Optimering af forsyningsnettet

Transkript

1 Optimering af forsyningsnettet - Spændingskvalitet David Clausen V09860 Bachelorprojekt Aarhus maskinmesterskole N ukissiorfiit Postboks Maniitsoq

2 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/ Antal normalsider 27,4 Side 1 af 47

3 Forord Bachelorprojektet er udarbejdet i samarbejde med Grønlands energitjeneste Nukissiorfiit 1, 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 (Nukissiorfiit) Side 2 af 47

4 Læsevejledning Optimering af forsyningsnettet Dato: 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 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 - Lavspændingsring HL001-HL027 - Højvoltsforsyningsleder P - Effekt P 0 - Tomgangstab P Cu - Kobbertab p trafo - Samlet transformertab P kabel - kabeltab U k - Kortslutningsspænding ( ) - Faseforskydningsvinkel Cos ø k - Fuldlaststrøm I 1 1 I b - Belastningsstrøm I max - Max belastningsstrøm I kabel - Kabel strøm m - Belastningsgrad m optimal - Optimal belastningsgrad η m - Virkningsgrad L - kabel længde R 20 - Modstand per fase (20 C) R t - Aktuel modstand PF - Power factor Hz - Frekvens U n - Spænding U dyk - Spændingsdyk U nbal.vn% - Ubalance P lt - Flicker THDU% - Total harmonic destriction spænding THDI% - Total harmonic destriction strøm Fraktil - Beskriver statistik afgrænsning af en vis andel af en mængde observatione SFOC - Det specifikke brændstofforbrug Side 3 af 47

5 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 , 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 4 af 47

6 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 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 5 af 47

7 Indholdsfortegnelse Optimering af forsyningsnettet Dato: Forord... 2 Læsevejledning... 3 Abstract... 4 Resume... 5 Problemformulering... 7 Afgrænsning... 7 Metode... 7 Organisation... 9 Analyse Nedlagte transformerstationerne Belastningsgrad Transformertab Forsyningssikkerhed Elforbrugets udvikling Delkonklusion Analyse Spændingskvalitet Power faktor Spændinger Ubalance Flicker (THDV/THDI) Opsummering af krav Vurdering N015 (dobbeltøen) N002 Fiskefabrikken Målinger N014 Syghuset kontrolmåling N015 dobbeltøen N002 fiskefabrikken Optimerings forslag N015 Dobbelt ø N002 Fiskefabrik Øvrige optimerings forslag Nyt Erhvervsområde Økonomi Konklusion Perspektivering Litteraturliste Bilagsliste Side 6 af 47

8 Problemformulering Optimering af forsyningsnettet Dato: 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 erhvervsområde 2 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 7 af 47

9 Optimering af forsyningsnettet Dato: 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. Figur 1: Maniitsoq 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 Google Earth satellitbillede forskere- skal- daempe- svingninger- pa- elnettet (Aalborg- forskere skal dæmpe svingninger på elnettet) 3 4 Side 8 af 47

10 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 2 5. 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. Elmyndighed ENERGIDIREKTØR IT KOMMUNIKATION CONTROLLER INDKØB Økonomi TEKNISK DIREKTØR ADMINISTRATIONS- DIREKTØR Projektafdeling Distrikter Produktion og distribution JURA SEKRETARIAT HR Regnskab Distrikt Chef Maniitsoq Sisimiut Teamleder Marianne Begtrup Linjeafdeling Seht Lyberth Varmeværk Per Jakobsen Vandværk John Ivarsen Karftvarmeværk Casper Clausen Figur 2 Organisationsstruktur 5 (Organisation) Side 9 af 47

11 Analyse Nedlagte transformerstationerne Det blev for flere år siden vedtaget, at det ikke kunne svare sig at renovere netstation N012 6, 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 3 7. Figur 3 Koblingsdiagram 6 se bilag Maniitsoqs arkiv Side 10 af 47

12 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 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. Belastningsfordeling Figur 4 Kamstrup 351 Belastningstrøm Max. Belastningsstrøm Transformer fuldlaststrøm [A] 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 N001 N002 N002 N003 N004 N005 N006 N006 N007 N008 N009 N010 N011 N012 N013 N014 N015 N016 N017 N018 N019 N020 N021 N022 Netstation Figur 5 Belastningsfordeling Side 11 af 47

