Techno-Economic Feasibility of Novel On-Line Condition Monitoring Methods in Low Voltage Distribution Networks

The focus in this thesis is to study both technical and economical possibilities of novel on-line condition monitoring techniques in underground low voltage distribution cable networks. This thesis consists of literature study about fault progression mechanisms in modern low voltage cables, laboratory measurements to determine the base and restrictions of novel on-line condition monitoring methods, and economic evaluation, based on fault statistics and information gathered from Finnish distribution system operators. This thesis is closely related to master’s thesis “Channel Estimation and On-line Diagnosis of LV Distribution Cabling”, which focuses more on the actual condition monitoring methods and signal theory behind them.

Energiansäästölamppujen vaikutukset pienjännitteisen sähkönjakeluverkon kuormitukseen ja häviöihin

Euroopan Unioni kieltää matalan hyötysuhteen lamppujen käyttämisen sekä sisä- että ulkovalaisimissa. Näin ollen matalan hyötysuhteen lamput, kuten perinteiset hehkulamput tulee vaihtaa paremman hyötysuhteen lamppuihin, kuten energiansäästölamppuihin. Energiansäästölampuissa 230 V, 50 Hz verkkosähkö muunnetaan valonlähteelle sopivaksi tehoelektroniikan avulla. 50 Hz perustaajuisen virran lisäksi energiansäästölamput ottavat verkosta harmonisia yliaaltoja. Harmoniset yliaallot aiheuttavat lisähäviöitä verkostokomponenteissa, kuten muuntajissa ja johdoissa. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan millaisia vaikutuksia hehkulamppujen vaihtaminen energiansäästölamppuihin aiheuttaa pienjännitteisessä jakeluverkossa. Työssä tarkastellaan lyhyesti myös energiansäästölamppujen energiatehokkuutta, sekä sitä, millaisia rajoitteita standardit asettavat harmonisille yliaalloille.

Tasasähkönjakeluverkon asiakaspäätelaitteen galvaanisen erotuksen toteuttaminen

Tässä työssä tutkitaan LLC resonanssipiirin soveltuvuutta galvaanisen erotuksen toteuttamiseen tasasähkönjakeluverkon asiakaspäätelaitteessa. Tarkastellaan resonanssipiirin ominaisuuksia ja aikaisempia käyttökohteita. Tutkitaan piirin soveltuvuutta vaihtosähkö sovellukseen ja esitellään piirin toimintaa, häviöitä ja ohjausta. Esitellään pulssin leveys moduloitu (PWM) ja pulssin tiheys moduloitu (PDM) invertteri sovellukset ja näiden toimintaa. Esitetään vielä parannusehdotuksia ja kytkentäkuvio kytkennän ominaisuuksien ja hyö-tysuhteen parantamiseksi. Tutkimuksessa selvisi, että suora PDM topologia ei sovellu tähän käyttötarkoitukseen suuren suodin induktanssin vuoksi. PWM invertteri topologia jännitteen tasasuuntauksella taas sopii sovellukseen ja tällä rakenteella on mahdollista tehdä galvaaninen erotus hyvinkin hyvällä hyötysuhteella. Pehmeän kytkennän aiheuttamien häviöiden tarkka määrittely simulointimallista on parhaimmillaankin vain suuntaa-antava, mutta tulokset olivat mielestäni oikein positiivisia. LLC resonanssipiirin toimintaa tutkittiin vain resonanssitaajuudella kytkettäessä, jolloin sen jännitevahvistusominaisuuksien hyödyntäminen jää tarkastelun ulko-puolelle.

Aging based maintenance and reinvestment scheduling of electric distribution

The maintenance of electric distribution network is a topical question for distribution system operators because of increasing significance of failure costs. In this dissertation the maintenance practices of the distribution system operators are analyzed and a theory for scheduling maintenance activities and reinvestment of distribution components is created. The scheduling is based on the deterioration of components and the increasing failure rates due to aging. The dynamic programming algorithm is used as a solving method to maintenance problem which is caused by the increasing failure rates of the network. The other impacts of network maintenance like environmental and regulation reasons are not included to the scope of this thesis. Further the tree trimming of the corridors and the major disturbance of the network are not included to the problem optimized in this thesis. For optimizing, four dynamic programming models are presented and the models are tested. Programming is made in VBA-language to the computer. For testing two different kinds of test networks are used. Because electric distribution system operators want to operate with bigger component groups, optimal timing for component groups is also analyzed. A maintenance software package is created to apply the presented theories in practice. An overview of the program is presented.

