För att öka driftsäkerheten i distributionsnäten pågår kablifiering av luftledningsnät i stora delar av landet. I takt med ökad andel kabel i nätet samtidigt som andelen luftledning minskar medförs betydande tekniska förändringar vad gäller nätets egenskaper. Herrljunga elektriska har sedan en tid tillbaka ett problem med en förhöjd nollpunktsspänning i deras mellanspänningsnät. Följande nollpunktsspänning ligger på en relativt konstant nivå oberoende av väder och aktuell belastning. Det är för Herrljunga Elektriska okänt när och varför denna nollpunktsspänning uppstod men det finns en teori om att problemet uppstod i samband med kablifiering av deras luftledningsnät. Denna rapport redogör kortfattat om för exjobbet relevant teori om elkraftsystemet. Därefter genom litteraturstudie, undersökningar och observationer tas olika hypoteser om felorsaker fram som skulle kunna vara orsaken till den förhöjda nollpunktsspänningen i elnätet. I rapporten beskrivs problematiken som uppstår i samband med kablifiering av luftledningsnät, t.ex. det ökade bidraget av kapacitiva jordslutningsströmmar samt åtgärder åt dessa problem. Syftet med denna rapport är att närmare studera och förklara förhållanden som orsakar en förhöjd nollpunktsspänning och om möjligt kunna identifiera och lokalisera den eller de grundorsaker som ger upphov till nollpunktspänningen så att dessa kan åtgärdas.

Att ersätta friledning med kabel i högspänningsnät innebär ett antal olika utmaningar som måste hanteras. Det dominerade teknikvalet för högspänning har av tradition varit friledning, som är en kostnadseffektiv och driftsäker metod för överföring av effekt. De senaste åren har stora delar av lokalnäten i Sverige kablifierats i ett syfte att öka leveranssäkerheten och minska vädrets påverkan. Men även om en ökad mängd kabel har fungerat bra i lokalnäten innebär längre avstånd och/eller högre spänningsnivåer andra konsekvenser som måste hanteras. Rapporten är uppdelad i två delar där det inledningsvis görs en övergripande beskrivning, baserat på litteraturstudier, av ett antal olika konsekvenser som uppkommer med högspänningskabel. En kraft-ledning är alltid en del av ett större system och kan påverka nätet över stora geografiska områden, där både över- och underliggande nät kan känna av konsekvenserna. Två aspekter som kan kräva stor uppmärksamhet är produktionen av reaktiv effekt och en sänkning av resonansfrekvenserna i nätet på grund av den ökande mängden kapacitans som kablar bidrar med. Men det finns även flera konsekvenser som bör övervägas både vid drift och planering, så som resonanta överspänningar, kopplingstransienter och ferroresonans. Även om kablar har en hög tillförlitlighet innebär ett fel ofta att det är bestående skador som kräver reparation. Av denna anledning är det väsentligt att elnätsägaren har beredskapsplaner och lager av reservdelar för att bibehålla leveranssäkerheten. Den andra delen av rapporten är en redovisning av simuleringar som har genomförts med hjälp av programmet MATLAB. En förenklad version av Umeå Energis 145 kV-nät har använts som modell där avsikten har varit att genom simulering uppskatta var i frekvensområdet som resonanserna befinner sig. Ett antal olika driftfall har presenterats och resultaten indikerar på att det uppstår två till tre olika resonansfrekvenser i frekvensområdet upp till 2 kHz. Beroende på vilka komponenter som är anslutna till nätet visar simuleringarna att resonansfrekvensen kan flyttas både upp och ner i frekvensområdet när det sker förändringar genom kopplingar i nätet. Generellt för de flesta driftfall som simulerats befinner sig första parallellresonansen vid 400 till 500 Hz och en eller två resonansfrekvenser uppstår i frekvensområdet 1,4 till 2 kHz. Störst påverkan får bortfall av samtliga anslutna produktionsenheter, där resonansfrekvensen infinner sig vid ca 200 Hz, vilket indikerar på att framför allt stora produktions-enheter har en inverkan på nätets resonanser. / Replacing overhead lines with cable in high voltage networks presents several different challenges that need to be addressed. The predominant technology choice for high voltage has traditionally been overhead lines, which is a cost-effective and reliable method for transmission of power. In recent years, overhead lines have been replaced with cables in large parts of the distribution networks in Sweden to increase security of supply and reduce the impact of the weather. However, even if an increased amount of cable has worked well in the distribution networks, longer distances and/or higher voltage levels mean other consequences that need to be addressed. The report is divided into two parts where an overall description is initially made, based on literature studies, of several different consequences that arise with high voltage cable. A power line is always part of a larger system and can affect the network across large geographical areas, where both over- and underlying networks can feel the consequences. Two aspects that may require a lot of attention are the production of reactive power and the general reduction in resonance frequencies in the network due to the increasing amount of capacitance. However, there are several consequences that should be considered both in operation and planning, such as resonant overvoltage, coupling transients and ferroresonance. Although cables have a high reliability, a fault often means that it is a permanent damage that requires repair. For this reason, it is essential that the grid owner has contingency plans and stock of spare parts to maintain continuity of supply. The second part of the report is an accounting of simulations that have been carried out using the MATLAB program. A simplified version of Umeå Energi's 145 kV network has been used as a model where the intention has been to estimate by simulation in which the frequency range the resonances are located. Several different operating cases have been presented and the results indicate that two to three different resonance frequencies occur below 2 kHz. Depending on the components connected to the network, the resonance frequency can move both up and down. Generally, for most simulated operating cases, the first resonance frequency is at 400 to 500 Hz and one or two resonance frequencies occur in the frequency range 1.4 to 2 kHz. The greatest impact is the loss of all connected production units where the resonance frequency occurs at about 200 Hz, indicating that large production units in particular have an impact on the resonances of the network.

