Dimensioneringsmanual for 400 kv, 150 kv og 132 kv PEX-kabelanlæg

Transkript

1 Teknisk forskrift TF Appendiks 4 Dimensioneringsmanual for 400 kv, 150 kv og 132 kv PEX-kabelanlæg 29. september 2008 OBG/ANL Dok /07, Sag 07/2151 1/24

2 1. Indledning Planlægning med kabler Ansvars- og arbejdsfordeling ved planlægning og dimensionering af PEXkabelanlæg Planlægningsforudsætninger ved beregning af overføringsbehov Fastlæggelse af overføringsbehov Analyse af belastningsprofil Nominel overføringsevne samt referenceoverføringsevne for PEX-kabler.9 8. Anvendelse af korttidsbelastningsevnen Dimensionering af PEX-kabelanlæg Driftsmæssig udnyttelse af PEX-kablers korttidsbelastningsevne Kapacitetsberegning Overvågning af kabelforbindelser Samlet anbefaling Eksempel på dimensionering af PEX-kabelanlæg Eksempler på korttidsbelastningsevne for en kombineret kabel- og luftledningsforbindelse Dok /07, Sag 07/2151 2/24

3 1. Indledning Dimensioneringsmanualen indgår som et appendiks til Energinet.dk netdimensioneringsregler. Dimensioneringsmanualen er baseret på et udredningsarbejde udført af de jyskfynske transmissionsselskaber omkring anvendelsen af PEX-kabler. Rapporten har opdateret den hidtidige viden om PEX-kabler og deres mulige anvendelse som komponent i transmissionsnettet. Rapporten, der blev udgivet i 2004 belyser en række emner om kabler: - Overføringsbehov. - Driftsikkerhed. - Driftsmæssige forhold med kabler. - Planlægning med kabler". Der er udviklet metoder til vurdering af overføringsbehov, driftsikkerhed og driftsmæssig udnyttelse. Metoderne skal sikre, at både fremtidige og eksisterende kabler kan anvendes effektivt i transmissionsnettet, herunder at kabelanlæg får egenskaber, der passer til det øvrige net. Dimensioneringsmanualen: - Vurderer behovet for særlig Netdimensioneringspraksis for kabelstrækninger med fokus på marked og forsyningssikkerhed samt krav til beredskab. - Opstiller metoder til bestemmelse af overføringsbehov for kabelanlæg. Her skal især tages hensyn til samspillet med øvrige netanlæg og nettets udvikling. - Belyser praksis for driftsmæssig udnyttelse af kabelanlæg og giver nye retningslinjer for driftsmæssige forhold for kabelanlæg, der udnytter mulighederne med kabler. Dimensioneringsmanualen tager udgangspunkt i en rekommandation fra et arbejde udført af vestdanske transmissionsselskaber omkring planlægning og dimensionering af 150 kv og 400 kv PEX-kabelanlæg. Energinet.dk har i samråd med Østdanske og Vestdanske transmissionsselskaber udvidet området til også at omfatte 132 kv PEX-kabelanlæg. 2. Planlægning med kabler Transmissionssystemet kommer i stigende omfang til at bestå af serie- og parallelkoblinger af kabler og luftledninger. Samtidig har indførelse af PEX-kabler samt bedre kendskab til kablers dynamiske overføringsevne gjort det forsvarligt at udnytte kablers overføringsevne med en mindre sikkerhedsmargin end tidligere forudsat. Hidtil er kabelanlæg i transmissionsnettet blevet dimensioneret ud fra flere forskellige betragtninger. Dok /07, Sag 07/2151 3/24

4 Som udgangspunkt blev princippet om termisk ækvivalent overføringsevne mellem luftledninger og kabler lagt til grund. Dette princip betød, at man for en kombineret strækning med luftledning og kabler valgte luftledningens overføringsevne som dimensionerende. Kabelanlægget blev dimensioneret, så den kontinuerte overføringsevne for kablet svarer til den kontinuerte overføringsevne for luftledningen. Denne metode vil ofte medføre kostbare løsninger med flere parallelle kabelsystemer for at opnå luftledningens kontinuerte overføringsevne. I forbindelse med dimensionering af luftledningsanlæg har valget af løsning hidtil stået mellem nogle få standardtværsnit for selve faselederen. Dermed er anlæggene ofte blevet bygget med en overføringsevne, som ikke har et beregningsmæssigt grundlag, men som er tilstrækkeligt rummelig i forhold til det fremtidige overføringsbehov for den enkelte luftledning. Merprisen for en større faseleder inklusive kraftigere master og fundamenter er beskeden i forhold til luftledningens samlede pris, hvorfor denne dimensioneringspraksis stadigvæk er relevant. Anderledes forholder det sig med kabler, hvor overføringsevnen kan vælges næsten trinløst ved brug af forskellige ledertværsnit kombineret med forskellige forlægningsmetoder og skærmkoblinger. Samtidig udgør prisen for selve kablet fortsat en betydelig del af den samlede anlægsinvestering i forbindelse med etablering af kabelanlæg. Der er dog betydelig forskel på entreprenøromkostningernes andel af de samlede omkostninger, når man sammenligner land - by og city. Muligheden for at tilpasse overføringsevnen for det enkelte kabelanlæg efter det forventede overføringsbehov og ønsket om reducerede anlægsinvesteringer har ført til behovet for en veldefineret metode i forbindelse med dimensionering af kommende kabelanlæg. I forbindelse med dimensioneringen af de nyeste kabelanlæg er det vurderet, at en ækvivalent overføringsevne for luftledninger og kabelanlæg ikke nødvendigvis er påkrævet. Dette giver mulighed for at vælge et kabelanlæg med en overføringsevne, der er dimensioneret ud fra det forventede overføringsbehov. PEXkabler på både 400 kv, 150 kv og 132 kv har en betydelig korttidsbelastningsevne, der bør udnyttes ved dimensionering af fremtidige kabelanlæg, hvorved der er mulighed for reducerede anlægsinvesteringer. Kapitalisering af tab, drifts- og vedligeholdelsesomkostninger indgår i dimensioneringsgrundlaget efter sædvanlig praksis. 3. Ansvars- og arbejdsfordeling ved planlægning og dimensionering af PEX-kabelanlæg Den anvendte dimensioneringspraksis gælder kv PEX-kabelanlæg i transmissionsnettet. Planlægning og dimensionering af kabelanlæg på 400 kv-, 150 kv- og 132 kv niveau sker ud fra følgende ansvars- og arbejdsfordeling: Dok /07, Sag 07/2151 4/24