Control of transients in water distribution networks by H¥ Control

In this work, a controller for regulating the transients in water distribution networks is established. The control technique is the H¥ Control. The developed controller is applied to a water distribution network and the results of this application demonstrate that the technique allowed the establishment of a robust controller, capable of attenuating the disturbances in a suitable way, being effective in controlling the oscillations of the state variables in question.

Siirtohinnoittelun kehittäminen etäluettavilta mittareilta saatavan datan avulla sähkönjakeluyhtiö Mäntsälän Sähkö Oy:lle

Sähkönsiirtomaksuilla katetaan luonnollisena alueellisena monopolina toimivan paikallisen sähkönjakeluyhtiön toiminta. Koska sähköverkkoyhtiöt toimivat monopoliasemassa, niiden toimintaa valvoo Energiavirasto. Energiavirasto valvoo pääasiassa verkkoyhtiöiden liikevaihtoa ja toiminnan tehokkuutta. Verkkoyhtiöiden toimintaa säätää Suomessa sähkömarkkinalaki. Verkkoyhtiöiden kustannusrakenne on hyvin sidottu verkoston kustannuksiin. Koska sähköverkoston kustannukset ovat pitkän käyttöiän ja suurien alkuinvestointien vuoksi vuosittain kiinteät ja merkittävän suuret, olisi verkkoyhtiön kannalta tärkeää, että vuosittaiset tulot eivät suuresti vaihtelisi. Nykyisellä hinnoittelumallilla kuitenkin verkkoyhtiöiden tulot jäävät hyvin riippuvaisiksi talven kylmyydestä. Nykyisin Suomessa yleisesti käytettävässä siirtohinnoittelun hinnoittelumallissa ei huomioida myöskään sitä, että verkkoyhtiön kustannukset ovat enemmän riippuvaisia verkossa siirretyistä tehoista kuin energioista. Siirtohinnoittelun kannalta on tapahtunut ja on tapahtumassa merkittäviä muutoksia. Etäluettavien sähkönkulutusmittarien käyttöönoton myötä asiakkaiden kulutuksesta saadaan huomattavasti entistä enemmän tietoa, mikä auttaa kustannusvastaavien hintojen määrittämisessä. Samaan aikaan asiakkaiden sähkön käyttö voi muuttua huomattavasti varsinkin sähköautojen ja lämpöpumppujen yleistymisen myötä. Tämän työn tarkoituksena on luoda Mäntsälän Sähkö Oy:lle sähkönsiirtohinnoittelun kustannuksia vastaavien hintojen määrittämiseksi laskentasovellus sekä selvittää tulevaisuuden siirtohinnoittelun toteuttamismahdollisuuksia. Lyhyen aikavälin suunnittelussa keskitytään kustannusvastaavien hintojen määrittämiseen keskihintaperiaatteen avulla ja pidemmän aikavälin suunnittelussa asiakkaiden huipputehoihin perustuvan hinnoittelun toteuttamisen vaikutuksiin sekä verkkoyhtiön että asiakkaan näkökulmasta.

Keskitehoestimaattorin lisääminen diesel-sähköiseen hybridijärjestelmään

Nykyajan jatkuvasti kiristyvät päästörajoitukset ja ilmastonmuutoksen uhka ovat ajavia voimia kehittämään voimalaitosten tekniikkaa energiatehokkaampaan ja ympäristöystävällisempään suuntaan. Polttomoottoritekniikan parantaminen on tärkeä osa tätä kehitystä, mutta jo nykyisiä moottoreita voitaisiin ajaa energiate-hokkaammin käyttämällä akustoa ja älykästä säätöjärjestelmää apuna. Työssä tutkitaan simulaatioiden avulla voidaanko ulkomerellä toimivan huolto-aluksen energiatehokkuutta parantaa muokkaamalla sen tehon tuottoa keskitehoes-timaattorin ja akuston avulla.

