A good power quality can be an important prerequisite to achieve a sustainable society. Scandinavia's electrical system is in many respects superior, and Sweden has a fossil free electricity generation at 97 % and a reliability of electricity distribution at 99.98 %. Meanwhile, the EU has an ambition to expand the electricity market in order to achieve a joint trading business across Europe. This cross-border market will result in a large proportion of fossil energy sources integrated into our electrical system, which also leads to an increased need for renewable electricity production in Sweden. One part of this development is to increase the share of renewable micro generation that is locally or regionally connected to the power grid. Distributed generation can have advantages as reduced network losses, an increased energy supply and a reduction of the fossil energy use in Europe. But it has also been shown that it gets harder for the electric companies to provide their customers with electricity of good quality when the number of installations increases. An improved power quality implicates reducing events and phenomena in the power grid that affect machinery and electrical appliances negatively. This study focuses mainly on the voltage variations and unbalances that can arise when the proportion of PV-systems increases. One of the main reasons for voltage variations is the reversed power flow that migrates "upwards" in the grid when the PV-systems produce and sell their excess to the grid. The reason for unbalance in the low voltage network is mainly loads or production with uneven distribution between the three phases. An acceptable voltage variation should not exceed ± 10 % of the reference voltage and a balanced state is crossed at 2 %. This study has carried out simulations on three of Umeå Energi´s low voltage networks with different customer configurations and network structure. The grids were assigned virtual PV-systems for 25, 50, 75 or 100 % of the customers, and the phase voltages, unbalances and overloaded lines affected by the output of 1-5 kW from the connected facilities were studied. The differences in voltage at single and three phase connection and differences between customers located near and far from the substation have been investigated. Measurements have also been made on an existing PV-installation. The simulations show that the customers who are placed far out in the network are affected most strongly by the changes, while customers close to the transformer are nearly unaffected by the changes, even with a one phase output (via L1) from all customers at 5 kW. In the simulated scenarios two networks has unbalance as a limiting factor, whereas the third network suffer unacceptable voltage rise and unbalance at nearly the same time. In the extreme scenario with an output power of 5 kW through L1 from 100 % of the costumers in the same network the lines and cables are still not overloaded, which proves that overloaded cables is a secondary problems compared to voltage variations and unbalances. The conclusion is that we do not see any serious threats to the quality of electricity at a larger share of PV-systems, as long as the installations are done in networks with a reliable dimensioning and a great awareness of the importance of three phase connections. However, the simulations have shown that there is an impact when many customers have a large production with an uneven output on the grid at the same time. One should therefore avoid scenarios where all costumers in the same network area has a PV-system with a power output in one single phase, while the loads are very low. / En god elkvalitet kan vara en viktig grundförutsättning för att uppnå ett hållbart samhälle. Sveriges och Nordens elsystem är i många avseenden förstklassigt, och Sverige har en fossilfri elproduktion till 97 % och en leveranssäkerhet på elnätssidan på 99,98 %. Samtidigt är den EU-politiska målsättningen att elmarknaden ska utvidgas för att uppnå en gemensam elhandel för hela Europa. Denna gränsöverskridande marknad innebär att en stor andel fossila energikällor integreras i vårt elsystem, vilket gör att även Sverige ser ett behov av att utöka den förnybara elproduktionen. En del i denna utveckling är att öka andelen förnybar mikroproduktion som är lokalt eller regionalt ansluten till elnätet. Mikroproduktion kan ha fördelar som minskade nätförluster, en ökad försörjningstrygghet och en minskad användning av fossil energi i övriga Europa. Det har dock visat sig att nätbolagens förutsättningar att förse sina kunder med el av god kvalitet kan försämras, i och med