EXPERIANCES GAINED AND RESULTS ACCHIEVED THROUGH VARIABLE SPEED DRIVE PUMP IN THE LOWER 

PRESSURE ZONE AND ACTIVE LEAKAGE CONTROL AND PRESSURE MANAGEMENT IN PARTICULAR DMA IN THE 

CITY OF SKOPJE, MACEDONIA

Bojan Ristovski

P.E. “Water Supply  and Sewerage” – SkopjeQuality Management Representative

Director of Leak Detection Department,

On-Duty Center and Call Center

Company data

Established in 1907 Number of employees: 1150Population served: 550000Annual water input: around 100 millions m3

Number of consumers:185000 households, 4000 industrial, 12000 small business

Price of water;  Industry / Household: 1,069 € / 0,477 €24 hours/day, 365 days/year continuous supply Water sources: 

Rasce Spring capacity avg. 4.7 m³/sNerezi and LepenecWells 7 / 1420  l/s 

Length of Mains without CP:  960 km (68 % cast iron)Diameter  of Mains:  ø50mm ‐ ø1.600 mmISO and HACCP certificated by SGS

(we have celebrated our Centenary)

0

20

40

60

80

100

120

1948

1952

1956

1960

1964

1968

1972

1976

1980

1984

1988

1992

1996

2000

2004

2008

Supplied Water

Billed Water

m3/year

Millions

Year

Supplied and billed water for the period 1946 - 2008

Strategy for water loss reduction

Addresses the causes for those losses

Suggests recommendation for reducing the real losses

Suggests recommendation for reducing the apparent losses

Water sources, main pipes and PSt.

Two constant speed pumps of 75 kW (500 l/s) take hold of water from capping Rasce 2 and pump it to the pipe of 1600 mm and Chlorination St. Kondovo

One pump is always running with full capacity as well during the night hours

Second pump is ON when there is enough water in the capping and when the pressure in Cl. St. Kondovo is below target 

The communication between operators  in PSt Rasce 2 and Cl. St. Kondovo is perform through voice radio

The operator  in Cl. St. Kondovo monitor the pressure, and based on it level, issue a radio voice command to switch OF or ON the second pump in PSt Rasce 2

Before VSDP project implementation 

System management and costs are highly depended of the skills of operators and their engagement.

When the target pressure in Cl. St.Kondovo is grater than optimal,  water loss is increased. 

During the night hours, the system is feed with exceed quantity of water and therefore, the pressure during the night is exceed too.

Variable Speed Drive Regulation

A

Energy Usagenn

100%

Nominal pressure

P ~ Q x H

Nominal flowFlow (Q)

Pressure(H)

A

nn

70% 100%

Nominal pressure

n1< nn

Flow (Q)

Pressure (H)

C

Variable Speed Drive Regulation

A

nn

Energy Saved 

70% 100%

C

n1< nn

Energy Usage

Flow(Q)

Pressure(H)

Δp

Variable Speed Drive Regulation

After VSDP project implementation

Installation of a VSD and  a soft starter with two line switch (working and backup pump)

Installation of water level and water overflow level transmitter in the Capping Rasce 2

Installation of PLC devices in P.St, Rasce 2 and Cl.St. Kondovo for system management and GPRS communications between them

Installation of HMI ‐ Touch panel in P.St, Rasce 2 and Cl.St. Kondovo for system control and setting parameters

Designed and implemented a complex algorithm management system

Cl. St. Kondovo

P. St. Rasce 2. 

Skopje – Low Pressure Zone Case

PLC on PS Rasce 2 automatically changes speed pump, which is controlled by frequency regulator and when needed, turn OFF/ON the second pump managed by the soft starter in order to : 

‐ held on the target pressure in Cl. St. Kondovo, until there is enough water in theCapping

VSPs of 75 HP

Const of 75 HP

Control node J-29 Kondovo

• Skeleton system

• 310 Ml/day

• Energy cost: 36 k Euro/year

• Recorded daily energy cost: 100 Euro

• Modeled daily energy cost: 108 Euro

Current situationThe current hydrological situation is such that the water source Rasce is plentiful

There is no need the to run the PS Rasce 2

Capping Rasce 1 Inflow in the main 1600 mm pipe by gravity

Expected water loss and energy savings

Possibility to run VDSP on minimal frequency  (35 Hz, or 70%)

Minimum water savings of around 4600 m3 /day, or 1.7 million m3 /year.

