är vädersäkrat. Här har bedömningen gjorts att den totala kostnaden troligtvis är lägre i den ordinarie beredningen än den som framkommit i P2-kalkylen i det här arbetet. Vidare tillkommer erfarenhetsmässiga bedömningar om hur man på bästa sätt utnyttjar de rådande förhållandena. Samhället är inte expansivt och det räknas inte med någon utbyggnad. Om så vore fallet hade dimensionering av nät och transformator behövt ses över. Eventuellt hade en till nätstation behövts. Det utvalda materialet har i det här arbetet valts ut från Onninens beställningskataloger men i vanliga fall har beställaren avtal med leverantörer av kabel, kabelskåp, nätstation med mera. 26

34 7 Referenser 1. Elnätet - Svensk energi [Internet]. [citerad 26 april 2014]. Hämtad från: 2. Robustare elnät [Internet]. [citerad 12 maj 2014]. Hämtad från: 3. Almgren Å, Blomqvist H, Abdo-Walldén H, Henningsson E. Elkrafthandboken. Elkraftsystem, 2. Stockholm: Liber; Lokalnätstariffer - struktur och utformning Energimarknadsinspektionen [Internet]. [citerad 12 maj 2014]. Hämtad från: PM/rapporter-2011/lokalnatstariffer-struktur-och-utformning/ 5. Hemmingsson M, Lexholm M. Dimensioning of smart power grids for the future. Within ELFORSK Program Smart Grids [Internet]. [citerad 26 april 2014]. Hämtad från: Distribution/Rapporter/?rid=13_98_ 6. Brännlund G. Evaluation of two peak load forecasting methods used at Fortum [Internet] [citerad 12 maj 2014]. Hämtad från: 7. Dickert J, Schegner P. Residential load models for network planning purposes. Modern Electric Power Systems (MEPS), 2010 Proceedings of the International Symposium [Internet]. IEEE; 2010 [citerad 12 maj 2014]. s 1 6. Hämtad från: 8. Vägledning för dimensionering av ledningsnät för lågspänning : en handbok. Stockholm: SEK; Breaker Coordination WP.pdf [Internet]. [citerad 05 maj 2014]. Hämtad från: rex%20data%20center/abb%20breakers%20and%20panelboards/breaker%20co ordination%20wp.pdf 10. Kraftkabelhandboken. Falun: Ericsson Network Technologies; EBR - Svensk energi [Internet]. [citerad 12 maj 2014]. Hämtad från: Dimensionering av jordkabelnät : kommittérapport. Stockholm: Sv. elverksfören.;

35 _Katalog_Kabeldon_lagspanningsfordelningar_svensk_REV A_4.pdf [Internet]. [citerad 27 april 2014]. Hämtad från: 57c8a002b9c3c/$file/2013_Katalog_Kabeldon_lagspanningsfordelningar_svensk_R EV%20A_4.pdf 14. El-Info EL-Vis Dataprogram för elproffs! [Internet]. [citerad 10 juni 2014]. Hämtad från: SIB Data AB [Internet]. [citerad 10 juni 2014]. Hämtad från: 28

36 8 Bilagor Bilaga 1. Effektberäkningar med Velanders metod Abonnent Årsenergiförbrukning Mätarsäkring (kwh/år) (A) (kw) A , ,05 4,857 B , ,05 7,993 C , ,05 6,574 D , ,05 9,910 E , ,05 5,196 F , ,05 6,100 G , ,05 6,231 H , ,05 16,104 I , ,05 3,001 J , ,05 3,599 K , ,05 9,916 L , ,05 3,781 M , ,05 0,894 N , ,05 2,330 O , ,05 3,421 P , ,05 10,597 Q , ,05 8,695 Sammanlagrad effekt Nod Sammanlagringsfaktor Sammanlagrad effekt (kw) Kabelskåp 11 0,9 45,377 Kabelskåp 12 0,9 34,315 Kabelskåp ,231 Kabelskåp 14 0,9 25,797 Kabelskåp 15 0,8 23,467 Kabelskåp ,910 Kabelskåp 21 0,9 34,141 Kabelskåp 22 0,8 16,238 Kabelskåp 23 0,9 20,802 Kabelskåp 24 0,9 17,363 Kabelskåp ,695 Nätstation 0,9 71,566 29

37 Bilaga 2. Strömberäkningar Kabelsträckning Belastningsström (A) NSV kabel (A) Korrektionsfaktor samförläggning k Korrigerat NSV (A) Märkström vald säkring (A) D , , A ,8 52* B ,8 78 0,8 62,4 35 C , , E , , F ,8 78 0,8 62,4 35 G , , , H ,8 50* Nätstation 72, Q , , P , , N , O ,5 78 0,8 62, , I ,8 78 0,8 62,4 35 J ,8 78 0,8 62,4 35 K ,9 78 0,8 62,4 35 L ,1 52* 0,8 41, , M , Nätstation 54, *kopparkabel 30