5 Den systemansvarlige virksomhed udfører i samarbejde med de involverede regionale transmissionsselskaber analyser af overføringsbehovet og valg af optimal løsning. Der etableres en dialog med bygherren omkring forudsætninger for selve analyserne, herunder anvendte data for det planlagte kabelanlæg. Den systemansvarlige virksomhed udarbejder et dimensioneringsgrundlag til bygherren, der indeholder følgende oplysninger: - Det maksimale overføringsbehov ved intakt net (angiver krav til kabelanlæggets kontinuerte overføringsevne). - Det maksimale overføringsbehov ved værste netmangel (angiver krav til kabelanlæggets korttidsbelastningsevne i 100 timer ved en forudgående belastning på mindst 50 % af kablets referenceoverføringsevne). - Den sandsynlige belastningsprofil (varighedskurve) for belastningen af det aktuelle kabelanlæg ved intakt net og ved værste netmangel (anvendes ved fastlæggelse af den forudgående belastning, der anvendes ved dimensioneringen af kabelanlægget). - Vurdering af behov for reaktiv kompensering af kabelanlægget. Bygherren foretager dimensioneringen af det aktuelle kabelanlæg på baggrund af et aftalt dimensioneringsgrundlag. Valg af løsning sker i samråd med den systemansvarlige virksomhed i forbindelse med udarbejdelse af anlægsaftale. Bygherren dokumenterer, at den valgte løsning overholder det aftalte dimensioneringsgrundlag for det pågældende kabelanlæg og indsender relevante data for kabelanlægget til den systemansvarlige virksomhed ved idriftsættelse af anlægget. Bygherren vurderer behovet for beredskab ved tvungen udkobling (kabelfejl) af det aktuelle kabelanlæg og sikrer, at dette beredskab etableres i forbindelse med idriftsættelse af kabelanlægget for at opnå høj rådighed og tilgængelighed for kabelanlægget. 4. Planlægningsforudsætninger ved beregning af overføringsbehov For at opnå en ensartet og veldefineret fremgangsmåde ved beregning af overføringsbehovet for planlagte kabelanlæg skal der anvendes en række veldefinerede planlægningsforudsætninger for de udførte analyser af behovet for overføringsevne for transmissionsforbindelser. Alle planlægningsforudsætninger omkring udviklingen af elforbrug og produktion er baseret på det til enhver tid gældende plan- og datagrundlag. Planlægningsforudsætningerne beskriver den forventede udvikling af elforbrug og produktion inden for den betragtede tidshorisont. Der tages hensyn til plan- Dok /07, Sag 07/2151 5/24

6 lagte udbygninger med centrale produktionsenheder, havmølleparker, udbygning af decentrale kraftvarmeværker samt udskiftning af vindmøller. Ligeledes indregnes planlagte udbygninger af transmissionsnettet og udbygninger af udlandsforbindelserne. Netplanlægningen baseres på langsigtede løsninger, der opfylder nuværende og fremtidige krav om overføringsevne for det pågældende kabelanlæg. Energinet.dk har som systemansvarlig virksomhed et sæt Netdimensioneringsregler [Ref. 1], der definerer de overordnede krav til transmissionsnettet ved mangler i nettet og i produktionsapparatet. Manglerne kan være planlagt i forbindelse med vedligehold eller ikke-planlagte i forbindelse med netfejl. Netdimensioneringsreglerne overholder både Nordels og UCTEs krav. Inden for Netdimensioneringsreglernes rammer påvises den værste netmangel, der giver de største belastninger af de enkelte netanlæg. På grundlag af et antal "scenarier" med forskellige transporter gennem nettet bestemmes, hvilken overføringsevne den enkelte forbindelse skal have. Det er i kraft af afsøgningen af hjørnerne inden for rammerne, at der skabes den nødvendige rummelighed/robusthed over for fremtidige overføringsbehov. Overbelastninger, der påvises med Netdimensioneringsreglerne, udløser et behov for forstærkning, der vurderes som beskrevet i Netdimensioneringsreglerne. Med Netdimensioneringsreglerne opnås der ikke konkret viden om dimensioneringen af den nødvendige forstærkning. Netdimensioneringsreglerne stiller krav om en minimal overføringsevne. Netdimensioneringsreglerne er formuleret på baggrund af mange års driftserfaringer og statistiske analyser af historiske mangler i elsystemet. Erfaringerne med Netdimensioneringsreglerne viser, at der opnås et transmissionsnet, der er robust over for netmangler i revisionsperioder og ved normalt forekommende hændelser. Netdimensioneringsreglerne rummer derfor de nødvendige hensyn til udetid i forbindelse med revisioner og fejl. Gruppen af fejl omfatter således fejl på luftledninger, der er forholdsvis hurtigt afhjulpet samt fejl på kabler og transformere, der har lange reparationstider. Overordnet skal Netdimensioneringsreglerne være overholdt, så ethvert kabelanlæg i transmissionsnettet under normale belastnings- og produktionsforhold samt intakt net har en mindre belastning end kabelanlæggets referenceoverføringsevne. I forbindelse med saneringerne af 132 kv og 150 kv-nettet anvendes luftledninger og kabler med samme planlægningsforudsætninger. Der er således ligeværdighed mellem luftledninger og kabler i forbindelse med planlægningen af transmissionsnettet. Denne ligeværdighed er en forudsætning i forbindelse med opstilling af ny dimensioneringspraksis for PEX-kabelanlæg. Dok /07, Sag 07/2151 6/24

