Optimering af forsyningsnettet...* Optimeringafforsyningsnettet* Dato:2013F16F12* * * * * Side 1 af 47* Titelblad)) ) • Forfatterens navn David Lykkegaard Clausen • Titel Optimering*af

N u k i s s i o r f i i t P o s t b o k s 9 6 3 9 1 2 M a n i i t s o q

David Clausen V09860 Bachelorprojekt Aarhus maskinmesterskole 2013-‐16-‐12

Optimering af forsyningsnettet

-‐Spændingskvalitet

Optimering af forsyningsnettet Dato: 2013-‐16-‐12

Side 1 af 47

Titelblad

• Forfatterens navn

David Lykkegaard Clausen

• Titel

Optimering af forsyningsnettet -‐Spændingskvalitet

• Projekttype

Bachelorprojekt

• Fagområde

El, Energi, Økonomi og Management

• Placering i uddannelsesforløbet

6. Sem

• Uddannelsesinstitution

Aarhus maskinmesterskole

• Vejleder

Anders Parbo

• Afleveringsdato

16/12-2013

• Antal normalsider

27,4


Side 2 af 47

Forord

Bachelorprojektet er udarbejdet i samarbejde med Grønlands energitjeneste Nukissiorfiit1,

hvis mål er at levere en pålidelig og miljøbevidst energiforsyning til det grønlandske samfund.

Bachelorprojektet er udarbejdet med fokus på optimering af forsyningsnettet efter ti ugers

praktikophold hos Nukissiorfiit i Maniitsoq.

Formålet med bachelorpraktikken er, af Aarhusmaskinmesterskole defineret således:

”Den studerende skal ved at drage sammenhænge mellem erfaring, praktiske færdigheder og

teoretisk viden kunne identificere og analysere problemstillinger, der er centrale i forhold til

professionen som maskinmester.”

Formålet med Bachelorrapporten er at efterkomme undervisningsplanen for 6. Semester

samt vise at den studerene kan identificere og analysere konkrete problemstillinger.

Ydermere skal rapporten give konkrete optimeringsforslag, som kan anvendes i Maniitsoqs

forsyningsnet.

Denne rapport indeholder blandt andet spændingskvalitetsmålinger, hvilke Jeg har brugt

mange timer på at analysere. Desværre har jeg ikke den tilstrækkelig

baggrundsviden/erfaring til at kunne lave præcise udregninger, der viser konsekvensen af

dårlig spændingskvalitet. Derfor belyses kun generelle fordele ved at forbedre

spændingskvaliteten.

Rapporten er udarbejdet i samarbejde med Nukissiorfiit, ABB Danmark og

Aarhusmaskinmesterskole. Derfor takkes følgende personer for deres bidrag:

Nukissiorfiit

Seth Lyberth

Casper Clausen

Marianne Begtrup

ABB Danmark

Martin N Jensen

Aarhusmaskinmesterskole

Anders Parbo

1 http://www.nukissiorfiit.gl/?lang=da (Nukissiorfiit)


Side 3 af 47

Læsevejledning

Rapporten indledes med en beskrivelse af Maniitsoq, og de specielle driftsforhold, der

forefindes i Grønland. Herefter analyseres byens transformerstationer med fokus på

belastningsgrad samt kobber-‐ og tomgangstab. Ved hjælp af driftsrapporter fra 1999-‐2013

belyses elforbrugets udvikling. På baggrund af analysen udvælges to transformerstationer

N002 og N015. Der udarbejdes en spændingskvalitetsrapport samt et optimeringsforslag til

de to transformerstationer. Rapporten afsluttes med en konklusion samt en perspektivering,

der giver ideer til nye projekter/optimeringsmuligheder. Rapporten kan læses uden bilag.

Ordforklaring

N001-N022 - Transformersttioner (Netstationer)LSP-ring - LavspændingsringHL001-HL027 - Højvoltsforsyningsleder P - EffektP0 - TomgangstabPCu - Kobbertabptrafo - Samlet transformertabPkabel - kabeltab Uk - Kortslutningsspænding Cos øk( ) - Faseforskydningsvinkel I1

1

- Fuldlaststrøm

Ib - BelastningsstrømImax - Max belastningsstrøm Ikabel - Kabel strøm m - Belastningsgrad moptimal - Optimal belastningsgrad ηm - Virkningsgrad L - kabel længde R20 - Modstand per fase (20°C)R t - Aktuel modstand PF - Power factorHz - Frekvens Un - Spænding Udyk - Spændingsdyk Unbal .Vn% - UbalancePlt - FlickerTHDU% - Total harmonic destriction spænding THDI% - Total harmonic destriction strøm Fraktil - Beskriver statistik afgrænsning af en vis andel af en mængde observationeSFOC - Det specifikke brændstofforbrug


Side 4 af 47

Abstract David Lykkegaard Clausen, marine engineer at Aarhus School of Engineering, authors this

bachelor project. The report was compiled during a ten-‐week internship at the energy supply

company Nukissiorifiit in Maniitsoq located on the West coast of Greenland. Nukissiorfiit

want to provide a reliable energy supply that is also in consideration of the environment to

Greenland.

The report deals with the optimization of electricity transmission, and distribution grid, as

well as power quality. The electricity consumption in Maniitsoq will be analysed and

evaluated due to operation reports from 1999-‐2013, which led to identification of two

transformer stations, which cause Nukissiorfiit an unnecessary economic impact due to poor

loaded transformers. Furthermore, the power quality has been measured with the Fluke 345

power quality analysis to ensure that power quality meets the Danish Standard

Recommendation 16.

The power quality is better than expected, which is positive but the THD (Total Harmonic

Destriction) exceed in some cases the standard limits. The report contains, among other

things, proposals for a choice of frequency converter, so that the THD problem doesn’t

increase. Furthermore, it contains optimization suggestions concerning replacement,

extinguishing, or reduction of transformers, resulting in reduced power losses. It is important

to point out, that transforms consume power 24 hours per day throughout the year, so even

small power losses results in economic impact.


Side 5 af 47

Resume

Dette bachelorprojekt er udarbejdet af David Lykkegaard Clausen, maskinmesterstuderende

på Aarhus maskinmesterskole. Rapporten er lavet under et ti ugers praktikophold hos

energiforsyningsvirksomhed Nukissiorifiit i byen Maniitsoq, beliggende på grønlands

vestkyst. Nukissiorfiit ønsker at levere en pålidelig og miljørigtig energiforsyning til det

grønlandske samfund.

Rapporten omhandler optimering af transmissions-‐ og distributionsnet samt

spændingskvalitet. Ved hjælp af driftsrapporter fra 1999-‐2013 analyseres og vurderes

elforbruget i Maniitsoq. Dette medførte udvælgelse af to transformerstationer, der påfører

Nukissiorfiit en unødvendig økonomisk belastning grundet dårligt belastede transformere.

Ydermere måles spændingskvaliteten med Fluke 345 power quality analyzer for at sikre, at

spændingskvaliteten overholder den Danske Standard Rekommandation 16.

Spændingskvaliteten er bedre end forventet, hvilket er positivt, men THD (Total Harmonic

Destriction) overskrider uheldigvis i nogle tilfælde standardens grænseværdier. Rapporten

indeholder blandt andet forslag til valg af frekvensomformere således THD-‐problemet ikke

forværres. Ydermere indeholder den optimeringsforslag omhandlende udskiftning, slukning

eller reduktion af transformere, hvilket medfører mindre effekttab. Det er vigtigt at påpege, at

transformerer forbruger energi 24 timer per dag hele året, så selv mindre effekttab medfører

en økonomiske belastning.


Side 6 af 47

Indholdsfortegnelse

Forord ......................................................................................................................................... 2

Læsevejledning ........................................................................................................................... 3

Abstract ...................................................................................................................................... 4

Resume ....................................................................................................................................... 5

Problemformulering .................................................................................................................... 7 Afgrænsning ....................................................................................................................................................................................... 7 Metode .................................................................................................................................................................................................. 7 Organisation ............................................................................................................................... 9

Analyse ..................................................................................................................................... 10 Nedlagte transformerstationerne ......................................................................................................................................... 10 Belastningsgrad ............................................................................................................................................................................. 12 Transformertab ............................................................................................................................................................................. 13 Forsyningssikkerhed ................................................................................................................................................................... 14 Elforbrugets udvikling ................................................................................................................................................................ 16 Delkonklusion Analyse ............................................................................................................................................................... 18

Spændingskvalitet ..................................................................................................................... 19 Power faktor ................................................................................................................................................................................... 19 Spændinger ..................................................................................................................................................................................... 19 Ubalance ........................................................................................................................................................................................... 20 Flicker ................................................................................................................................................................................................ 20 (THDV/THDI) ................................................................................................................................................................................. 20 Opsummering af krav ................................................................................................................................................................. 23 Vurdering .................................................................................................................................. 24 N015 (dobbeltøen) ...................................................................................................................................................................... 24 N002 Fiskefabrikken ................................................................................................................................................................... 25

Målinger ................................................................................................................................... 28 N014 Syghuset kontrolmåling ................................................................................................................................................ 29 N015 dobbeltøen .......................................................................................................................................................................... 30 N002 fiskefabrikken .................................................................................................................................................................... 31

Optimerings forslag ................................................................................................................... 33 N015 Dobbelt ø .............................................................................................................................................................................. 34 N002 Fiskefabrik .......................................................................................................................................................................... 36 Øvrige optimerings forslag ....................................................................................................................................................... 37 Nyt Erhvervsområde .................................................................................................................. 39

Økonomi ................................................................................................................................... 41

Konklusion ................................................................................................................................ 43

Perspektivering ......................................................................................................................... 45

Litteraturliste ............................................................................................................................ 46

Bilagsliste .................................................................................................................................. 47


Side 7 af 47

Problemformulering

Der er fra Nukissiorfiits side ytret ønske om at få beregnet Maniitsoqs samlede

transmissions-‐ og distributionsnetstab og i den forbindelse også få anskueliggjort eventuelle

optimeringsmuligheder. Rapporten tager udgangspunkt i den normale driftssituation.

Ud fra ovenstående rejser sig følgende hoved-‐ og underspørgsmål:

• Kan transmissions-‐ og distributionsnettab minimeres?

o Hvordan nedbringes tomgangs-‐ og kobbertab i transformer?

o I hvilken grad påvirkes el-‐nettet af moderne elektronik (spændingskvalitet)?

o Skal det nye erhvervsområde2 forsynes af egen transformerstation?

Afgrænsning

Eventuel elproduktion fra nødelværket, som vil kunne påvirke transmissions-‐ og

distributionsnetstab vil ikke blive inddraget i denne rapport.

Oplægningsmetodes indflydelse på kabeltabet vil ikke blive undersøgt.

Havelektrodernes indflydelse på beskyttelse imod indirekte berøring BIB vil ikke vurderet.

Metode

Indsamlet data (Spændingskvalitetsmålinger) og driftsrapporter skal vurderes og analyseres,

således der kan skabes overblik over de forskellige tab samt skabe indblik i den nuværende

driftssituation. Med udgangspunkt i denne analyse behandles forskellige

optimeringsmuligheder, og der udarbejdes et forsyningsforslag til det nye erhvervsområde.

