S Ä H K Ö V E R K K O O Y ENERGIAA SÄÄSTÄVIEN LAITTEIDEN VAIKUTUKSET SÄHKÖVERKOLLE

Transkriptio

1 S Ä H K Ö V E R K K O O Y ENERGIAA SÄÄSTÄVIEN LAITTEIDEN VAIKUTUKSET SÄHKÖVERKOLLE Eergiatehokkuussopimus - Energiapalvelujen toimenpideohjelmaaseminaari Adato Energia Oy Helsinki Tampereen Sähköverkko Oy

2 Energian säästöä Energiaa säästäviä laitteita ovat mm. Lämpöpumput Taajuusmuuttajat Teholähteet Energiansäästölamput LED- valolähteet Tuuligeneraattorit Mittarien etäluennat

3 Lämpöpumput Ilma- ja maalämpöpumput aiheuttavat useassa paikassa välkyntää ottamalla käynnistyessään suuren käynnistysvirran. Tavallisesti ne varustettu suoralla käynnistyksellä tai äärimmäisen halvalla ja huonolla pehmokäynnistimellä. Taajuusmuuttajalla saadaan yleensä tilanne korjattua. Joissakin tapauksissa joudutaan vahvistamaan verkkoa kun siirrytään öljylämmityksestä maalämpöön. Sulpu:n ohjeiden mukaan mitoitettaessa (50 70 % max) maalämpöpumpun käyttäjä on kovilla pakkasilla suora sähkölämmittäjä

4 Lämpöpumppujen aiheuttama välkyntä Lämpöpumppujen aiheuttamaan välkyntään vaikuttavat mm. pumpun käynnistysvirta (riippuu mm. pehmeäkäynnistimestä ja kompressorin rakenteesta) pumpun käynnistymistiheys (riippuu mm. varaajan koosta, talon lämmöntarpeesta ja pumpun tehosta) ongelmia voidaan vähentää mm. rajoittamalla käynnistysvirtaa esim. pehmeäkäynnistimellä tai käyttämällä suurempaa lämminvesivaraajaa paras tulos saadaan taajuusmuuttajakäyttöisellä lämpöpumpulla Pertti Pakonen

5 6 kw maalämpöpumppu + pehmo Vaihevirrat Event waveform/detail Kompressorin käynnistys Maakiertopumpun käynnistys Amps Amps Volts 230 Volts Vaihejännitteiden tehollisarvot jakokaapilla L3 L2 Timeplot chart L ms/div :16:56,2 14:16:56,3 14:16:56,4 14:16:56,5 14:16:56,6 14:16:56,7 CHA Amps L1 CHB Amps L2 CHC Amps L3 Waveforms at :16: Virroissa mukana talon kaikki kuormat :16:55,5 14:16:56,0 14:16:56,5 14:16:57,0 14:16:57,5 CHA Vrmsavg CHB Vrmsavg CHC Vrmsavg :16:55, :16:57, ms/div

6 Sähkönkulutus maa-/sähkölämmitys 0,200 0,180 0,160 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 Maalämpö Sähkölämp : : : : : : : : : : : : :00

7 Elektroniset laitteet 1 Heikoissa verkoissa haittaa aiheuttavat suuntaajakäytöissä alitehoiset muuntajat ja liian pienet verkkokuristimet. Suuret käynnistysvirrat syntyvät tulokondensaattorien ja sysäysvirtojen rajoittimien puuttumisen takia. Sama ilmiö toistuu jännitekuoppien seurauksena. Suurtaajuisia häiriövirtakomponentteja, yli 150 khz, syntyy riittävän suodatuksen puuttuessa. Myöskin mahdollisia ovat samaan syöttöpisteeseen kytkettyjen laitteiden kytkentätaajuuksien ero- ja summamuotoiset taajuuskomponentit.