7 Det nuværende datagrundlag for opstilling af fejlstatistikker for PEX-kabler er hovedsageligt baseret på relativt gamle oplysninger. Der er efterfølgende sket meget store forbedringer af produktionsteknologien for PEX-kabler, hvorfor nye kabelanlæg må forventes at have en betydelig lavere fejlhyppighed og dermed en højere rådighed end tidligere generationer af PEX-kabler. Det er dog vurderet, at rådigheden af PEX-kabler stadigvæk er lavere end den tilsvarende for luftledninger på grund af udetiden i forbindelse med tvungen udkobling (kabelfejl). Beredskabet ved tvungen udkobling har afgørende betydning for udetiden og dermed den samlede rådighed af det enkelte kabelanlæg. Beredskabet må derfor vurderes på baggrund af det konkrete kabelanlægs betydning for det samlede transmissionsnet. Det er således nødvendigt, at behovet for beredskab på PEX-kabelanlæg fastlægges allerede i planlægnings- og projekteringsfasen. Der er på nuværende tidspunkt ikke identificeret væsentlige forhold, der kan motivere ændringer af Netdimensioneringsreglerne af hensyn til indpasningen af PEX-kabler. 5. Fastlæggelse af overføringsbehov Behovet for overføringsevne for et planlagt kabelanlæg beregnes/vurderes ved hjælp af Netdimensioneringsreglerne. Der anvendes en tidshorisont på op til 20 år, hvilket svarer til planlægningshorisonten. Ved vurdering af overføringsbehovet for en vilkårlig forbindelse er det vigtigt at undersøge, hvilken nuværende og kommende betydning den pågældende forbindelse har for det samlede transmissionsnet både på det korte og lange sigte. Fremgangsmåden ved netplanlægningen er uafhængig af, om der skal udbygges med luftledninger eller kabelanlæg. Transmissionsnettet i Energinet.dk's område indgår som transitområde mellem Norden og Kontinentet, hvilket øger udnyttelsen af udlandsforbindelserne. Ligeledes er der sket store ændringer på produktionssiden, hvor miljømæssige rammer har fortrængt central produktion til fordel for decentrale kraftvarmeværker og vindmøller til lands og til vands. Disse ændrede forhold stiller ændrede/øgede krav til kapaciteten af transmissionsnettet. Det er derfor nødvendigt at dimensionere efter et antal repræsentative driftsituationer, der beskriver det mulige udfaldsrum for elforbrug, produktion samt udveksling via udlandsforbindelserne. Disse driftsituationer kaldes for billeder. I netplanlægningen i Energinet.dk's område indgår et antal billeder inden for kategorierne: - Forsyningssikkerhedsbillederne repræsenterer situationer med stort forbrug og store interne transporter i transmissionsnettet med henblik på at sikre forsyningen. De dimensionerende forsyningssikkerhedsbilleder er højlastsituationer med og uden produktion fra vindmøller. Undersøgelsen skal sikre tilstrækkelig overføringskapacitet i transmissionsnettet ved udfald af en Dok /07, Sag 07/2151 7/24

8 ledning eller en transformer, så forsyningen af områder med produktionsmangel er sikret. - Miljøbillederne repræsenterer de situationer, hvor den bundne produktion på de decentrale kraftvarmeværker og på vindmøllerne er stor i forhold til forbruget. Miljøbillederne er derfor situationer med stor bunden produktion og eloverskud lokalt eller i det samlede system. Det dimensionerende miljøbillede er en lavlastsituation, som repræsenterer eloverløbssituationer. - Markedsbillederne tager udgangspunkt i eksport- og importsituationer, bestemt af priserne i de omkringliggende områder, og viser behovet for udveksling set i forhold til markedet. Med markedsbillederne undersøges mulighederne for fuld udnyttelse af udlandsforbindelserne og centrale produktionsenheder. Et billede er en sandsynlig driftsituation, der ved afprøvning på definerede dimensioneringsregler er grundlag for vurdering af behovet for udbygningen af transmissionsnettet. Med Netdimensioneringsreglerne herunder billedteknikken bestemmes minimumkravet til overføringsevnen for den enkelte forbindelse. Af hensyn til usikkerheder omkring udviklingen af det samlede elsystem (forbrug, produktion, udvekslingskapacitet via udlandsforbindelserne m.m.) bør der ved Energinet.dk's undersøgelse af det langsigtede overføringsbehov for en given forbindelse indregnes et tillæg på op til 20 % af det påviste overføringsbehov ved mangler. Størrelsen af dette tillæg skal afspejle graden af usikkerhed forbundet med den pågældende undersøgelse af overføringsbehovet samt ud fra en vurdering af de økonomiske konsekvenser forbundet med realiseringen af det ønskede tillæg. 6. Analyse af belastningsprofil Dimensioneringen af det enkelte kabelanlæg sker på baggrund af de udførte analyser af behovet for overføringsevne samt ud fra beregnede varighedskurver for belastningen af det pågældende kabelanlæg. Netdimensioneringsreglerne afprøves typisk på et begrænset antal effektbalancer (billeder), hvorfor der ikke kan skabes et tilstrækkeligt grundlag til vurdering af den typiske belastningsprofil for det planlagte kabelanlæg. Ved hjælp af analyseværktøjet PowerFactory/SIVAEL kan den sandsynlige belastningsprofil (varighedskurve) beregnes, idet belastningen for det aktuelle kabelanlæg beregnes for et år ad gangen ved henholdsvis intakt net og ved værste netmangel. Varighedskurverne giver et nuanceret billede af belastningsforholdene for den planlagte forbindelse. Dette grundlag kan anvendes som supplement til de udførte analyser af overføringsbehovet baseret på "billedteknikken" ved dimensioneringen af det planlagte kabelanlæg samt ved vurdering af muligheden for udnyttelse af korttidsbelastningsevnen samt hyppigheden af behovet for dette. Dok /07, Sag 07/2151 8/24