2 Se afsnit: Nyt erhvervsområde


Side 8 af 47

Indledning

Maniitsoq3 er Grønlands femte største by med 3000 indbyggere, og

byen ligger på en større ø i Vestgrønland. Grønlands energitjeneste

Nukissiorfiit står for den daglige drift/vedligeholdelse af byens

kraftvarme-‐ og fjernvarmeværk samt vandværk. Byen er 100%

afhængig af fossilbrændsel, da et vandkraftværk er en enorm

investering sammenlignet med byens størrelse. Dog har flere

private investeret i mindre solcelleanlæg.

Vedvarende energi, såsom vandkraft, vindmøller og solceller, stjæler ofte opmærksomheden,

når en virksomhed/land ønsker at reducere deres miljøpåvirkning. Men der er andre

alternativer, som også kan give en miljømæssig og økonomisk gevinst. Af særlig interesse er

produkter, som distributionstransformerne, der forbruger energi alle årets timer,

hvilket er særdeles aktuelt i Grønland, hvor en stor del af elforsyning kommer fra store

dieseldrevet 4-‐takts motorer. Det må forventes, at udgifter til brændstof fortsætter med at

stige, hvilket gør nødvendigheden af at udnytte energieffektive produkter særdeles aktuel.

Det isolerede forsyningsnet i Maniitsoq har lavet kortslutningsniveauer og er derfor et ”svagt

net”, der let påvirkes af dårlig spændingskvalitet. Dårlig spændingskvalitet omfatter

påvirkninger af forsyningsnettet, der afviger fra den normale drift. Denne rapport har fokus

på harmoniske svingninger, der har påvirket forsyningsnettet, lige siden de allerførste

generatorer blev installeret tilbage i 1960’erne. På daværende tidspunkt var belastningerne

en mere simpel lineær belastning, så påvirkningerne af forsyningsnettet var uden betydning.

Belastningssituationen har ændret sig meget og er i dag en mere kompliceret ikke-‐lineær

belastning. Dette stiller nye krav til forsyningsnettet, som i større grad påvirkes af

harmoniske svingninger. Bjørn Godske fra Aalborg Universitet beskriver denne tendens

således: ”Motorstyringer, solceller, computere og andre komponenter med indbygget

effektelektronik sender harmoniske overtoner ud i det danske elnet. Når der er få af sådanne

komponenter, mærker vi det ikke, men i takt med at mængden af elforbrugende og -‐

producerende apparater er steget, så er risikoen for, at de harmoniske overtoner kan gøre nettet

ustabilt eller ligefrem ødelægge andre apparater, skudt i vejret.”4

3 Google Earth satellitbillede 4 http://ing.dk/artikel/aalborg-‐forskere-‐skal-‐daempe-‐svingninger-‐pa-‐elnettet-‐135060 (Aalborg-‐forskere skal dæmpe svingninger på elnettet)

Figur 1: Maniitsoq


Side 9 af 47

Organisation

Organisationsstrukturen i Nukissiorfiit er fornylig blevet tilpasset. Blandt andet er

økonomiafdelingen blevet ”nedlagt” og fordelt ud i organisationsstrukturen (se røde

markeringer i nedstående figur 25. Blandt andet er der blevet udarbejdet ”fordelagtige”

indkøbsaftaler med forskellige relevante firmaer, som distrikterne skal følge, når de bestiller

nye varer/reservedele. Der er i alt fem distrikter, figur 2 viser det distrikt Maniitsoq er en del

af markeret med den blå ramme.

5 http://www.nukissiorfiit.gl/nukissiorfiit/organisation/?lang=da (Organisation)

Distrikt Chef

Sisimiut Maniitsoq

Teamleder Marianne Begtrup

Karftvarmeværk Casper Clausen

Vandværk John Ivarsen

Varmeværk Per Jakobsen

Linjeafdeling Seht Lyberth

ENERGIDIREKTØR

IT KOMMUNIKATION

CONTROLLER

ADMINISTRATIONS-DIREKTØR

TEKNISK DIREKTØR

INDKØB

Projektafdeling DistrikterProduktion og

distribution

HR Regnskab

JURA

SEKRETARIAT

Elmyndighed

Økonomi

Figur 2 Organisationsstruktur


Side 10 af 47

Analyse

Nedlagte transformerstationerne

Det blev for flere år siden vedtaget, at det ikke kunne svare sig at renovere netstation N0126,

så den blev nedlagt og højspændingskablet blev muffet. Boligområdet forsynes nu fra

netstation N010, hvilket har reduceret det samlede transformertab, og belastningsgraden på

N010 er blevet bedre. Derudover er netstation N003 blevet flyttet helt ud på havne (N019),

hvor de store forbrugere ligger. Det har reduceret tabet i distributionsnettet, samt givet et

acceptabel spændingsfald. Nedstående figur 3 viser alle Maniitsoqs transformerstationer,

hvor N003 er blevet til N019 og N012 er helt fjernet. Derudover er nødelværk 1 og 2 nedlagt,

se figur 37.

6 se bilag 21.1 7 Maniitsoqs arkiv

Figur 3 Koblingsdiagram


Side 11 af 47

Driftsrapport

Alle transformerstationer i Maniitsoq er udstyret med en Kamstrup

351 Combi energimåler (figur 4). Disse målere bliver hver måneden

fjernaflæst, og forbruget samt maksimaleffekt bliver noteret i

driftsrapporten. Bilag 2 tager udgangspunkt i driftsrapport 2013, dog

er december måned overført fra 2012.

I bilag 4.1 og 4.4 er aflæsningerne fra energimålerne omregnet til en

gennemsnitlig månedlige belastningsstrøm. Nedstående figur 5 illustrerer, hvordan de

forskellige transformerstationer er belastet. Der ses, at transformerne er overdimensioneret i

forhold til belastningen, hvilket øger forsyningssikkerheden, da der er mulighed for at øge

belastningen, hvis en eller flere transformere skulle fejle. Ulempen er et højt transformertab,

og en dårlig belastningsgrad. Der skal altså findes en fornuftig balance mellem

forsyningssikkerhed, tab og belastningsgrad.

Figur 5 Belastningsfordeling

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

N001

N002

N002

N003

N004

N005

N006

N006

N007

N008

N009

N010

N011

N012

N013

N014

N015

N016

N017

N018

N019

N020

N021

N022

[A]

Netstation

Belastningsfordeling Belastningstrøm Max. Belastningsstrøm Transformer fuldlaststrøm

Figur 4 Kamstrup 351


Side 12 af 47

Belastningsgrad

For at opnå en høj virkningsgrad (98%-‐99%), skal en transformer være belastet korrekt.

Nedstående figur 6 viser belastningsgraden for transformerne i Maniitsoq. Udregningerne er

baseret på måleraflæsninger i december måned (Driftsrapport 2012) se eventuelt bilag 4.2 og

4.5. I december måned er elforbruget maksimalt i Maniitsoq. Belastningsgraden vil

selvfølgelig være lavere i sommerperioden, hvor forbruget er minimalt. Transformerstation

”N002” N011, og N014 har en særdeles fin belastningsgrad, hvilket medfører en høj

virkningsgrad. Men dette er desværre ikke tilfældet i de øvrige transformerstationer, der

tilsammen generer et stort tomgangstab.

Optimal belastningsgrad

m = PFePCu

Figur 6 Belastningsgrad

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

N001

N002

N002

N003

N004

N005

N006

N006

N007

N008

N009

N010

N011

N012

N013

N014

N015

N016

N017

N018

N019

N020

N021

N022

m [faktor]

Netstationer

Belastningsgrad Belastningsgrad december Optimal belastningsgrad belastningsgead juni


Side 13 af 47

Transformertab

I de fleste transformerstationer er tomgangstabet, som er konstant, større end kobbertabet.

Dette er ikke hensigtsmæssigt og af særlig interesse er transformerstation N015, hvor dette

tabsforhold er helt skævt, hvilket medfører en lav virkningsgrad. Som påpeget i indledningen,

forbruger distributionstransformerne effekt 24 timer i døgnet hele året. Således bliver selv

mindre effekttab til en større økonomisk belastning, hvilket blandt andet er tilfældet ved

transformerstation N015. Det samlede tomgangstab i Maniitsoq er 13,2 kW og er konstant.

Kobbertabet variere med belastningen, som er lav i sommeren perioden og høj i

vinterperioden. Derfor svinger det samlede kobbertab mellem 9,5-‐13,6 kW. I figur 7 ses det, at

N002 og N006 er ”dobbelte transformerstationer”. I N002 er der installeret to 630kVA

transformere, hvor begge er i drift. Betragtes N006, er der installeret to 400kVA

transformerer, hvor den ene er slukket for at reducere tomgangstab. Det vil formentlig også

være en fordel at slukke den ene 630kVA transformer, som forsyner fiskefabrikken. Som

beskrevet i ovenstående er N003, N012 og N020 nedlagte transformerstationer, derfor vises

de ikke i figur 7.

Selvom Grønland ikke er medlem af EU er nedstående citat af særlig interesse.

Martin N Jensen ABB Danmark ”Som tillægsinfo vil jeg lige sige at fra 1. Jan 2015 kommer der et nyt EU regulativ der sætter

krav til hvor høje tab transformere må have. i 2020 kommer der så yderligere en stramning.

Bare med første trin her i 2015 kan jeg se at mange af vores forsyningskunder kommer til at

skulle ha kigget på de tab de har i dag.”8

Figur 7 Transformertab

8 Uddrag fra mail (Martin N Jensen ABB Danmark)

0 500 1000 1500 2000 2500

[W]

Netstationer

Transformertab Tomgangstab kobbertab vinter kobbertab sommer


Side 14 af 47

Forsyningssikkerhed

Det er selvfølgelig særdeles vigtigt, at prioritere forsyningssikkerhed højt i en by som

Maniitsoq, da forsyningsnettet af geografiske årsager ikke er koblet sammen med andre byer

eller lande. Det er klart, at en længerevarende strømafbrydelser vil skabe store problemer,

specielt i vinterperioden, hvor vand-‐ og kloakrør vil fryse uden varme kabler. Derfor er der i

byen flere ringforbindelser både på transmissionsnettet (10kv) og distributionsnettet (0,4kv).

Der er kun få radialforbindelser.

Transmissionsnettet

Figur 8 er et eksempel på, hvordan 10kV kabler ofte blive fremført i

kabelstål sammen med fjernvarmerør. Henrik Scharf Product Manager hos NKT cables a/s:

”NKT har ikke nogle studier over kabeltab, når de er omgivet af kabelstål

eller andre former for jern.

Men generelt kan man sige, at :

• 3 leder kabel, der er symmetrisk belastede, ikke giver nogen

problemer.

• 1 leder kabel usymmetrisk belastet vil give et problem og kan ikke anbefales.