en stor ökning av antalet solcellsinstallationer. En bättre elkvalitet handlar om att minska händelser och fenomen i elnätet som påverkar maskiner och elektrisk utrustning negativt. Detta arbete fokuserar främst på spänningsvariationer och osymmetri som kan uppstå vid en ökad andel solcellsanslutningar. En stor anledningen till spänningsvariationer är det omvända effektflöde som vandrar ”uppåt” i elnätet då solcellsanläggningar producerar och säljer ett överskott till nätet. Anledningen till osymmetri i lågspänningsnätet är främst obalanserade laster eller produktion utan jämn fördelning över de tre faserna. En acceptabel spänningsvariation får inte överskrida ± 10 % av referensspänningen och osymmetri överträds vid 2 %. I detta arbete har simuleringar genomförts på tre av Umeå Energis lågspänningsnät i tre områden med olika kundsammansättningar och nätstruktur. Näten har tilldelats virtuella solcellsanläggningar hos 25, 50, 75 eller 100 % av kunderna, och därefter har man studerat hur fasspänning, osymmetri och ström i ledningar påverkas av en utmatning på 1-5 kW från de anslutna anläggningarna. Man har även jämfört skillnaden i spänning vid en- och trefasanslutning och skillnad mellan kunder placerade nära och långt ifrån nätstationen. En elkvalitetsmätning har även genomförts på en befintlig solcellsanläggning. Simuleringarna visar att de kunder som har varit placerade långt ut i nätet har påverkats starkast av störningarna medan kunder i nära anslutning till nätstationen har varit nästintill oberörda av förändringen, även vid en enfasansluten utmatning (via L1) från samtliga kunder på 5 kW. I de simulerade scenariona har två av näten osymmetri som den begränsande faktorn, medan det tredje nätet drabbas av oacceptabel spänningshöjning och osymmetri vid i stort sett samma tidpunkt. I det extrema scenariot med en utmatad effekt på 5 kW via L1 från 100 % av kunderna i samma nätområde har strömmen i ledningarna fortfarande inte överskridits, vilket bevisar att överbelastade kablar är underordnad problematiken som kan uppstå med spänningsvariationer och osymmetri. Slutsatsen blir att man inte ser någon allvarlig fara för elkvaliteten vid en ökad andel solcellsanslutningar, så länge installationen sker i nät med stabil dimensionering och en stor medvetenhet kring trefasanslutningens betydelse. Simuleringarna har dock visat att det sker en påverkan då många kunder har en stor produktion som matas ut ojämnt på elnätet vid samma tidpunkt. Man bör därmed undvika scenarion då alla kunder i samma nätområde har en solcellsanläggning som matar ut sin överskottsel enfasigt, samtidigt som lasterna är väldigt låga.

<p>This degree project concludes the Innovation and Design Engineering programme at Karlstad University. The project was carried out by David Brocker, Erik Hallberg and Andreas Hertzman during the spring of 2006 and corresponded to 15 weeks of work per student. Assigner was Martin Larsson at Arexor and instructor at Karlstad University was Monica Jakobsson.</p><p>Arexor has a patent to a construction of an electrical skirting board with moveable wall sockets, called Electrical Track System. The lowest parts of the interior walls along the floor are today almost always covered by a conventional skirting board. Arexors patented product replaces that with the possibility to move and increase the number of wall sockets by choice along an electrical skirting board. Conventional wall sockets are limited due to fixed positions and are not transferable. It causes a problem when the number of fixed wall sockets controls the possibilities and not the users demand.</p><p>The assignment commissioned by Arexor to the students was to improve and develop the Electrical Track System because the patent did not fulfil the requirements for CE certification. The project results were to be used by Arexor as the basic data when the product was tested by ETL SEMKO.</p><p>The objective of the project was to present directions for production to a functioning prototype of the Electrical Track System, within the estimated time period. The prototype was to be shown at the exhibition for degree projects at Karlstad University in May 2006. The objective also included to create a product brochure and a display case.</p><p>The development method were divided into five phases: preparation phase, research phase, idea generating phase, conception development phase and concretisation phase. They were carried out linear up to the conception development phase. Then iteration between the research phase, idea generating phase, conception development phase was repeated until satisfied result was achieved.