Spänningsdippar och transienter i ett förändrat elnät

Kablar ger färre fel, men kan ge djupare dippar när fel inträffar

Kablar och luftledningar beter sig olika elektriskt. En kabels seriereaktans, som påverkar hur mycket spänningen sjunker vid ett fel på en given plats, är enligt rapporten ungefär en tredjedel av luftledningens. Det gör att ett fel på en kabel kan ge en djupare spänningsdipp än ett jämförbart fel på en luftledning, även om kablar generellt sett ger färre fel per kilometer och år eftersom de är mindre utsatta för väder och yttre påverkan.

Kablar har också betydligt högre kapacitans, i rapporten angivet till mellan 200 och 400 nanofarad per kilometer, en faktor 20 till 50 högre än luftledning. Det sänker svängningsfrekvensen i övergångarna vid en dipps början och slut, vilket enligt rapporten kan öka risken för resonans och, i kombination med svagare driftlägen på transmissionsnivå, risken för tillfälliga överspänningar. Hur stor effekten blir beror dock på nätets uppbyggnad, spänningsnivå och dämpning. Rapporten betonar att generella slutsatser inte kan dras för varje enskilt nät.

Ett svagare nät gör en dipp kännbar på längre avstånd

Driftlägen med mindre roterande produktion, till exempel vid hög produktion från vind och sol samtidigt som efterfrågan är låg, gör nätet elektriskt svagare på det aktuella stället. Rapporten visar med ett eget räkneexempel hur det påverkar spridningen av en dipp: när en kraftverksenhet är i drift ger ett fel på 155 kilometers avstånd en kvarstående spänning på 70 procent hos en kund. När samma kraftverksenhet är ur drift kan motsvarande kvarstående spänning uppstå även när felet ligger 310 kilometer bort, alltså dubbelt så långt bort som annars. En fördubblad räckvidd innebär dock inte automatiskt dubbelt så många dippar eller bortkopplingar. Rapporten påpekar att sambandet mellan felens elektriska avstånd och antalet störningar som når anläggningen inte är linjärt.

Rapporten hänvisar också till en brittisk modellstudie där antalet spänningsdippar per år beräknades öka med omkring 30 procent när 40 procent av den konventionella produktionen ersattes med produktion som inte bidrar till felströmmen på samma sätt. Utfallet varierade dock betydligt mellan olika platser i nätet. Det är inte rapportens egen mätning i det svenska nätet utan en citerad beräkning som illustrerar mekanismen, men den ger en uppfattning om vilken storleksordning förändringen kan handla om.

Kraftelektronik förändrar både spridning och tålighet

Utrustning som ansluts via kraftelektronik, som vindkraft, solel, batterilager och laddare för elfordon, svarar annorlunda på en dipp än traditionell utrustning med roterande maskiner. Immuniteten varierar dessutom mellan olika konstruktioner och styrprinciper, där vissa klarar sig bättre vid milda dippar men sämre vid djupa, och andra tvärtom. Rapporten pekar också på att modern utrustning ofta har en liten kondensator på nätsidan, vilket sänker resonansfrekvenser i nätet och samtidigt kan öka risken för transientförstärkning vid lägre spänningsnivåer.

Rapporten citerar också externa simuleringsstudier, bland annat om laddstationer för elfordon, som exempel på hur den här typen av utrustning kan förstärka transienter lokalt. Författarna är tydliga med att det handlar om exempel från andra studier, inte egna svenska mätningar, men använder dem för att visa på en mekanism som är relevant även i det svenska nätet.

En stor kunskapslucka om modern utrustning

Rapportens tydligaste slutsats handlar inte om nätet utan om vad som inte är känt. Författarna beskriver kunskapen om hur modern utrustning faktiskt klarar dippar och transienter som bristfällig, och efterlyser en seriös forskningssatsning för att förstå hur apparater beter sig vid obalans, fasvinkelhopp och transienter i samband med en dipp, inte bara vid dippens djup och varaktighet. Rapporten föreslår också att internationella standarder och nätkoder på sikt bör omfatta krav på immunitet som går längre än dagens fokus på kvarstående spänning och varaktighet, utan att själva ange vilka nya nivåer det skulle handla om.

Vad betyder det för en anläggning?

Sammantaget innebär det att en anläggnings förutsättningar för att klara spänningsdippar och transienter inte är statiska. Var i nätet en anläggning befinner sig, om anslutningen går via kabel eller luftledning, hur svagt eller starkt driftläget är vid en given tidpunkt, och vilken typ av kraftelektronik som finns i den egna anläggningen eller hos grannar på samma nät, påverkar alla hur vanliga och hur allvarliga störningarna blir. Kontinuerlig registrering av elkvalitetshändelser, tillsammans med driftdata från processen, kan visa vilka störningar anläggningen exponeras för och vilka händelser som sammanfaller med produktionsproblem. Utrustningens faktiska immunitet kan dessutom behöva bedömas genom tillverkardata, provning eller särskild analys.