9 Analyseværktøjet SIVAEL anvendes til simulering af kraftvarmesystemet time for time. Baseret på forudsætninger om prisdannelser i nabo-områderne, forbrugsmønstre, fjernvarmebindinger, øvrige produktionsforhold samt revisionsplaner opstiller programmet effektbalancer med elforbrug, produktionsfordelinger samt udveksling via udlandsforbindelserne. Resultaterne fra SIVAEL er i denne sammenhæng mellemresultater, der indlæses i PowerFactory. SIVAEL simulerer kraftvarmesystemet for et år ad gangen, hvilket giver forskellige fordelinger af produktion, forbrug samt udveksling via udlandsforbindelserne. PowerFactory anvender disse effektbalancer fra SIVAEL som forudsætninger for undersøgelse af begrænsninger i nettet. Ved hjælp af PowerFactory beregnes så, time for time, belastningsforholdene ved henholdsvis intakt net og ved værste netmangel for udvalgte forbindelser i transmissionssystemet. På baggrund af de udførte analyser af behovet for overføringsevne udarbejder den systemansvarlige virksomhed et dimensioneringsgrundlag, der indeholder følgende oplysninger: - Det maksimale overføringsbehov ved intakt net - Det maksimale overføringsbehov ved værste netmangel - Den sandsynlige belastningsprofil (varighedskurve) for belastningen af det aktuelle kabelanlæg ved intakt net og ved værste netmangel - Krav til reaktiv kompensering af kabelanlægget. Ved kabellægning af eksisterende forbindelser kan historiske data for belastningen af den aktuelle forbindelse eventuelt anvendes som supplement ved vurderingen af behovet for overføringsevne. 7. Nominel overføringsevne samt referenceoverføringsevne for PEX-kabler Den nominelle overføringsevne for et kabel angives af kabelleverandøren ud fra bestemte standardforudsætninger. Den nominelle overføringsevne giver et sammenligningsgrundlag for de forskellige kabeltværsnit, men beskriver ikke det aktuelle kabels faktiske overføringsevne under den daglige drift. Kabelrapporten [Ref. 2] anbefaler følgende parametre anvendt som standardbetingelser ved beregning af nominel overføringsevne for PEX-kabelanlæg, Tabel 1. Dok /07, Sag 07/2151 9/24

10 Nedgravningsdybde 1,2 m Maksimal jordtemperatur 15 C Jordens specifikke termiske modstand 1 C m/w Belastningsfaktor 1,0 Maksimal kabeloverfladetemperatur 50 C (kappe) Maksimal ledertemperatur 90 C Tabel 1 Standardbetingelser for beregning af PEX-kablers nominelle overføringsevne. Den nominelle overføringsevne kan angives for forskellige skærmkoblinger (jording i begge ender, enkeltpunktsjording, crossbonding) og forlægninger (tæt trekant, flad forlægning). Den valgte kabeldimension, ledertype, forlægning, skærmkobling, nedgravningsdybde, jordtemperatur, jordens specifikke termiske modstand m.m. bestemmer tilsammen anlæggets faktiske overføringsevne. Ud fra de anlægsspecifikke data beregnes den korrigerede overføringsevne, der betegnes referenceoverføringsevnen for det konkrete kabelanlæg. Ved dimensionering af kabelanlæg skal der tages hensyn til varierende jordtemperatur i kabeltraceet. De anførte 15 grader gælder jomfruelig jord uden overfladebelægning og andre ledninger i jorden, som er gældende udenfor bymæssig bebyggelse. I bymæssige områder bør man være opmærksom på hotspots forårsaget af belægninger, bygninger, andre ledningsanlæg m.m. Hvis der ikke træffes foranstaltninger herfor (køling, isolering m.m.) vil det være disse hotspots, der er begrænsende for kablets overføringsevne. Procedure og korrektionsfaktorer ved beregning af referenceoverføringsevnen er beskrevet i Kabelrapporten. Ud fra kendskabet til de konkrete forhold er det er op til bygherren at vurdere og fastlægge størrelsen af de parametre, der anvendes i beregningen af referenceoverføringsevnen. Maksimal kappetemperatur på 50 C anvendes på direkte nedgravede kabler. Lægges kablerne i bentonitfyldte rør, gælder kravene til den maksimale kappetemperatur for ydersiden af rørene i stedet for kabelkappen. Formålet med en maksimal ydre temperatur er at nedsætte risikoen for udtørring af den omkringliggende jord. 8. Anvendelse af korttidsbelastningsevnen Efter en længere driftsperiode med en cyklisk eller konstant belastning, der er mindre end kablets referenceoverføringsevne, vil der være mulighed for i et kortere tidsrum at belaste kablet med en belastningsstrøm, der er større end referenceoverføringsevnen. Ledertemperaturen overstiger ikke 90 C under korttidsbelastning, og der tæres ikke ekstraordinært af kablets levetid. Ligeledes overstiger kappetemperaturen Dok /07, Sag 07/ /24