8 Elektroniset laitteet 2 Kokoaaltotasasuuntaukseen ja kondensaattoriperustaiseen jännitteen stabilointiin perustuvat laitteet synnyttävät perusaallon harmonisia virtakomponentteja, joista ensimmäiset parittomat ovat voimakkaimpia.tehokerroin on tyypillisesti luokkaa 0,6 ja vaihesiirto lievästi kapasitiivinen. Kolmivaiheisessa järjestelmässä nollajohtimen virta on luokkaa 1,7 x vaihevirta. Harmoniset yliaallot lisäävät myös magneettikenttien altistavuutta.

9 Elektroniset laitteet 3 Elektroniset laitteet ovat usein suunniteltu toimimaan erittäin laajalla tulojännitteellä, esim V. Yleensä ko. laitteet ottavat koko ajan saman tehon, jolloin jännitteen laskiessa virta kasvaa tehon säilyttämiseksi. Jos 230 V jännitteellä virta on 10 A, niin 90 V jännitteellä se on n. 26 A. Tästä seuraa jännitteen aleneman aikana virran kasvu verkostossa, pahimmassa tapauksessa se on huomattava aiheuttaen suojalaitteiden toimintoja. Samasta syystä laitteet ottavat käynnistyessään nimellistä suuremman virran.

10 Elektroniset laitteet 4 Edellä mainitun tehon säilyminen tarkoittaa, että ko. laitteiden tulossa vaikuttava dynaaminen impedanssi on johonkin taajuuteen asti resistanssi, jonka vaihe on 180 astetta. Tämä tarkoittaa että, ko. taajuusalueella järjestelmä voi mennä epästabiiliksi, jos syöttöpuolen impedanssi on saman suuruinen tai suurempi ja vaiheeltaan vastakkainen esim. LC resonanssin seurauksena. Seurauksena saattaa olla matalataajuista tehon huojuntaa tai verkkotaajuutta suurempitaajuisia resonanssivirtoja.

11 Elektroniset laitteet 5 Taajuusmuuttajat ja pehmokäynnistimet ym. vastaavat laitteet tulisi aina varustaa riittävän tehokkailla verkkosuotimilla sekä tehdä asennukset määräysten ja ohjeiden mukaisesti. Pyörimisnopeuden säätimien asettelut tulee tarkastaa ja todeta ne käyttöpaikalle sopiviksi. Elektroniset laitteet tulevat aiheuttamaan valaistuskytkimien palamista kiinni-asentoon. Pienoisloistelamput ja LED-valonlähteet saattavat estää radioohjattujen kytkinten käytön asunnoissa.

12 Tuuligeneraattorit Aiheuttavat välkyntää tuulen vaihdellessa heikoilla verkon osilla. Yksivaiheiset laitteet aiheuttavat kuormitusepäsymmetriaa verkolle. Itse asennetut tuulimyllyt ovat selvä turvallisuusriski verkostotyöntekijöille.

13 Mittarien etäluenta Käytettäessä sähköverkkoa mittarien etäluentaan muodostuu häiriötekijöiksi kaikki yliaaltoja aiheuttavat kuormat. Mittarien luentajärjestelmät häiritsevät toisiaan vaikka toimivat eri taajuusalueilla aiheuttamalla verkkoon lisää ns. pohjakohinaa. Harmittoman tuntuiset pienet laitteet kuten pienloistelamput voivat estää mittarien luennan jo muutamalla lampulla tai aiheuttaa lääkintälaitteiden virhetoimintoja. Luentasignaali voi olla joillekin laitteille pahakin häiriösignaali.

14 LED loisteputki 18 W, virta (Dranetz) Event waveform/detail Volts Amps :23:59,83 14:23:59,84 14:23:59,85 14:23:59,86 14:23:59,87 14:23:59,88 CHB Volts CHB Amps Timed at :23:59

15 LED loisteputki 18 W, virtayliaallot % o f FN D 70 Event waveform/detail Thd H10 H20 H30 H40 H50 CHB Amps Total RMS: 1.24 Amps DC Level : 0.00 Amps Fundamental(H1) RMS: 0.73 Amps Total Harmonic Distortion (H02-H50):69.86 % of FND Even contribution (H02-H50): 9.18 % of FND Odd contribution (H03-H49): % of FND Timed at :23:59