13 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 = P Fe P Cu Belastningsgrad Belastningsgrad december Optimal belastningsgrad belastningsgead juni 0,600 0,500 m [faktor] 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 N001 N002 N002 N003 N004 N005 N006 N006 N007 N008 N009 N010 N011 N012 N013 N014 N015 N016 N017 N018 N019 N020 N021 N022 Netstationer Figur 6 Belastningsgrad Side 12 af 47

14 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 [W] Transformertab Tomgangstab kobbertab vinter kobbertab sommer Figur 7 Transformertab Netstationer 8 Uddrag fra mail (Martin N Jensen ABB Danmark) Side 13 af 47

15 Optimering af forsyningsnettet Forsyningssikkerhed Dato: 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 Figur 8 Kabler 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. Transmissionstab Maniitsoq ( ,84 *10 3 ) P + Ptrafo %tab = kabel *100 = 2, 4% P 1281,92 *10 3 Uddrag fra mail NKT cables a/s (Henrik Scharf Product Manager) OG- MILJOE/Energinetdks- miljoepaavirkninger/miljoepaavirkninger- ved- transport- af- el/sider/tab- i- elnettet.aspx (tab i elnettet) 9 10 Side 14 af 47

16 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 OG- MILJOE/Energinetdks- miljoepaavirkninger/miljoepaavirkninger- ved- transport- af- el/sider/tab- i- elnettet.aspx (tab i elnettet) Side 15 af 47

17 Elforbrugets udvikling Optimering af forsyningsnettet Dato: 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. Fremstillingsår 10% 33% 5% 14% 5% 5% 9% 5% 14% I dag er situationen helt omvendt. Ældre strømkrævende produkter Figur 10 Fremstillingsår 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 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 OG- MILJOE/Miljoerapportering/Sider/Forbrug- i- Danmark.aspx (Forbrug i Danmark) Side 16 af 47

18 Betragtes beboelseselforbruget, der også omfatter kommunale bygninger, som sygehus og bibliotek, har tendensen været faldende siden Udviklingen er illustreret i figur 11. Beboelse Totalforbrug beboelse: [kwh] [År] Figur 11: Totalforbrug beboelse Fiskefabrikken og andet industri i Maniitsoq betaler en særlig industritakst. Udviklingen er illustreret i figur 12. Industri Totalforbrug industri: [kwh] [År] 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 Det øgede forbrug siden 2009 skyldes byggemodning til nye boligområder. Udviklingen er illustreret i figur 13. Gadelys Totalforbrug gadelys: [kwh] [År] Figur 13: Totalforbrug gadelys Side 17 af 47

19 Opsummeres overstående grafer, ses det, at totalforbrug i Maniitsoq er steget 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. Totalforbrug Totalforbrug i perioden: [kwh] [År] Figur 14: Totalforbrug i perioden 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. Side 18 af 47

20 Spændingskvalitet Optimering af forsyningsnettet Dato: 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 19 af 47

21 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 Frekvens 50HZ 100HZ 150HZ 200HZ 250HZ 300HZ 350HZ 400HZ 450HZ 500HZ 550HZ Retning (+) 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 DK/Nyheder/Kurser (Dansk El- forbund Instrument temadag Elinstallatør Kristian Lau Mikkelsen & Martin Melcher) Side 20 af 47

22 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 us/egselectricalgroup/newsandevents/news/pages/introductiontok- ratedtransformers.aspx (An introduction to k- rated transformers) Side 21 af 47

23 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/IEC ) 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 (harmoniske overtoners betydning for tab i elmotorer) 16 On%20Harmonic%20Distortion%20PS.pdf (On Harmonic Distortion in Power Systems) Side 22 af 47

24 Opsummering af krav Optimering af forsyningsnettet Dato: 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 fastlagt 17 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, (Rekommandation 16 Spændingskvalitet i lavspændingsnet) Side 23 af 47