11 ikke 50 C under korttidsbelastning, og der optræder dermed heller ikke udtørring af jorden omkring kablet. Hvis ledertemperaturen overstiger 90 C, eller kappetemperaturen overstiger 50 C, er der tale om overbelastning. I Tabel 2 er der vist et eksempel på en korttidsbelastningssituation med en konstant korttidsbelastning beregnet ved hjælp af CYMCAP [Ref. 2]. Forinden er der indtruffet en termisk, stationær tilstand i kablet. Den forudgående last har været konstant (belastningsfaktor = 1,0) og henholdsvis 75 %, 50 % og 25 % af referenceoverføringsevnen for kabelanlægget. Varighed af korttids-belastning Forudgående belastning (Procent af referenceoverføringsevnen) (med konstant 75 % 50 % 25 % belastning) 10 timer 1,51 1,76 1,92 50 timer 1,24 1,35 1, timer 1,17 1,26 1,32 Tabel 2 Vejledende korrektionsfaktorer for korttidsbelastning af PEX-kabelanlæg. Det skal bemærkes, at de i Tabel 2 viste værdier kun er vejledende. Korrektionsfaktorer for et givent kabelanlæg skal beregnes på baggrund af faktiske oplysninger om det pågældende kabelanlæg. Kabelrapporten anbefaler i sammenhæng med ny praksis for dimensionering af kabelanlæg, at begrebet termisk ækvivalent belastningsevne erstattes med termisk ækvivalent korttidsbelastningsevne. For at have ensartede dimensioneringspraksis for både luftledninger og kabler anbefales det, at kravet til maksimal overføringsevne ved værste netmangel, jf. Netdimensioneringsreglerne, opnås ved udnyttelse af kablets korttidsbelastningsevne. Korttidsbelastningsevnen skal kunne opretholdes i 100 timer ved en forudgående belastning svarende til mindst 50 % af kablets referenceoverføringsevne. Kabelrapportens anbefalinger er blevet fulgt i forbindelse med opstilling af ny dimensioneringspraksis for PEX-kabelanlæg ud fra følgende motivering: - Med den valgte tidshorisont (100 timer) vil det typisk være muligt at kunne reparere og indkoble fejlramte ledninger/kabler eller anlæg, der er udkoblet i forbindelse med arbejder i nettet. Det vil være muligt at lave omlægninger i nettet, så belastningen af det pågældende kabelanlæg kan nedbringes inden for denne tidshorisont. - Niveauet for forudgående belastning (mindst 50 %) er valgt på baggrund af driftserfaringer, der viser, at den typiske belastningsgrad for transmissionsforbindelser under normale belastningsforhold er under 50 %. Den valgte dimensioneringsforudsætning svarer således til de faktiske belastningsforhold. Det skal understreges, at belastningsgraden kan være meget varieret Dok /07, Sag 07/ /24

12 f.eks. i forbindelse med revisioner, hvorfor den sandsynlige belastningsprofil skal vurderes individuelt for hvert kabelanlæg. Princippet for anvendelse af PEX-kablers korttidsbelastningsevne fremgår af Figur 1. Belastning Korttidsbelastning Korttidsbelastningsevne Referenceværdi Aktuel belastning Forudgående belastning Korttidsbelastningens varighed Tid Figur 1 Udnyttelse af korttidsbelastningsevnen for PEX-kabler. 9. Dimensionering af PEX-kabelanlæg Dimensionering af kabelanlæg rummer en række tekniske og økonomiske problemstillinger. Det er vanskeligt at opstille en generel dimensioneringspraksis for kabelanlæg, da der typisk vil være forhold ved det enkelte kabelanlæg, der afviger fra de generelle forudsætninger. Som udgangspunkt skal der altid vælges en teknisk og økonomisk optimal løsning. Denne vurdering skal også omfatte en undersøgelse af tomgangs- og belastningsafhængige tab. Det valgte kabelanlæg bør optimeres med henblik på maksimering af overføringsevnen for en given kabeltype. Den optimale løsning vælges på baggrund af en vurdering af meromkostningerne forbundet med anvendelse af f.eks. en alternativ forlægningsform eller skærmkobling samt andre umiddelbare tiltag, hvormed kabelanlæggets overføringsevne kan forøges. Generelt er det vigtigt, at hvert kabelsystem optimeres, så overføringsbehovet kan realiseres med så få kabelsystemer som muligt. Særlige forhold kan dog motivere anvendelse af parallelle kabelsystemer, f.eks. driftsikkerhedsmæssige behov, for at kunne opretholde en begrænset overføringsevne for en given Dok /07, Sag 07/ /24

13 transmissionsforbindelse i forbindelse med længerevarende udkobling af det andet parallelle kabelsystem. Tiden for retablering af den begrænsede overføringsevne skal indgå i vurderingen af udformning af stationsmateriellet. For transmissionsforbindelser med et stort overføringsbehov kan det være teknisk og økonomisk optimalt at realisere overføringsbehovet ved hjælp af flere parallelle kabelsystemer, idet denne løsning ved korte kabeldelstrækninger i en luftledning kan være væsentligt billigere end et enkelt kabelsystem med en meget stor overføringsevne, hvilket kræver et stort ledertværsnit med en speciel lederopbygning. Ved lange kabelsystemer foretrækkes et større ledertværsnit af hensyn til de reaktive forhold. Ved hjælp af beregnede belastningsdata opstilles varighedskurver, der anvendes til vurdering af belastningsforholdene for det pågældende kabelanlæg. Er der tale om forbindelser, hvor der kan forventes en høj forudgående belastning, hvor muligheden for udnyttelse af korttidsbelastningsevnen således er begrænset, skal det overvejes, om kabelanlæggets referenceoverføringsevne skal svare til kravet til maksimal overføringsevne, der kan forekomme ved værste netmangel. Indregning af korttidsbelastningsevnen ved dimensionering af et kabelanlæg bør altid baseres på en konkret vurdering af forudsætningerne for anvendelse af korttidsbelastningsevnen for det pågældende anlæg. Ved dimensionering af kabelanlæg anvendes en belastningsfaktor på 1 (konstant belastning). Hvor særlige forhold er gældende, f.eks. ved radialforbindelser, kan der eventuelt anvendes en belastningsfaktor på 0,7 (cyklisk belastning). Eksempel på dimensionering af et PEX-kabelanlæg samt erfaringer med dimensionering af eksisterende PEX-kabelanlæg er vist i Bilag 1. Korte kabelstrækninger kompenseres normalt ikke, medmindre den systemansvarlige virksomhed har angivet dette. Hvis kabelanlægget kompenseres med fasttilkoblede reaktorer, er det i givet fald en del af bygherrens dimensioneringsopgave. Idet kabelleverandørens dokumentation for kabelanlægget leveres, før anlægsarbejdet indledes, bør man være opmærksom på, at der i praksis under anlægsarbejdet kan opstå uforudsete forhold, som påvirker overføringsevnen for det færdige kabelanlæg. Bygherren bør derfor være forsigtig med at optimere kabelanlægget præcist til det udmeldte dimensioneringsgrundlag. Principperne er beskrevet i afsnit Driftsmæssig udnyttelse af PEX-kablers korttidsbelastningsevne Udnyttelse af PEX-kablers korttidsbelastningsevne rummer en række driftsmæssige udfordringer, der hver for sig stiller øgede krav til driftspersonalet. Overordnet skal det sikres, at udnyttelsen af korttidsbelastningsevnen ikke Dok /07, Sag 07/ /24