38 Bilaga 3. Spänningsfallsberäkningar Spänningsfall per delsträcka Sträcka Effekt i Längd (m) Area Resistans Spänningsfall (V) kabel (W) (mm²) (Ω) D ,072 1, ,031 0,85 A * 0,220 2,96 B ,060 1,33 C ,120 2, ,034 2,22 E ,048 0, ,022 1,55 F ,090 1,53 G ,024 0, ,090 1, ,021 1,96 H * 0,073 3, ,049 6,23 Nätstation Q ,096 2, ,016 0,40 P ,078 2, ,023 1,09 N ,054 0,35 O ,090 0, ,016 0,95 I ,084 0,70 J ,036 0,36 K ,042 1,16 L * 0,110 1, ,058 2,60 M ,024 0, Nätstation ,067 6,35 *kopparkabel 31

39 Spänningsfall abonnent Abonnent Spänningsfall (V) Spänningsfall (%) (Ω) A 14,92 3,88 0,87 B 13,29 3,44 0,50 C 14,15 3,67 0,64 D 14,79 3,84 0,61 E 10,44 2,68 0,39 F 9,72 2,49 0,44 G 10,16 2,61 0,49 H 9,50 2,43 0,37 I 9,65 2,47 0,57 J 9,31 2,38 0,46 K 10,10 2,59 0,47 L 10,10 2,59 0,63 M 6,44 1,64 0,28 N 7,65 1,95 0,39 O 8,16 2,08 0,47 P 10,69 2,75 0,50 Q 11,11 2,86 0,76 32

40 Bilaga 4. Spänningsfall och förimpedans El-Vis Kabel Spänningsfall och förimpedans beräknat i El-Vis Abonnent Spänningsfall (%) (Ω) A 3,95 0,70 B 3,56 0,33 C 3,77 0,45 D 3,96 0,39 E 2,80 0,27 F 2,57 0,34 G 2,69 0,36 H 2,52 0,27 I 2,53 0,38 J 2,45 0,31 K 2,64 0,31 L 2,64 0,43 M 1,71 0,21 N 2,04 0,27 O 2,16 0,34 P 2,81 0,34 Q 2,93 0,38 33

41 Bilaga 5. Kontroll av säkringsvillkor Villkor 1: Villkor 2: Kabel Belastningsström (A) Korrigerat NSV (A) Märkström vald säkring (A) D , , A , B ,8 62,4 35 C , , E , , F ,8 62,4 35 G , , , H , , Nätstation Q , , P , , N , O ,5 62, , I ,8 62,4 35 J ,8 62,4 35 K ,9 62,4 35 L ,1 41, , M , Nätstation 54,

42 Bilaga 6. Ekonomisk area Kontroll av ekonomisk area Kabelsträckning Belastningsström (A) Area (mm²) Ekonomisk area (A/mm²) D ,9 25 0, , ,1 A ,8 10* 0,8 B ,8 25 0,5 C ,5 25 0, , ,3 E ,3 25 0, , ,3 F ,8 25 0,4 G ,0 25 0, ,0 50 0, , ,4 H ,8 16* 1, Nätstation 72, ,5 Q ,0 25 0, , ,1 P ,0 25 0, , ,2 N ,7 25 0,1 O ,5 25 0, , ,2 I ,8 25 0,2 J ,8 25 0,2 K ,9 25 0,6 L ,1 10* 0, ,0 95 0,3 M ,4 25 0, Nätstation 54, ,4 *kopparkabel 35

43 Bilaga 7. Maxeffekt, spänningsfall och förimpedans från nätägarens NIS. Abonnent (kw) Spänningsfall (%) (Ω) A 6 2,95 0,713 B 5,5 2,78 0,624 C 7,8 3,19 0,752 D 11,3 3,74 0,825 E 3,2 2,08 0,492 F 6,3 1,99 0,495 G 7,5 2,35 0,590 H 12,5 1,11 0,407 I 3,9 1,00 0,497 J 2,2 0,97 0,468 K 11,2 1,44 0,531 L 4,8 1,64 0,701 M 1,2 0,22 0,604 N 2,5 0,24 0,473 O 1,6 0,4 0,455 P 7,5 1,05 0,697 Q 6,0 0,87 0,671 36