16 Yliaaltojen aiheuttamat haitat Häviöiden kasvu sähköverkossa ja sähkönkäyttäjien laitteissa lämpeneminen laitteiden kuormitettavuuden alentuminen Yliaallot aiheuttavat myös mittareiden virhenäyttämiä sekä automaatiolaitteiden ja suojareleiden virhetoimintoja Moottoreissa ylimääräistä lämpenemistä, eri taajuisia momentteja sekä ääni- ja värähtelyilmiöitä Muuntajissa jänniteyliaallot lisäävät tyhjäkäyntihäviöitä virtayliaallot lisäävät kuormitushäviöitä parillisten yliaaltojen aiheuttama tasakomponentti voi johtaa muuntajien kyllästymiseen

17 Pienloistelamppu, esimerkki (1) Myyntipakkauksen mukaan pienloistelammpu 11 W vastaa 60 W hehkulamppua Mitattu 7 W ja 79 var, virtayliaallot 186 % perusaallosta Vertailu hehkulamppu varaa verkkokapasiteettia 60 VA ja ns. energiansäästölamppu n. 80 VA Oletus: Siirtohinta 5 snt/kwh ja 1000 lamppua Tulot/h Hehkulamppu 60 kwh => 300 snt Pienloistelamppu 7 kwh => 35 snt Erotus 265 snt

18 Kulut/h Pienloistelamppu, esimerkki (2) Hehkulamppu 60 kvah => 300 snt Pienloistelamppu 80 kvah => 400 snt ja loistehon kompensointi ja yliaaltojen suodatus 3kVAh => 15 snt, yhteensä 415 snt Erotus 115 snt Verkkoyhtiön tulot pienenee 265 snt ja kulut kasvaa 115 snt eli tappiota syntyy 380 snt joka tunti.

19 Pehmokäynnistin jarrutus Volts 750 Event waveform/detail Amps :51:51,2 11:51:51,4 11:51:51,6 11:51:51,8 11:51:52,0 11:51:52,2 CHA Volts CHB Amps Waveform event at :51:51,12 PrevRMS MinRMS MaxRMS WorstIMP Phase HFHits AV Volts deg. BI Amps deg. CI Amps deg. DI Amps deg.

20 3. Yliaallon epäsymmetria Teollisuuslaitoksen yliaaltosuodattimet eivät pysyneet päällä, kolmannen yliaallon epäsymmetrian takia Epäsymmetria aiheutui toisella teollisuuslaitoksella väärin rakennetun yliaaltosuodattimen aiheuttamana (suodatin toimi vahvistimena) Korjaustoimenpiteenä muutettiin tehtaan prosessilaitteistoa siten, että yliaaltosuodatinta ei tarvittu sen jälkeen (vaihtoehtona oikean yliaaltosuodattimen hankinta)

21 3. Yliaallon epäsymmetria suodatettuna 37.5 %FND Harmonic Timeplot :54:00 14:54:10 14:54:20 14:54:30 14:54:40 14:54:50 CHA IH03 CHB IH03 CHC IH :54:00, :54:50,00 Site: POWER PLATFORM

22 3. Yliaallon epäsymmetria ei suodatettuna 25.0 %FND Harmonic Timeplot :40:30 14:40:40 14:40:50 14:41:00 14:41:10 14:41:20 CHA IH03 CHB IH03 CHC IH :40:30, :41:20,00 Site: POWER PLATFORM

23 Käynnistysvirta 5 kpl 11 W pienloistelamppuja U I

24 Käynnistysvirta 15 kpl 11 W pienloistelamppuja + 16 W LED + 8 W LED U I

25 Suuritaajuiset ilmiöt sähköverkossa Voimakkaasti lisääntymässä AMR-mittareiden PLC-luenta 3 95 khz (SFS-EN ) Kuluttajien laitteet ,5 khz (SFS-EN ) Broadband PLC-sovellukset (2 28 MHz) laajakaistayhteydet kiinteistöihin kiinteistön sisäiset LAN-yhteydet (HomePlug - Energiansäästölamput (pienloiste- ja LED-lamput) Hakkuriteholähteet Taajuusmuuttajat

