Metoden som fixar jordningen i stökig mark

Publicerad 21 dec 2016, 08:32

Vindkraftverk är inte bara känsliga för låga elpriser och stiltje — dålig jordning och åskskydd är en tung bit i den totala underhålls- ­ekonomin. Ibland kan de geologiska förhållandena vara utmanande.

Då kan en ny teknik — vertikaljordning — vara ­lösningen. Det visar erfarenheter från Sättravallens vindkraftpark utanför Kristinehamn.

Många företeelser i det moderna elnätet påverkar elkvalitet förutom jordning. Elbilarna ska laddas och det blir allt mer frekvensstörande utrustning i näten.

I dagens situation är jordningen av kraftverk, nätstationer, knutpunkter och viktig utrustning i näten allt viktigare. Det finns föreskrifter och regler om jordning som inte längre är så lätta att följa.
Det menar Donald Andersson på företaget Swegy Norden i Trollhättan. Han efterlyser mer diskussion kring elkvalitet i allmänhet och jordning i synnerhet. Swegy levererar en lösning på problemet att jorda vindkraftverk och nätutrustning på platser där de geologiska förhållandena inte är de bästa; vertikal jordning.

Vertikal jordning är en svensk patenterad teknik som kom till mer eller mindre av en slump. Upprepade experiment gav resultat som blev värda att utveckla och använda kommersiellt. Innovationen är en teknik med mycket djupt borrade hål i berget. I hålen sänks kopparkabel av speciell konstruktion ned. I övrigt omgärdas en stor del av hålet av en stålmantel.

– Tekniken ställer stora krav på borrningen. Hålen måste vara mycket raka och utan besvärande sprickzoner hela vägen ner, därför krävs det högsta möjliga kvalitet på både borrare och utrustning, förklarar Donald Andersson. Hans företag samarbetar med borrföretaget Mekodrill, som provat sig fram till bästa möjliga borrteknik.

– Tekniken ställer stora krav på borrningen. Hålen måste vara mycket raka och utan besvärande sprickzoner hela vägen ner, därför krävs det högsta möjliga kvalitet på både borrare och utrustning.

Donald Andersson, Swegy Norden

– Vi har till exempel funnit att 14 cm är en optimal diameter på borrhålet och att bäst resultat uppnås med ett djup mellan 300 och 500 meter, säger Stefan Ramqvist. Metallskoningen av borrhålet, den så kallade ’casingen’ behöver i vissa fall gå så djupt som 100 meter. Den svenska berggrunden är full av sprickor och håligheter som kan ställa till det när en vertikaljordning anläggs. Det är bland annat därför som det är absolut nödvändigt att hålen borras exakt rakt ner, så att linsystemet inte ska fastna när detta sänks långt ner i urberget.

Swegy har hittills försett ett 50-tal anläggningar med vertikaljordning. Vattenkraftverk, nätstationer och – inte minst – vindkraftverk är anläggningar som kan dra nytta av den här tekniken.

FAKTA

Bra metod för vindkraftparker

Vertikaljordning är en bra metod för jordning av vindkraftsaggregat som placerats i områden med besvärliga geologiska förhållanden. Aggregatens generatorer är känsliga för elkvalitetsstörningar och dyra att reparera, för att inte tala om kostnaderna för utebliven elproduktion under stilleståndstiden. Observera att detta inte är Sättravallens vindkraftpark utan en park i USA.

När norska företaget Scanergy skulle uppföra vindkraftparken Sättravallen utanför Kristinehamn blev det till sist vertikaljordning som löste problemet att leva upp till de krav på jordningen som nätägaren Kristinehamns Energi ställde. Vindkraftparken omfattar 16 turbiner med en sammanlagd effekt på 52,8 MW. Den ägs numera av tyska försäkringsbolaget Allianz och har levererat vindkraft till elnätet sedan i vintras. Men ett tag såg det mörkt ut för projektet.

– Vi hade försökt klara jordningskraven med traditionell teknik, det vill säga med följelinor i mark och jordningsplattor, men vi fick aldrig ner resistansvärdena till de stipulerade nivåerna, berättar Tormod Nyberg på Scanergy. Kravet var en jordningsresistans under 10 ohm och det klarade inte den beprövade tekniken. Det gjordes försök att förlänga följelinorna och med större jordningsplattor, men det hjälpte inte.

– Vi hade försökt klara jordningskraven med traditionell teknik, det vill säga med följelinor i mark och jordningsplattor, men vi fick aldrig ner resistansvärdena till de stipulerade nivåerna.

Tormod Nyberg, Scanergy

I samråd med elkonsulten Lars Skoglund hos Sweco i Karlstad, som projekterade vindkraftparken, beslöt Tormod och Scanergy att pröva med vertikal jordning i stället. Det var så Swegy Norden kom med i arbetet.

– Vi kom sent in i projektet, det var tjäle i jorden och när det var som kallast hade vi minus tjugo grader. Geologin på vindkraftssajten var problematisk, med mycket moränmaterial i skogsterrängen och mer grus- och jordmassor än ren jord att borra i. Ändå grejade vi att hålla tidsplanen, berättar Donald Andersson.

När jordtagen mättes upp kunde kontrollanten konstatera att resistansvärdena låg långt under tidigare värden. Eftersom vertikaljordningen ökar i mätbar effektivitet med tid så fick varje verk sitt godkända enskilda värde inom några veckor.

– Det är mycket bra mätvärden, säger Donald Andersson och får medhåll av Fredrik Svensson, elnätschef på Kristinehamns Energi.

– Geologin på vindkraftssajten var problematisk, med mycket moränmaterial i skogsterrängen och mer grus- och jordmassor än ren jord att borra i. Ändå grejade vi att hålla tidsplanen.

Donald Andersson

– För oss är jordning en fråga om elsäkerhet och om att vi hela tiden strävar att leva upp till gällande krav och föreskrifter. Vi låter inte någon släppa på spänning i vårt nät förrän vi fått ett driftsbevis som verifierar att jordvärdena är korrekta. Kristinehamn ligger på gammal sjöbotten, så normalt har vi inga problem med jordvärdena, men på Sättravallen var det oerhört besvärligt att nå ner till bra värden, säger Fredrik Svensson.

– Vi har hållit på med vertikaljordning i snart tio år nu och kan generellt konstatera att tekniken ger väldigt goda mätvärden. Dessutom verkar det, av någon anledning som vi inte riktigt förstår, som att jordningsvärdena bara blir bättre över tid. Med traditionella metoder är utvecklingen den motsatta.

Donald Andersson berättar att patentet för vertikaljordning gäller för hål som är djupare än 100 meter – grundare hål ger inte önskad effekt. Vid nätstationer händer det att hålen borras ända ner till 400–500 meter, men det är alltid förhållandena på aktuell station som avgör hur djupa hålen behöver vara.

– Vi har hållit på med vertikaljordning i snart tio år nu och kan generellt konstatera att tekniken ger väldigt goda mätvärden.

Donald Andersson

– Därför ser vi den fortsatta vindkraftutbyggnaden som en god affärsmöjlighet för vår metod, säger Donald Andersson. Han framhåller att vertikaljordningen också har betydelse för att hålla nere stillestånds- och servicekostnader för vindkraftverk.

– Ju bättre jordning, ju mindre blir risken för övertoner, transienter och andra kvalitetsproblem som bland annat kan leda till lagerskador i vindkraftverkens generatorer. De 16 verken i Sättravallen har hittills gått bra och det ska bli spännande att se på några års sikt hur de står sig mot andra vindkraftverk.