Denna rapport analyserar följderna av en spänningshöjning i ett mellanspänningsnät från 6 kV till12 kV alternativt till 20 kV. Rapporten undersöker ett befintligt elnät i södra Sverige som ägs avMellersta Skånes Kraft ek. För. (MSK). Det består av 177 stycken transformatorer, har ca 2500kunder och överförde totalt runt 32 GWh år 2016.Rapporten är uppdelad i tre delar, den första delen behandlar de tekniska aspekterna av en förhöjdspänningsnivå, den andra delen behandlar de ekonomiska följderna detta kan medföra och dentredje delen presenterar slutsats och diskussion.Elnätet simulerades i programvaran Neplan och elektriska beräkningar utfördes på olika driftfallunder årets månader. Lasterna i nätet fastställdes bland annat genom att använda Velandersmetod. Information och indata av nätets komponenter inhämtades genom produktblad, kontaktmed tillverkare och MSK samt genom diverse litteratur.Rapporten visar att en ökad spänningsnivå i elnätet minskade transmissionsförlusterna ochmedförde lägre kostnader för elnätföretaget. Det medförde också andra tekniska fördelar,exempelvis att spänningsfallet minskade, belastningsgraden av nätets komponenter minskade samtatt kortslutningsströmmen blev lägre. En högre spänningsnivå ökade nätets generering av reaktiveffekt.Elnätföretagets intäktsram förändras vid en förhöjd spänningsnivå, dels till följd av det tillägg somerhålls vid effektivt utnyttjande av elnät, dels då vissa anläggningsdelar i nätet ersätts. Lönsamheteni att investera inför en ökad spänningsnivå berodde på flera faktorer, bland annat vilka typer avanläggningsdelar som behövde ersättas, kapitalstrukturen på investeringen och elnätföretagetskalkylränta. I lönsamhetsanalysen använder rapporten internräntemetoden.I fallet för MSK antogs samtliga av elnätets transformatorer behöva ersättas vid en ökadspänningsnivå, vilket således ökade intäktsramen inför nästa tillsynsperiod med totalt ca 3,4 Mkr.Internräntan för investeringen bestämdes till 4,62%. En viss osäkerhet råder dock kring ett antalav elnätets olika anläggningsdelar (kablar, ledningar och transformatorer) vilket kan påverkainvesterings omfattning, utfall och om nätet kan hantera en förhöjd spänningsnivå i sitt nuvarandeskick. / This report analyses the consequences of an increased voltage level in a medium voltage gridfrom 6 kV to 12 kV alternatively to 20 kV. The report examines an existing electricity grid insouthern Sweden, owned and operated by the power company Mellersta Skånes Kraft ek. För.(MSK). It consists of 177 transformers, has approximately 2500 customers and transferred 32GWh (incl. losses) in 2016.The report is divided into three parts, the first part addresses the technical aspects of an increasedvoltage level, the second part addresses the economic consequences that this implies and thethird part presents the conclusion and discussion.The grid was simulated in Nepal software and electrical calculations were performed on 12different operating modes, one for each month of the year. The loads in the network weredetermined by using Velander's method. Information and input-data of network componentswere obtained through product sheets, direct contact with manufacturers and MSK and as wellas through various literature.The report shows that an increased voltage level in the grid reduced transmission losses andresulted in lower costs for the grid owner. It also brought other technical benefits, such as lowervoltage drops, lower load intensity of network components, and lower short circuit current. Ahigher voltage level increased the network's generation of reactive power.The grid company’s revenue frame changes with an increased voltage level, partly because of thebonus that is obtained through efficient utilization of the grid, partly by replacing certaincomponents in the grid. The profitability of investments imposed by an increased voltage levelquickly became complicated due to several factors. Including what type of components thatneeded replacement, the capital structure of the investment and the electricity company's rate ofinterest. In the profitability analysis, the report uses the internal rate of return method.In the case of MSK it was assumed that all the power grid transformers needed replacement withan increased voltage level, thus increasing the revenue frame for the next supervisory period byapproximately 3.4 million SEK. The internal rate of return for the investment was found at 4.62%.However, some uncertainty exists about several components (cables, wires and transformers) inthe grid, which may affect the profitability of the investment and the grid’s capability to handle anincreased voltage level in its present state.