26 Kentänvoimakkuusmittaukset eräässä asunnossa Ref 120 dbµv/m * Att 30 db * RBW 1 khz VBW 3 khz SWT 100 ms Marker 1 [T1 ] dbµv/m khz AMR-mittarin PLC-luentasignaali 1 PK VIEW A TDF 110 dbµv/m = 0,316 V/m Ref 90 dbµv/m * Att 0 db 90 * RBW 100 khz VBW 300 khz * SWT 100 ms Marker 1 [T1 ] dbµv/m MHz A 70 1 PK VIEW 70 ULA-radiolähetykset dbµv/m TDF Start 0 Hz 10 khz/ Stop 100 khz 0 khz 100 khz Date: 11.DEC :47:48 PLC-luentasignaalin aiheuttama kentänvoimakkuus on lähes kertainen ULA-lähetyksiin verrattuna Center 165 MHz Date: 11.DEC :46:04 27 MHz/ Span 270 MHz 30 MHz 300 MHz

27 Asunnon sisäinen HomePlug-LAN-yhteys Kentänvoimakkuus taajuustasossa: Ref 110 dbµv/m * Att 20 db * RBW 10 khz VBW 30 khz SWT 300 ms Marker 1 [T1 ] dbµv/m khz Aikatasossa 17 MHz taajuudella: Ref 110 dbµv/m * Att 20 db RBW 10 khz VBW 30 khz SWT 100 ms Marker 1 [T1 ] dbµv/m ms A 100 A 1 PK VIEW 90 1 PK * VIEW TDF 80 dbµv/m 80 TDF Start 0 Hz 3 MHz/ Stop 30 MHz Center 17 MHz 10 ms/ 0 MHz 30 MHz 0 ms 100 ms Date: 11.DEC :52:46 Date: 11.DEC :06:57 noin 600 µs purske ms välein

28 1 PK VIEW Ref 100 dbµv/m * Att 10 db AMR-mittarin PLC-luentasignaali PLC-luentasignaalien kentänvoimakkuus 30 m etäisyydellä AMKA-johdosta * RBW 1 khz VBW 3 khz SWT 500 ms Marker 1 [T1 ] dbµv/m khz A TDF 1 PK * VIEW Ref 135 dbµv dbµv/m 100 Toimistorakennuksen keskukselta mitattu jännitesignaali 86 khz taajuudella (viereisen keskuksen mittareiden luenta ei onnistunut suuren häiriötason vuoksi) * Att 40 db RBW 1 khz VBW 3 khz SWT 10 s 1 Marker 1 [T1 ] dbµv s * A TDF Start 0 Hz Date: 3.APR :58:56 50 khz/ 1 5. harmoninen Stop 500 khz 0 khz 500 khz PLC-luentasignaalin perustaajuudet Mitatun keskuksen AMR-mittareiden tietoliikennettä Center 86 khz 1 s/ 0 s 10 s Date: 21.JAN :53:09 80 dbµv

29 Kerrostalon ilmanvaihdon taajuusmuuttajien häiriöt Häiriöjännitemittaus talon pääkeskukselta Taajuusmuuttajat (6 kpl 0,37 kw) päällä Ref 115 dbµv * Att 20 db * RBW 1 khz VBW 3 khz SWT 500 ms Häiriöjännitemittaus talon pääkeskukselta Taajuusmuuttajat poissa päältä Ref 115 dbµv * Att 20 db * RBW 1 khz VBW 3 khz SWT 500 ms Marker 1 [T1 ] dbµv khz 1 PK VIEW A 1 PK VIEW A 100 dbµv TDF 80 1 TDF Start 0 Hz 0 khz 50 khz/ Stop 500 khz Start 0 Hz 50 khz/ Stop 500 khz 500 khz 0 khz 500 khz Date: 20.JAN :27:46 Date: 20.JAN :19:06 AMR-mittareiden luenta ei onnistunut kun taajuusmuuttajat olivat päällä

