Loistehon kompensointi 1(4) LOISTEHON HINNOITTELU JA KOMPENSOINTI 1. Yleistä Valtakunnallinen kantaverkkoyhtiö Fingrid Oyj on velvoittanut paikalliset verkkoyhtiöt huolehtimaan alueensa loistehon tarpeesta. Tampereen Sähköverkko Oy:n (TSV Oy) alue- ja jakeluverkon tarvitsema loisteho saadaan seuraavilla eri tavoilla: hankitaan kantaverkosta hankitaan alueen voimalaitoksilta kehitetään kompensointilaitteilla. TSV Oy:llä on käytössään omia kompensointilaitteistoja lähinnä keskijänniteverkossa. Loistehon hinnoittelun tarkoituksena on ohjata asiakkaita hankimaan omia kompensointilaitteistoja. Jakeluverkon asiakkaan kannalta tarve kompensoida on siten pääosin taloudellinen kysymys. Toisaalta kompensoinnin puute voi vaikuttaa myös epäedullisesti asiakkaan oman verkon sähköiseen mitoitukseen. Asiakkaan loissähkön käytön tulisi pysyä verkkoyhtiön määrittämällä optimaalisella toiminta-alueella. Poikkeaminen toiminta-alueen raja-arvoista merkitsee sähköverkon ja asiakasverkon toiminalle ylimääräistä haittaa. Katso myös liite 1: Miksi sähköverkon loistehoa on kompensoitava? 2. Yliaallot Sähkönkäyttäjien epälineaariset kuormitukset, kuten tietokoneet ja tasasuuntaajat, ottavat tai syöttävät verkkoon sinimuodosta poikkeavia virtoja, jotka sisältävät ns. yliaaltovirtoja. Yliaaltovirrat aiheuttavat mm. johtimien, keskusten ja muuntajien ylikuormittumista sekä lisäävät verkon jännitesärön määrää. Yliaaltolähteiden määrä jakeluverkoissa on koko ajan lisääntymässä. Yliaaltovirrat kasvattavat verkon jännitesäröä ja siten heikentävät sähkön laatua. Jakelujännitteen laatu on määritelty standardissa SFS-EN 50160 yleisen jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet. Verkkoyhtiö vastaa jakelujännitteen laadusta asiakkaan liittämiskohdassa ja sen on siten pystyttävä kontrolloimaan liittämiskohdassa esiintyvää virtasäröä. Yliaaltovirtojen suodatuksella parannetaan sekä sähkön laatuun että verkon energiatehokkuutta. Loistehon kompensointilaitteet voivat väärin valittuna aiheuttaa resonanssien seurauksena yliaaltotilanteeseen merkittävän muutoksen. Kompensointia suunniteltaessa on oltava tietoinen verkon yliaaltopitoisuudesta, jotta päädyttäisiin toimiviin, kustannuksiltaan järkeviin ja turvallisiin laiteratkaisuihin. Tämän vuoksi liittyessään yleiseen sähkönjakeluverkkoon tai muuttaessaan omassa verkossaan olevaa laitekantaa liittyjän ja asiakkaan tulee saada riittävät tiedot suunnittelunsa perusteiksi verkkoyhtiöltä. Verkonhaltijan tulee myös todeta liitettävän laitteiston täyttävän tarpeelliseksi katsomansa yhteensopivuuskriteerit. Molemmat osapuolet hyötyvät menettelystä. Asiakas välttyy vääriltä investoinneilta ja verkkoyhtiö hallitsee verkkonsa sähkön laadun. Liitettävän kompensointilaitteiston mitoitus ja yhteensopivuus on varmistettava TSV Oy:n kanssa, jotta päädyttään toimivaan, kustannuksiltaan edulliseen ja turvalliseen laiteratkaisuun. Sähköenergialiitto ry:n suosituksessa Loistehon kompensointi ja yliaaltojen rajoittaminen 1) on esitetty suositeltavat yliaaltovirrat, jotka sähkönkäyttäjällä tulisi enintään esiintyä liittämiskohdassaan. Mikäli virtarajat ylittyvät on sähkönkäyttäjän joko pienennettävä yliaaltovirtoja tai sovittava verkonhaltijan kanssa suuremmasta siirtokapasiteetista. 1) arvot myös kirjassa: Yliaallot ja kompensointi, STUL 2006.