Bofors industrinät i Karlskoga är föråldrat och ligger kvar på en icke standardiserad spänning vilket är ett problem. Denna analys har utförts på uppdrag av Karlskoga energi och miljö AB med syfte att undersöka vad som behöver bytas ut, tillkomma eller tas bort för att höja från dagens spänning (7.8 kV) till samma standardiserade nivå som det resterande distributionsnätet (10 kV). Utöver detta även ta fram ett ramverk för hur spänningshöjningen skall gå till, samt undersöka hur stora förlustbesparingar företaget kan erhålla på grund av höjningen. Det visar sig att industrinätets samtliga 39 distributionstransformatorer måste bytas för att dessa inte skall haverera men att kablaget klarar sig då detta är konstruerat för 12 kV. Handlingsplanen som tagits fram utgår från att Karlskoga energi och miljö AB bygger ett nytt nät med spänningen 10 kV, och under en längre tid låter existerande kunder ansluta sig till detta. Gällande förlusterna i nätet visar det sig att det potentiellt finns stora besparingar att göra, cirka 415 708 kr om året vid ett elpris på 85 öre per kWh, där minskningen av tomgångsförlusterna kommer stå för majoriteten. De beräknade kabelförlusterna visar sig vara nästan obefintliga. Allt detta visar på nyttan med att genomföra spänningshöjningen och ombyggnationen som krävs för detta. Initialt är det för en avsevärd investering för företaget, men fördelarna är så pass stora att det vore oansvarigt att inte genomföra detta. Genom ombyggnationen får man ett bättre nät, inte bara bättre dimensionerat utan även driftsäkerhetsmässigt med kortare leveranstider för exempelvis transformatorer.         Undersökningen har inte gått in på de två vattenkraftanläggningarna som är anslutna till industrinätet, mer än i förbigående. / The Bofors industrial power grid in Karlskoga is aged and currently operating with a non-standardized voltage level. This analysis has been done in collaboration with “Karlskoga energi och miljö AB” with the purpose of determining what needs to be replaced, added or removed in order to facilitate an increase in voltage from today’s level (7.8 kV) to the same level as the rest of the distribution grid (10 kV). In addition to this also produce the framework for a plan on how this voltage increase is to be accomplished, as well a determining how much the losses can be reduced and how much of an economic impact this has. The results of the analysis are that all of the 39 distribution transformers currently in use must be replaced in order to not have these break down. The cables in use, however, will be fine due to them being constructed for 12 kV. The framework produced determines that the best course of action is for the company to build a new grid on top of the old one, with a voltage of 10 kV and allow existing customers to connect to this grid during a set time period. In regards of the losses in the grid, a potentially large saving can be made.  Approximately 415 708 SEK per year, calculated with an energy price of 0.85 SEK per kWh, of which the no-load losses of the transformers is the majority. The calculated cable losses were almost non-existing. All this proves the benefits of performing this voltage increase, and the construction required. Initially there is quite a large investment needed from the company, but the benefits are large enough that It would be irresponsible to not go through with the voltage increase. By doing this the company gets a better grid, not just better dimensioned but also a much more reliable grid with shorter delivery times on for example transformers. This analysis has not gone into depth regarding the two hydropower plants connected to the grid.