20 kV ilmajohtoverkon maakaapeloinnin vaikutus maasulkusuojaukseen ja loistehotaseeseen

Sähkömarkkinalakimuutokset ovat ohjanneet useita verkkoyhtiötä muuttamaan investoin-tistrategioitaan. Kiristyneet toimitusvarmuusvaatimukset edellyttävät useilta verkkoyh-tiöiltä aiempaa suurempaa panostusta jakeluverkon kehittämiseksi. Toimitusvarmuusvaa-timusten täyttäminen edellyttää myös merkittäviä muutoksia verkkoyhtiöiden käyttämiin verkostotekniikoihin. Suurhäiriöille alttiita ilmajohtoja muutetaan verkkoyhtiöissä totuttua nopeammalla aikataululla maakaapeleiksi tiukentuneiden toimitusvarmuusvaatimusten täyttämiseksi. PKS Sähkönsiirto Oy:n 20 kV sähköverkko on ollut suurimmalta osalta avojohtoverkkoa jossa toimitusvarmuus ei ole nykyisellään muuttuneen sähkömarkkinalain asettamalla ta-solla. Tämä on johtanut verkostostrategian luomiseen, jossa yhtenä toimena toimitusvar-muuden lisäämiseksi vaaditulle tasolle on avojohtolinjojen korvaaminen maakaapeleilla. Maakaapelointien nopea rakennusaikataulu tuo monia haasteita verkkoyhtiöille. Maakaa-pelointien korkea maasulkuvirran ja loistehon tuotto verrattuna avojohtoverkkoon tulee huomioida yhtiössä verkkoa rakennettaessa. Tässä diplomityössä selvitetään PKS Sähkönsiirto Oy:n verkostostrategian mukaisten maakaapelointien vaikutuksia sähköverkolle. Työssä on arvioitu tavoiteverkon mukaisten maakaapeleiden aiheuttamaa maasulkuvirran ja loistehon tuoton tasoa. Tulosten perusteel-la on tehty johtopäätökset mihin verkkoyhtiön on kiinnitettävä huomioita kaapelointeja suunnitellessa ja toteuttaessa.

Kotkan kaupungin ja lähialueen sähkönjakeluverkon kehittämissuunnitelma

Kotkan jakelualueella käytetään historiallisista syistä keskijänniteverkossa kahta jänniteta-soa, 10 kV ja 20 kV. Eri jännitetasojen lisäksi Kotkan jakelualueen 110/20 päämuuntajien kytkentäryhmänä on käytössä YNyn0, kun taas muualla verkossa käytetään YNd11 kyt-kentäryhmää. Jännitetasoista ja kytkentäryhmistä johtuen Kotkan jakeluverkon yhteenkyt-kettävyys ympäröivän verkon kanssa on haastavaa. Työn tavoitteena on selvittää Kotkan kaupungin keskijänniteverkon nykytila ja käytettä-vyys häiriötilanteissa pahimpana mahdollisena aikana, sekä löytää mahdolliset ongelma-kohdat. Verkon nykytila tarkasteltiin verkkotietojärjestelmän avulla käyttäen laskennallisia tuloksia, jotka skaalattiin vastaamaan kovemman pakkastalven kuormitusta. Skaalaus teh-tiin useamman vuoden takaiseen tilanteeseen, jolloin yleinen taloustilanne oli parempi ja verkon kuormitus suurempi, jolloin verkko ei tule alimitoitetuksi taloustilanteen parantuessa. Tulevaisuuden varalta muodostettiin alueen tulevaisuuden kuormitusennusteet käyttämällä historiatietoja sekä tulevaisuuden näkymiä apuna. Työn keskeisimmäksi sisällöksi muodostui selvittää tarve usean käyttöjännitteen säilyttä-miselle sekä erilaisten kytkentäryhmien ylläpitämiseen ja kosketusjänniteongelman ratkai-seminen. Alueen sähköverkon kehittämiseksi tehtiin useita eri vaihtoehtoja, joita vertailtiin elinkaarikustannusperiaatteella toisiinsa. Vertailun pohjalta saatiin investointistrategia ehdo-tukset, joiden pohjalta verkkoyhtiö voi tehdä tulevaisuuteen sijoittuvia ratkaisuja.