</p><p>The result included a number of functioning prototypes, a display case, a product brochure, CAD drawings, renderings and this academic report. The prototypes were manufactured by Modellteknik in Eskilstuna, Sweden.</p><p>Parts of the result cannot be presented due to that the solutions was not, at the time, protected by the patent. Arexor announced in the end of the project that they would apply for a new patent that included our solutions. Because of that these solutions could not be shown in public. Some parts in the report therefore refer to secrecy.</p> / <p>Detta examensarbete var avslutningen på Innovations- och designingenjörsprogrammet vid Karlstads universitet på fakulteten för teknik- och naturvetenskap. Arbetet genomfördes av David Brocker, Erik Hallberg och Andreas Hertzman under våren 2006 på uppdrag av Arexor och omfattade 15 högskolepoäng per student. Uppdragsgivare på Arexor var Martin Larsson och handledare var Monica Jakobsson från Karlstads universitet.</p><p>Arexor har patenterat en konstruktion av en elektrisk golvlist med flyttbara vägguttag, kallat Electrical Track System. Längs med golvet utmed väggarna sitter i fastigheter i dag nästan alltid en golvlist. Arexors patenterade produkt ersätter golvlisten och ger möjlighet att bland annat flytta, montera och öka antalet vägguttag längs med listen efter eget behov. Traditionella uttag begränsas av att de har fasta positioner och inte kan omplaceras. Det innebär problem då antalet fasta uttag styr möjligheterna och inte behovet.</p><p>Uppdraget som Arexor gav projektgruppen var att vidareutveckla Electrical Track System, då patentet inte uppfyllde kraven för CE-certifiering. Resultatet av arbetet skulle sedan användas av Arexor som underlag vid test hos ETL SEMKO.</p><p>Målet var att ta fram tillverkningsunderlag för en slutgiltig, fungerande prototyp av ETS inom tidsramen för projektet. Den skulle sedan visas på examensutställningen vid Karlstads universitet den 30 maj 2006. Delmål var även att ta fram en produktbroschyr och en utställningsmonter.</p><p>Arbetet delades in i stegen arbetsplan, förstudie, idégenerering, konceptutveckling och konkretisering. De genomfördes linjärt upp till konceptutvecklingen, sedan skedde en iteration mellan stegen förstudie, idégenerering och konceptutveckling. Det betyder att processen upprepades tills det att önskat resultat uppnåddes.</p><p>Resultatet blev en mängd olika fungerande prototyper, en utställningsmonter, en produktbroschyr, CAD-ritningar, renderingar och denna akademiska rapport. Prototyperna tillverkades i samarbete med Modellteknik i Eskilstuna.</p><p>Delar av resultatet redovisas inte på grund av att lösningarna inte vid tidpunkten skyddades av rådande patent. Arexor meddelande i slutet av projektet att företaget skulle ansöka om ett nytt patent där dessa lösningar inkluderades. Det medförde att lösningarna inte fick offentliggöras innan patentansökan hade lämnats in. Därför hänvisas till sekretess i vissa delar av rapporten.</p>

This degree project concludes the Innovation and Design Engineering programme at Karlstad University. The project was carried out by David Brocker, Erik Hallberg and Andreas Hertzman during the spring of 2006 and corresponded to 15 weeks of work per student. Assigner was Martin Larsson at Arexor and instructor at Karlstad University was Monica Jakobsson. Arexor has a patent to a construction of an electrical skirting board with moveable wall sockets, called Electrical Track System. The lowest parts of the interior walls along the floor are today almost always covered by a conventional skirting board. Arexors patented product replaces that with the possibility to move and increase the number of wall sockets by choice along an electrical skirting board. Conventional wall sockets are limited due to fixed positions and are not transferable. It causes a problem when the number of fixed wall sockets controls the possibilities and not the users demand. The assignment commissioned by Arexor to the students was to improve and develop the Electrical Track System because the patent did not fulfil the requirements for CE certification. The project results were to be used by Arexor as the basic data when the product was tested by ETL SEMKO. The objective of the project was to present directions for production to a functioning prototype of the Electrical Track System, within the estimated time period. The prototype was to be shown at the exhibition for degree projects at Karlstad University in May 2006. The objective also included to create a product brochure and a display case. The development method were divided