Spenningsdipper
Kortvarige underspenninger, ofte kalt spenningsdipper, er en av de ti parameterne som Forskrift om Leveringskvalitet (FoL) regulerer. Nettselskapene plikter å overholde FoLs krav til spenningskvaliteten ved nettkundenes tilknytningspunkt.
Denne artikkelen er ment å være et lesbart konsentrat av den viktigste grunnkunnskapen om spenningsdipper. Den er også ispedd litt avansert stoff etter hvert som du blar deg nedover i teksten.
Rask introduksjon
Spenningsdipper en betydelig andel av de vanligste problemene nettkunder opplever i nettet vårt. I 2014-2016 utgjorde dipper 15 % av NVEs registrerte brudd på FoL. Definisjonen på en spenningsdipp er at spenningen kortvarig reduseres til et nivå under 90 % (men over 5 %) av avtalt spenning. I lavspentnett er ofte avtalt spenning 230 V, så en reduksjon forbi 207 V vil kunne kalles en spenningsdipp. Varigheten er definert til å være mellom 10 ms og 60 s. Ved lengre varigheter enn ett minutt vil vi på FoL-språk kalle det for en langsom variasjon i effektivverdien.
Typiske hendelser som kan gi målbare spenningsdipper er kortslutninger mellom faser, jordslutninger mellom fase og jord, gjeninnkoblinger mot vedvarende feil, og driftskoblinger i nettet. Et vanlig eksempel på fase-fase-kortslutning er når et tre eller en grein faller på linja og dermed danner elektrisk kontakt mellom fasene. Resultatet er en spenningsdipp i nettet helt til feilen blir klarert eller forsvinner av seg selv. I lavspentnettet kan kombinasjonen av svakt nett og høye oppstartstrømmer til krevende utstyr også føre til en lokal spenningsdipp.
Spredning i nettet
Spenningsdipper er vanligvis godt synlige nært hendelsen og videre nedover i lavere spenningsnivå i nettet (“nedstrøms feilen”), men vises ikke i samme grad oppover til høyere spenningsnivå. Dette er fordi det normalt ikke er produksjonsenheter mellom feilen og lavere nettnivå som kan holde spenningen oppe gjennom hendelsen. Et unntak her vil være om det finnes et solcelleanlegg eller tilsvarende i nettet som delvis kan kompensere for spenningsdippen. Dette betyr at en kortslutning i distribusjonsnettet gjerne gir en spenningsdipp som begrenser seg til den aktuelle transformator-kretsen. En kortslutning i transmisjonsnettet kan derimot forårsake en spenningsdipp som blir synlig over store deler av landet.
Konsekvenser av spenningsdipper
En typisk spenningsdipp er ofte synlig som et blunk i belysningen. FoL setter som krav at nettkunder ikke skal oppleve mer enn 24 spenningsdipper, -sprang og kortvarige overspenninger gjennom hver flytende 24-timers periode. Det legges derfor opp til at elektrisk utstyr skal være i stand til å tåle slike hendelser. Internasjonale standarder som IEC 61000-4-11 stiller f.eks. krav til immunitet for ulikt utstyr mot spenningsdipp.
Det er likevel ikke alltid at utstyr tåler spenningsdipp. Påvirkning på utstyr vil i stor grad avhenge av dybden og varigheten på spenningsdippen. Eksempler på feilfunksjon som følge av spenningsdipp er utstyr som henger seg, skrur seg av, eller går i omstartsmodus. For IT-utstyr kan dette medføre tap av data, og for industribedrifter kan dette gi kostbare følgeskader på grunn av produksjonsstans. I ytterste konskevens kan også utstyr gå i stykker. Flere undersøkelser viser at spenningsdipp er den spenningskvalitetsparameteren som forårsaker de største samfunnskostnadene etter avbrudd.
Evaluering av spenningsdipper
En måte å vurdere alvorlighetsgraden til en spenningsdipp på, er ved hjelp av det som kalles ITIC-kurven (som vist i figuren nedenfor). ITIC er kort for Information Technology Industry Council, og bærer dette navnet fordi den opprinnelig ble utviklet av denne gruppen allerede på 70-tallet for å vurdere konsekvensen av forstyrrelser på IT-utstyr. Siden den gang har den blitt revidert og videreutviklet som en generell tommelfingerregel for hva som bør kunne tåles av elektrisk utstyr på tvers av flere industrier. I figuren vises et eksempel på bruk, hvor fire spenningsdipper målt under en langtidsmåling i en klagesak er plottet som blå prikker på ITIC-kurven.
Om det har vært problemer med utstyr og ingen av hendelsene ligger i det røde området, så bør en mistenke at problemet er utstyret mer enn forstyrrelser som kommer fra nettet.