• 3 ledere usymmetrisk belastning, kan heller ikke anbefales.”9

Til ringnettet i Maniitsoq er der primært anvendt 3x50+16 PEX-‐CU eller 3x95+25 PEX-‐S-‐AL

på nye strækninger. Dette medfører et transmissionsnet, som kan belastes med meget højere

strømme, end de bliver normalt, hvilket giver mulighed for at forsyne flere transformationer

uden risiko for overbelastning af ringnettet. I bilag 5.2 er det samlede tab for 10 kV nettet

udregnet til 3832 watt, og transformertabet er 26,84 kW (bilag 4.4). Det ses også, at den totale

transporteret effekt er 1281,92 kW (bilag 4.4). I nedstående beregnes det totale tab i

transmissionsnet, hvilket er på niveau med transmissionstabet i Danmark, som er 2-‐3%10.

9 Uddrag fra mail NKT cables a/s (Henrik Scharf Product Manager) 10 http://energinet.dk/DA/KLIMA-‐OG-‐MILJOE/Energinetdks-‐miljoepaavirkninger/Miljoepaavirkninger-‐ved-‐transport-‐af-‐el/Sider/Tab-‐i-‐elnettet.aspx (tab i elnettet)

Transmissionstab Maniitsoq

%tab =Pkabel + Ptrafo

∑P⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

*100 ⇒3832 + 26,84 *103( )

1281,92 *103

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟ = 2,4%

Figur 8 Kabler


Side 15 af 47

Distributionsnettet

Der er i Maniitsoq flere Lavspændings-‐ringe (LSP-‐ringe), der løbende forbedres og udbygges.

Dette medfører en særdeles høj driftsikkerhed, da det er muligt at forsyne konkrete

byområder fra flere forskellige transformere. Distributionsnettene præges desuden af

omlægninger af luftleder til isoleret kabeler, beskyttet af kabelstål se figur 9. Deraf følger en forøget

konstant produktion af reaktiv effekt.

Distributionsnetstab er ikke toretisk beregnet i denne rapport, da der er mange variabler, der

gør udregningen særdeles kompliceret. Dog er distributionsnettet overdimensioneret i

forhold til den aktuelle belastningsstrøm, derfor vurderes det at distributionstabet i

Maniitsoq ikke er over det Danske niveau på 5%11. Det er specielt en fordel at

overdimensionere distributionsnettet for at reducere kabeltab. Nedstående figur x viser

udviklingen af tab i transmissions-‐ og distributionsnettet i Danmark.

Figur 9 Transmissions-‐ og distributionsnetstab i Danmark

11 http://energinet.dk/DA/KLIMA-‐OG-‐MILJOE/Energinetdks-‐miljoepaavirkninger/Miljoepaavirkninger-‐ved-‐transport-‐af-‐el/Sider/Tab-‐i-‐elnettet.aspx (tab i elnettet)


Side 16 af 47

Elforbrugets udvikling

Figur 10 viser fremstillingsåret på

Maniitsoqs transformerstationer, hvor

det ses, at størstedelen er fra

1980erne. Derfor er disse

transformere selvfølgelig også

dimensioneret til den drift situation,

som var aktuel på daværende

tidspunkt. Derudover skulle

transformerer også kunne klare

fremtidens stigende elforbrug.

I dag er situationen helt omvendt.

Ældre strømkrævende produkter

bliver udskiftet til mere energieffektive produkter for at skåne miljø og økonomi. Der er

blevet installeret: a-‐klasse køleskabe, led-‐belysning, energieffektiv elektronik, a-‐klasse

cirkulationspumper og meget mere. Selvfølgelig vil den økonomiske krise (2008) samt et

holdningsskift i befolkningen også kunne påvirke elforbruget.

En anden faktor er de populære solcelleanlæg, hvis effekt allerede nu viser sig i det danske

elforbrug. Nedstående uddrag er fra artiklen Forbrug i Danmark fra energinet.dk

sidst opdateret 24. oktober 2013.

”Elforbruget i Danmark faldt i samme periode (2012) med 1 %, hvilket bl.a. kan forklares ved en

markant stigning i produktionen fra solceller under 6 kW, idet disse anlæg ikke vises som en

produktion i Energinet.dk's system, men som et fald i forbrug.” 12

Disse erfaringer kan overføres til Maniitsoq, da den høje kWh-‐pris gør solcelleanlæggene

særdeles attraktive og medfører en kort tilbagebetalingstid. Det må derfor forventes, at flere

private i fremtiden vælger denne forsyningsløsning.

På de næste side illustreres elforbrugets udvikling i Maniitsoq og der refereres til bilag 6.

12 http://energinet.dk/DA/KLIMA-‐OG-‐MILJOE/Miljoerapportering/Sider/Forbrug-‐i-‐Danmark.aspx (Forbrug i Danmark)

14%

5%

5%

9%

5%

14%

33%

10% 5%

Fremstillingsår

1969 1971 1978 1980 1983 1984 1985 1990 1998

Figur 10 Fremstillingsår


Side 17 af 47

Betragtes ”beboelseselforbruget”, der også omfatter kommunale bygninger, som sygehus og

bibliotek, har tendensen været faldende siden 2008. Udviklingen er illustreret i figur 11.

Figur 11: Totalforbrug beboelse

Fiskefabrikken og andet industri i Maniitsoq betaler en særlig industritakst. Udviklingen er

illustreret i figur 12.

Figur 12: Totalforbrug industri

For at nedbringe elforbruget til gadelys, udskiftes Maniitsoqs gadelys til mere energirigtig led-‐

belysning, hvilket har medføret et stort fald i perioden 2012-‐2013. Det øgede forbrug siden

2009 skyldes byggemodning til nye boligområder. Udviklingen er illustreret i figur 13.

Figur 13: Totalforbrug gadelys

7800000 8000000 8200000 8400000 8600000 8800000

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

[kWh]

[År]

Beboelse Totalforbrug beboelse:

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

[kWh]

[År]

Industri Totalforbrug industri:

160000 162000 164000 166000 168000 170000 172000 174000

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

[kWh]

[År]

Gadelys Totalforbrug gadelys:


Side 18 af 47

Opsummeres overstående grafer, ses det, at totalforbrug i Maniitsoq er steget 358931 kWh

over 10 år. Årsagen til denne stigning skyldes nybyggeri og en øget produktion på

fiskefabrikken. En anden faktor er de populære solcelleanlæg og led-‐belysning, hvis effekt

viser sig som et fald i totalforbrug. Udviklingen er illustreret i figur 14.

Figur 14: Totalforbrug i perioden 2003-‐2013

Delkonklusion Analyse

Maniitsoqs transformerstationer er overdimensionerede, hvilket formentlig skyldes, at man i

80erne forventede et stærkt stigende elforbrug. Dog har disse stigninger vist sig at være

mindre end forventet og kombineret med flere faktorer, eksempelvis den økonomiske krise,

solcelleanlæg og flere energieffektive produkter, medfører dette at belastnings-‐ samt

virkningsgraden på mange af byens transformerstationer er særdeles lav. Et argument, som

forsyningssikkerhed vil ikke retfærdiggøre denne overdimensionering.

Der skal altså findes en fornuftig balance mellem forsyningssikkerhed, tab og belastningsgrad.

Ved eventuel udskiftning af transformer bør, man overveje om en mindre transformer vil

være acceptabel til den aktuelle belastning. Eventuel nybyggeri/nedrivning samt etablering af

solcelleanlæg skal selvfølgelig også indgå i denne vurdering.

Hele transmissionsnettet er dimensioneret med stort kabeltværsnit i forhold til de aktuelle

belastningsstrømme. Kombineret med den naturlige køling fra Maniitsoqs kolde klima, holdes

driftstemperaturen på 10kV nettet nede, hvilket medfører et beskedent transmissionstab

sammenlignet med distributionstab.

Maniitsoqs ældste transformer N006 og N022 er fra 1969’erne, men deres transformertab er

ikke stort sammenlignet med byens andre transformerer fra 1980’erne. Transformertabene

vil ikke stige over dens levetid, med mindre den belastes mere end navneskiltes værdier i en

længere periode, hvilket vil reducer dens levetid og forøge tabet. Alderen alene retfærdiggør

altså ikke en udskiftning af disse transformerer.

8600000 8800000 9000000 9200000 9400000 9600000 9800000 10000000

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

[kWh]

[År]

Totalforbrug Totalforbrug i perioden:


Side 19 af 47

Spændingskvalitet

I rekommandation nr. 16 fra DEFU er det beskrevet, hvilken spændingskvalitet, der skal

overholdes, i danske lavspændingsnet. Dårlig spændingskvalitet er en økonomisk belastning

for både forsyningsselskab samt kunde. Tabene i transmissions-‐ og distributionsnet vil stige,

maskiners virkningsgrad forringes, og generator samt transformer kan ikke udnyttes 100%.

Denne rapport har fokus på harmoniske svingninger.

Da der i Maniitsoq er en generel tendens til at overdimensionere alle komponenter i

forsyningsnettet, for at øge forsyningssikkerheden, er problemet med

dårligspændingskvalitet ikke ”synligt”, dog med undtagelse af fiskefabrikkens transformere.

Desværre forhindrer det overdimensionerede forsyningsnet ikke effekttab grundet dårlig

spændingskvalitet.

Derudover er et isoleret forsyningsnet, som i Maniitsoq et ”svagt net” med lave

kortslutningsniveauer. Dette vil medføre, at de harmoniske svingninger har en øget tendens

til at skabe svingninger i transmissions-‐ og distributionsnet, hvilket resulterer i øget effekttab.

Problemet med harmoniske svingninger er stigende. Moderne og mere avanceret elektronik

spækket med dioder og tyristor genererer en ikke-‐lineær belastning. Efterhånden som

effekten, de håndterer stiger, vil forvrængningen også få større betydning.

Power faktor

Er power faktoren (PF) lav, vil det øge strømmen væsentlig, hvilket medfører spændingsfald

og øget effekttab. I Maniitsoq er power faktoren ved varmekraftværkets PF = 0,97. Det er

forsyningsselskabets opgave at vurdere, hvilken PF, de vil acceptere. For eksempel er der

installeret kondensatorbatteri i transformerstation N014 (sygehuset), hvilket vil medføre en

høj PF over 0,97. Power faktoren i transformerstationer uden kondensatorbatteri vil

formentlig være under 0,97. Fluke anbefaler at PF ikke kommer under 0,9. Dog kan en lavere

PF for transformere med lav belastningsgrad accepteres, da investeringen i

kondensatorbatterier ikke er økonomisk forsvarligt.

Spændinger

• Leveringsspænding Un=230V ± 10%

• Spændingsdyk må ikke falde under 85% af den nominelle spænding

(0,85*230=195,5V)


Side 20 af 47

Ubalance

Asymmetriske belastninger medfører potentiel forskel imellem nul og PE samt

fasespændingsulighed, hvilket forstyrrer følsomt elektronik og nedsætter virkningsgraden af

elmotorer. Spændings asymmetrien skal være mindre end 2 % målt over en 10 minutters

periode indenfor en uges logning af installationen. Dette vil blive uddybet i afsnittet omkring

målinger fra side 28.

Flicker

Er uhensigtsmæssige spændingsfluktuationer, der giver en blinkende og ubehagelig

arbejdsbelysning samt øget tab i lysstofrørene. Flicker angives Plong trem (Plt) og bør højest

være 1.