14 medfører risiko for beskadigelse af kabelanlægget. Samtidig skal den anvendte overvågningsmetode give en tilstrækkelig præcis estimering af den aktuelle korttidsbelastningsevne for kabelanlægget, hvorved kabelanlægget kan udnyttes optimalt. Som udgangspunkt dimensioneres PEX-kabelanlæg ud fra Netdimensioneringsreglerne, hvormed overføringsbehovet vurderes på baggrund af udførte analyser, jf. Afsnit 5 "Fastlæggelse af overføringsbehov" Kapacitetsberegning Der er en række forhold med afgørende betydning for udnyttelsen af PEXkablernes korttidsbelastningsevne i driftsplanlægningen. Driftsplanlægningen udmelder handelskapacitet beregnet på baggrund af oplysninger om transmissionsnettets aktuelle koblingsstilstand (planlagte koblinger) samt prognoser for forbrug og produktion, herunder produktionsfordelinger og vindkraftprognose. I driftsplanlægningen tillades en kortvarig (5-15 minutter) belastning på op til 125 % af en luftlednings nominelle overføringsevne. Denne type overbelastning opstår typisk ved en ikke-planlagt hændelse. I forbindelse med dimensioneringen af PEX-kabler udnyttes kablernes korttidsbelastningsevne, hvor overføringsbehovet ved netmangler skal kunne opretholdes i 100 timer ved en forudgående belastning på højst 50 % af referenceværdien for det pågældende kabelanlæg. Driftsplanlægningens tidshorisont er begrænset, hvorfor det må antages, at den anvendte dimensioneringspraksis for PEX-kabler er robust over for normalt forekommende driftsituationer med revisioner i transmissionsnettet og produktionsapparatet. Ved beregning af handelskapaciteten for det kommende driftsdøgn skal der anvendes data for den aktuelle korttidsbelastningsevne for det enkelte kabelanlæg. Denne aktuelle korttidsbelastningsevne er afhængig af den forudgående belastning af det enkelte kabelanlæg. Den aktuelle korttidsbelastningsevne kan estimeres ved hjælp af distribueret temperaturmåling langs det enkelte kabelanlæg. Denne overvågningsmetode er imidlertid relativt kostbar, hvorfor den i øjeblikket kun anvendes ved enkelte kabelanlæg i Energinet.dk's område. Overvågning skal dog forberedes ved at nedgrave rør til senere brug. Der er etableret onlinemåling af belastningsstrømmen for samtlige kabelforbindelser. Disse strømmålinger kan anvendes til vurdering af den aktuelle korttidsbelastningsevne. Hvis beregningen af handelskapaciteten skal omfatte en individuel vurdering af den aktuelle korttidsbelastningsevne for et givent kabelanlæg, vil arbejdet med kapacitetsberegningen blive ganske omfattende og tidskrævende. Samtidig vil Dok /07, Sag 07/ /24

15 det ikke være muligt at indregne den aktuelle korttidsbelastningsevne nøjagtigt i disse beregninger, da den kommende belastning af kabelanlægget ikke er kendt på forhånd. I praksis vil et kabelanlæg aldrig være belastet ud over referenceværdien, før en ikke-planlagt hændelse optræder i nettet. Dette skyldes, at transmissionsnettet drives med n-1 sikkerhed. Belastningsgraden vil normalt ikke være højere end 50 % af referenceværdien før en ikke-planlagt hændelse. Ud fra denne betragtning anbefales nedenstående metode til driftsmæssig udnyttelse af korttidsbelastningsevnen. Der differentieres mellem "rene" kabelforbindelser og kombinerede kabel- og luftledningsforbindelser. Kabelanlægget indgår i kapacitetsberegningerne med en overføringsevne svarende til korttidsbelastningsevnen i 50 timer ved en forudgående belastning på 75 % af referenceoverføringsevnen for det pågældende kabelanlæg. Det valgte niveau for forudgående belastning samt den anvendte tidshorisont vil give en god sikkerhedsmargin i forhold til risikoen for beskadigelse af kabelanlægget. Selv ved nogle få timers overskridelse af korttidsbelastningsevnen vil kablet ikke tage fysisk skade, dog sker der et ekstraordinært forbrug af kabelanlæggets levetid. Der opnås en passende udnyttelse af kabelanlæggets korttidsbelastningsevne også i situationer med revisioner i nettet, hvor der kan forventes en forudgående belastning, der overskrider niveauet i forhold til dimensioneringsgrundlaget for det pågældende kabelanlæg Overvågning af kabelforbindelser Alarmgrænser fastlægges af den systemansvarlige virksomhed og den regionale driftsleder hver for sig indenfor de af driftslederen fastsatte værdier. I forbindelse med beregning af handelskapaciteten for det kommende driftsdøgn skal det vurderes, om kabelanlægget er tilstrækkeligt aflastet i forhold til de anvendte beregningsforudsætninger, det vil sige 75 % forudgående belastning i forhold til referenceoverføringsevnen. Eksempel på korttidsbelastningsevne for kombineret kabel- og luftledningsforbindelse fremgår af Bilag 2. Dok /07, Sag 07/ /24