Loistehon kompensointi 2(4) 3. Loistehon hinnoittelu Loisteho ei ole pätöenergiaan rinnastettava kaupankäynnin kohde, vaan sähköverkon ja sähkölaitteiden sähköfysikaalisen toimintaan kiinteästi liittyvä sähkötekninen suure. Loistehomaksu on tyypiltään sanktiomaksu, jonka avulla verkkoyhtiö ohjaa asiakkaidensa verkosta ottaman ja verkkoon antaman loistehon määrää. Maksulla pyritään ohjaamaan asiakkaita siten, että liittämiskohdan loisteho pysyisi verkkoyhtiön määrittämällä optimaalisella toiminta-alueella. Tampereen Sähköverkko Oy:n loistehomaksujen määrittelyperusteet muuttuvat 1.1.2014 alkaen. Loistehon hinnoitteluperiaate on selvitetty kuvassa 1. Uuden hinnoittelun mukaiset maksut tulevat voimaan kokonaisuudessaan 1.1.2014 alkaen. Hinnoittelumuutoksen vaikutusta eri laskutuspätötehon arvoilla on esitetty liitteessä 2. Loistehon hinnoittelu määritellään 1.12.2012 alkaen seuraavasti: Käyttöpaikkakohtainen laskutuspätöteho on liukuvan 12 kuukauden kahden suurimman laskutuskuukauden tuntitehon keskiarvo. Pien- ja keskijänniteverkon tehosiirtoasiakkaat: o Laskutettava induktiivinen loisteho on kuukauden suurin mitattu loisteho, josta on vähennetty 20 % laskutuspätötehon lukuarvosta tai vähintään 50 kvar. o Kapasitiivisella loisteholla ei ole loistehomaksua, mutta liittymä ei saa olla pysyvästi ylikompensoitu. o Laskutettavasta loistehosta peritään hinnaston mukainen loistehomaksu (x /kvar). Loistehon hinnoittelu määritellään 1.1.2014 alkaen seuraavasti: Käyttöpaikkakohtainen laskutuspätöteho on liukuvan 12 kuukauden kahden suurimman laskutuskuukauden tuntitehon keskiarvo. Pien- ja keskijänniteverkon tehosiirtoasiakkaat: o Laskutettava induktiivinen loisteho on kuukauden suurin mitattu induktiivinen loisteho, josta on vähennetty 20 % laskutuspätötehon lukuarvosta tai vähintään 50 kvar. o Induktiivisen loistehon hinta määräytyy välillä 20 40 % laskutuspätötehon lukuarvosta kaavalla x /kvar ja sen yli menevällä osalla 5x /kvar. o Laskutettava kapasitiivinen loisteho on kuukauden suurin mitattu kapasitiivinen loisteho, josta on vähennetty 5 % tai vähintään 12,5 kvar laskutuspätötehon lukuarvosta. Tämän yli menevän osan laskutus tapahtuu kaavalla 5x /kvar. o Loistehomaksun suuruus (x /kvar) määritellään hinnastossa..