Power consumption will be around 35 % of that if the pump works at 100 % speed, which means savings of around 40 kWh per hour

Maximize the use of the supply via gravity source

Ensure safe and efficient water supply

Optimal control of PS Rasce 2

Energy‐efficient pump operation leads low carbon footprint 

Lisiche

Implemented strategies:PRM and ALC

Layout of water supply system of city of SkopjeCase Study-DMA Lisiche

DMA 500-Lisice

Number of households:4150Number of water meters:4639Total length of pipes: 33 kmNumber of connections:3450Without buildings, only houses

Phase 1Pressure Reduction Management 

Sub DMA 501

Sub DMA 502

Sub DMA 503

DMA 500-Lisice

Calculated nodal pressures in the DMA Lisice before and after installation of PRV

Before installation of PRV

After installation of PRV

Flow meter and PRV chamber

Electromagnetic battery operated flow meter DN 200PRV DN 200Battery powered PRV controllerRemote data monitoring (GSM)

Average before PRM28.50 l/s Average after PRM       

21.40 l/sAfter add. setting of  PRM

18.90 l/s

No control Flow modulation

Pressure measurement point 

/Period(30.03‐03.04.2010)

Max.(bar)

Min.(bar)

Avg.(bar)

Gornovranovska 24 4.745 1.441 3.139

Todor Cangov 22/14 4.784 1.578 3.197

Lisec 37 4.657 1.951 3.315

Todor Cangov 21/12 5.431 2.520 3.959

Dimitar Makedonski(Morski) 4.745 3.127 3.899

Pressure measurement point 

/Period(05.05‐07.05.2010)

Max.(bar)

Min. um(bar)

Avg.(bar)

Gornovranovska 24 2.824 1.255 1.982

Todor Cangov 22/14 2.647 1.637 2.203

Lisec 37 2.696 1.716 2.144

Todor Cangov 21/12 3.294 2.235 2.830

Dimitar Makedonski(Morski) 3.431 1.745 2.606

Pressure data before PRM Pressure data after PRM

MNF measurementsMNF data before PRV MNF data after PRV

avg, MNF(l/s)

avg MNF(m3/h)

sub DMA 501 16.09 57.92

sub DMA 502 8.11 29.2

sub DMA 503 4.30 15.48

DMA 500 28.50 102.6

avg, MNF(l/s)

avg MNF(m3/h)

sub DMA 501 10.62 38.23

sub DMA 502 5.70 20.52

sub DMA 503 2.48 8.93

DMA 500 18.90 68.04

avg, MNF(l/s)

avg MNF(m3/h) % of MNF

Approx. Daily savings (m3)

DMA 500 9.60 34.56 33.68 884.39

Calculated NDF for DMA 500‐Lisiche: 25.59

Phase 2Active Leakage Control

Water loss methodologyDMA Design

Network modeling 

On Site Measurement of Pressure and Flow

Analyze the DataAZNP and MNF

Visual inspection of Water and Sewerage 

System, On Site Survey for Illegal 

Connections 

Acoustic Sounding Survey

Leak Location

Repair,Analyze Detection 

Activities  Effectiveness

Detected leakage nodes using the Darwin Calibrator

Detected leakage nodes in the DMA, considering the generated Emitter coefficient, using the Darwin Calibrator

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160bar l/s

12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00Mon 17 May 2010 12:00 (hour:min)

Pressure inlet, pressure outlet, DMA - Lisice

Line StatisticMean

Site NameLisiceLisiceLisice

MeasurandOutletInletFlow

Unitsbar {m}bar {m}l/s {cum/hr}

Average after ALC 17.65 l/s

Results obtainedDMA 500 Lisice avg, MNF (l/s) avg MNF

(m3/h)

Before project implementation 28.50 102.6

After PRM 18.90 68.04

After ALC 17.65 63.54

DMA 500Lisiche

avg, MNF(l/s)

avg MNF(m3/h)

Approx. Daily savings (m3)

Total Savings 10.85 39.06 999.55

We are expecting additional decreasing of water loss in DMA Lisice through replacement programme(existing galvanized pipes with ductile iron pipes as main pipes and existing galvanized house connections with PE). 

Almost 3500 m in subDMA 502 and 3000 m in subDMA 503 of ductile iron pipes have been already installed, as well as PE house connections. We are currently connecting the new PE connection pipes with the water meters and internal pipes, and excluding the old pipes from the network.

1400 water meters (around 30 % of all ) have been replaced with new one C class with AMR

THANK YOU

Bojan RistovskiP.E. Water Supply and Sewerage‐Skopje

e‐mail: bojan.ristovski@vodovod‐skopje.com.mk