30 LED loisteputki 18 W, virta (LeCroy) U: 100 V/V I: 5A/V

31 LED loisteputki 18 W, häiriöjännite (R&S) Ref 135 dbµv * Att 40 db * RBW 1 khz VBW 3 khz SWT 500 ms Marker 1 [T1 ] dbµv khz A 135 dbµv = 5,6 V 1 PK VIEW Harmoniset TDF Lampun hakkurin perustaajuus 40 0 khz Start 0 Hz 50 khz/ Stop 500 khz 500 khz Date: 8.JAN :10:21

32 LED loisteputki 18 W, säteilyhäiriöteho ja kentänvoimakkuus Ref 8 dbm * Att 20 db * RBW 10 khz VBW 30 khz SWT 500 ms Marker 1 [T1 ] dbm khz Ref 105 dbµv/m * Att 10 db * RBW 10 khz VBW 30 khz SWT 300 ms Marker 1 [T1 ] dbµv/m khz 1 PK * CLRWR A SGL 1 PK VIEW A TDF Start 0 Hz 5 MHz/ Stop 50 MHz Start 0 Hz 3 MHz/ Stop 30 MHz 0 MHz 50 MHz 0 MHz 30 MHz Date: 8.JAN :06:45 Säteilyhäiriöteho, mitattu hetkellisenä kertapyyhkäisynä Date: 8.JAN :20:00 Kentänvoimakkuus, mitattu parinkymmenen sekunnin ajalta max hold-mittauksena

33 LED loisteputki 18 W, säteilykentänvoimakkuus 1 PK VIEW Ref 105 dbµv/m * Att 20 db 1 * RBW 100 khz VBW 300 khz SWT 5 ms Marker 1 [T1 ] dbµv/m MHz A TDF Laboratoriossa, jossa Ulalähetysten kentänvoimakkuus oli melko pieni, noin 40 dbµv/m, LED-loistelampun päällekytkeminen esti radion kuuntelun (Ula-lähetys hukkui kohinaan) dbµv/m Start 80 MHz 3 MHz/ Stop 110 MHz 80 MHz 110 MHz Date: 8.JAN :38:00

34 Pienloistelamppu 11 W, virta U: 100 V/V I: 5A/V Pienloistelampuissa on tyypillisesti kokoaaltotasasuuntaaja joka lataa välipiirin kondensaattoria Virtapiikin muoto ja kestoaika riippuu lampun mitoituksista ja rakenteesta, mutta se sijoittuu kuitenkin pääosin vaihejännitteen 1. ja 3. kvadranteille

35 Pienloistelamppu 11 W, häiriöjännitespektri Ref 105 dbµv * Att 10 db * RBW 1 khz VBW 3 khz SWT 200 ms Marker 1 [T1 ] dbµv khz 1 PK VIEW Harmoniset A TDF Hakkuritaajuus saattaa ryömiä huomattavastikin (jopa useita kymmeniä khz) lampun lämmetessä Lampun hakkurin perustaajuus 10 Start 0 Hz 20 khz/ Stop 200 khz Date: 8.JAN :57:23

36 LED loisteputki + pienloistelamppu, suodatus U: 100 V/V Pienloistelampun kapasitanssi suodattaa LED-lampun aiheuttamia häiriöitä silloin, kun pienloistelampun tasasuuntausdiodit ovat johtavassa tilassa Sama ilmiö saattaa häiritä AMRmittareiden PLC-luentaa (lamppujen aiheuttamien häiriöiden lisäksi) I: 5A/V

37 LED loisteputki + toinen pienloistelamppu, ei suodatusta U: 100 V/V Toisen valmistajan pienloistelampulla suodatusvaikutusta ei ollut havaittavissa I: 5A/V

38 Yhteenveto Ongelmia on ja tulee olemaan, mutta niiden kanssa pitää tulla toimeen. Ongelmia ei pidä ehdoin tahdoin hankkia, vaan yrittää kiertää ne mahdollisimman kaukaa. Pitäisi luoda kansantaloudellisesti edulliset pelisäännöt eli standardit ja noudattaa niitä. Kiitokset