Et interessant alternativ eller supplement til ITIC-tabellen er den svenske Energimarknadsinspektionen tabell for ansvarsfordeling. Den angir hvilke dybder og varigheter av spenningsfall som forventes å tåles av elektrisk utstyr, og hvilke som forventes å være netteiers ansvar hvis noe går i stykker eller blir forstyrret i drift. Region A viser spenningsdipper som er forholdsvis normale, og som elektrisk utstyr forventes å tåle. Region B er åpen for diskusjon, mens region C er netteiers ansvar.
Spenningsdipp måleeksempler
Nedenfor er et eksempel på en spenningsdipp, målt med en nettlogger fra Elspec. Dippens årsak er en hendelse på høyere spenningsnivå, men den er målt nedstrøms i et 400 V TN-nett. I bildet er alle tre fasespenningene under 207 volt. Blå fase er på det minste nede i en restspenning på 76 V. Totalt forløp for hendelsen er like under 100 ms, som er vanlig tripptid for vern på høyere spenningsnivå.
Neste bilde viser det samme tidsrommet for den samme hendelsen, men her presentert ved kurveformen til spenningen i stedet for beregnet RMS-verdi. Én svingning før blå og rød fase gir et tydelig drop i spenning kan man se begynnelsen på hendelsen i form av et hakk på rød fase.
Analyse av spenningsdipper
De ulike årsakene som kan gi spenningsdipp gir visse forskjeller i spenningsdippens forløpskarakteristikk. Det er derfor mulig å analysere disse for å si noe om hva som kan ha skjedd. Selve analyseteorien som tema er omfattende nok til at det skrives egne Ph.D.-oppgaver på emnet, men en mye brukt metode for å klassifisere ulike typer spenningsdipper er “abc-metoden”. Denne ser på viserdiagrammet til hendelsesforløpet, og ser dette opp mot en klassifiseringstabell. Nedenfor vises viserdiagrammet for det 200 ms-vinduet som også er blitt brukt i de to foregående figurene:
“Abc”-klassifisering for tolking av viserdiagram viser hvordan ulike typer feil ser ut. Type A betegner en symmetrisk trefase kortslutning, som i et viserdiagram vil si at både rød, grønn og blå fase beveger seg mot sentrum (synker i amplitude) uten å avvike fra 120-gradervinkelen sin (null faseskift). Type B er en enfaset jordslutning uten faseskift, og så videre. Du kan lese om de ulike typene her.
For å gjøre det hele litt vanskeligere, vil viserdiagrammet for samme hendelse se forskjellig ut på forskjellige nettnivå. Dette avhenger nemlig av transformatorens koblingsgruppe. Eksempelvis vil en fase-fase kortslutning (type C) i et 66 kV-nett kunne tolkes som en enfaset jordslutning (type D) hvis man måler i et 22 kV nett forsynt av en stjerne-delta-viklet transformator. Her er kan en bruke omformingstabeller for å finne ut på hvilket spenningsnivå feilen mest sannsynligvis oppstod. Det er blant annet dette som gjør at vi kan se at feilen over ikke oppstod i lavspentnettet.
Tiltak mot spenningsdipper
Det finnes dempende tiltak. En revurdering av selektivitet og utkoblingstider for relevante vern kunne dempe omfanget av spenningsdippene. Trerydding langs aktuelle traseer, og forsiktig bruk av GIK kan redusere antall hendelser. Det finnes også kompensasjonsutstyr som kan installeres i nettet (SVC/STATCOM).
På installasjonsnivå kan sensitivt eller kritisk utstyr plasseres bak en såkalt UPS (uavbrutt strømforsyning). Dette er i praksis et batteri koblet mellom nett og last. Nyere og mer eksperimentelle løsninger er også under utvikling, og det er tidligere observert at både solcelle- og nettilknyttede batterianlegg kan være med på å dempe spenningsdipper.
Kunden kan også vurdere utføre tiltak på utstyret med problemer, eller klage til utstyrprodusenten med henvisning til f.eks. IEC 61000-4-11. Dette vil være mest aktuelt om en ser at hendelsene evaluert etter ITIC eller ansvarsfordelingskurver er forstyrrelser utstyret helt klart burde tålt.
Oppsummering og Håndbok Spenningskvalitet
Spenningsdipper er en viktig del av spenningskvalitetsanalyser. De er til dels en naturlig del av normal nettdrift, men omfanget og konsekvensene av dem vil avhenge av det aktuelle nettet, kvaliteten på elektrisk utstyr, vernfunksjonalitet og andre faktorer. De er forholdsvis lette å oppdage og krysskorrelere med eventuelle hendelser i et anlegg eller installasjon.
For dem som ønsker å lære mer om spenningskvalitet anbefaler PQA Håndbok Spenningkvalitet. Mer om tolkning av måledata for spenningsdipp og de andre spenningskvalitetsparameterne gås også igjennom i PQAs Brukerguide for spenningskvalitetsinstrumenter.