Smarta Nät - dags att tänka om?

Load switch disconnector

Under 1960-talet utvecklades lastfrånskiljare för 12–24 kV vilket gjorde det möjligt att bygga slingnät och att nyttja kostnadseffektiva fabrikstillverkade nätstationer. Tekniken har tjänat oss bra under åren. Vi ser nu att ny teknik erbjuder nya möjligheter samtidigt som det moderna kommunikationssamhället ställer krav på näst intill kontinuerlig tillgänglighet – samtidigt som samhällets miljömedvetenhet reser krav på lokal produktion mm. Är det kanske dags att tänka nytt?

Fram till 1960-talet nyttjades i första hand effektbrytare, frånskiljare och rena säkringar för att bygga distributionsnätet. Effektbrytare var på den tiden något helt annat än idag. Det fanns till exempelvis luftbrytare som krävde en massa kringutrustning som kompressoraggregat mm, eller oljetankbrytare som idag skulle betraktas som potentiella bomber. Dessa brytare, men också tillhörande mekaniska reläskydd, krävde omfattande underhåll och tillsyn. Ställverken, som var monstruösa, byggdes på plats med vinkeljärn och plåt. Byggnaderna gjordes ofta av tegel. Konsekvenser av farligt övertryck vid ljusbågar hade ingen tänkt på.

Därför var det ett fantastiskt framsteg när lastfrånskiljarna utvecklades. En del fabrikat hade mycket stora initiala problem att fungera om de inte sköttes minutiöst. Andra var till en början mycket stora och klumpiga.

Nättare och bättre konstruktioner växte fram samtidigt som fabrikstillverkade luftisolerade ställverk såg dagens ljus. Dess mindre storlek tillsammans med möjligheten att prefabricera betongkonstruktioner, och med vägar och lastbilar som kunde frakta tyngre gods samt att mobilkranar blev allmänt förekommande, öppnade vägen för helt fabrikstillverkade nätstationslösningar. Kostnadsreduktionen gjorde det möjligt att bygga så kallade slingnät, där nätstationerna matades från två håll och där man vid fel kunde sektionera bort felaktig kabeldel. Dessa slingnät blev regel i tätbebyggda områden.

I princip byggs näten efter samma principer idag. Den största förändringen över tiden var införande av så kallade Ring Main Units under senare delen av 1980-talet. Ställverken fylldes med SF6-gas som både fungerar som bryt- och isolationsmedia. Ställverken blev i princip underhållsfria samtidigt som yttermåtten minskade vilket hade betydelse för att få fram än kompaktare stationer.

Under 1970-talet byggdes också fjärrkontroll fram till de flesta av fördelningsstationerna, vilket innebar att de kunde övervakas och manövreras hemma från kontrollrummet. Av och till gjordes spridda försök med att utöka fjärrkontrollen till att också gälla nätstationerna. Här kom inget genomslag på grund av att kostnaderna blev för höga jämfört med nyttan. Motormanöverdon ihop med kravet på batteri, övervakning av batteriet mm gav höga investeringskostnader men framförallt alltför höga underhållskostnader. 

Det fanns leverantörer som i över 20 år försökt få till tillförlitliga felindikatorer som till rimlig kostnad skulle klara av att tala om direkt i vilken kabeldel felet fanns. För överström lyckades det men för jordfel i de alltmer högohmigt jordade näten har det varit mycket svårt.

Idag pratar vi smarta nät och samhället förväntar sig mer:

  • I princip full tillgänglighet – vi är idag helt beroende av kommunikation och näst intill all kommunikation matas med 230 V växelström. Konsekvenserna och samhällets kostnader av avbrott är  stora att nätet helt enkelt måste fungera kontinuerligt.
  • Näten ska klara lokal produktion – det innebär att effektriktningen kan skifta och att vi också måste ta hänsyn till bortkoppling vid fel inte bara från ett håll.
  • Miljöfaktorer – allt ifrån att reducera förluster till att inte använda miljöpåverkande material i utrustningar och processer.
  • Mindre underhåll och låga investeringskostnader – nätbolagen förväntas    leverera mer utan ökade avgifter.

 

Samtidigt ser vi att tekniken utvecklas till fördel för branschen. En effektbrytare idag är minimal i storlek i jämfört med tidigare.  Den kräver minimalt underhåll och skötsel samtidigt som kostnadsnivån gör den intressant för utökade ändamål.

Elektronik anses idag i många fall tillförlitligare än mekanik. Enda begränsningen är vår egen, då vi envisas med att ha mycket ambitiösa testrutiner för till exempel reläskydd och brytare men inte bryr oss alls att testa till exempel säkringslastfrånskiljare.

Anledningen är förmodligen att reläskydd och brytare tidigare normalt har förekommit endast i primärstationerna där varje skydd med vidhängande brytare har en klart viktigare funktion i nätet än till exempel reläskydd och brytare till en distributionstransformator i en RMU.

När vi kommer ner till lågspänningsapparater accepterar vi elektronik i MCCB-brytare utan att applicera en massa testrutiner på dem. Logiken känns inte helt glasklar.

Loop with fault indicators

 

Vad vi däremot kan anta är att för att uppnå det smarta nätet krävs en hel del elektronik i skydd och kommunikation och detta i kombination med riktiga effektbrytare. Exempelvis kan vi då ha olika selektivitet på en brytare till en distributionstransformator beroende på i vilken riktning effekten matas in till ett fel. Kommer effektriktningen uppifrån som normalt idag har vi dagens selektivitet på skyddet. Kommer däremot effektriktningen från lokal produktion nerifrån krävs en helt annan selektivitet och troligen andra typer av skydd för att fånga felet. En säkring med dess smältkurva framstår här som en omöjlighet.

 

Felindikatorer finns idag som till en låg kostnad mycket precist och säkert indikerar fel ute i distributionsnätet. De klarar även högohmigt jordade nät med dess små jordfelsströmmar.

Vidare skulle det med hjälp av fiber vara lätt att kommunicera med varje nätstation. Om vi fick bygga helt nytt, som de till exempel gör i Kina, vore det enkelt att dra fiber till alla nätstationer.

 

Här har vi emellertid gamla nät och därför måste vi blanda kommunikationsmodeller och det är ekonomiskt tungt att åstadkomma det smarta nätet under kort tid. Det behövs en långsiktig investeringsstrategi för varje nätstationsslinga som anger vilka stationer som kan kompletteras, vilka som det inte är lönt att investera i alls utan som så småningom ska bytas ut mot en modern station, och så vidare. Vi skulle kunna kalla investeringsstrategin för ”Livstidsoptimerad nätstationsslinga”

Vad som däremot går att göra omedelbart är att välja utrustning som är framtidssäker och anpassad till det önskade smarta nätet. Här ser vi att det är nödvändigt att sätta in fullvärdiga effektbrytare inte bara för transformatorn utan också i linjefacken. Då finns utrustningen som behövs för att skapa det avbrottsfria nätet på plats när tiden är kommen för att fullborda det smarta nätet.

 

Nog är det dags att tänka om? - Vi kan inte längre bara byta ut stationer efter ålder och trötthet utan behöver leva efter investeringsstrategier typ  ”Den livstidsoptimerade nätstationsslingan”    Men då krävs det att vi nyttjar tillförlitliga felindikatorer och nya typer av moderna ställverk.