Det omfattande vädersäkrandet och därmed nedgrävning av kabel i mellanspänningsnätet leder till förändrade nätegenskaper. Rapporten undersöker problematiken som uppstår för detektering av jordfel och vad man bör tänka på vid jordfelsinställningar i stora kabelnät. Det stora kapacitiva strömbidraget från kabel kontra luftledning medför ett större behov av utlokaliserad kompensering för att förhindra onödiga spänningsfall samt fasvridning av den kapacitiva strömmen i ledningarna. Fasvridningen av den kapacitiva strömmen i ledningarna ger upphov till ytterligare aktiva strömkomponenter vilket försvårar hanteringen av jordfel. Felströmmen som uppkommer vid ett jordfel får inte vara för stor för att möta kraven om spänningssättning av utsatt del. I ett stort kabelnät kan inte längre serieimpedansen i nollföljd ignoreras, till skillnad från ett luftledningsnät, och kommer därför att ha en inverkan på den nollföljdsspänning som används för detektering av fel. Rapporten visar på hur nollföljdsspänningen inte är densamma i hela nätet, något som antas när man använder sig av den äldre beräkningsmodellen. Då man ställer in jordfelsskydden behöver man ta hänsyn till alla nätets komponenters nollföljdsstorheter så att man får en väl representerad nollföljdsimpedans, eftersom denna bestämmer storleken på nollföljdsspänningen och nollföljdsströmmen. De felaktiga antagandena riskerar att leda till felinställda jordfelsskydd varpå detektering av fel riskeras.

I samband med att mellanspänningsnätet kablifieras ökar också kraven vad gäller fellokalisering. För att hålla avbrottstiderna i nätet korta är effektiv felsökning erforderlig. Detta arbete syftar till att kartlägga och redogöra för begränsande faktorer som finns vid fellokalisering med fokus på pulsekometoden. Uppdraget utförs tillsammans med Vattenfall Eldistribution AB. Det har uppdagats problem gällande fellokalisering på mellanspänningskablar med pulsekometoden. Ett flertal faktorer bidrar till denna problematik. Resultatet från studien visar att kabelkonstruktionen är en betydande del i det som begränsar pulsekometodens användningsområden och funktionalitet. Rapporten redogör för grundläggande information kring konstruktion och typer av mellanspänningskablar. Kartläggningen uppvisar hur vattenträd påverkar en kabel negativt. Allmänt redogörs för vad som orsakar vattenträd samt vilka avhjälpande åtgärder som vidtas; trippelextrudering samt mantel- och isolationsprovning. Vidare beskrivs olika feltyper, kabeltyper, kabelgenerationer samt instrument- och metodtyper som alla är påverkande faktorer vid fellokalisering. Dokumentering är i högsta grad väsentligt för en lyckad felsökningsprocedur, vilket klarläggs i rapporten. Utöver dokumentation redogörs för hur kabelns kondition kan påverka felsökningsresultatet. Ett antal mätmetoder och mätinstrument finns till förfogande vid felsökning och provning. Alla har sina egna för- respektive nackdelar. De har även tillhörande användningsområden. Pulsekometerns grundfunktion studeras och förklaras. De övriga mätmetoderna, som används vid fellokalisering och provning, redogörs för endast generellt / As the medium voltage network cables in Sweden is buried down in the earth, the demand of fault localization expertise increases. To keep downtimes in the network short, the importance of effective fault localization is necessary. This work is aimed to map and visualize limiting factors within fault localization with focus on the TDR - Time Domain Reflectometry. This work is a collaboration with Vattenfall Eldistribution AB. Problems with fault localization on medium voltage cables with the TDR have been detected. A multiple factors are contributing to this problem. The results of this study show that the cable construction is a significant part in which extent the TDR can be used. The report are also accounting for basic information about construction and types. The mapping also illustrates water treeing and how it affects cables in a negative way. Visualization of what causes water treeing and several actions such as triple extrusion, jacket testing and insulation testing is included in the essay. Further information about fault types, cable types, cable generations, instrument types and method types is given. All of them are affecting factors within the area of fault localization. Documentation is highly important for a successful fault localization procedure, which is clarified in the report. Besides documentation the cable condition and the influence on it affecting the result of fault localization is stated. A number of measuring methods and instruments are available to use when fault localization and testing are occurring. Every instrument has their own advantages and disadvantages. They also have their own respective area of usage. The basic principle of TDR is studied and explained accordingly. The other measuring methods, which are used in fault localization and testing, are shown more generally