Tromsø by er under konstant utvikling, både når det gjelder økning av innbyggertall og etablering av ny industri. Formålet med oppgaven er å utvikle en nettutviklingsplan for 11 kV distribusjonsnett forsynt fra Gimle transformatorstasjon for perioden 2010 til 2030 (analyserperioden). Gimle transformatorstasjon er lokalisert på Tromsøya Nord og er en svært viktig stasjon på Tromsøya da den blant annet forsyner Universitetssykehuset og universitetsområdet for øvrig samt Breivika Havn. Kraftnettet tilhører Troms Kraft Nett (TKN). I dag er transformatorstasjonen nesten full-lastet og det trenges mer effekt og energi i området. For å analysere hva morgendagens behov medfører, har en foretatt en teknisk /økonomisk analyse av nettet og fremtidige belastninger i området. Det er foretatt lastflytanalyser, tapsanalyser, og analyser av ikke levert energi (ILE). Drift og vedlikehold er ikke tatt med i analysen. Det er antatt full forsyningskapasitet fra det overliggende nettet i analyseperioden. Nettanalysene er utført i NetBas og benyttes videre for beregning av investerings-, taps-, og avbruddskostnader for alternativene. Det er summen av disse kostnadene for hvert alternativ som minimeres og alternativene rangeres etter totale kostnader i analyserperioden. Det foreligger med dagens prognoser en forventet lastøkning i størrelsesorden 15,5 MW i tillegg til en generell lastøkning i nettet som forsynes av Gimle transformatorstasjon. For å imøtekomme belastningsøkningen må det iverksettes tiltak. Det er gjort analyser på tre hovedalternativer for å se hvilket som er best egnet for å møte belastningsøkningen: 1.Reinvestere og utvide Gimle transformatorstasjon 2.Ny transformatorstasjon i Breivika havn 3.Ny transformatorstasjon nord på Tromsøya I hvert alternativ er det også tatt med kostnader som er felles for alternativene og som kommer uavhengig av hvilket alternativ som blir gjennomført. Det er reinvestering av kabler og fordelingstransformatorer, samt reinvestering av kontrollanlegg i Gimle transformatorstasjon. Disse har eller vil i løpet av analyseperioden overstige antatt teknisk levetid. Resultatene er delt opp i to forskjellige kategorier. Rimeligst alternativ og teknisk beste alternativ. Det er hovedalternativ 2, Ny transformatorstasjon i Breivika havn, med én krafttransformator og to kabler til eksisterende nett og en kabel til Solneset i 2016 som kommer rimeligst ut i forhold til totale kostnader i analyseperioden. Kostnaden er beregnet til 99 650 kkr. Det må bemerkes at dersom en monterer to krafttransformatorer med en gang vil dette føre til en økning av totale kostnader på ca 690 kkr. Det er usikkerhet om beregning av KILE kostnader er utført på optimal måte og det anbefales å montere to transformatorer med en gang siden dette er en bedre teknisk løsning. Differansen i totale kostnader mellom det å ha én kontra to krafttransformatorer er mindre enn differansen i investeringskostnadene, dette er på grunn av mindre taps- og forventede avbruddskostnader for alternativet med to krafttransformatorer. Betraktes beste tekniske løsning er det hovedalternativ 1, Reinvesterer og utvide Gimle transformatorstasjon, med 4 kabler til Breivika Havn samt 2 kabler til Solneset Boligfelt og ny ekstra krafttransformator T3 i Gimle, som er rimeligst løsning. Totale kostnader for alternativet er beregnet til 103 900 kkr. Det er vanskelig å komme med en entydig anbefaling av hvilket hovedalternativ som bør gjennomføres. Alternativene er like gode og differansen i totale kostnader mellom de forskjellige alternativene er liten. Det er derfor ingen alternativ som skiller seg direkte ut. Det anbefales i tillegg at det utføres mer inngående analyse av pålitelighet og teknisk tilstand for de forskjellige alternativene. Belastningsutviklingen må følges opp kontinuerlig og før en iverksetter investeringer må det undersøkes om forutsetningene har endret seg. Det er også viktig i en slik sammenheng å se nærmere på lokalisering, tomtekostnader, adkomst m.v. Dette inngår bare i svært begrenset grad i oppgaven.