44 Bilaga 8. Ledningslista El-Vis 37

45 38

46 Bilaga 9. Materialsammanställning Material Kabelskåp Nr skåp Beställn. Nr Antal Material kabelskåp M Antal moduler EBR-nummer Skåp 11 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 300 jord E CDC 440 N/A Skåp 12 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 300 jord E CDC 440 N/A Nr skåp Beställn. Nr Antal Material kabelskåp M Antal moduler EBR-nummer Skåp 13 E AD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E CDC 420 N/A 9 Skåp 14 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 300 jord E CDC 440 N/A 39

47 Nr skåp Beställn. Nr Antal Material kabelskåp M Antal moduler EBR-nummer Skåp 15 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 300 jord E CDC 440 N/A Skåp 16 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E CDC 420 N/A 12 Nr skåp Beställn. Nr Antal Material kabelskåp M Antal moduler EBR-nummer Skåp 21 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 300 jord E CDC 440 N/A 26 Skåp 22 E AD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E CDC 420 N/A 18 40

48 Nr skåp Beställn. Nr Antal Material kabelskåp M Antal moduler EBR-nummer Skåp 23 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 300 jord E CDC 440 N/A 25 Skåp 24 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E SLD E AD 300 jord E CDC 440 N/A 22 Nr skåp Beställn. Nr Antal Material kabelskåp M Antal moduler EBR-nummer Skåp 25 E AD E AD 300 jord E SLD E AD 70 jord 0 0 N/A E CDC 420 N/A 12 41

49 Kabellängder Typ Fabrikat Beställn. Nr Ledararea Approximerad kabellängd (totalt) SE-N1XV-AS Eriksson E G m Eriksson E G95 180m SE-N1XV-AR Eriksson E G50 140m Eriksson E G25 725m Där befintlig kopparkabel finns förlagd in till fastigheten används N1XV-U 10mm² (Cu)som skarvas med befintlig istället för N1XV-AR 25mm². Högspänningskabel med tillbehör Typ Fabrikat Beställn. Nr Ledararea Approximerad kabellängd (totalt) SE-N24XC7T5E-AR Ericsson AXAL-TT PRO E x95/ m Tillbehör HSP/LSP Typ Beställn. Nr Antal EBR Kabelavslut utomhus 24 kv, inkl skuvkabelsko SOT S2 E Ventilavledare MWK 20-A2 E Ventilavledarfäste Stolpe 3-pol E Ventilavledarfäste friledningsklämmor FKFB E Friledningsklämma FK 120 E Universalklämma stolpmontage UKRS 90 E Kabelskarv 24 kv, prefab varmkrymp SOJ HSTS E Kabelavslut inomhus 24 kv, inkl skuvkabelsko SOT S2 E Lastfrånskiljare nätstation utgående LSP SLD 2 E

50 Material säkringar Nr skåp Beställn. Nr Typ Material Antal Skåp 11 E Knivsäkring 125 A 3 E C00 Knivsäkring 35 A 3 Skåp 12 E Knivsäkring 100 A 3 E C00 Knivsäkring 35 A 3 Skåp 13 E C00 Knivsäkring 35 A 3 Skåp 14 E Knivsäkring 80 A 3 E C00 Knivsäkring 35 A 3 Skåp 15 E C00 Knivsäkring 35 A 3 E C00 Knivsäkring 35 A 9 Skåp 16 E C00 Knivsäkring 35 A 3 Skåp 21 E Knivsäkring 125 A 3 E Knivsäkring 63 A 3 E C00 Knivsäkring 35 A 3 Skåp 22 E C00 Knivsäkring 35 A 12 Skåp 23 E Knivsäkring 80 A 3 E C00 Knivsäkring 35 A 6 Skåp 24 E C00 Knivsäkring 35 A 3 1 Knivsäkring 63 A 3 Skåp 25 E C00 Knivsäkring 35 A 3 Nätstation E Knivsäkring 160 A 3 E Knivsäkring 160 A 3 Övrigt material Beställn. Nr Typ Material Antal E KSPS 6 Markeringsstänger 11 E S 300/50 Kabelskydd 300mm 50m 27 E S 150/50 Kabelskydd 125mm 50m 20 E DVK 110 Kabelskyddsrör SRN Yd 110mm 6m 4 E DVK 50 Kabelskyddsrör SRN Yd 50mm 6m 1 43