into five phases: preparation phase, research phase, idea generating phase, conception development phase and concretisation phase. They were carried out linear up to the conception development phase. Then iteration between the research phase, idea generating phase, conception development phase was repeated until satisfied result was achieved. The result included a number of functioning prototypes, a display case, a product brochure, CAD drawings, renderings and this academic report. The prototypes were manufactured by Modellteknik in Eskilstuna, Sweden. Parts of the result cannot be presented due to that the solutions was not, at the time, protected by the patent. Arexor announced in the end of the project that they would apply for a new patent that included our solutions. Because of that these solutions could not be shown in public. Some parts in the report therefore refer to secrecy. / Detta examensarbete var avslutningen på Innovations- och designingenjörsprogrammet vid Karlstads universitet på fakulteten för teknik- och naturvetenskap. Arbetet genomfördes av David Brocker, Erik Hallberg och Andreas Hertzman under våren 2006 på uppdrag av Arexor och omfattade 15 högskolepoäng per student. Uppdragsgivare på Arexor var Martin Larsson och handledare var Monica Jakobsson från Karlstads universitet. Arexor har patenterat en konstruktion av en elektrisk golvlist med flyttbara vägguttag, kallat Electrical Track System. Längs med golvet utmed väggarna sitter i fastigheter i dag nästan alltid en golvlist. Arexors patenterade produkt ersätter golvlisten och ger möjlighet att bland annat flytta, montera och öka antalet vägguttag längs med listen efter eget behov. Traditionella uttag begränsas av att de har fasta positioner och inte kan omplaceras. Det innebär problem då antalet fasta uttag styr möjligheterna och inte behovet. Uppdraget som Arexor gav projektgruppen var att vidareutveckla Electrical Track System, då patentet inte uppfyllde kraven för CE-certifiering. Resultatet av arbetet skulle sedan användas av Arexor som underlag vid test hos ETL SEMKO. Målet var att ta fram tillverkningsunderlag för en slutgiltig, fungerande prototyp av ETS inom tidsramen för projektet. Den skulle sedan visas på examensutställningen vid Karlstads universitet den 30 maj 2006. Delmål var även att ta fram en produktbroschyr och en utställningsmonter. Arbetet delades in i stegen arbetsplan, förstudie, idégenerering, konceptutveckling och konkretisering. De genomfördes linjärt upp till konceptutvecklingen, sedan skedde en iteration mellan stegen förstudie, idégenerering och konceptutveckling. Det betyder att processen upprepades tills det att önskat resultat uppnåddes. Resultatet blev en mängd olika fungerande prototyper, en utställningsmonter, en produktbroschyr, CAD-ritningar, renderingar och denna akademiska rapport. Prototyperna tillverkades i samarbete med Modellteknik i Eskilstuna. Delar av resultatet redovisas inte på grund av att lösningarna inte vid tidpunkten skyddades av rådande patent. Arexor meddelande i slutet av projektet att företaget skulle ansöka om ett nytt patent där dessa lösningar inkluderades. Det medförde att lösningarna inte fick offentliggöras innan patentansökan hade lämnats in. Därför hänvisas till sekretess i vissa delar av rapporten.

This thesis investigates how an energy meter should be constructed in order to apply to the Measurement Instrument Directive. The measuring instrument directive is a statutory industry standard. All meters used for billing purposes must abide by this standard. Multiple systems were investigated in order to find the optimal system according to the agreed upon demands. Each system is presented individually and need to be able to withstand 230V and 35A. The system which fulfills the demands the best is implemented. The choosen system is based around the M90E32AS and Atmega328pb IC:s from Microchip. The sensors used are current transformers and voltage dividers. The M90E32AS samples data from the sensors and forwards it to the Atmega328pb where they can be read by a computer. Communication is conducted via SPI (Serial Peripheral Interface). Isolation is needed to provide protection to low voltage components and other equipment. Because of this the transformers and optocouplers are used. The end result is a functioning energy meter. It measures voltage and current in a satisfying way with a very small margin om error. According to the test made regarding energymetering the measurement error is just above 1%. This is a bigger error than what was wanted but the tests are not very precise and the error is probably smaller in reality.