Ved dimensjonering av tverrsnitt på elektriske ledere i et lavspenningsanlegg er det flere faktorer man må vurdere. Blant annet vil skjevlast og ulinearitet i lastene i TN-anlegg medføre strømmer i N-leder. Utstyr med mye elektronikk forårsaker store og små overharmoniske strømmer, noe som er grunnen til at lastene vil få ulineære strømmer. I NEK400 er det angitt en metode for hvordan det skal tas hensyn til slike harmoniske strømmer i N-leder. Denne oppgaven har sett på teorien bak de harmoniske strømmene. Hvordan de oppstår, hvilke konsekvenser de kan ha, og hva som kan gjøres for å redusere dem. Det ble videre gjort tester på forskjellig utstyr som vi vet har større harmoniske bidrag, og i tillegg ble det gjort målinger av utvalgte bygningstyper. Målingene viser at datamaskiner er en veldig stor bidragsyter til harmoniske strømmer, og at bærbare maskiner er verre enn stasjonære maskiner. Det ble sett på maskiner fra de siste 3 tiårene, og i de siste årene har det vært en kraftig forbedring. Det ble målt THDf helt ned i 68,1% (bærbare) og 17,0% (stasjonære) på de nyeste maskinene, i motsetning til på eldre maskiner med THDf helt opp mot 200%. Av lyskilder for hjemmebruk ble det påvist at de lyskildene som sannsynligvis vil bli mest brukt i fremtiden, sparepærer og LED, inneholder mye mer harmoniske strømmer enn glødepærer og halogenpærer som er mest brukt frem til i dag. Dette vil nok likevel overskygges av alle de andre fordelene man får ved å velge energisparende lyskilder. Problemer rundt harmoniske strømmer er uansett ikke veldig store i vanlig husholdning. Det ble i tillegg påvist at overgangen fra konvensjonell til elektronisk forkobling på lysrør har medført en merkbar nedgang i de harmoniske bidragene. Det ble også sett på damplamper til veibelysning, og med tanke på harmoniske strømmer var det ingen stor forskjell på om man velger høytrykksnatrium eller metallhalogenpærer. Da er det større mulighet for å finne forskjeller i de forskjellige forkoblingene. Det ble sett på tre forskjellige bygningstyper; undervisningsbygg, helsehus og kulturhus. Både undervisningsbygg og helsehus viste, som forventet, at yrkesbygg i disse kategoriene inneholdt lyskurser med harmoniske bidrag som var helt i grenseland for behov for reduksjonsfaktor ved dimensjonering. Stikkontaktkurser til datautstyr hadde store bidrag av harmoniske strømmer, med et påfølgende behov for bruk av reduksjonsfaktor ved dimensjonering. I kulturhus er det spesielt lys- og lyd-kursene som skiller seg ut fra andre typer bygg. Målingene fra scenelyskursen viste at det vil være store forvrengninger i strømmen, og at man i høyeste grad må ta hensyn til dette ved dimensjonering. Målingene på Studentersamfundet i Trondhjem (kulturhus) ble utført på IT-nett. Dette gjorde at disse falt litt utenfor hovedfokuset på oppgaven, som var overbelastning av N-leder. Det ble derimot oppdaget et overraskende fenomen. Alle odde trippelharmoniske var nesten helt kansellerte, mens det var store bidrag fra de andre harmoniske. Et laboppsett for målinger på IT-nett ble derfor satt opp. Her ble det konkludert med nettopp at, odde trippelharmoniske strømmer i et IT-nett vil kansellere hverandre i tilførselskabelen i et symmetrisk belastet anlegg. Men selv om disse er kansellerte i trefasekabelen finner vi dem likevel i selve lastene. Og strømmen i lastene blir ikke påvirket av usymmetri i anlegget, selv om det ser slik ut på tilførselskabelen.

