Spenningskvalitet

Spenningskvalitet, elkvalitet, nettkvalitet. Kjært barn har mange navn. I denne artikkelen vil jeg ta for meg årsaker til og konsekvenser av at kvaliteten på den kilden som skal forsyne utstyret vårt varierer.

Når vi plugger til et elektrisk utstyr til vårt elanlegg forventer vi at det skal fungere som forutsatt. Vi forventer også at utstyret ikke skal lage problemer for annet utstyr, eller andre forbrukere. Slik er det ikke alltid. I den senere tid har vi ofte lest om elbiler som ikke vil ta lading, og faktisk også om elbiler som tar fyr under lading. Kan dette ha noe å gjøre med kvaliteten på den spenningen som blir tilført?

I følge NVE (Norges vassdrags- og elektrisitetsvesen) er Leveringskvalitet et samlebegrep som omfatter leveringspålitelighet, spenningskvalitet og ulike ikke-tekniske elementer, slik som kundeservice og informasjon.

Krav til leveringskvalitet er regulert i Forskrift om leveringskvalitet i kraftsystemet (FOL). Avvik fra kravene i forskriften medfører en plikt til nettselskapet å iverksette korrigerende tiltak. Avvik i spenningskvalitet kan være:

  • For høy eller for lav spenning (her er kravet ± 10%)
  • Avvik i frekvens (50 Hz ± 2%)
  • Flimmer (den synlige variasjon i lys hvor luminansen eller spektralfordelingen varierer med tiden)
  • Harmoniske forstyrrelser (total harmonisk forvrengning av spenningen skal ikke overstige 5% ila en uke)

Dagens mange ”duppeditter” i de tusen hjem er også med på å forsøple spenningskvaliteten. Imidlertid har mange strømforsyninger i f.eks. små datamaskiner nå blitt levert med filter som kompenserer for ulineært strømtrekk.

Det er nemlig utstyrets strømtrekk som påvirker spenningen slik at denne ikke lenger er lineær. Dårlig spenningskvalitet kan medføre at utstyret ikke fungerer etter hensikten. Utstyret kan havarere og utstyrets levetid kan bli betydelig redusert. Spesielt er utstyr med mye elektronikk utsatt.

For større virksomheter som sykehus, flyplasser, datasentre og produksjonsbedrifter kan forringet spenningskvalitet få store konsekvenser. Havari av kostbart utstyr som følge av forringet spenningskvalitet er selvsagt en uønsket samfunnskostnad. Likeledes redusert levetid.

Eksempler på eksterne spenningsforstyrrelser er koblinger i overliggende nett (høyspenningsnettet) som kan medføre kortvarige overspenninger. Størrelse og varighet på slike overspenninger kan medføre havari på utstyr som f.eks. UPS. Videre kan forstyrrelser fra småkraftverk som ikke er korrekt justert og beskyttet sende spenningspeaker ut på nettet som kan skade ømfintlig utstyr.

Dersom man har mistanke om at man blir tilført for dårlig spenningskvalitet kan man altså klage til netteier. Nettselskapet er da pålagt å utbedre åpenbare brudd på bestemmelsene i FOL uten ugrunnet opphold. Målinger som utføres, skal som minimum ha én ukes varighet.

Det er imidlertid en god ide å rydde i eget rede før man går til det skritt å klage til nettselskapet. Foruten spenningsvariasjon er harmoniske forstyrrelser ofte årsaken til forringet spenningskvalitet.

Dersom en virksomhet er på samme trafokrets som andre virksomheter eller privatkunder vil man få pålegg om å iverksette tiltak dersom det kan påvises hvor kilden til forstyrrelsene er.

Det må altså foretas en logging av spenningskvaliteten over minimum en uke. Det finnes en rekke instrumenter tilgjengelig for å kunne utføre måling av spenningskvalitet.

Mange benytter i dag nettanalysatorer på viktige forbrukere. Som oftest kan disse vise spenning, strømtrekk, frekvens og total harmonisk forvrengning som øyeblikksverdier. Disse instrumentene sier altså noe om hva situasjonen er i øyeblikket og ingenting om historiske verdier eller hendelser.

Skal man ha en fullverdig logging må det brukes en nettanalysator som logger kontinuerlig og lagrer loggedata. Da vil man med tilhørende programvare kunne analysere hendelser tilbake i tid. Det finnes også nettanalysatorer som med sin tilhørende programvare kan generere en rapport i hht FOL.

En slik logging vil da kunne si noe om kvaliteten på spenningen i aktuell trafokrets. Den vil imidlertid ikke si noe om årsaken eller kilden til en eventuell spenningsforstyrrelse. For å finne kilden må man logge og analysere strømtrekket inntil man har lokalisert hvilket utstyr som forårsaker mest forstyrrelser.

Har man loggedata over både strøm og spenning kan disse analyseres og tiltak kan iverksettes for å kompensere. Ved å analysere kurveform på strøm og spenning kan man lettere finne årsaken til hendelsene. Dette krever imidlertid gode loggedata, god programvare og erfaring.

Tolking av måledata kan være en krevende oppgave, men jo bedre loggedata og kraftigere programvare man har jo sikrere vil man være på resultatet.

Det har i mange år vært kjent at en del utstyr gir for dårlig effektfaktor, altså at det genereres reaktiv effekt. Dette er heller ikke nettselskapene særlig begeistret for. Derfor har mange virksomheter fått installert kondensatorbatterier for å kompensere for dette.

På samme måte kan man installere filtre som kompenserer for harmoniske forstyrrelser. Disse må i så fall spesialtilpasses den installasjonen de skal fungere i. Ved hjelp av gode loggedata vil produsenten av slikt filter kunne sette sammen et effektivt kompenserende tiltak.

Ofte er det ikke en kilde alene som forårsaker forstyrrelser på spenningen. Man kan selvsagt stille krav til produsenter og leverandører om at utstyr ikke skal produsere støy over gitte grenseverdier. Imidlertid vil man gjerne erfare at det er summen av de enkelte utstyrene som bidrar til at man overstiger grenseverdiene.

Eksterne årsaker til spenningsforstyrrelser kan også være svake nett. Eksempler på dette er installasjoner på enden av en lang forsyningslinje som i tillegg kan være underdimensjonert. Andre årsaker kan være inn- utkobling av store laster i nærområdet. Vi ser også at omkoblinger i overliggende nett kan gi samtidige spenningsvariasjoner i anlegg med stor geografisk avstand.

Tiltak for å kompensere for et dårlig nett kan være å forsterke tilførsler eller forsterke hele nettet. Andre tiltak kan være oppdimensjonering av transformator for å øke ytelsene. Uansett vil korrekt utførelse og dimensjonering av eget elanlegg være viktig før man klager til nettselskap.

Siden vi i Norge fortsatt har mye IT-nett er vi også sårbare for eksterne jordfeil. Jordfeil hos en abonnent kan føre til konsekvenser hos en annen abonnent. Spenning mellom fase og PE kan bli meget høy og forårsake havari på eget utstyr.

Nøkkelen til å kontrollere egen spenningskvalitet er å ha tilfredsstillende utstyr for kontinuerlig logging, god programvare for å analysere loggedata og muligheten til å lagre store datamengder.