(THDV/THDI)

Harmoniske svingninger er periodiske fordrejninger af spænding og strøm. Hver bølgeform

kan betragtes som en kombination af forskellige sinusbølger med forskellige frekvenser og

størrelser. Den totale mængde af harmoniske svingninger for spænding/strøm angives Total

Harmonic Destriction (THDV/THDI). Alle ikke lineære belastninger har et forvrænget

”sinusformet” strømforbrug, og genererer derfor harmoniske strømme. Anbefalet max værdi

for installation THDU max 8% spændingsharmoniske, og THDI max 15% strømharmoniske.

Svingninger/forvrængning kan øge strømmen i forsyningsnettet, som resulterer i højere

temperaturer i nulledere og distribution transformere.

Harmoniske strømme og spændinger Ordenstal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Frekvens 50HZ 100HZ 150HZ 200HZ 250HZ 300HZ 350HZ 400HZ 450HZ 500HZ 550HZ

Retning + -‐ 0 + + -‐ 0 + + -‐ 0

(+) Disse harmoniske er sjældent et problem, set som enkeltstående påvirkninger, men de skal

dog tages i betragtning da de bidrager til den samlede THD.

( -‐ ) Disse harmoniske er ofte et problem. De skal i høj grad tages i betragtning da de bidrager til

den samlede THD og samtidig kan påvirke installationer uhensigtsmæssigt, set som individuelle

påvirkninger.

( 0 ) Disse harmoniske er ofte et problem. De skal i høj grad tages i betragtning, da de bidrager

til den samlede THD og samtidig kan påvirke installationer uhensigtsmæssigt, set som

individuelle påvirkninger. Her menes der især som strømme, der summerer sig i nulledere.13

13 http://www.elma.dk/_da-‐DK/Nyheder/Kurser (Dansk El-‐forbund Instrument temadag Elinstallatør Kristian Lau Mikkelsen & Martin Melcher)


Side 21 af 47

Hvad skaber de harmoniske svingninger?

• It-‐systemer: computere, printere, fax…

• Belysning: lysstofrør, energispare pære, led…

• Erhver: uninterruptible powersupplies (UPS), lysbuesvejsere, lysbueovne, spot

svejsemaskiner…

• Power elektronik: omformere, ensrettere, inverteres (solcelleanlæg),

frekvensomformer…

• Harmoniske forstyrrelser kan også opstå/forstærkes, når en transformator går i

mætning

Hvad påvirkes af harmoniske svingninger?

• Transformerens tab øges samt risiko for mætning (lige-‐ordens harmoniske)

• Synkrone/asynkrone maskiner får nedsat virkningsgrad pga. temperaturstigninger

• Kablers ohmske modstand og dielektriske tab øges

• Funktionsproblemer med computer

• Temperaturstigninger i kondensator samt uønsket kredsløbsresonans

• For ringe nøjagtighed og upræcise målinger i regulatorer, relæer og tæller

Advarselstegn på harmoniske svingninger!14

• Overophedede nulledere

• Uforklarlig aktivering af afbrydere

• Net spændingsforvrængning

• Udstyrssvigt

• Interferens på kommunikationslinier

• Forøget tab ved direkte tilsluttede motorer

• Moment rippel fra direkte tilsluttede motorer

• Ujævn drift

14 http://www.emersonindustrial.com/en-‐us/egselectricalgroup/newsandevents/news/pages/introductiontok-‐ratedtransformers.aspx (An introduction to k-‐rated transformers)


Side 22 af 47

Der findes flere rapporter omhandlende harmoniske svingninger og effekttab. På

fiskefabrikken i Maniitsoq er der flere direkte tilsluttede elmotorer (få frekvensomformere),

som påvirkes af harmoniske svingninger/overtoner. Derfor er rapporten fra Dansk energi

analyse a/s omhandlende harmoniske overtoners betydning for tab i elmotorer af særlig

interesse, og der refereres derfor til følgende konklusion:

”Den væsentligste konklusion er, at målingerne giver et fingerpeg om, at en kraftig forvrængning

(THDU ca. 12%) kan forøge en motors tab med op til ca. 4 %, hvilket for denne motor svarer til

af størrelsesordenen 1% af mærkeeffekten.”15

Forvrængningen af det offentlige net i et industriområder vil normalt være omkring

THDV=2,65%. Standard/grænseværdier for Danmark/Europa (DEFU R16/IEC61000-‐2-‐4)

oplyser begge den maksimale grænseværdi for TDHU til 8%. ABB anbefaler en max TDHU på

5%. Derfor vil de harmoniske svingninger kun medføre et minimalt tab i fiskefabrikkens

elmotorer. Men betragtes transformerne N002, vil de harmoniske svingninger være med til at

øge belastningen, således forsyningsselskabet er nødsaget til at have to transformere i drift,

hvilket resulterer i væsentlige økonomiske tab.

Transformerer har en filtrerende virkning på harmoniske svingninger, således at en høj THD

på sekundærside vil være lavere på primærside. Det er nærmere beskrevet i følgende rapport:

CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Göteborg, Sweden 2001 (On Harmonic

Distortion in Power Systems)

Følgende konklusioner fra rapporten er af særlig interesse:

• ”Udbredelsen af harmoniske forvrængning, fra ikke-‐lineære belastninger ved lav

spænding niveau (0,4kV), kan gennem transformere ændre bølgeform og reducere THD.”

• ”Reduktion af de harmoniske tab med harmoniske filtre, i undersøgelsen i kapitel 5, var

ikke motiveret grundet høje finansielle investeringsomkostninger for filtrene.”

• ”Aktuel samspil mellem enkelt -‐og trefasede ikke-‐lineære belastninger reducerer den

samlede forvrængning.”16

Problemet med de harmoniske belastninger er således størst i distributionsnettet og af

mindre betydning i Transmissionsnettet. Det er bekosteligt at reducere harmoniske

svingninger med filtrer, derfor er det fornuftige at udnytte den THD-‐reducerende effekt fra

enkelt-‐ og trefasede ikke-‐lineære belastninger. 15 http://www.elforsk.dk/elforskProjects/342-‐030/342-‐030_Slutrapport.pdf. (harmoniske overtoners betydning for tab i elmotorer) 16 http://www.dee.hcmut.edu.vn/vn/bomon/bmhethong/tailieu/lvsaudh/tienganh/thesis-‐On%20Harmonic%20Distortion%20PS.pdf (On Harmonic Distortion in Power Systems)


Side 23 af 47

Opsummering af krav

Rekommandation 16 Spændingskvalitet i lavspændingsnet 4. udgave, August 2011 (DEFU)

• Netfrekvens skal være 50Hz ±1% målt, som et 10 sekunders gennemsnit

• Leveringsspænding Un=230V ± 10%

• Spændingsdyk må ikke falde under 85% af den nominelle spænding

(0,85*230=195,5V)

• Spændings usymmetrien skal være mindre end 2 %, som et 10 minutter gennemsnit

• Flicker angives Plong trem (Plt), og bør højest vær 1. Dog kan Plt over 1 accepteres for

en kort periode (få timer om ugen)

• THDU max 8% spændingsharmoniske målt, som et 10 minutter gennemsnit

(ABB/europæisk standard anbefale max 5%)

• THDI max 15% strømharmoniske målt, som et 10 minutter gennemsnit

• Transienter ingen grænseværdier fastlagt17

Udover ovenstående krav bør power faktoren for hver enkel transformerstation være høj.

• Transformerstationer med kondensatorbatteri PF ≥ 0,97.

Transformerstationer uden kondensatorbatteri PF ≤ 0,97.

Fluke anbefale at PF ikke kommer under 0,9

17 http://www.danskenergi.dk/~/media/Rekommandationer/rek_16_4.ashx. (Rekommandation 16 Spændingskvalitet i lavspændingsnet)


Side 24 af 47

Vurdering

N015 (dobbeltøen)

Det har før vist sig at være fornuftigt at nedlægge/flytte

transformerstationer (N012 og N003), se bilag 21.1. Dette kunne

også være tilfældet på dobbeltøen, hvor transformertabet er

særdeles højt. Dog ønskes den høje forsyningssikkerhed, som to

transformerer giver, bibeholdt. N015 forsyner et mindre

boligområde, hvilket medfører en særdeles lav belastningsgrad, og

kombineret med denne transformers stor tomgangstab, bliver

virkningsgraden uacceptabel.

En anden måde, at beskrive elforbrugets udvikling, er ved at betragte en specifik bydel. Af

speciel interesse er dobbeltøen, der er et af Maniitsoqs ydre beboelsesområder med

elforsyning af transformerstation N009 og N015. Området er unikt, da der ikke har været

noget nybyggeri, og der er ikke installeret solceller, så driftssituationen har været den samme

gennem mange år. Figur 16 viser en svagt faldende tendens siden 1999, hvilket må forventes

at forsætte. Tendensen kan formentlig overføres til byens andre beboelsesområder, se

eventuelt bilag 6.5. Udsvinget i 2010 var grundet en kortslutning i transformer N009, hvilket

øgede forbruget på N015. Ved eventuel udskiftning af transformer, bør man overveje om en

mindre transformer vil være acceptabel til den aktuelle belastning. Mulighederne for at

nedbringe tabet på dobbeltøen blive belyst i optimeringsafsnittet.

Figur 16 Elforbrugets udvikling på dobbeltøen

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

[kWh]

[År (december)]

Elforbrugets udvikling på dobbeltøen N009 N015 Total Tendenslinje

Figur 15: T-‐T ASEA tørtransformer


Side 25 af 47

N002 Fiskefabrikken

Fiskefabrikken og Pisiffik (dagligvarebutik) forsynes af en dobbelt transformerstation (2*630

KVA), hvor den ene transformer N002 nr.1 har været slukket i perioden 2006-‐2012 for at

reducere transformertabet. Men det øgede forbrug har medført, at begge transformerer nu er

i drift igen for at undgå overbelastning. Udviklingen er illustreret i figur 17.

Figur 17: Elforbrugets udvikling på fiskefabrikken

Elforbruget på fiskefabrikken er faldet, blandt andet fordi en stor del af

fiske/rejeproduktioner er flyttet ud på de store fisketrawlere. Teoretisk set burde det være

tilstrækkeligt med en transformer, men det har vist sig ikke at være muligt i praksis, da

transformeren overbelastes. Overbelastningen skete tilbage i juli 2012, hvor forbruget var

højt, og den maksimale peak-‐værdi var 597 kWP. Fiskefabrikken har et stort elforbrug om

sommeren, hvilket skyldes, at fiskefabrikkens køle/frys-‐anlæg skal lave et stor

kompressorarbejde, for at opnå en fornuftig delta temperatur over kondensatoren. Om

vinteren bliver kompressorarbejdet væsentligt mindre, da en ”naturlig køling” medfører en

fornuftig delta temperatur over kondensatoren. Selvfølgelig vil en varierende produktion også

kunne skabe udsving i forbruget, da fiskesæsonen også ligger i sommerperioden. En

transformer kan godt klare at blive overbelastet 120% i en kort periode. Derfor er det

bemærkelsesværdig, at det ikke er muligt at forsyne med en transformer. Der er altså andre

faktorer, som påvirker transformeren, således at den ikke kan klare at blive max belastet.