I denne rapporten er synkrongeneratorens dynamiske oppførsel studert ved direkte faseavbrudd på tre-fase overføringslinjer i regionalnettet, via datamaskinbasert modellering og simulering. Ved feil studeres virkningen av spenningsregulator basert på statisk magnetisering, ulike typer turbinregulatorer, forskjellige koplingsgrupper for transformatorer og tiltak som dempetilsats (PSS). Bakgrunnen for denne oppgaven baserer seg på et reelt tilfelle med faseavbrudd som oppstod i regionalnettet til NTE den 7. mars 2008. Dette førte til at synkrongeneratorene tilknyttet 66 kV nettet fikk ukontrollerte effektpendlinger. Utfordringer ved faseavbrudd i kraftsystemer, uavhengig av om det er på overføringslinjene eller i elektriske komponenter, er kjent innenfor drift av kraftsystemet. Statistikk fra *FASIT for hele Norge i perioden 2001-2004 viser at av 37163 driftsforstyrrelser var 2073 faseavbrudd. Til tross for dette har det ikke vært mulig å finne relevant litteratur som detaljert beskriver den elektromekaniske oppførselen til synkrongenerator ved direkte faseavbrudd på en av fasene ved tre-fase kraftoverføring. Som en del av arbeidet er det etablert en simuleringsmodell av R-nettet til NTE i tillegg til et antall forenklete modeller. Det er foretatt simuleringer som viser endringene som funksjon av tiden i aktiv effekt, polhjulsvinkel, spenning og strøm på synkrongeneratorer ved faseavbrudd. Resultater fra simuleringene i de forenklete modellene viser at et faseavbrudd ikke nødvendigvis medfører ukontrollerte effektpendlinger. Det viser seg at synkrongeneratoren kan svinge seg inn mot et nytt arbeidspunkt i en driftssituasjon med varig faseavbrudd. Ulike regulatorer sammen med total systemimpedans, koplingsgruppe for transformatorer og lastforbruk avgjør hvor stabilt systemet blir. Resultater for simuleringene av R-nettet viser at faseavbrudd, tilsvarende det som oppstod i 2008, gir ukontrollerte effektpendlinger. Dempetilsats (PSS) er innført som tiltak, og det er vist at denne kan være i stand til å dempe pendlingene i startfasen slik at de ikke utarter seg til udempete svingninger. *FASIT – Feil og AvbruddsStatistikk I Totalnettet – Referansegruppe for feil og avbrudd ble opprettet 13.03.1996 og består av representanter fra NVE, Statnett og EnergiAkademiet (EBL). I tillegg er Lier Everk, Troms Kraft Nett AS, Istad Nett AS og Sintef Energiforskning for tiden representert. www.fasit.no

The increased demand of offshore power conversion systems is driven by newly initiated offshore projects for wind farms and oil production. Because of long distances to shore and inaccessibility of the equipment long repair times must be expected. At the same time the offshore environment is extremely harsh. Thus, high reliability is required for the converters and it is important to have good knowledge of the switching devices. This thesis investigates switching characteristics and losses of commercially available IGBT modules to be used for this application. It focuses on switching time and switching energy losses depending on gate resistance, current and voltage levels, operation temperatures, and show differences between several devices of the same type. Some test show how device characteristics and losses when the device has been exposed to stress over a certain period.