Det blir allt vanligare att enskilda hushåll installerar solpaneler för att generera egen el. För att undersöka hur enfasanslutna solpaneler påverkar spänningen i nätet startades ett större projekt som sedan delades upp i flera delar. Den del som undersökts i denna rapport behandlar främst obalans (osymmetri) i spänningens faser. Syftet med projektet var bland annat att avgöra om anslutning av solpaneler utgör ett problem för nätet, vilka möjliga åtgärder som kunde hittas, samt om det kan komma att krävas nya regler och lagar i framtiden för att reglera anslutningen av solpaneler eller annan distribuerad generering.  Målet med denna undersökning var att med hjälp av nätdata för två typer av nät i norra Sverige, samt beräkningar och simuleringar i Matlab, undersöka och jämföra hur spänningen påverkades vid anslutning av solpaneler antingen till samma fas, slumpmässig anslutning av solpaneler över faserna, eller koordinerad anslutning med solpanelerna jämnt fördelade över faserna.  De flesta simuleringar gav det förväntade resultatet. Spänningen påverkades mer ju fler solpaneler som anslöts till nätet. Vissa fall av de slumpmässiga anslutningarna skulle kunna leda till väldigt stor obalans, men efter bedömning av de mer sannolika fallen (inom 10:e och 90:e percentilerna) sänktes dessa värden betydligt.  Efter ytterligare tolkning av resultat bedömdes näten vara starka nog att klara anslutning av solpaneler bra även när flera paneler ansluts i nätet. Den spänningsändring som varje kund märkte av, bestämdes främst av hur övriga närliggande kunder hade anslutit sina solpaneler. Genom att koordinera anslutningen och fördela solpanelerna jämnt över faserna, kunde spänningsändringarna (både höjningar och sänkningar) styras så de avvek mindre från ursprungsvärdet.  Det finns många områden som kräver vidare forskning, och det större projektet kommer fortsätta även efter att arbetet med denna rapport har avslutats. Det finns därför många frågeställningar som ännu är obesvarade. / It is becoming increasingly common for individual households to install solar panels to generate their own electricity. To investigate how single-phased solar panels affect the voltage in the network a large project was started, which was then divided into several parts. The part examined in this report deals primarily with voltage imbalance. The purpose of this project was to determine if connection of solar panels could become a network problem, what possible countermeasures could be found, and whether new rules and laws might be required in the future to regulate the connection of solar power or other distributed generation. The aim of this survey was to use the network data for two types of networks in northern Sweden, along with calculations and simulations in Matlab, to investigate and compare how the voltage was affected when connecting solar panels either to the same phase, random connection of solar panels over the phases, or coordinated connection with the solar panels distributed evenly over the phases. Most simulations gave the expected result. The more solar panels connected to the network, the more the voltage was affected. Certain cases of random connections lead to very high voltage imbalances, but after assessing the more likely cases (within the 10th and 90th percentiles), these values ​​were significantly lowered. After further interpretation of results, the networks were assessed to be strong enough to manage the connection of solar panels well, even with multiple panels connected to the network. The voltage change that each customer noticed was primarily decided by how the other nearby customers had connected their solar panels. By coordinating the connection and distributing the solar panels evenly across the phases, voltage changes (both increases and decreases) could be controlled so that they differed less from the original value. There are many areas that require further research, and the larger project will continue even after the work on this report has been completed. Therefore, there are still many questions left unanswered.

Detta arbete sammanfattar och redovisar ett arbetssätt för att bedöma vilken spänningshöjning som uppstår i tre radiella mellanspänningsnät på grund av den nettoeffekt som avges från solcellsanläggningar i de sammankopplade lågspänningsnäten. Hur anläggningarna är placerade antas vara efter hur abonnenterna är fördelade i mellanspänningsnäten. Spänningshöjningen som sker i mellanspänningsnäten är viktig att veta om då den kan medföra att marginalen till acceptabel spänningsnivå minskar i svaga punkter i näten vilket leder till ökad risk för att gränsvärden till långsamma spänningsvariationer och överspänning kan överskridas i abonnenters anslutningar till elnäten. Metoden bygger på ett iterativt tillvägagångssätt där nätens olika punkter undersöks och den som påverkas mest blir gränssättande för nätet. Resultaten påvisade skillnader mellan olika nät beroende på ledningsresistanser och antal abonnenter samt hur dessa är fördelade och hur nettoflöden av aktiv effekt ser ut i näten tillsammans med spänningshöjningen i var nod fram till slutpunkten. Med hjälp av dessa nettoflöden kunde riktlinjer tas fram och användas som rekommendationer för vilka storlekar på anläggningar som kan komma att begränsa mellanspänningsnäten. / This work summarizes and presents a method for assessing the voltage increase that occurs in three radial medium voltage networks due to the net power emitted from photovoltaic systems in the interconnected low voltage networks. How the production is located is assumed to be according to how the users are distributed in the medium voltage networks. The voltage increase that occurs in the medium voltage networks is important to know as it can lead to a decrease of the margin to acceptable voltage levels in weak points in the networks. The method is based on an iterative approach where the various points of the network are examined and the one that affects the most becomes the boundary for the network. Results showed differences between networks depending on line-resistances and number of users and how these are distributed and how net flows of active power cause the voltage increase in each node up to the end point. With the help of these net flows, guidelines could be drawn up and create recommendations size of photovoltaic systems that may limit the medium-voltage networks.