Modelling of faults in low-voltage cables

Power line modelling has become an interesting research area in recent years as a result of advances in the power line distribution network system. Extensive knowledge about the power line cable characteristics can be implemented in a software algorithm in a modern broadband power-line communication modem. In this study, a novel approach for modelling power line cables (AMCMK) based on the broadband impedance spectroscopy (BIS) and transmission line matrix (TLM) techniques is recommended in characterizing a healthy cable and the various faults associated with low-voltage cables for both open and short circuit situation. Models for different cable conditions are developed and tuned, which include six models for both healthy and faulty cables situations. The models are on the basis of impedance response analysis of the cable. The resulting spectra from the simulations are also cross-correlated to determine the degree of similarities between the healthy cable spectra and their respective faulty spectra.

Loistehon kompensoinnin ja yliaaltosuodattimien nykytila sekä kehityskohteet Kemira Chemicals Oy:n Joutsenon tehtaalla

Tutkimuksessa käsitelty kemikaalitehdas on 110 kV:n kantaverkkoon liittyvä tehointensiivinen teollisuuslaitos. Prosessien käyttöön mukautetut sähkönjakeluverkon yliaaltosuodattimet ja niiden käyttökytkennät ovat tärkeässä asemassa loistehon tuoton hallitsemiseksi liittymän loistehoikkunaan ja riittävän yliaaltosuodatuksen järjestämiseksi häviöt minimoiden. Kohteena olleen kemikaalitehtaan sähkönjakeluverkon kompensointia ja yliaaltosuodatusta on viimeksi tutkittu vuonna 2003. Tämän jälkeen verkostokomponentit ovat ikääntyneet, prosessien käyttö sekä pienjänniteverkko ovat muuttuneet ja tehdasta käyttävät osittain eri henkilöt. Nykytilaselvitykselle ja verkon kehityskohteiden analysoinnille on tullut tarve edellisen selvityksen jatkoksi. Tutkimus painottuu vahvasti kenttämittauksiin, joiden perusteella sekä kirjallisuutta ja tehtaan järjestelmiä hyödyntäen määritetään loistehotasot verkon keskeisimmissä kohteissa pien-, keski- ja suurjännitetasoilla. Tutkimuksessa esitetään lipeätehtaan suotimien uudelleenjärjestely 4. yliaallon vähentämiseksi ja yksikkökoon pienentämiseksi. Kantaverkon liittymäpisteen tilanne oli hyväksyttävä. Tutkimus esittää pienjännitekompensointia KF-4-100 keskukseen varayhteyden kapasiteettia lisäten. Tutkimus tuotti yleistietoutta verkon käytöstä ja selvitti parhaat käyttökytkennät loistehoikkunan hallitsemiseksi ilman loistehokustannuksia.

Power characteristics of dielectric optical piet hein waveguides

A fairly rigorous analytical treatment of the power characteristics of dielectric optical waveguides with Piet Hein core-cross sectional geometry is presented in this paper. This kind of wareguide structure would be advantageous owing to the absence of corners, which are found in rectangular guides, resulting in undesirable loss (hit to the scattering of light. In order to simplify this theoretical approach. em approximation of vanishing refractive index difference between the guiding and the non-guiding sections is implemented. The variation eJ logarithmic power is shown for different dimensions of the core, corresponding to different azimuthal modal indices. It is found that the nutlet with higher index values carry less logaritlunic power in the lower tail of the propagation 's constant range, and this feature affects the higher tail. A better kind of uniformity of the power distribution is observed near the higher tail of the range of propagation Constants

A survey on voltage sag events in power systems

This paper aims to survey the techniques and methods described in literature to analyse and characterise voltage sags and the corresponding objectives of these works. The study has been performed from a data mining point of view

Unusual voltage sag event detection in power systems

Three multivariate statistical tools (principal component analysis, factor analysis, analysis discriminant) have been tested to characterize and model the sags registered in distribution substations. Those models use several features to represent the magnitude, duration and unbalanced grade of sags. They have been obtained from voltage and current waveforms. The techniques are tested and compared using 69 registers of sags. The advantages and drawbacks of each technique are listed

Monitorització de la qualitat de l'electricitat d'un edifici universitari mitjançant l'analitzador CM4000

Es va instal.lar un analitzador CM4000 a la Facultat de Ciències per tal de poder enregistrar en temps real les incidències en la xarxa elèctrica que s'estaven produint (caigudes de tensió i problemes amb els harmònics). El projecte vol monotoritzar la qualitat dels registres d'aquest analitzador que queden enregistrats a la base de dades Power Server. A partir d'aquestes dades es realitza un estudi sobre la freqüència de les incidències, buscant el patró dels dies i hores en què les incidències són màximes