Central Norway has had a significant growth in power consumption over the last few years, and demand is expected to rise. Due to lack of investment in sufficient generation and transmission capacity, Central Norway is expected to have a significant power deficit in an average year and severe deficits in dry years. This thesis investigates the power situation in Central Norway by using the EMPS model developed at SINTEF Energy Research combined with newly developed investment functionality.The thesis has studied the EMPS model and developed new functionality for the investment model in order to do more precise investment analyses. Simulations on optimal investments in different cases concerning increased load and subsidies on wind power investments have been done as well.The simulations show that the power situation Central Norway is close to critical and that investments must be executed to avoid high risk of rationing in a future situation with higher demand.The investment analysis based on the present state show that the proposed transmission investments on Nea--Järpströmmen and Ørskog--Fardal are sensible and very useful for the power situation in Central Norway.Simulations show that subsidies to encourage wind power development might cause more uncertain and variable prices due to lower price incentives to build new transmission capacity. Simulations also show that large wind power investments will have a substantial impact on how hydro power is utilized in Norway.The investment functionality has shown a good capability to obtain sensible solutions that give less price variation throughout the system and reasonable price distributions as long as the investments are small enough to not have substantial impact on hydro power utilization.

The EMPS model is a fundatmental model for optimizing and simulation of power systems with substantial amounts of hydro power, developed by SINTEF Energy Research. Recently SINTEF Energy Research developed investment functionality making it possible to run optimal investment analysis of thermal power, wind power and transmission capacities.The purpose of this thesis is to study and learn how to use both the EMPS and the newly developed investment model. The investment model is to be improved to use price segments instead of weekly average prices when calculating the profits and to implement the option to set a maximum capacity. Furthermore simplistic models of Germany and the Netherlands are to be constructed to be able to use the investment model to find the optimal transmission capacity between Norway and the Netherlands.The investment analysis resulted in an investment of 6000 MW in transmission capacity between Norway and the Netherlands. 6000 MW was the limit due to limitations in the grid from "Sørlandet" to the other parts of Norway. However the way the Netherlands are modelled do not take into account that the prices in the Netherlands also would change as a function of this capacity increase so it is fair to say that the invested capacity is too large. The investment analysis does show that an investment should be made as it is very profitable. For instance would an investment in the region of 1200 MW result in the full investment costs beeing payed back within 3 years of installation according to the investment analysis. The investment functionality is a program that is quick and easy to use. It provides the user a way to specify a lot of different investment alternatives. The program can be used to see the optimal investment in one or more investment alternatives and it also shows the impact they possibly have on each other. The program saves the user a lot of time as the user no longer has to manually add the investments into the EMPS model. There are however still a few errors that have to be fixed in the program and new features that could be added to improve the results, such as non-linear investment costs.

This Master’s Thesis work deals with the development of improved hydro turbine models for the evaluation of a hydraulic power generating system performance in response to small disturbances in power system analysis tool. These improved models must be able to reflect the possible interaction between the hydraulic system and power system in the computer simulations of a power plant equipped with Francis turbines.The accuracy of a Hydraulic Power Generating System is studied by means of analysis of the dynamic behaviour of different models of the hydraulic machine and conduit system. The stability study of different models for Synchronous Machines and Turbine Governing System are beyond the scope of this work.Appropriate representations of the hydraulic turbine and conduit system are developed in various models of varying degrees of detail. Firstly, nonlinear models for a simple turbine without surge tank considering the inelastic and elastic travelling wave effects have been developed. After that, nonlinear models considering the inelastic and elastic travelling wave effects for a turbine with surge tank for Hydropower Systems with long length penstocks are implemented. Finally, the nonlinear models for a turbine with long length penstocks are linearized at an operating point considering both the nonlinear turbine characteristics and the travelling wave effects.The Master’s Thesis work is divided into three parts. The first part, comprising Chapters 2 to 8, reviews the physical characteristics and mathematical models of the components of a hydraulic power generating system. The influence of each component of the power system by means of appropriate mathematical models is essential for the understanding of system stability. The second part, comprising Chapters 9 to 11, deals with the dynamic study of the system stability characteristics of the different hydraulic power generating system models implemented in SIMPOW and LVTrans. Finally, the third part, Chapter 12 and Chapter 13, presents the discussion of the simulation results of the hydroelectric power system models, and draws general conclusions on this work and suggests possibilities for the approach further work, respectively.It was concluded that approaches based on nonlinear and linear models including the elasticity of the conduit system and the nonlinear turbine characteristics extracted from the Hill Charts, are the most accurate models for any acceptable study of the interaction between hydraulic system and power system.The study of dynamic performance and interaction between the hydraulic system and power system of these extended linear and nonlinear models including the elastic water hammer effect and varying the nonlinear characteristics of the hydraulic turbine must be studied in detail.