Loistehon kompensointi 3(4) Kuva 1. Loistehon hinnoitteluperiaate 1.1.2014 alkaen (x= hinnaston mukainen loistehomaksu) 4. Loistehon kompensoinnin suunnittelu Kompensoinnin suunnittelu on syytä aina antaa alan asiantuntijan tehtäväksi. Kompensointilaitteiston liittämisestä Tampereen Sähköverkko Oy:n sähköverkkoon on aina sovittava etukäteen. Liittymän loistehon tarvetta voidaan kuvata tehokertoimen, cos, avulla. Liittymä ottaa verkosta loistehoa, kun tehokerroin on induktiivinen. Kompensoinnin vaikutuksesta tehokertoimen arvo muuttuu kohti arvoa yksi. Ylikompensointi tarkoittaa tilannetta, jolloin liittymä syöttää verkkoon loistehoa ja tehokertoimen arvo on kapasitiivinen. Kiinteistön loistehon kompensoinnin suunnittelun lähtökohtana on perustaajuisen (50 Hz) loistehotarpeen määrittäminen. Kompensoinnin säädön pitää olla automaattinen. Kompensointi voidaan toteuttaa joko laitekohtaisesti tai keskitetysti. Kompensointia ei tule käyttää liittymisjohdon tai pääkeskuksen alimitoituksen lieventämiseen. Kompensoinnin säätö tulee asetella siten, että tehokertoimen tavoitearvo on cos = 0,995 (vastaa tilannetta, jossa loistehoa on 10 % pätötehosta). Kts. kuvasta 1 kompensoinnin suositeltu säätöalue. Virheellisesti suunniteltu kompensointi aiheuttaa häiriöitä sekä kiinteistön omaan että muuntopiirin muiden kiinteistöjen ja sähköverkkoyhtiön laitteille ja järjestelmille. Erityisen haitallisia ovat hallitsemattomien yliaaltoresonanssien aiheuttamat rasitukset verkon laitteille. Myös haitallinen verkon ylikompensoituminen tulee estää tehokkaasti.
Loistehon kompensointi 4(4) Suunnittelussa on kiinnitettävä huomiota erityisesti seuraaviin asioihin: Kiinteistön epälineaariset, särövirtaa tuottavat laitteet Sähköverkon vallitseva jännitesärö liittymiskohdassa Kiinteistöverkossa ennestään olevat kompensointilaitteistot sekä laitekohtaiset että keskitetyt kompensointilaitteet Kiinteistön muuntopiirissä olevat muut kompensointilaitteet ja muuntopiirin kompensointiaste 1.1.2008 alkaen sähköverkkoon voidaan kytkeä vain kompensointilaitteistoja, jotka on varustettu estokeloilla. 5. Eri kompensointiratkaisujen käyttö Tampereen Sähköverkko Oy:n verkossa a) Rinnakkaiskondensaattoriparisto Uusia laitteita ei saa asentaa verkkoon Verkkoon kytkettyjä vanhoja laitteistoja voidaan käyttää niiden eliniän loppuun. Laitteistoa uusittaessa tai korjattaessa on otettava yhteys TSV Oy:n verkonsuunnitteluun Olemassa oleva kompensointilaitteisto on varustettava automaattisella säätölaitteistolla b) Estokelaparisto Kompensoinnin perusratkaisu Laitteiston viritystaajuus valitaan kompensoitavan verkonosan (muuntopiirin) yliaaltopitoisuuden mukaan TSV Oy:n verkossa ei ole käytössä verkkokäsky-ohjausjärjestelmiä, jotka pitäisi huomioida kompensoinnin suunnittelussa c) Suodatinparisto Käytetään silloin, kun kompensoitavan verkon yliaaltopitoisuus on suuri Yliaaltosuodattimia käytettäessä on tunnettava verkonosan tila, johon suodattimet kytketään. Muuntopiirissä, jossa on useampia sähkönkäyttäjiä, voi verkonosan tilan tarkastelu olla oleellisesti vaikeampaa kuin yhden sähkönkäyttäjän muuntopiirissä. d) Aktiivisuodatin Käytetään, kun verkon kuormitus ja yliaaltopitoisuus vaihtelee nopeasti e) Muut laitteistot Varmista käyttömahdollisuus TSV Oy:n verkonsuunnittelusta. Tampereen Sähköverkko Oy voi velvoittaa liittyjää hoitamaan keskitetysti liittymän loistehon kompensoinnin silloin, kun liittymän kokonaisloistehon tarve on suuri, vaikka yksittäisten sähkönkäyttäjien loistehot jäävätkin pieniksi. Tällaisia kohteita voivat olla esim. liikekeskukset. Kompensoinnin kustannusten jakautuminen sovitaan sähkönkäyttäjien kesken. TSV Oy suosittaa, että kustannukset jaetaan aiheuttamisperiaatteen mukaan. Laskutettava loisteho mitataan keskitetysti. Kirjallisuutta Loistehon kompensointi ja yliaaltojen rajoittaminen, Sähköenergialiitto ry SENER, 1999. Yliaallot ja kompensointi, STUL 2006. SFS-EN 50160 yleisen jakeluverkon jakelujännitteen ominaisuudet. Sähkökäyttöpaikkojen liittymisen ehdot, LE 05. Sähköntoimitusehdot, STE 05. Verkkopalveluehdot, VPE 05.