16 11. Samlet konklusion For kabelanlæg er valgt en metode, der fører til individuel dimensionering af kabler. Det er ikke en forudsætning, at der anvendes standardtværsnit. Der er aftalt en ansvars- og arbejdsfordeling mellem den systemansvarlige virksomhed og bygherren. PEX-kabelanlæg for 400 kv, 150 kv og 132 kv planlægges og dimensioneres ud fra følgende fremgangsmåde: - På baggrund af udførte analyser fastlægger den systemansvarlige virksomhed i samarbejde med relevant transmissionsselskab det langsigtede behov for kabelanlæggets kontinuerte overføringsevne (referenceoverføringsevne) ved intakt net. - På baggrund af udførte analyser af overføringsbehovet ved mangler, jf. Netdimensioneringsreglerne, fastlægger den systemansvarlige virksomhed kravene til kabelanlæggets overføringsevne (korttidsbelastningsevne) ved værste netmangel. Hertil lægges et tillæg på op til 20 % af hensyn til forskellige usikkerheder ved de langsigtede analyser af overføringsbehovet for transmissionsnettet. - På baggrund af den simulerede belastningsprofil (varighedskurve) fastlægges forudsætningerne for anvendelse af korttidsbelastningsevnen. Der skal anvendes en forudgående belastning svarende til den beregnede middelværdi af belastningen af det pågældende kabelanlæg ved intakt net, dog mindst 50 % af referenceoverføringsevnen for det aktuelle kabelanlæg. Korttidsbelastningsevnen skal med disse forudsætninger kunne udnyttes i 100 timer. - Den systemansvarlige virksomhed udarbejder et dimensioneringsgrundlag til bygherren med oplysninger omkring kravene til overføringsevne til brug ved dimensioneringen af det pågældende kabelanlæg. - Bygherren projekterer og etablerer det planlagte kabelanlæg på baggrund af det aftalte dimensioneringsgrundlag. Den anvendte løsning vælges ud fra et teknisk og økonomisk optimum. Bygherren dokumenterer den anvendte løsning og indsender denne dokumentation til den systemansvarlige virksomhed ved anlæggets idriftsættelse. - Bygherren vurderer behovet for beredskab ved tvungen udkobling (kabelfejl) af det aktuelle kabelanlæg og sikrer, at dette beredskab etableres i forbindelse med idriftsættelse af kabelanlægget. Driftsmæssig udnyttelse af kv PEX-kabler sker under hensyntagen til markedets behov for udmelding af handelskapacitet. Referenceliste Ref. 1 Ref. 2 Energinet.dk Dimensioneringsregler. 150 kv- og 400 kv PEX-kabelanlæg, Eltra notat ELT d. Dok /07, Sag 07/ /24

17 Bilag 1 Side 17 Eksempel på dimensionering af PEX-kabelanlæg I år 2005 gennemførtes saneringer af 150 kv-nettet på strækningen Hatting- Knabberup-Skærbækværket. 150 kv-station Knabberup indsløjfes på 150 kvforbindelsen Hatting-Landerupgård. Selve indsløjningen af station Knabberup sker via kabler. Figur 1 viser den simulerede belastningsprofil for 150 kv-forbindelserne Hatting-Knabberup og Knabberup-Landerupgård. Beregningerne er udført for år 2020 og er anvendt i forbindelse med dimensioneringen af kabelanlægget til indsløjfningen af station Knabberup. På baggrund af udførte analyser af overføringsbehovet er aftalt følgende dimensioneringskrav: Kontinuert overføringsbehov (intakt net): Maksimalt overføringsbehov i 100 timer (ved værste netmangel): = A = A Det skal bemærkes, at station Knabberup indsløjfes på den eksisterende forbindelse mellem Hatting og Landerupgård. For at kunne realisere det fremtidige overføringsbehov opgraderes luftledningen, hvorefter den nominelle overføringsevne udgør ca A. Det aktuelle kabelanlæg anvendt ved indsløjfningen af station Knabberup skal have en korttidsbelastningsevne i 100 timer, der svarer til den fremtidige overføringsevne for luftledningen efter en opgradering af denne. Idet der forudsættes en forudgående belastning på 50 % af kabelanlæggene, fastlægges kravet til kabelanlæggets minimale referenceoverføringsevne ud fra forudsætningerne for anvendelse af korttidsbelastningsevnen, jf. Tabel 2. Referenceoverføringsevne (minimum): = A/1,26 1 = A Ud fra kabelkataloger m.m. vælges en kabeltype med en nominel overføringsevne i nærheden af kravet til kabelanlæggets referenceoverføringsevne. Kravet til overføringsevne for kabelanlægget anvendt ved indsløjfningen af station Knabberup kan realiseres med et dobbelt mm 2 PEX-AL kabelsystem i tæt trekantforlægning. Med standardbetingelserne [Ref. 2] opnås en samlet nominel overføringsevne på 2 x 750 A. Der er god margin mellem kravene til minimal referenceoverføringsevne (1.507 A) og kontinuert overføringsevne (1.140 A). 1 Det skal bemærkes, at den anvendte værdi kun er vejledende. Korrektionsfaktorer for et givent kabelanlæg skal beregnes på baggrund af faktiske oplysninger om det pågældende kabelanlæg. Dok /07, Sag 07/ /24