51 Bilaga 10. Stolp- och regelkonstruktioner Stolpkonstruktioner Stolp ID Sektion Nedgrävningsdjup Stolpdimension Avst. RUK - mark Regeltyp #1 1 0,00 2,1 G 12,0 9, ,79 2,0 G+1 11,0 8, ,11 2,0 G+1 11,0 8, ,89 2,0 G+1 11,0 8, ,43 2,0 G+1 11,0 8, ,08 2,0 G+1 11,0 8, ,81 2,0 G+1 11,0 8, ,99 2,0 G+1 11,0 8, ,17 2,0 G+1 11,0 8, ,57 2,0 G 11,0 8, ,60 2,0 G 10,0 7, ,89 2,1 G 12,0 9, ,18 2,0 G 10,0 7, ,59 2,0 G 11,0 8, ,21 2,0 G 11,0 8, ,44 2,0 G 11,0 8, ,91 2,1 G 12,0 9, ,89 2,0 G 11,0 8, ,63 2,0 G 11,0 8, ,18 2,0 G+1 11,0 8, ,60 2,0 G+1 11,0 8, ,58 2,0 G+1 11,0 8, ,56 2,0 G+1 11,0 8, ,11 2,0 G 11,0 8, ,78 2,0 G 10,0 7, ,63 2,0 G 11,0 8, ,17 2,0 G+1 11,0 8, ,74 2,0 G+1 11,0 8, ,98 2,0 G+1 11,0 8, ,37 2,0 G+1 11,0 8, ,35 2,0 G+1 11,0 8, ,12 2,0 G+1 11,0 8, ,80 2,0 G+1 11,0 8, ,61 2,0 G+1 11,0 8, ,59 2,0 G+1 11,0 8, ,88 2,0 G 11,0 8, ,78 2,0 G 11,0 8, ,16 2,0 G 11,0 8, ,50 2,0 G 11,0 8, ,70 2,0 G 11,0 8, ,19 2,0 G+1 11,0 8, ,67 2,0 G+1 11,0 8, ,63 2,1 G 12,0 9, ,22 2,0 G 11,0 8, ,71 2,0 G+1 11,0 8, ,20 2,0 G 11,0 8, ,46 2,0 G 11,0 8,

52 ,95 2,0 G 11,0 8, ,44 2,1 G+1 13,0 10, ,70 2,1 G+1 12,0 9, ,08 2,1 G+1 12,0 9, ,14 2,1 G+1 12,0 9, ,08 2,1 G 12,0 9, ,52 2,0 G 11,0 8, ,60 2,0 G 11,0 8, ,72 2,0 G+1 11,0 8, ,35 2,0 G 11,0 8, ,38 2,0 G 11,0 8, ,95 2,0 G 11,0 8, ,80 2,0 G 11,0 8, ,48 2,0 G 11,0 8, ,27 2,1 G+1 12,0 9, ,23 2,0 G 11,0 8, ,77 2,1 G+1 13,0 10, ,26 2,1 G 12,0 9, ,79 2,1 G 12,0 9, ,74 2,0 G 11,0 8, ,30 2,0 G+1 11,0 8, ,43 2,1 G 12,0 9, ,39 2,0 G+1 11,0 8, ,18 2,0 G 11,0 8, ,23 2,0 G 11,0 8, Regelkonstruktioner EBR-konstruktion Material Beställn. nr Antal EÄA 21/B Regelsats 2133K E Spännlinhållare sats E Ljusbågsskydd sats spännkedja E ERA 21/B EVA21/B Regelsats 2123K E Najspiral sats topp E Ljusbågsskydd sats stödisolator E EBR-sats 0032 för vinkel E EAA 21/B Regelsats 2122K E Najspiral sats topp E EVA 22/B Regelsats 2127K E Hänglinhållare E Ljusbågsskydd sats spännkedja E Stagtyp Utlägg Antal Ändstag 2 S/3 10 Vinkelstag 2 S/

53 Bilaga 11. Tabeller SEK Handbok 421, SS

54 47

55 Bilaga 12. I 2 t-värden för säkringar av fabrikat IFÖ Notera att spänningsmärkningen på säkringen (500 V) anger vilken spänning en smält säkring kan motstå. Märkningen avgör alltså hur bra säkringen kan släcka den interna ljusbågen. 48

56 Bilaga 13. Tabellvärden ur SS Tabell 1 Transformatorns märkeffekt (kva) Impedans vid jordslutning (mω) , ,25 Tabell 2 c) SE-N1XV Ledararea (mm²) Impedans vid 55 C och jordslutning (mω/m) 10 Cu 4,18 16 Cu 2,63 25 Al 2,74 50 Al 1,47 95 Al 0, Al 0, Al 0,324 f) ALUS Ledararea (mm²) Impedans vid 55 C och jordslutning (mω/m) 4 x 25 2,74 4 x 50 1,47 4 x 95 0,747 49

57 Bilaga 14. Stolpplaceringar AvCAD 50

58 51

59 52

60 53

61 54

62 55

63 56

64 57

65 58

66 59

67 60

68 61

69 62

70 Bilaga 15. Datablad lågspänningskabel 63

71 Bilaga 16. Datablad högspänningskabel 64

72 Bilaga 17. Datablad belagd luftledning 65

73 Bilaga 18. Datablad högspänningssäkring 66