Loistehon kompensointi LIITE 1 LIITE 1: Miksi sähköverkon loistehoa on kompensoitava? Useimmat sähköverkon kulutuslaitteet tarvitsevat toimiakseen pätötehon (P) lisäksi loistehoa (Q). Tällaisia laitteita ovat esim. moottorit, purkauslamput ja muuntajat. Laitteiden tarvitsema loisteho voidaan joko ottaa sähköverkosta tai tuottaa laitteiden läheisyydessä kompensointilaitteistolla. Sähköverkkoon loistehoa tuottavat pääasiassa voimalaitosten generaattorit. Loistehon siirto sähköverkossa lisää johtojen ja muuntajien jännite-, teho- ja energiahäviöitä sekä vähentää pätötehon siirtokykyä niin normaaleissa käyttötilanteissa kuin varasyöttötilanteissakin. Loistehon siirto johtaa myös verkon vahvistus- tai uusinvestointeihin. Kulutuslaitteiden tarvitsema loisteho onkin usein kokonaistaloudellisesti edullisinta tuottaa mahdollisimman lähellä kulutusta. Kantaverkkoyhtiön Fingrid Oyj:n tavoitteena on hinnoittelun avulla vähentää loissähkön ottoa kantaverkosta sekä ohjata kompensointia jakeluverkkoyhtiöiden keski- ja pienjänniteverkkoon. Kantaverkossa loistehoylijäämä on pystyttävä kompensoimaan kaikissa tilanteissa. Erityisesti vikatilanteissa loistehohäviöt kasvavat ja vaarantavat verkon käyttövarmuutta. 110 kv ja 220 kv verkkoihin liitettyjen voimalaitosten loistehon tuotantokyvystä puolet onkin varattu verkon ja voimalaitosten häiriötilanteiden varalle. 400 kv verkkoon kytkettyjen generaattorien loissähkön tuotantokyky on kokonaisuudessaan varattu häiriötilanteiden varalle. Jakeluverkkoyhtiön ilmaisosuus kantaverkosta otetusta loistehosta on määritelty siten, että induktiivinen loisteho saa olla enintään 16 % ja kapasitiivinen loisteho enintään 4 % pätötehon arvosta. (Vastaa arvoa tan = -0,04 0,16). Tampereen Sähköverkko Oy jakeluverkkoyhtiönä kohdistaa loistehomaksulla loissähkön kustannuksia niiden aiheuttajille ja toisaalta ohjaa käyttäjiä hankkimaan omia kompensointilaitteistoja. Järjestelmän taustalla on loissähkön aiheuttamien kustannusten kansantaloudellinen optimointi. Voimalaitosten generaattorien stabiili rinnankäyttö vaatii suhteellisen suuren reaktiivisen häiriöreservin. Tämän vuoksi generaattorit suunnitellaan yleensä nimellistehokertoimelle cos =0.85 0.9. Nimellistehokertoimen mitoittaminen tätä pienemmäksi aiheuttaisi generaattorin ja generaattorimuuntajan käämitysten poikkipintojen kasvua lisäten sähköntuottajan pääomakustannuksia. Loistehon tuottaminen aiheuttaa tahtigeneraattoreiden staattoriresistanssissa kuparihäviöitä ja vaikuttaa staattorin