När en kort spänningsdipp stoppar en hel process
En spänningsdipp kan vara över på några hundra millisekunder och ändå stoppa en hel process. Flera av de intervjuade verksamheterna i en studie från Sweco beskriver just den typen av händelse som sitt mest kostsamma elkvalitetsproblem: en process som stannar på grund av en kort störning är i vanliga fall igång igen inom några timmar till ett dygn, men har i rapporterade värsta fall tagit upp till en vecka. Det är ett av huvudfynden i en intervjustudie som Sweco genomförde inom Energiforsks forskningsprogram Risk- och tillförlitlighetsanalys, på uppdrag av Svenska kraftnät, där fjorton aktörer i det svenska kraftsystemet, elva slutkunder inom bland annat pappersindustri, massaindustri, stål, gruvdrift och processindustri, samt tre nätbolag och branschaktörer, fick beskriva vilka elkvalitetsproblem de faktiskt möter i sin verksamhet.
Vad är egentligen en spänningsdipp?
En spänningsdipp är en kortvarig sänkning av spänningen som sedan återgår till normal nivå av sig själv. Den skiljer sig från ett avbrott genom att vara kort och partiell: spänningen försvinner inte helt, den sjunker under en begränsad tid. Vanliga orsaker är fel längre bort i elnätet. En kortslutning, ett åsknedslag eller ett fel på en luftledning några mil bort kan sänka spänningen momentant även hos kunder som inte själva är i närheten av felet, innan skyddsutrustningen i nätet hinner koppla bort den felande delen.
För en hushållskund är en sådan händelse sällan märkbar utöver att lamporna flimrar till. För en industriprocess med känslig automation, frekvensomriktare och styrsystem kan samma millisekunder avgöra om driften fortsätter eller processen stannar. Det är just detta spann, grovt räknat från några tiotals millisekunder upp till några hundra millisekunder, som är svårast att hantera: tillräckligt kort för att vara svårt att helt bygga bort genom åtgärder i elnätet, men tillräckligt långt för att slå ut styrsystem och processer som inte är byggda för att rida ut det.
Olika anläggningar tål olika mycket
En av studiens tydligare iakttagelser är att störningstoleransen varierar kraftigt mellan de intervjuade verksamheterna. Vissa processer klarar en dipp på uppemot några hundra millisekunder utan men, andra reagerar redan vid betydligt kortare störningar. De korta spänningsdippar som rapporten lyfter fram bedöms i stor utsträckning bero på fel i det matande eller överliggande nätet, men hur allvarlig konsekvensen blir påverkas i hög grad av anläggningens egen störningstålighet: vilken utrustning som är i drift, hur styrsystemen är konfigurerade, om det finns lokal energilagring eller annat skydd, och hur processen beter sig när den avbryts mitt i ett förlopp. En kontinuerlig process som måste startas om från grunden drabbas annorlunda av en kortvarig spänningssänkning än en process som enkelt kan återuppta driften där den avbröts.
Ett nät kan bli bättre på att förebygga och begränsa fel, men det kan i praktiken inte bli så bra att den här typen av korta händelser upphör helt, eftersom fysiken sätter en nedre gräns för hur snabbt ett fel kan kopplas bort. Rapporten pekar därför på att åtgärdsutrymmet finns på båda sidor: dels i hur nätet är byggt och drivs, dels i hur väl anläggningen är rustad att hantera de störningar som ändå når fram.
Två sätt att se på samma händelse
Ett av studiens mer intressanta fynd handlar inte om tekniken utan om perspektivet. När ett fel inträffar i nätet nära en kund upplever nätbolaget och slutkunden ofta samma händelse på olika sätt. Nätbolaget ser i första hand ett avbrott, medan slutkunden, vars produktion stannat, upplever samma händelse som ett elkvalitetsproblem.
Den skillnaden i synsätt är inte bara semantisk. Den påverkar vilka åtgärder som övervägs, av vem, och hur akut frågan uppfattas på respektive sida. Rapporten redovisar de samlade konsekvenserna för de intervjuade slutkunderna som åtskilliga miljoner kronor per år, och landar i att gapet mellan perspektiven delvis kan överbryggas genom mer och tidigare kommunikation mellan parterna om vilka händelser som faktiskt förekommer, hur ofta, och vilka konsekvenser de får hos kunden.
Vad gör ett elnät starkt?
Rapporten resonerar kring begreppet ett starkt nät och pekar ut att det egentligen rymmer två separata egenskaper som lätt blandas ihop.
Den första är den fysiska robustheten: hur väl underhållna ledningsgator är, om ledningen går i luft eller kabel, och hur snabbt ett fel kan lokaliseras och kopplas bort när det uppstår. Kabel i mark är mindre utsatt för yttre påverkan som väder och fallande grenar än en luftledning, och bidrar därför till färre fel totalt sett.
Den andra är nätets elektriska styrka, det vill säga kortslutningseffekten. Ett nät med hög kortslutningseffekt dämpar spänningspåverkan vid ett fel, vilket kan begränsa hur djupt spänningen sjunker. Den effekten kommer traditionellt från stora roterande generatorer, som i vattenkraftverk och kärnkraftverk. Produktion som i stället ansluts via kraftelektronik, som vindkraft och solel, bidrar inte till kortslutningseffekten på samma sätt som roterande maskiner. Rapporten pekar på en risk att delar av nätet gradvis blir elektriskt svagare i takt med att produktionsmixen förskjuts, även om den fysiska infrastrukturen i övrigt är oförändrad eller förbättras.
Vad kan en anläggning faktiskt göra?
Rapportens rekommendationer riktar sig åt två håll. Mot nätbolagen handlar det främst om kommunikation: att aktivt dela information med sina största kunder om vilka typer av störningar som förekommer i deras del av nätet, hur ofta, och vad som planeras för att minska dem, snarare än att kommunikationen bara sker reaktivt efter att ett problem redan orsakat ett produktionsstopp.
Mot slutkunderna pekar rapporten på att öka den lokala störningstoleransen: skyddsutrustning som kan rida ut eller bygga bort effekten av en kort spänningsdipp innan den hinner slå ut kritisk utrustning, och en tydligare bild av var i processen känsligheten faktiskt sitter. Två anläggningar med identisk nätanslutning kan ha olika risk för produktionsstopp, beroende på hur den interna elmiljön och styrsystemen är byggda att hantera en kort störning.
Vilka störningar når fram till er process?
Beskriv vad som stannar, hur ofta och vad som händer i processen när det sker. Vi hjälper er avgränsa vilka händelser som behöver registreras för att sambandet ska kunna prövas.
Prata med ossKällor och underlag 2
Källa: Peter Ekström och Ann Brännlund (Sweco), i samarbete med Lennart Kjellman (Energiforsk), Slutkundens störningstålighet, Energiforskrapport 2022:852, ISBN 978 91 7673 852 8, publicerad mars 2022. Beställd av Svenska kraftnät, inom Energiforsks program Risk och tillförlitlighetsanalys. https://energiforsk.se/media/31083/slutkundens-storningstalighet-energiforskrapport-2022-852.pdf
Om underlagets art: en enda källa, läst i original för den här artikeln. Den är en intervjustudie och inte en mätstudie: uppgifterna om återstarttider, om konsekvenser och om hur parterna ser på samma händelse är vad de intervjuade har uppgett, sammanställt av rapportförfattarna. Uttrycket åtskilliga miljoner kronor per år är rapportens egen sammanfattande formulering för de intervjuade slutkundernas samlade konsekvenser och inte en uppmätt totalsumma.