Nedstående beregning tager udgangspunkt i driftsrapport juli 2012 bilag 7.1. N002 Max belastningsstrøm

Imax,peak =Pmax,peak *10003 *cos ø( )*U1N

⇒ 597 *10003 *0,97 *10000

= 35,5 A[ ]

%last ,peak =Imax,peak

I11

⎛

⎝

⎜⎜⎜

⎞

⎠

⎟⎟⎟

*100 ⇒ 35,536,4

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

*100 = 97,5%

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

[kWh]

[år (december)]

Elforbrugets udvikling på diskefabrikken N002-‐nr.1 N002-‐nr.2 Total


Side 26 af 47

Dårlig spændingskvalitet formodes at være årsagen til overbelastningen. På fiskefabrikken er

der mange store motorer, som kræver reaktiveffekt for at omdanne strøm til nyttigt arbejde.

Mangel på reaktiveffekt i forsyningsnettet medfører spændingsdyk samt risiko for

overbelastning af transformerer og kabler. Kombineres mangel på reaktiveffekt med en høj

THD, vil transformeren gå i mætning og blive overbelastet. Det skete tilbage i Juli 2012,

således man var nødsaget til at tage begge transformere i drift. Nedstående beregning tager

udgangspunkt i bilag 3.1 og 7.1.

Anslået tab grundet dårligspændingskvalitet N002Belastningsstrøm ved 120% belastningI120% = I1

1

*120%⇒ 36,4 *1,2 = 43,68 A[ ]

Kobbertab

PCu ,peak = cos øk( )* 3 *U1kN * Imax,peak ⇒ 0,193* 3 * 418 * 35,5 = 4960,5 W[ ]PCu ,120% = cos øk( )* 3 *U1kN * Ib ⇒ 0,193* 3 * 418 * 43,68 = 6103,5 W[ ]Dårlig spændingskvalitet tabPtab = PCu ,120% − Pcu ,peak ⇒ 6103,5 + 4960,5 = 1143 W[ ]

Fiskefabrikken ønsker at investere et større beløb i deres køleanlæg. Blandt andet skal der

monteres flere frekvensomformere, hvilket giver bedre reguleringsmuligheder. Dette er

positivt i forhold til driften af kraftvarmeværket, da et jævnt forbrug medfører et optimeret

ind-‐ og udkoblingsforløb af generatorsæt. Dog er det vigtig, at man ikke ser sig blind på

fordelene og helt glemmer ulemperne. Det vil være træls at investere i en optimering, som

skaber et nyt problem.

Ulempen er en øget harmonisk forvrængning THDU% og THDI%. Derfor må det forventes, at

fiskefabrikken ikke kan opfylde Rekommandation 16 Spændingskvalitet krav, og

transformertabene vil stige med øget risiko for overbelastning. Som beskrevet i

spændingskvalitetsafsnittet, er det økonomisk bekostelig at investere i aktive filtre, og

derudover har aktive filtre også et egetforbrug grundet switchtab.

Derfor bør fiskefabrikken i planlægnings/investeringsfasen overveje, hvilken type

frekvensomformere, der vælges, således THD reduceres og behovet for filtre minimeres eller

helt undværes. På næste side er et sammendrag, der viser forskellige

frekvensomformeropbygninger, og deres harmoniske påvirkninger.


Side 27 af 47

Nedstående figur 1818 viser, hvordan

strømbølgeformen påvirkes af en 6-‐puls, 12-‐

puls og 24-‐puls diode-‐bro. Figur 19 viser strømbølgeformen for en 6-‐puls diode-‐bor med

og uden drossel, som er et lavpassfilter, der

udglatter DC-‐strømmen. Drosselen kan være

monteret på DC-‐ eller AC-‐siden eller helt

undværes for at reducere den fysiske

størrelse samt pris. På fiskefabrikken er der

installeret et kondensatorbatteri, som

sammen med transformeren udgøre en

dæmpende svingningskreds, for harmoniske

svingninger med lav frekvens. Situationen er

dog omvendt for harmoniske svingninger med høj frekvens, hvor THDU% kan blive 3-‐4 gange

større med et kondensatorbatteri end uden. Da fiskefabrikken er en stor forbruger, vil de også

belaste nettet med en kraftig forvrængning, hvis der vælges almindelige 6-‐puls diode-‐broer.

Det vil formentlig være nødvendigt med mindre filter for at fjerne harmoniske svingninger

med høj frekvens, herved undgås kondensatorbatteriproblematikken.

Sammendrag frekvensomformer opbygning

18http://www05.abb.com/global/scot/scot201.nsf/veritydisplay/8fe58b29dbbe7965c125795b002c63e2/$file/NO_Technical_guide_No.6_REVC.pdf. (ABB Teknisk vejledning nr. 6 Vejledning om harmoniske med frekvensomformere 2011)

Figur 19: Diode-‐broer

Figur 18: Effekt af drossel


Side 28 af 47

Målinger

Spændingskvalitetsmålingerne er taget over en uge og

”stikprøvemålinger” over 24 timer. Dette giver et komplet

billede af variationerne på den enkle transformer.

Der er benyttet en Fluke 345 power quality analyzer, som

selvfølgelig er monteret efter manualens anvisninger. Det

er en fordel at benytte Rogowskispoler, se figur 20, da de i

mindre grad påvirkes af magnetfeltet fra den øvrige

lavspændingsinstallation. Dette kan være et problem, hvis

der benyttes strømtransformere.

Der referes til: Harmoniske overtoners betydning for

tabene i elmotorer19

”De har også givet den erfaring, at målingerne sikrest

udføres med apparater som Fluke netanalysator og

Rogowski-‐ spoler, idet spolerne ikke – modsat

strømtransformere – påvirkes af magnetfeltet fra

installationen.”

Spændingskvalitetsmålinger i Maniitsoq er udført med Fluke netanalysator og

Rogowskispoler. Formålet med målingerne er at dokumentere/vurdere spændingskvaliteten,

således kravene i den føromtalte standard Rekommandation 16 overholdes. Måldata for

transformerstationerne er behandlet i Flukes powerlog software, og der er udarbejdet en

spændingskvalitetsrapport for netstation N014, N015 og N002, se eventuelt bilag 8.1, 8.2 og

8.3. Spændingskvalitetsrapporterne er baseret på en større mængde data/observationer,

derfor benytte 95% fraktil20 ”max gennemsnit” og 5% fraktil ”min gennemsnit”. Skulle nogle

af spændingskvalitetskravene ikke være opfyldt, betragtes målingen, som et 10 minutter

gennemsnit, som standarten angiver.

19 http://www.elforsk.dk/elforskProjects/342-‐030/342-‐030_Slutrapport.pdf (Harmoniske overtoners betydning for tabene i elmotorer) 20 fraktil, i beskrivende statistik afgrænsning af en vis andel af en mængde observationer.

Figur 20: Måling med Fluke 345


Side 29 af 47

N014 Syghuset kontrolmåling Stikprøvemålinger af Spændingskvalitet (24 timers)

Målingerne blev logget den 23-‐10-‐2013 til 24-‐10-‐2013 i samarbejde med linjemesteren Seth

Lyberth, Nukissiorfiit (Maniitsoq), se eventuelt bilag 8.1.

Formål: Kontrolmåling til sammenligning af spændingskvalitet med de øvrige

transformerstationer

Hypotese21: God spændingskvalitet/belastningsgrad

Sammendrag spændingskvalitetsrapport N014

Vurdering: Kun THDI% nærmer sig den maximale værdi på 15%, dog er THDU% lav. Det er

en fordel, at N014 også forsyner et boligområde samt en dagligvarebutik. Som beskrevet i

spændingskvalitetsafsnittet vil et samspil mellem enkelt -‐og trefasede ikke-‐lineære

belastninger reducere den samlede forvrængning (THD). Havde N014 kun forsynet sygehuset

ville både THDU% og THDI% formegentligt have været højere og måske ikke opfylde

Rekommandation 16.

Delkonklusion: Målresultaterne er som forventet. Alle spændingskvalitetskravene er

opfyldet og N014 har en god belastningsgrad.

21 En hypotese er en foreløbig, ikke-‐bevist antagelse


Side 30 af 47

N015 dobbeltøen Stikprøvemålinger af Spændingskvalitet (24 timers)


Lyberth, Nukissiorfiit (Maniitsoq), se eventuelt bilag 8.2.

Formål: Dokumenter spændingskvaliteten, samt belastningsgrad

Hypotese22: God spændingskvalitet men uacceptabel belastningsgrad


Vurdering: Som omtalt i spændingskvalitetsafsnittet vil en reduktion af de harmoniske tab

med harmoniske filtre ikke være motiveret grundet høje finansielle investeringsomkostninger

for filtrene. Til gengæld vil det være særdeles fordelagtigt at slukke transformerstation N015,

og forsyne boligområdet via LSP-‐ringen grundet N015’s høje tomgangstab (1051Watt) og

minimale belastningsgrad (m=0,08). Spændingskvaliteten i byens øvrige

transformerstationer må forventes at være på niveau med N015.

Delkonklusion: Målresultaterne er som forventet. Alle spændingskvalitetskravene er opfyldt

på nær THDI%. Belastningsgrad på N015 er helt uacceptabel.



Side 31 af 47

N002 fiskefabrikken Spændingskvalitetsmåling (1 uge).


Lyberth, Nukissiorfiit (Maniitsoq), se eventuelt bilag 8.3. For at kunne lave sammenlignelig

måling af spændingskvalitet skal den ene transformer slukkes, således driftssituationen er

den samme som på overbelastningstidspunktet.

Formål: Dokumentere spændingskvaliteten samt belastningsgrad.

Hypotese23: Dårlig spændingskvalitet medførte overbelastninger tilbage i juli 2012.


Vurdering: Det er desværre ikke lykkes at finde en konkret forklaring på overbelastningen,

da fiskefabrikken har fået nye ejere, som ikke har kendskab til overbelastningen tilbage i juli

2012. Fiskefabrikken har over en længere periode haft problemer med kondensatorbatteriet,

så derfor formodes det at være mangel på reaktiv effekt, der medførte overbelastningen.

En mere simpel forklaring kan være at N002 ikke har været overbelastet. På næste side

beskrives, hvilken overbelastningsmulighederne der er for ABB transformer.



Side 32 af 47

Nedstående figur 21 illustrer overbelastningsmulighederne for ABB transformer, hvor den

øverste graf repræsenter vinterperioden (0°C), og den nederste sommerperioden (20°C).

I ovenstående sammendrag spændingskvalitetsrapport N002, er den gennemsnitlige

belastningsgrad målt til m=0,371 eller 37,1% (forudgående last). I sommerperioden kan

fiskefabrikkens transformer N002 overbelastes 120% i max 7 timer, og i vinterperioden 22

timer uden at tage skade. Viklingstemperaturen i en 100% belastet transformer er 75°C.