The project is focusing on on finding the optimal grid connection of fast charging stations for electric vehicles. The project was carried out in cooperation with Lyse, which is the regional utility company in Rogaland, Norway. Lyse is developing combined filling stations for gas vehicles and fast chargers for electric vehicles. The first combined station will be built close to an existing petrol station in Luravika, Sandnes. There is space for four fast chargers at the site. The closest distribution substation is located about 200m up the street. There are both a gas pipe and a 22kV cable close to the site. The area is in an urban environment and the distribution grid consists of underground cables and pipes. Different load cases were studied using Powel Netbas for load flow simulations and a simulation tool called Dynko for economic analysis. Each load case included a certain power rating on the EV charging station. To achieve short charging times, the power rating should be high. Power ratings spanning from 125kW to 500kW were analysed for the charging station. Two solutions for grid connection were evaluated. One involved using the existing distribution substation. The other involved installing a new substation close to the new load. The optimal dimensioning of cables and transformers were analysed. The quality of supply and fulfilment of the Norwegian PQ code were evaluated.The economic results showed that it is optimal to use the existing distribution substation as long as the total maximum load at the combined filling and charging station is less than 263kVA. For larger loads, a new substation should be built close to the new load. Replacing the transformer in the existing substation is not an optimal solution for any of the load cases. The cables should be chosen so that the loading is close to 30%. The average optimal transformer loading was around 75%, but the results had a large variance. The quality of supply was investigated for the worst case scenario. All values concerning voltage variations and harmonics were well within the limits of the Norwegian PQ code. The loading of the high voltage distribution grid was considered acceptable. No adjustments are needed in the 22kV grid.

Statnett wants to increase the transmission capacity in their 300 kV overhead lines by upgrading the operating voltage to 420 kV. To make this possible some modifications must be done. Insulator strings have to be elongated by two to four insulators and the air clearances must be checked. EN standards provide guidelines for how to calculate the air clearances adequately to provide required safety margins.It turns out that the formulas given by the standards provide greater safety margin than appropriate for upgraded transmission lines. By finding new proper safety margins, several towers which otherwise would have to be rebuilt to fulfill the requirements for clearances, can stay unmodified. When considering the number of towers in an average transmission line, there is obviously a great potential for saving money by putting some effort looking into proper minimum air clearances. By reduce the air clearance by approximately 10 cm, 6.5 mill. NOK were spared in a 65 km transmission line. It is therefore desirable to calculate the air clearances on the basis of smaller safety margins than described in the standard, but which is still within acceptable safety limits. In the formulas for minimum distances, the statistical withstand voltage U50%, gap-factors and altitude factors are examined for the cases of operating voltage, switching impulse and lightning impulse.Discrepancies between test results from a laboratory work conducted by STRI and calculations based on the EN standard of U50%, have been discovered. Tested U50 for switching impulses are 5–9 % higher than U50 from the standard. The same applies for lightning impulses where the tested value is 12 % higher than the standard. This gives reason to assume the standard to be somewhat conservative.Further, discrepancies are found between the standard EN 50341 that says that the gap factor when an insulator is present is the same as if no insulator is present, and Cigré report 72, which says that the gap factor should be corrected for the presence of insulators. Correction for insulators will lead to a lower gap factor i.e. lower break down strength along the insulator string than in the rest of the air gap. It turns out that the combination of rain and insulator string reduce the gap factor and thus, the withstand strength in the cases of switching impulses in the order of 6-13 % for V-string insulators and 20-34 % for I-string insulators and for continuous power frequency voltage in the order of 25 % for V-string insulators and 33-40 % for I-string insulators.Rain has no influence on the withstand strength of I-strings or V-strings exposed to lightning impulses.Several previous researches [1][2] shows the same tendencies of lack of correlation between U50 and gap factors when air gaps with insulator strings are exposed to lightning impulses. Thus, the gap factor is not sufficient to describe the discharge characteristics of air gaps with insulator strings exposed to lightning impulses.It is found that the air gap between phase and guy wire has approximately 7 % greater withstand strength than over the insulator string in a tower window. This additional safety margin is a desirable property in terms that the guy wires are the weakest point of a tower. This should however be verified by full-scale laboratory tests as this is mainly valid for the case of only the conductor-guy wire gap without the presence of the other air gaps that represent the tower window.