rautahäviöihin lisäten häviökustannuksia pelkkään pätösähkön tuotantoon verrattuna. Jakeluverkkoyhtiölle tulee hankaluuksia myös liiallisesta loistehon kompensoinnista, sillä sähköverkon tehokerroin ei saa olla pysyvästi kapasitiivinen. Sähköjohtojen, pääosin kaapelien, kapasitanssit tuottavat myös loistehoa, mikä tulee huomioida erityisesti pienen kuorman aikana. Loistehon kompensoinnin tulee aina olla säädettävä. Sähkönkäyttäjän kannalta loistehon kompensointitarve syntyy lähinnä jakeluverkon haltijan loissähkön hinnoittelusta. Lisäksi sähkönkäyttäjän omassa sisäisessä verkossa loistehon siirron aiheuttamat haitat ovat samantyyppisiä kuin jakeluverkoissakin eli häviöiden kasvua ja johtojen suuremmat poikkipinnat pelkästään pätösähkön siirtoon verrattuna. Loistehon otto saattaa kasvattaa myös asiakkaan pääsulakkeen kokoa ja lisätä siten liittymismaksua ja pääsulakekoosta riippuvaa perusmaksua.
Loistehon kompensointi LIITE 2 LIITE 2: Loistehon hinnoittelumuutoksen vaikutus eri laskutuspätötehoilla Loistehomaksun yksikköhintana on käytetty 1,25 /kvar,kk (alv 0 %, hinnasto 1.12.2012 alkaen) A. Laskutuspätöteho P>250 kw: Loistehomaksu 1.1.2014 alkaen: o Ilmaisosuus -0,05*P 0,2*P kvar o 1,25 /kvar, kun Q= 0,2 0,4*P (kvar) o 6,25 /kvar, kun Q> 0,4* P (kvar) o 6,25 /kvar, kun Q< -0,05*P (kvar, ylikompensointi) Esimerkkitapaus P=800 kw o Loistehomaksu 1.1.2014 alkaen: Ilmaisosuus -40...160 kvar 1,25 /kvar, kun Q= 160 320 kvar 6,25 /kvar, kun Q> 320 kvar 6,25 /kvar, kun Q< -40 kvar (ylikompensointi)
Loistehon kompensointi LIITE 2 Loistehomaksun yksikköhintana on käytetty 1,25 /kvar,kk (alv 0 %, hinnasto 1.12.2012 alkaen) B. Laskutuspätöteho P= 125 250 kw: Loistehomaksu 1.1.2014 alkaen: o Ilmaisosuus -12,5 50 kvar o 1,25 /kvar, kun Q 50 kvar 0,4*P (kvar) o 6,25 /kvar, kun Q> 0,4*P (kvar) o 6,25 /kvar, kun Q< -12,5 kvar (ylikompensointi) Esimerkkitapaus P=200 kw o Loistehomaksu 1.1.2014 alkaen: Ilmaisosuus -12,5 50 kvar 1,25 /kvar, kun Q 50 80 kvar 6,25 /kvar, kun Q> 80 kvar 6,25 /kvar, kun Q< -12,5 kvar (ylikompensointi)
Loistehon kompensointi LIITE 2 Loistehomaksun yksikköhintana käytetty 1,25 /kvar,kk (alv 0 %, hinnasto 1.12.2012) ja 1.1.2014 - > 1,25 /kvar,kk (alv 0 %, hinnasto 1.1.2011) C. Laskutuspätöteho P 125 kw: Loistehomaksu 1.1.2014 alkaen: o Ilmaisosuus -12,5 50 kvar o Ilmaisosuuden ulkopuolella 6,25 /kvar Esimerkkitapaus P=100 kw: o Loistehomaksu 1.1.2014 alkaen: Ilmaisosuus -12,5 50 kvar 6,25 /kvar, kun Q> 50 kvar 6,25 /kvar, kun Q< -12,5 kvar (ylikompensoitu)