Derfor må det forventes, at olietemperaturen også vil blive opvarmet til omkring 75°C. Der er

mange andre faktorer, som påvirker en transformers overbelastningsmuligheder, som f.eks.

THD. Derfor bør en transformer ikke belastes mere en 100%. Temperatur er en af de vigtigste

faktorer, der påvirker en transformers ”levetid”. Faktisk er forhøjet temperatur den største

årsag til reduceret ”transformerliv”. De fleste transformerer er konstrueret til at fungere i

mindst 20-‐30 år på navneskiltsbelastning, hvis de er korrekt dimensioneret, installeret og

vedligeholdt. Belastes transformerer mere end navneskiltes værdier i en længere periode, kan

det resultere i reduceret levetid.

Last/time diagram for ABB transformer24

Delkonklusion: Spændingskvaliteten er meget bedre end forventet og opfylder alle krav.

Derfor er det ikke en høj THD, som fik transformeren til at gå i mætning og blive overbelastet.

Når bare en transformer er i drift, forbedres belastningsgraden, og der opnås bedre

sammenspil mellem enkelt -‐og trefasede ikke-‐lineære belastninger, hvilket reducerer den

samlede forvrængning (THD).

24 Martin N Jensen ABB Danmark -‐Driftsforhold overbelastningskurver

Figur 21: Last/time diagram for ABB transformer


Side 33 af 47

Optimerings forslag

Figur 22 viser alle Maniitsoqs

transformerstationer med tilhørende belastnings-‐

og virkningsgrad i vinterperioden

(gennemsnitsværdier) se eventuelt bilag 4.2 for

sommerperiode. Den gennemsnitlige

transformerbelastning er på 14,9%, hvilket er

særdeles lavt, sammenlignet med den

gennemsnitlige optimale transformerbelastning på

39,9%. Med andre ord skal Maniitsoq fordoble

forbruget eller halvere transformerstørrelsen, hvis

belastningsgraden skal forbedres. Det ses, at en lav

belastningsgrad medfører en dårlig virkningsgrad

< 0,98. Umildbart kan det virke ligegyldigt, om

virkningsgraden er 0,99 eller 0,98 men det er det

ikke. Dette bevises i nedstående beregning

”teoretisk max besparelse” ved at optimere

belastningsgraden. Der reference til bilag 4.4 og

10.4. Den ”Totale belastningseffekt”

er: 𝑷𝑵𝒆𝒕𝒔𝒕𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏𝒆𝒓 = 1281918W

kWh-‐pris =1,456kr (beregnet i økonomi afsnittet)

Figur 22: Belastnings-‐ og virkningsgrad i vinterperioden

Årlig besparelse [kr]$ = Eår * kWhpris ⇒110758 *1,456 = 161263 kr[ ]

Årligt besparelse [kWh]

Eår =Pη98% − Pη99%

1000⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

* timer *dage*måneder⇒ 25638,36 −12819,181000

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ *24 * 30 *12 = 110758 kWh[ ]

Transformertab lav virkningsgradPη98% = ∑PNetstationer * 1−η98%( )⇒1281918 * 1− 0,98( ) = 25638,36 W[ ]

Transformertab høj virkningsgradPη99% = ∑PNetstationer * 1−η99%( )⇒1281918 * 1− 0,99( ) = 12819,18 W[ ]


Side 34 af 47

N015 Dobbelt ø

Ved at slukke N015, og forsyne boligområdet

via lavspændings-‐ringen (LSP-‐ring + afgang 2

N009) fra N009, kan følgende effektbesparelse

opnås. Såfremt spændingsfaldet ikke

overskrider SB6 bestemmelser.

Forslag A forsyning via LSP-‐ring

I tabel bilag 4.4 beregnes N015’s totale

transformertab til 1379 watt, der bliver

reduceret til 0 watt, når transformeren slukkes.

Dog vil den øgede belastning på LSP-‐ringen25

(70mm^2) fra N009 resultere i et større kabeltab. Der regnes med en omgivelsestemperatur

på 10 grader. Nedstående beregninger udført med reference til bilag 3.1, 4.4 og 10.5.

25 http://www.nktcables.com/dk/support/~/media/Files/NktCables/download%20files/dk/Teknisk-‐katalog-‐2009.ashx (NKT Teknisk katalog 2009)

Figur 23: Dobbeltøen

Årlig besparelse [kr]$ = Eår * kWhpris ⇒ 8032,8 *1,456 = 11696 kr[ ]


Eår =Ptrafo − PLSP−ring

1000⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

* timer *dage*måneder⇒ 1379 − 449,281000

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ *24 * 30 *12 = 8032,8 kWh[ ]

Effekt afsat i LSP-ring

PLSP−ring = 3* I 2LSP−ring * Rt * L /1000( )( )⇒ 3* 47,252 * 0,258 * 260 /1000( )( ) = 449,28 W[ ]

ILSP−ring = IN 015 *n⇒1,89 *25 = 47,25 A[ ]

LSP-ring aktuel modstand ved 10°C

Pt = R20 * 1+ a* t − 20( )( )⇒ 0,269 * 1+ 0,00393* 10 − 20( )( ) = 0,258 Ωkm

⎡⎣⎢

⎤⎦⎥


Side 35 af 47

Diagram over afgange i N009

Delkonklusion

Der kan opnås en væsentlig besparelse ved at slukke N015 ( 8033 kWh/år), og

belastningsgraden på N009 vil blive bedre. Det er ikke hensigtsmæssigt at investere i en ny

transformer til N015, da tabene i LSP-‐ringen er lavt (449Watt) sammenlignet med en ny

transformers tab. For at afgang 2 ved transformerstation N009 kan klare den øgede

belastning, skal sikringen skiftes til en Siba gG 200 A sikring. Se eventuelt overbelastnings-‐ og

kortslutningsbeskyttelseskontrol bilag 10.5, 10.6 og 10.7. For at øge forsyningssikkerheden

på dobbeltøen bør transformer N015 ikke nedlægges men tjene som reservetransformer.

Generated by CamScanner from intsig.com

N015

200A

Figur 24: Diagram transformerstation N009


Side 36 af 47

N002 Fiskefabrik

Ved at slukke den ene transformer i vinterperioden, hvor forbruget er lavt, kan følgende

effektbesvarelse opnås, såfremt produktionen på fiskefabrikken ikke øges væsentlig.

Forslag B drift med en transformer

Som beskrevet i afsnittet vurdering, har fiskefabrikken max peak-‐belastning i

sommerperioden, hvor der er det stort kølebehov. Der er selvfølgelig også andre belastninger

tilsluttet N002, men fiskefabrikken er ”dominerende”. For at reducere transformertabet,

slukkes den ene transformer i vinterperioden og tændes igen i sommerperioden. Den største

besparelse opnås, hvis den ældste transformer (N002-‐nr.1) fra 1971 slukkes, da den har et

relativt stort kobbertab, når den belastes meget. Vinterperioden: november, december,

januar, februar, marts og april, i alt 6 måneder, hvor N002-‐nr.1 kan være slukket. Nedstående

beregninger udført med reference til bilag 3.1, 4.4 og 10.8.

Delkonklusion

Fiskefabrikken har fået nye ejere og forventer at øge produktionen over de kommende år.

Derfor bør man årligt vurdere driftssituationen inden transformer N002-‐nr1 slukkes.

I ovenstående beregninger ses, at selv mindre optimeringer af transformertab og

belastningsgrad medfører en energibesparelse. Lav belastningsgarde er et generelt problem i

Maniitsoq, som kan løses ved at investere i mindre 200KVA transformer, hvor det er muligt.

Årlig besparelse [kr]$ = Eår * kWhpris ⇒ 4182,71*1,456 = 6090 kr[ ]


Eår =Ptrafo−2 − Ptrafo−1

1000⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

* timer *dage*måneder⇒ 3527 − 2558,781000

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ *24 * 30 *6 = 4182.71 kWh[ ]

Samlet transformertab med to i driftPtrafo−2 = Ptrafo,N 002−nr .1 + Ptrafo,N 002−nr .2 ⇒ 2116 +1411= 3527[W ]

Samlet transformertab med en i driftPtrafo−1 = PFe + PCu ,N 002−nr .2 ⇒ 882 +1676,78 = 2558,78[W ]

PCu ,N 002−nr2 = cos øk( )* 3 *U1kN * Ib,N 002−nr .1 + Ib,N 002−nr2( )⇒ 0,193* 3 * 418 * 8,2 + 3,8( ) = 1676,78[W ]


Side 37 af 47

Øvrige optimerings forslag

Som beskrevet i ovenstående vil det være en fordel at reducere transformerstørrelsen for at

optimere belastningsgrad/tab i Maniitsoq. For at en eventuel tranformerreduktion kan

retfærdigøres, skal det vurderes i hvilken grad, det påvirke forsyningssikkerheden se bilag

10.9 og 10.10.

Forslag C Reducering af transformer størrelsen

Betragtes N004’s forbrug isoleret, vil en 100 KVA transformer være optimal. Belastningen på

N004 er lav, da den forsyner et mindre boligområde. Ønskes det, at N004 også skal være

”backup transformer” for de omkringliggende transformer: N007, N018 og N010, er det

nødvendigt at vælge en 200KVA. Til nedstående beregninger refereres til bilag 3.1, 4.4, 10.9

og 11.1

Delkonklusion

Ved at reducere transformerstørrelsen, kan der opnås en mindre besparelse sammenlignet

med investeringsbeløbet. Dette medfører en ”lang tilbagebetalingstid” på ca. ni år. For at

reducere tilbagebetalingstiden kan der eventuelt vælges aluminiumstransformere, der er

relativt billige sammenlignet med kobbertransformere grundet den høje kobberpris. Dog er

aluminiumstransformere fysisk større, da de skal bruge en stor kerne til at rumme de ”tykke”

aluminiumsviklinger, men effektiviteten er ca. den samme på de to transformertyper.

Årlig besparelse [kr]$ = Eår * kWhpris ⇒ 2618,18 *1,456 = 3812 kr[ ]


Eår =Ptab−400KVA − Ptab−200KVA

1000⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ * timer *dage*måneder⇒ 1024,3− 721,27

1000⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ *24 * 30 *12 = 2618,18 kWh[ ]

Transformertab 400 KVAPtab−400KVA = PFe + PCu ⇒ 592 + 432,3= 1024,3[W ]Kobbertab

Pcu = cos øk( )* 3 *U1kN * Ib ⇒ 0,253* 3 * 461*2,14 = 432,3 W[ ]

Transformertab 200 KVAPtab−200KVA = PFe + PCu ⇒ 275 + 446,27 = 721,27[W ]Kobbertab

PCu = cos øk( )* 3 *U1kN * Ib ⇒ 0,301* 3 * 400 *2,14 = 446,27[W ]

cos(øk ) =PK

3 *U1kN * I111

⇒ 24003 * 400 *11,5

= 0,301


Side 38 af 47

Det er desværre ikke fordelagtigt at forsyne N007 via LSP-‐ringen, da kabeltabet bliver for højt.

Dog udskiftes luftleder mange steder i Maniitsoq til nedgravet 150mm^2 kabel eller større.