Ett viktigt uppdrag för Svenska kraftnät (SvK) som den systemansvariga myndigheten i Sverige är att driva elnätet på det bästa möjliga sättet. För att kunna garantera den önskade 99,9% tillför- litligheten behövs konstant underhåll och diagnostisering av kraftöverföringssystemets komponenter, varav elkrafttransformatorer är en viktig beståndsdel. Nollföljdsimpedansen behövs för att bestämma hur stora felströmmar som uppkommer när fel inträffar i systemet. Nollföljdsimpedansen är en av tre följder (sekvenser) som används för att analysera trefaskomponenter och är en storhet som inte kan bestämmas analytisk på ett enkelt sätt. Dess värde brukar fås från tester som görs av tillverkaren när transformatorn fabriceras. Denna information saknas dock för flera transformatorer som finns driftsatta i nätet. I detta examensarbete utvecklas empiriska modeller för att estimera nollföljdsimpedansen hos tre- och fembenta elkrafttransformatorer med tre (YY∆) och fyra lindningar (YYY∆), av vilka en av lindningarna är en utjämningslindning. En utjämningslindning är en deltakopplad lindning som icke är åtkomlig och som är avsedd för att minska och balansera nollföljdsimpedansvärdena för intilliggande lindningar. Nollföljdsimpedansen kan endast skattas eftersom en direkt mätning inte är möjlig hos dessa transformatorer. De erhållna modellerna bildar en estimeringsalgoritm, där olika transformatorstorheter kan användas som indata för att skatta nollföljdsimpedansvärdet. Metodiken för att ta fram modellerna bygger på en analys av korrelationen mellan nollföljdsim- pedansen och andra kända och beräknade storheter, där en linjär regression baserad på minsta kvadratmetoden resulterar i en approximativ trendlinje. Approximationen förbättras med en bisquare algoritm, där avvikande värden ges mindre vikt. Denna process utförs för alla transformatorer i stu- dien där generella anpassningsmodeller tas fram. Processen upprepas för särskilda undergrupper med syfte att erhålla modeller med högre anpassningsgrad. Indelning i undergrupper baseras på kopp- lingsart för transformatorernas sekundärlindning som består av antingen fullindad eller autokopplad lindning, samt kärnkonstruktion som består av tre- eller fem ben. Tillförlitligheten för varje modell analyseras med hänsyn till deras anpassningsgrad, statistisk relevans samt kvaliteten av data som användes för att utveckla modellen. Endast modeller med måttlig anpassningsgrad (goodness of fit) och som baseras på ett tillräckligt stor antal enheter för att betraktas som statistisk representativ för målgruppen, inkluderas i algoritmen. Generellt sätt följer data en normalfördelning som tyder på få extrema värden. Följaktligen, anses data ha en bra distribution för att avgöra dess trend. Modellernas prestanda för transformatorer med tre lindningar testades mot ett förväntat värde för nollföljdsimpedansen, baserat på en skattning som för närvarande används av Svk. Testresultaten vissa modeller medan för andra inträffar avvikelser. I detta projekt används LAB som utvecklingsplattform för alla analyser / An important comission for Svenska kraftnät (SvK) as the Swedish authory in charge of the power distribution network is to operate the grid in the most efficient way. In order to ensure 99,9% uptime, constant maintenance and fault diagnostics are required for the entire network of which power transformers are an important component. The zero-sequence impedance is a way to determine the maximum fault currents a transformer can accept before being damaged. The zero- sequence impedance is one of three sequences used to analyze three-phase systems and is a quantity which is not easily obtained analytically. Its value is usually determined in tests carried out during the fabrication process. This information is not available for several transformers currently in service on the power grid. The focus of this thesis is to develop empirical models to estimate the value of the zero-sequence impedance for three- and five limb power transformers with three (YY∆) and four windings (YYY∆) including a stabilizing winding. A stabilizing winding is a delta-connected winding which is not brought out; its purpose is to reduce and balance the zero-sequence impedance in adjacent windings. The value for the zero-sequence impedance can only be estimated since a direct measurement on the winding is not possible for this type of transformers. The resulting models are part of an algorithm where different transformer quantities are used as inputs to estimate the value of the zero-sequence impedance for a given transformer. The method used to obtain these models is based on an analysis of the correlation between the zero-sequence impedance and other known and calculated quantities where a linear regression based on the least-squares method produces an approximative trend line. This approximation is made more robust with a bisquare-weight algorithm where less weight is given to diverging data points. This process is carried out for all the transformers included in this study where general models are obtained. The process is then repeated for specific subgroups of transformers with the goal of deriving more accureate models for these subgroups. The subdivision criteria is based in coupling- and core type which includes an0- and yn0-couplings and three- and four limb cores respectively. The reliability of each model is analayized with respect to their goodness of fit, statistical relevance and the quality of the data used to develop the model. Only models with a substantial goodness of fit and which were based on a sufficiently large number of transformers to be considered statistically representative of the target group are included in the final algorithm. In general, all the data analyzed follows a normal distribution which indicates that there are few extreme values. Consequently, the data used in this study is condsidered to be appropriately distributed to determine its trend. The performance of the models for transformers with three windings was tested against the expected values for the zero-sequence impedance based on the approximation algorithm which is currently being used by Svk. The test results from some of the models match the expected values while oth deviations. MATLAB is used in this projetct as the development platform for all analyses