25 Optimering af forsyningsnettet Dato: Vurdering N015 (dobbeltøen) Det har før vist sig at være fornuftigt at nedlægge/flytte transformerstationer (N012 og N003), se bilag 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 Figur 15: T- T ASEA tørtransformer 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. Elforbrugets udvikling på dobbeltøen N009 N015 Total Tendenslinje [kwh] [År (december)] Figur 16 Elforbrugets udvikling på dobbeltøen Side 24 af 47

26 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 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. [kwh] Elforbrugets udvikling på diskefabrikken N002- nr.1 N002- nr.2 Total [år (december)] 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 I max,peak = P *1000 max,peak 3 *cos( ø)*u 1N 597 * *0,97 *10000 = 35,5 A [ ] % last,peak = I max,peak *100 35,5 36,4 *100 = 97,5% I 1 1 Side 25 af 47

27 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 N002 Belastningsstrøm ved 120% belastning [ ] I 120% = I 1 1 *120% 36,4 *1,2 = 43,68 A Kobbertab P Cu,peak = cos( ø k )* 3 *U 1kN * I max,peak 0,193* 3 * 418 * 35,5 = 4960,5 W P Cu,120% = cos( ø k )* 3 *U 1kN * I b 0,193* 3 * 418 * 43,68 = 6103,5[ W ] Dårlig spændingskvalitet tab P tab = P Cu,120% P cu,peak 6103, ,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 26 af 47

28 Nedstående figur 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 Figur 19: Diode- broer Figur 18: Effekt af drossel 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_R EVC.pdf. (ABB Teknisk vejledning nr. 6 Vejledning om harmoniske med frekvensomformere 2011) Side 27 af 47

29 Optimering af forsyningsnettet Dato: 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 Figur 20: Måling med Fluke 345 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 (Harmoniske overtoners betydning for tabene i elmotorer) fraktil, i beskrivende statistik afgrænsning af en vis andel af en mængde observationer. Side 28 af 47

30 N014 Syghuset kontrolmåling Stikprøvemålinger af Spændingskvalitet (24 timers) Målingerne blev logget den til i samarbejde med linjemesteren Seth Lyberth, Nukissiorfiit (Maniitsoq), se eventuelt bilag 8.1. Formål: Kontrolmåling til sammenligning af spændingskvalitet med de øvrige transformerstationer Hypotese 21 : 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 29 af 47

31 N015 dobbeltøen Stikprøvemålinger af Spændingskvalitet (24 timers) Målingerne blev logget den til i samarbejde med linjemesteren Seth Lyberth, Nukissiorfiit (Maniitsoq), se eventuelt bilag 8.2. Formål: Dokumenter spændingskvaliteten, samt belastningsgrad Hypotese 22 : God spændingskvalitet men uacceptabel belastningsgrad Sammendrag spændingskvalitetsrapport N015 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. 22 En hypotese er en foreløbig, ikke- bevist antagelse Side 30 af 47

32 N002 fiskefabrikken Spændingskvalitetsmåling (1 uge). Optimering af forsyningsnettet Dato: Målingerne blev logget den til i samarbejde med linjemesteren Seth 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. Hypotese 23 : Dårlig spændingskvalitet medførte overbelastninger tilbage i juli Sammendrag spændingskvalitetsrapport N002 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 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. 23 En hypotese er en foreløbig, ikke- bevist antagelse Side 31 af 47

33 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 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 transformer 24 Figur 21: Last/time diagram for ABB transformer 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 Side 32 af 47

34 Optimerings forslag Optimering af forsyningsnettet Dato: 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 Den Totale belastningseffekt er: P Netstationer = W kwh- pris =1,456kr (beregnet i økonomi afsnittet) Figur 22: Belastnings- og virkningsgrad i vinterperioden Årlig besparelse [kr] [ ] $ = E år * kwh pris *1,456 = kr Årligt besparelse [kwh] E år = P P η98% η99% 25638, , *timer *dage* måneder 1000 *24 * 30 *12 = kwh [ ] Transformertab lav virkningsgrad P η98% = P Netstationer * 1 η 98% ( ) *( 1 0,98) = 25638,36[ W ] Transformertab høj virkningsgrad P η99% = P Netstationer * 1 η 99% ( ) *( 1 0,99) = 12819,18[ W ] Side 33 af 47