Bakgrunnen for dette prosjektet er det økte behovet for rehabilitering og oppgradering av vannkraftgeneratorer både i Norge og i resten av Europa. Behovet er basert på den store usikkerheten med å fastslå gjenstående levetid for aldrende generatorer, samtidig som at konsekvensene ved et havari ofte vil være store. Kostnadene ved en rehabilitering vil normalt være betydelige lavere enn ved et eventuelt havari. I tillegg kan endret drift og kjøremønster stille nye krav til generatorene. For å kunne gjennomføre beregninger i forbindelse med en rehabilitering eller oppgradering er det nødvendig med et beregningsprogram. Uten et slikt verktøy blir beregningsprosessene meget tidskrevende og uhåndterlige. Siden slike beregningsprogram ikke var tilgjengelige ble det nødvendig å utvikle et eget beregningsprogram. Programmet GenProg ble derfor utarbeidet med utgangspunkt i formelverket fra høstprosjektet [1]. GenProg er basert på et bredt teoretisk grunnlag og dekker de elektromagnetiske aspektene ved konstruksjon av en synkrongenerator.For å kontrollere påliteligheten til GenProg ble resultatene fra programmet sammenlignet med testresultater fra produserte maskiner. Denne sammenligningen viser at beregningene fra GenProg stemmer godt med de oppgitte verdiene. Det anbefales at før GenProg tas i bruk bør Vedlegg 1 - Oppstartseksempel GenProg og kapittel 3 - Programforklaring leses grundig. Dette for å øke forståelsen for hvordan programmet fungerer, og dermed sikre best mulige resultater fra beregningene.Videre ble det gjennomført oppgraderinger av to maskiner fra 50- og 60-tallet. Maskin 1 er en motor/generator med 14 poler og en merkeeffekt på 14 MVA. Maskin 2 er en elvekraftgenerator med 44 poler og en merkeeffekt på 27 MVA. Det ble undersøkt forbedringspotensialet ved bytte av statorvikling, bytte av statorblikk, endring av spenning og sportall og ved å øke maskinens utnyttelsessiffer. Resultatene viser at den største virkningsgradsøkningen kommer ved bytte av statorvikling og statorblikk. For viklingen kommer forbedringen av mindre isolasjon og følgelig større kobberareal i sporet. For blikket er det hovedsakelig reduksjonen av de relative tapene som utgjør forbedringen, men også muligheten for å endre for eksempel tannbredde, sporhøyde og kjølekanalene øker forbedringsmulighetene. For maskinene som ble undersøkt i dette prosjektet ga en økning i spenning liten eller ingen gevinst. Det samme gjelder for sportall, dersom sportallet ikke økes sammen med spenningen. Dersom statorvikling og statorblikk byttes vil dette føre til en svært lite belastet maskin. Det anbefales at dersom generatorene oppgraderes bør muligheten for økning av ytelse undersøkes, selv om dette i mange tilfeller forutsetter bytte av feltvikling.