18 Betragtes Figur 1, må det antages, at betingelserne for anvendelse af korttidsbelastningsevnen er opfyldte, idet belastningsprofilen for de aktuelle 150 kvforbindelser viser, at belastningsgraden ved intakt net kun i et begrænset antal timer overstiger 50 % af kabelanlæggets referenceoverføringsevne. Det skal understreges, at der kan opnås en større nominel overføringsevne end som angivet ved anvendelse af en alternativ forlægning (eksempelvis flad forlægning) og jording af skærmen (eksempelvis crossbonding). Ved ovenstående eksempel er der ikke indregnet et tillæg til det maksimale overføringsbehov ved mangler. Dette er begrundet med, at 150 kv-luftledningen på strækningen Hatting-Landerupgård opgraderes, hvorefter luftledningens termiske overføringsevne udnyttes maksimalt. I tilfælde af yderligere behov for øget overføringsevne vil luftledningen være begrænsende, hvilket vil udløse behov for udbygninger andre steder i transmissionsnettet. Med den valgte løsning er der ikke foretaget en konkret teknisk og økonomisk vurdering. Det er antaget, at det ikke vil være muligt at realisere overføringsbehovet med et enkelt kabelsystem, hvorfor der som udgangspunkt er valgt et kabelanlæg med to parallelle kabelsystemer. Erfaringer med dimensionering af 150 kv PEX-kabler I dette afsnit beskrives den tidligere anvendte praksis med hensyn til dimensionering af kabelanlæg. På denne baggrund evalueres den tidligere anvendte praksis, og de opnåede driftserfaringer og erkendelser kan anvendes ved tilpasning af den i Afsnit 9 beskrevne procedure for dimensionering af PEXkabelanlæg. De første eksempler fra 1999 er 150 kv-kablerne i Odense mellem Fynsværket og Odense SØ. Ved dimensioneringen af det pågældende kabelanlæg blev det lagt til grund, at transporterne fulgte forbruget i Odenseområdet. Der blev derfor anvendt en belastningsfaktor på 0,7. Belastningsfaktoren tog højde for, at transporterne varierer i størrelse over døgnet. Et senere eksempel er Graderup-Kingstrup Her var det konkrete vurderinger af belastninger og begrænsninger fra transformere, der gav overføringsbehovet. Kablet mellem Skærbækværket og station Ryttergård blev dimensioneret ud fra en fremtidig, maksimal belastning på station Ryttergård. Selv om kablet indgår i en luftledningsstrækning, som i visse tilfælde kunne indgå i en transportvej mellem Landerupgård, Ryttergård, Skærbækværket og Knabberup, er der set bort fra denne specielle situation, som desuden kun vil være midlertidig. Kablet blev derfor dimensioneret ud fra at skulle være en "distributionsledning". Der blev derfor regnet med en belastningsfaktor på 0,7 (almindelig døgnbelastning). Da kablet imidlertid i en periode indgår i det overordnede transmissionsnet, blev kablets overføringsevne nedskrevet til at være gældende ved en belastningsfaktor på 1. Dok /07, Sag 07/ /24

19 Figur 3 viser den historiske belastningsprofil for år 2003 for ovennævnte 150 kv-kabelanlæg. Det kan konstateres, at belastningsgraden for de pågældende 150 kv-forbindelser er relativt lav. Årsagen til den begrænsede udnyttelse af overføringsevnen kan tilskrives den hidtil anvendte dimensioneringspraksis, der resulterede i "rummelige" løsninger med en stor sikkerhedsmargin. Kabelanlæggene er dimensioneret ud fra et langsigtet overføringsbehov, hvorfor de historiske data for år 2003 nødvendigvis ikke retvisende for det langsigtede overføringsbehov. Dok /07, Sag 07/ /24

20 Bilag 2 Eksempler på korttidsbelastningsevne for en kombineret kabel- og luftledningsforbindelse Nedenstående eksempel viser sammenhængen mellem korttidsbelastningsevnen for et PEX-kabelanlæg og den nominelle overføringsevne for en luftledning: En fiktiv 150 kv-forbindelsen består af to delstrækninger. Kabelstrækning udført som mm 2 AL-PEX-kabel med en referenceværdi på 870 A (tæt trekantforlægning, crossbonding). Luftledning udført som 772 mm 2 St.Al med en nominel overføringsevne på A (80 o C profiltemperatur). Ved hjælp af simuleringsværktøjet CYMCAP er korttidsbelastningsevnen udregnet for de enkelte delstrækninger, der indgår i den aktuelle 150 kv-forbindelse under hensyntagen til den forudgående belastning af kabelanlægget. Resultaterne af disse beregninger er vist i Figur 2, hvoraf det fremgår, at delstrækningen, der er udført som luftledning, er det begrænsende element umiddelbart efter en ikke-planlagt hændelse. Ved en længerevarende, ikke-planlagt hændelse vil delstrækningen udført som kabel blive det begrænsende element. Har kabelanlægget før den ikke-planlagte hændelse været belastet med 50 % af referenceværdien, svarende til 435 A, kan kabelanlægget belastes med A i cirka 24 timer. Kabelanlæggets korttidsbelastningsevne er således ækvivalent med luftlednings nominelle overføringsevne i 24 timer. Det skal bemærkes, at den beskrevne 150 kv-forbindelse er fiktiv. Dimensioneringen af kabelanlæg sker i praksis på baggrund af det påviste overføringsbehov ved mangler i overensstemmelse med netdimensioneringsreglerne. Dok /07, Sag 07/ /24

21 Korttidsbelastningsevne for kombineret kabel- og luftledningsforbindelse mm 2 AL-PEX kabel, tæt trekant, crossbonding, I Ref = 870 A 772 mm 2 StAl luftledning, 80 o C profiltemperatur, I Nom = A Belastningsevne [A] time 5 timer 10 timer 24 timer 36 timer 50 timer 75 timer 100 timer Tid [h] Referenceoverføringsevne - kabel 50% forudgående belastning 75% forudgående belastning 90% forudgående belastning Nominel overføringsevne - luftledning Figur 2 Korttidsbelastningsevne for kombineret kabel- og luftningsforbindelse. Dok /07, Sag 07/ /24

22 Figur 1 Side Belastning af Hatting-Knabberup (2020) - SIVAEL beregning Tid [h] Værste netmangel Intakt net Intakt net (varighedskurve) Værste netmangel (varighedskurve) Middelværdi Belastningsgrad [%] (Iref. = A) Dok /07, Sag 07/ /24

23 Figur 1 Side Belastning af Knabberup-Landerupgård (2020) - SIVAEL beregning Tid [h] Værste netmangel Intakt net Intakt net (varighedskurve) Værste netmangel (varighedskurve) Middelværdi Belastningsgrad [%] (Iref. = A) Dok /07, Sag 07/ /24

24 Figur Belastning af Graderup-Kingstrup, Fynsværket-Odense Øst og Ryttergården-Skærbækværket Tid [h] GRP3-KIN3 GRP3-KIN3 FVO3-OSØ3 FVO3-OSØ3 RYT3-SVS3 RYT3-SVS3 Belastningsgrad [%] Dok /07, Sag 07/ /24