Vælges der at udskifte luftledere mellem N004 til N007 til nedgravet kabel med større

tværsnit, vil den bedste løsning være at ”nedgradere” N007 til ”reservetransformer” ligesom

optimeringsforslag A for N015. Vælges det at slukke flere transformere i Maniitsoq, skal man

være opmærksom på tabet i LPS-‐ring, da en fordobling af strømmen medfører en firedobling

af tabet.

Forslag D

Maniitsoq vokser mod nord, hvor der er flere nybyggerier samt påbegyndt etablering af det

nye erhvervsområde. Derfor vil det være en fordel at forsyn N022, N010, N016 og N021 samt

det nye erhvervsområde fra kraftvarmeværkets (hoved-‐elværk) linje 2 som vis i figur 25.

Herved undgås det, at strømmen tager en uhensigtsmæssig omvej til nødelværket for at blive

send tilbage igen. Dette vil også aflaste HL001 som generer et stort kabeltab. Som før omtalt

vil en fordobling af strømmen medføre en firedobling af kabeltabet, hvilket også er gældende,

når strømmen reduceres.

delkonklusion

HL001 der leder hele byens effekt burde være dimensioneret større end 150mm^2 for at

reducere kabeltab, se eventuelt bilag 5.1 og 5.2.

Figur 25: Koblingsdiagram


Side 39 af 47

Nyt Erhvervsområde

Det nye erhvervsområde skal placeres over

lufthavnen mod nord, illustreret i figur 2626.

Byggemodningen er påbegyndt, og der er etableret

grusvej ud til området samt dræning af søen.

Derudover skal der også etableres elforsyning til

området. I denne rapport vurdere/sammenlignes

to forsyningsmuligheder. Etablering af

transformerstation eller forsyning via LSP-‐ringen.

Det antages at være nødvendigt med en 400KVA-‐

CU ABB transformer for at kunne dække områdets

behov, se bilag 11.1. Først beregnes transformertabet for den valgte transformer ved optimal

belastningsgrad. Til nedstående beregninger refereres til bilag 10.11

For at det er økonomisk forsvarligt at forsyne området via LSP-‐ringen, skal kabeltabet være

mindre end transformertabet. I nedstående beregnes den maksimalt tilladelige

kabelmodstand i ohm/km, således kabeltabet ikke bliver større end 1741 Watt. Kabel

længden ud til det nye erhvervsområde bliver 700m.

26 Google Earth satellitbillede

Figur 26: Google satellitfoto over Maniitsoq

Samlet transformertab ved optimal belastningsgrad

Ptrafo = PFe + PCu *moptimal( )⇒ 400 + 4500 *0,298( ) = 1741 W[ ]

moptimal =PFePCu

⇒ 4004500

= 0,298

Kabel modstand R20 ved 20°CPkabel = Ptrafo = 1741 W[ ]

Pkabel = 3* I 2kabel * R20 * L

1000⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

Solve 1741= 3*1722 * R20 * 7001000

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

,R20

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟= 0,028 Ω

km

Aktuel kabelstrøm Ikabel ved optimal belastningsgrad

I111

= Sn3 *Un1

⇒ 400 *103

3 *10000= 23,1 A[ ]

Ikabel = I111

*n⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

*moptimal ⇒ 23,1*25( )*0,298 = 172 A[ ]


Side 40 af 47

Delkonklusion

Den bedste forsyningsløsning til det nye erhvervsområde er derfor at etablere en ny

transformerstation, da tværsnittet samt spændingsfald for LSP-‐ringen bliver for stort.

Nedstående tabel27 fra NKT teknisk katalog 2009 viser forskellige kabeltværsnit med

tilhørende modstand. Der skal altså føres tre parelle 240mm^2 kabler, for at den samlet

modstand kommer under 0,028 ohm/km. Det kan være rigtig svært at vurdere forbruget i et

nyt område. Derfor overdimensioneres transformere ofte. Indkøb af transformere til det nye

erhvervsområde kunne eventuelt kombineres med en udskiftning af N004. Således der

indkøbes en 200 KVA transformer til N004, og den gamle 400KVA transformer flyttes ud i det

nye erhvervsområde, hvor forbruget vil være større.

27 http://www.nktcables.com/dk/support/~/media/Files/NktCables/download%20files/dk/Teknisk-‐katalog-‐2009.ashx (NKT Teknisk katalog 2009)


Side 41 af 47

Økonomi

For at kunne beregne en troværdig økonomisk besparelse skal den ”rene” pris per kWh

udregnes. Det specifikke brændstofforbrug (SFOC) er bestemt ud fra driftserfaringer.

Olieprisen er fra Nukissiorfiits seneste olierapport (tilgået 11. Nov. 2013). Massefylden for

fyringsolie referer til: miljøministeriet publikationer: Sporstoffer til benzin, diesel-‐ og

fyringsolie28.

Nukissiorfiits produktionspris (kWh-‐pris).

Økonomisk sammendrag

28http://www2.mst.dk/common/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2003/87-‐7972-‐403-‐5/html/kap02.htm (Sporstoffer til benzin, diesel-‐ og fyringsolie)

SFOC = 205 gkWh

Olie pris = 6,11krl

ρ = 0,86 gcm3

kWhpris =Olieprism

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

*SFOC⇒ 6,11860

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ *205 = 1,456 kr

kWh

Massen for en liter fyringsolie bestemmes

ρ = mV

m = ρ *V ⇒ 0,86 *1000 = 860g

Optimerings forslag A,B,C årlig besparelse [kr]$ialt = $A + $B + $C ⇒11696 + 6090 + 3812 = 21598 kr[ ]

Optimerings forslag A årlig besparelse [kr]$A = Eår * kWhpris ⇒ 8032,8 *1,456 = 11696 kr[ ]

Optimerings forslag B årlig besparelse [kr]$B = Eår * kWhpris ⇒ 9860,75 *1,456 = 6090 kr[ ]

Optimerings forslag C årlig besparelse [kr]$C = Eår * kWhpris ⇒ 2618,18 *1,456 = 3812 kr[ ]

Optimerings forslag D årlig besparelse [kr]Ikke beregnet


Side 42 af 47

Kritik

Som før nævnt er alle transformerstationer i Maniitsoq udstyret med en Kamstrup 351 Combi

energimåler, som bliver fjernaflæst hver måned og overført til en elektronisk driftsrapporten.

Disse elektroniske dataaflæsninger er manuelt indtastet i Excel, hvilket øger risikoen for

manuelle indtastningsfejl.

Gennem rapporten er der refereret til en række andre rapporter samt datablade, der alle er

fra anderkendte virksomheder/organisationers. Af særlige interesse er rapporter

omhandlende THD, hvor specielt salgsmateriale omhandlende aktive filter ”glemmer” filters

egetforbrug når tilbagebetalingstiden udregnes.

Målenøjagtighed for Fluke 435 power quality analyzer er angivet i nedstående tabel. Den

komplette liste kan ses på: http://en-‐us.fluke.com/products/power-‐quality-‐tools/fluke-‐435-‐

ii-‐power-‐quality.html#fbid=FpxpwRy7BFU?techspecs

Power Factor PF ±0,1% Frekvens Hz ±0,01Hz Spænding Un ±0,1% Spændingsdyk Udyk ±0,1% Ubalance Unbal. Vn% ±0,1% Flicker Plt ±5% Total Harmonic Destriction THDU% ±2,5% Total Harmonic Destriction THDI% ±2,5%

Der er en mindre enhedsfejl i Fluke’s pc-‐programmet power log version 4.0.2, hvilket er

korrigeret for i denne rapport. For eksempel skriver power log 10000 kvar, men det rigtige er

10 kvar.

Udregninger i denne rapport er forsimplet ved at undlade vinklen på belastningsstrømmen.

Dog har målingerne med Fluke 435 power quality analyzer vist, at cos phi for de forskellige

transformerstationer er omkring 0,9-‐0,99. Derfor er vinklen på belastningsstrømmene meget

ens, så den forsimplede udregning medfører kun en mindre fejl.


Side 43 af 47

Konklusion

Transmissionsnetstabet i Maniitsoq er beregnet til 2,5% af den transporterede mængde el, og

omfatter tab i 10kV kabler samt transformerstationer, hvilket er omkring det samme som i

Danmark29. Distributionsnetstab er ikke toretisk beregnet i denne rapport, da der er mange

variabler, der gør udregningen særdeles kompliceret. Dog er distributionsnettet

overdimensioneret i forhold til den aktuelle belastningsstrøm, derfor vurderes det at

distributionstabet i Maniitsoq ikke er over det Danske niveau på 5%. Det er specielt en fordel

at overdimensionere distributionsnettet for at reducere kabeltab.

I Maniitsoq er der 20 transformerstationer i drift, hvilket medfører en særdeles høj

forsyningssikkerhed med mange forsyningskombinationer/opkoblingsmuligheder.

Derudover er effekttab og spændingsfald i LPS-‐ringen lave. Dog er der generel tendens til at

overdimensionere alle transformerstationer, hvilket medfører unødvendige høje

transformertab.

Ældre transformerstationer fra 1969 har nødvendigvis ikke et større tab, men skal belaste

”meget”, omkring 40% for at opnå den optimale virkningsgrad. Nye transformere skal

belastes væsentlig mindre, omkring 30%, for at opnå den optimale virkningsgrad. Den

gennemsnitlig belastningsgrad i Maniitsoq er i sommerperioden 10% og vinterperioden 15%.

Dog har transformerstation N011 og N014 en særdeles fin belastningsgrad på 23% i

sommerperioden og 35% i vinterperioden, hvilket medfører en høj virkningsgrad. Det er

muligt at reducere transformerstørrelse i flere af Maniitsoqs netstationer, uden det påvirker

driftsikkerheden. For eksempel bør transformerstørrelsen reduceres i N004, hvor en 200KVA

transformer vil være et fornuftig valg. For at forsyningssikkerheden ikke påvirkes, bør enkle

transformere overdimensioneres, således de også kan tjene som ”backup” transformere.

Derudover har det vist sig økonomisk fordelagtigt at ”nedgrader” N015 til ”standby”

transformer og forsyner området via LSP-‐ringen.

Spændingskvaliteten er bedre end forventet hvilket selvfølgelige er positivt. Alle de

undersøgte transformere overholder spændingskvalitetskravene, som er fastsat i den danske

standard Rekommandation 16, dog er nogle af THD-‐værdier lidt over standardens

grænseværdier.

29 http://energinet.dk/DA/KLIMA-‐OG-‐MILJOE/Energinetdks-‐miljoepaavirkninger/Miljoepaavirkninger-‐ved-‐transport-‐af-‐el/Sider/Tab-‐i-‐elnettet.aspx (Tab i elnettet)


Side 44 af 47

Det er mest økonomisk at ”forudse” et THD-‐problem, så det kan løses i investeringsfasen, da

det efterfølgende vil være dyrt at investere i passive eller aktive filtre. På fiskefabrikken vil

man kunne drage fordel af at et aktuelt sammenspil mellem enkelt -‐og trefasede ikke-‐lineære

belastninger, hvilket reducerer den samlede forvrængning (THD). Denne effekt opnås bedst,

når en transformer er i drift. Ydermere bør fiskefabrikken, som minimum investerer i 12-‐puls

diode-‐broer således at grænseværdierne for THD kan overholdes, selvom der installeres flere

frekvensomformere. Hvis det efterfølgende viser sig, at THDU% overskrider grænseværdien,

bør der installeres mindre filter for at reducere høj frekvensharmoniske svingninger, hvilket

forhindrer øgede tab i transformerstation N002. Frekvensomformere forbedrer

reguleringsmulighederne således indkoblingen af generatorsæt på kraftvarmeværket

optimeres. Fiskefabrikken opnår bedre driftsikkerhed, minimal effekttab i nullederen grunder

3. Harmoniske svingninger samt problemfri fasekompensering med kondensatorbatteri.

Den bedste forsyningsløsning til det nye erhvervsområde er at etablere en ny

transformerstation, da tværsnittet samt spændingsfald for LSP-‐ringen bliver for stort.

.


Side 45 af 47

Perspektivering

Vælger man at købe nye ABB transformere, så er der tre muligheder nemlig transformere med

Alu-‐viklinger, Cu-‐viklinger og transformere med Amorf kerne. Cu-‐ og Alu-‐viklinger er meget

almindelige, hvorimod Amorf kernetransformer skiller sig ud. Amorf betyder at selve

transformerkernen er lavet af et materiale, man kalder Amorf kerneblik (traditionelt

kerneblik kalder man for kornorienteret kerneblik/stål) Amorf kerneblik er meget tyndere

end normalt kerneblik, og strukturen i materialet er også anderledes, hvilket giver nogle lidt

andre egenskaber end det traditionelle kerneblik. Blandt andet reduceres tomgangstabet med

op til ca. 60% i forhold til almindeligt kerneblik, dog stiger kobbertabet en smule ca. 20%.

Ydermere er lydniveauet fra transformeren lidt højere, hvilke kan være et problem i

byområder, hvor man ikke ønsker unødige støjgener. Amorf kerne transformere har således

en optimalbelastningsgrad, der er lav, omkring 20%. Den specielle kerne medfører også, at

det er den dyreste af de tre transformere. Men med en forventet levetid på 20-‐30 år vil denne

transformertype ofte være det mest økonomiske valg. For eksempel kunne denne

transformertype med fordel vælges til at forsyne Maniitsoqs vandværk N018, hvor forbruget

er lavt men stabilt. Vær meget opmærksom på at transformerer kan fås i forskellige

energiklasser, lidt ligesom køleskabe.

Nukissiorfiit er også ansvarlig for elforsyningen i de bygder, der er tilknyttet Maniitsoqs

distrikt. Af særlig interesse er Kangaamiut, som er den største med et mindre elværk. Det vil

formentlig være fordelagtigt at etablere 10kV forsyningsnet i bygden, for at minimer kabeltab.

Som beskrevet i rapporten er der flere private solcelleanlæg i Maniitsoq, og tendensen er

stigende. Dette medfører at elproduktionen på varmekraftværket falder og transformerens

belastningsgrad forringes. Ydermere forurener solcelleinverter elnettet med elektriskstøj.

Dog er solcelle ikke en dårlig ide/investering, da de efterhånden er blevet konkurrencedygtige

alternative energikilder. Ønsker Nukissiorfiit at investere i solceller, bør det demissioneres,

således at det kun er nødvendigt at have et generatorsæt i drift. Dette kræver, at der

investeres i et større solcelleanlæg, som skal tilsluttes 10kv nettet, således belastningsgraden

på transformeren ikke falder yderligere og hele byen får glæde af investeringen. Det er mere

økonomisk at investere i komponenter, som sikrer en fornuftig spændingskvalitet for et stort

solcelleanlæg sammenlignet med mange små.


Side 46 af 47

Litteraturliste Nukissiorfiit 2013 Link: http://www.nukissiorfiit.gl/?lang=da Bjørn Godske 20. Dec. 2012. Aalborg-‐forskere skal dæmpe svingninger på elnettet Link: http://ing.dk/artikel/aalborg-‐forskere-‐skal-‐daempe-‐svingninger-‐pa-‐elnettet-‐135060 Nukissiorfiit 2013 Organisationsdiagram Link: http://www.nukissiorfiit.gl/nukissiorfiit/organisation/?lang=da Energinet sidst opdateret 1. maj 2013. Tab i elnettet Link: http://energinet.dk/DA/KLIMA-‐OG-‐MILJOE/Energinetdks-‐miljoepaavirkninger/Miljoepaavirkninger-‐ved-‐transport-‐af-‐el/Sider/Tab-‐i-‐elnettet.aspx Energinet sidst opdateret 24. oktober 2013. Forbrug i Danmark Link: http://energinet.dk/DA/KLIMA-‐OG-‐MILJOE/Miljoerapportering/Sider/Forbrug-‐i-‐Danmark.aspx Elinstallatør Kristian Lau Mikkelsen & Martin Melcher. Dansk El-‐forbund Instrument temadag Link:http://def.dk/Uddannelse/Efteruddannelse/~/media/Filer/Temamoeder/Spaendingskvalitet/PQ-‐kursus.ashx Emerson Industrial Automation. An introduction to k-‐rated transformers Link: http://www.emersonindustrial.com/en-‐us/egselectricalgroup/newsandevents/news/pages/introductiontok-‐ratedtransformers.aspx Mogens Johansson, Jonas M. Kehr og Henning Højte Hansen marts 2012. harmoniske overtoners betydning for tab i elmotorer Link: http://www.elforsk.dk/elforskProjects/342-‐030/342-‐030_Slutrapport.pdf JOHAN LUNDQUIST Department of Electric Power Engineering CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Göteborg, Sweden 2001. On Harmonic Distortion in Power Systems Link:http://www.dee.hcmut.edu.vn/vn/bomon/bmhethong/tailieu/lvsaudh/tienganh/thesis-‐On%20Harmonic%20Distortion%20PS.pdf Dansk Energi Forskning og Udvikling August 2011. Rekommandation 16 Spændingskvalitet i lavspændingsnet Link: http://www.danskenergi.dk/~/media/Rekommandationer/rek_16_4.ashx.

ABB Dec. 2011 ABB. Teknisk vejledning nr. 6 Vejledning om harmoniske med frekvensomformere 2011 Link:http://www05.abb.com/global/scot/scot201.nsf/veritydisplay/8fe58b29dbbe7965c125795b002c63e2/$file/NO_Technical_guide_No.6_REVC.pdf

NKT 2009. Teknisk katalog 2009 Link:http://www.nktcables.com/dk/support/~/media/Files/NktCables/download%20files/dk/Teknisk-‐katalog-‐2009.ashx

Miljøministeriet/Miljøstyrelsen publikationer 2011. Sporstoffer til benzin, diesel-‐ og fyringsolie Link:http://www2.mst.dk/common/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/publikationer/2003/87-‐7972-‐403-‐5/html/kap02.htm

Fluke 2012. Advanced Power Quality Functions, Unprecedented Energy Analysis Capabilities Linke:http://www.fluke.com/fluke/usen/support/appnotes/default?category=AP_PQ%28FlukeProducts%29&parent=APP_FPM%28FlukeProducts%29


Side 47 af 47

Bilagsliste • Bilag 1: Symbolforklaring

o Bilag 1.1: Symbolforklaring • Bilag 2: Månedsaflæsninger

o Bilag 2.1: Opsummering af måleraflæsning i netstationer o Bilag 2.2: Måleraflæsning i netstationer [kWh] o Bilag 2.3: Måleraflæsning i netstationer [kWp] o Bilag 2.4: Diagram -‐Opsummering af måleraflæsning i netstationer

• Bilag 3: Transformerdata o Bilag 3.1: Transformerdata o Bilag 3.2: Diagram –Transformer Fremstillings år og størrelse

• Bilag 4: Analyse af forbrug o Bilag 4.1: Analyse af forbrug i sommerperiode o Bilag 4.2: Belastningsgrad i sommerperiode o Bilag 4.3: Kontrol af linjebelastning sommerperiode o Bilag 4.4: Analyse af forbrug i vinterperiode o Bilag 4.5: Belastningsgrad i vinterperiode o Bilag 4.6: Kontrol af linjebelastning vinterperiode o Bilag 4.7: Diagram –Belastningsfordeling o Bilag 4.8: Diagram –Transformertab o Bilag 4.9: Diagram –Belastningsgrad sommer-‐ og vinterperiode

• Bilag 5: Transmissionsnet tab o Bilag 5.1: Koblingsdiagram o Bilag 5.2: Transmissionsnet tab o Bilag 5.3: Diagram -‐Transmissionsnet tab

• Bilag 6: Elforbrugets udvikling o Bilag 6.1: Elforbrugets udvikling sammendrag o Bilag 6.2: Elforbrugets udvikling oversigt o Bilag 6.3: Diagram -‐Elforbrugets udvikling totalforbrug og beboelse o Bilag 6.4: Diagram -‐Elforbrugets udvikling industri og gadelys o Bilag 6.5: Diagram -‐Elforbrugets udvikling på dobbeltøen o Bilag 6.6: Diagram -‐Elforbrugets udvikling på fiskefarbrikken

• Bilag 7: Driftsrapport juli 2012 o Bilag 7.1: Uddrag af driftsrapport juli 2012

• Bilag 8: Spændingskvalitetsrapporter o Bilag 8.1: Spændingskvalitetsrapport N014 o Bilag 8.2: Spændingskvalitetsrapport N015 o Bilag 8.2: Spændingskvalitetsrapport N002

• Bilag 9: Kortslutningsniveauer o Bilag 9.1: Kortslutningsniveauer i Maniitsoq

• Bilag 10: Beregninger o Bilag 10.1: Beregningseksempel til bilag 3.1, 4.4 og 4.5 o Bilag 10.2: Beregningseksempel til bilag 5.2 o Bilag 10.3: Beregninger til N002 fiskefabrikken o Bilag 10.4: Teoretisk max besparelse o Bilag 10.5: Optimerings forslag A o Bilag 10.6: Optimerings forslag A o Bilag 10.7: Optimerings forslag A o Bilag 10.8: Optimerings forslag B o Bilag 10.9: Optimerings forslag C o Bilag 10.10: Optimerings forslag C o Bilag 10.11: Nyt erhvervsområde o Bilag 10.12: Økonomi

• Bilag 11: ABB transformer o Bilag 11.1: ABB transformer

• Bilag 12: Høj-‐ og lavspændings ledningskort o Bilag 12.1: Høj-‐ og lavspændings ledningskort

Documents

Optimering af forsyningsnettet...* Optimering*af*forsyningsnettet* Dato:2013F16F12* * * * * Side 1 af 47* Titelblad)) ) • Forfatterens navn David Lykkegaard Clausen • Titel Optimering*af

Optimering af forsyningsnettet...* Optimeringafforsyningsnettet* Dato:2013F16F12* * * * * Side 1 af 47* Titelblad)) ) • Forfatterens navn David Lykkegaard Clausen • Titel Optimering*af