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Power Quality Beschreibung-Anforderungen-Verbesserung

Power Quality Beschreibung-Anforderungen-Verbesserung. Prof. Dipl.-Ing. Alwin Burgholte Fachbereich Ingenieurwissenschaften Fachhochschule OOW am Standort Wilhelmshaven wissenschaftliche Einrichtung Elektronik Labor für Leistungselektronik und EMV.

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Power Quality Beschreibung-Anforderungen-Verbesserung

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Presentation Transcript

  1. Power QualityBeschreibung-Anforderungen-Verbesserung Prof. Dipl.-Ing. Alwin Burgholte Fachbereich Ingenieurwissenschaften Fachhochschule OOW am Standort Wilhelmshaven wissenschaftliche Einrichtung Elektronik Labor für Leistungselektronik und EMV

  2. Power QualityBeschreibung-Anforderungen-Verbesserung • ... die Normen EN 50160, EN 61000-2-2 und EN 61000 2-4 beschreiben den Qualitätsstandard der elektrischen Stromversorgung!! • ... die Verfügung Amtsblatt C 77/8 vom 31.03.2005im europäischen Amtsblatt listet den aktuellen Normenstand: Die Rechtssituation ist damit eindeutig. • ....diese Vorlesung bringt Sie auf den neuesten Wissensstand bzgl. der Anforderungen an Stromversorgungen!!!

  3. Aktuelle Rechtssituation • Das »Produkt Strom« hat einen Qualitätsstandard zu erfüllen, wie er in den einschlägigen Normen und Richtlinien definiert ist • EN 50160, EN 61000-2-2, EN 61000-2-4 • VDEW-Richtlinien, FGW-Richtlinie, e•on-Richtlinien • neue EU EMV-Richtlinie (zweite Novellierung 2004) • EMVG nach dritter Novellierung rechtskräftig • Listing im europäischen Amtsblatt aktualisiert den Normenstand • z.B. EN 61000-3-2 und EN 61000-3-3 zu Stromoberschwingungen u. Spannungsschwankungen gelten für alle Geräte mit IL 16 A

  4. die Problematik bei der Stromversorgungen • arbeiten die Geräte an der verfügbaren Eingangsqualität einwandfrei? • gefordert ist hier eine entsprechende Störfestigkeit • werden die zulässigen Emissionsgrenzen nicht überschritten? Problem der Zuordnung der Stromversorgung in eine anzuwendende Norm

  5. Meßbeispiele für verminderte Eingangs-/Versorgungsqualität Störemissionen in Spannung und Strom • Impulsbeanspruchungen (Burst, Surge) • Spannungsschwankungen (Flicker) • Oberschwingungen als charakteristische (harmonische) und nicht charakteristische (zwischenharmonische) Frequenzen (bis 2 kHz bzw. 2,5 kHz etabliert; zukünftig bis 9 kHz) • Funkstörspannungen (9 kHz bzw. 148,5 kHz bis 30 MHz etabliert)

  6. Schaltvorgänge als Ursache für Burstimpulse Netzspannung Phase gegen Neutralleiter gemessen

  7. Schaltvorgänge als Ursache für Spannungseinbrüche und Impulse Netzspannung Phase gegen Neutralleiter gemessen

  8. Schaltvorgänge als Ursache für transiente Oberschwingungen

  9. Qualitätsbeeinträchtigungdurch Spannungsschwankungen (Flicker) Ursache Gepulste Leistungsaufnahme zu beobachten bei Kochmulden, Haartrocknern, Waschmaschinen u.v.a. elektrischen Geräten, beispielsweise Elektrowerkzeugen Nennspannung im Niederspannungsnetz 230/400 V - bis 31.12.2008 Toleranz +6%/-10%; danach  10%

  10. Statistik der Häufigkeit von Spannungsschwankungen in Niederspannungsnetzen

  11. Spannungsverzerrungen verursacht durch Oberschwingungen Liniendiagramm Frequenzspektrum

  12. Spannungsverzerrungen durch einphasigen Wechselrichter Spannung Strom

  13. Anstieg der Oberschwingungs- belastung in Niederspannungsnetzen - auch ein internationales Problem Anteil der 5. OS in der Netzspannung in Deutschland

  14. Anstieg der Oberschwingungs- belastung in Niederspannungsnetzen - in Großbritannien Anstieg der 3. Oberschwingung Anstieg der 5. Oberschwingung

  15. Ursachen für Oberschwingungen durch nicht sinusförmige Stromaufnahme bei • Stromversorgungen für • Radio, TV • PC, Drucker • allgemeine Elektronik Gleichstromversorgung • Stromrichtern für Gleichstromantriebe • Umrichtern für Drehstromantriebe • Anschnittstellern, Drehstromstellern • Windenergie-/Solaranlagen • Einschwingvorgänge bei Schalthandlungen

  16. Standardnetzgerät mit nicht sinusförmiger Stromaufnahme L2, R2 als CENELEC Normimpedanz 0,4  + j 0,25  (Bei 50 Hz) Liniendiagramm und Frequenzspektrum mit den typischen harmonischen Frequenzanteilen h = 3., 5., 7., 9., 11. Oberschwingung

  17. Begriffe und Definitionen

  18. Begriffe und Definitionen

  19. Begriffe und Definitionen

  20. Definition von Verträglichkeitspegeln

  21. Verordnung über allgemeine Bedingungen für die Elektrizitätsversorgung • in § 4 »Art der Versorgung«, Abs. 4, heißt es: • Spannung und Frequenz werden möglichst gleichbleibend gehalten. • Allgemein übliche Verbrauchsgeräte müssen einwandfrei betrieben werden können • weiter in § 15: • Anlagen und Verbrauchsgeräte sind so zu betreiben, daß Störungen anderer Kunden und • störende Rückwirkungen auf Einrichtungen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen oder Dritter ausgeschlossen sind

  22. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) vom 24. April 1998 • in § 4(1) verpflichten sich die Energieversorgungsunternehmen zu einer sicheren und umweltverträglichen Versorgung • in § 16 werden die Anforderungen an Energieanlagen entsprechend den allgemein anerkannten Regeln, beispielsweise des VDE Verband der Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik e.V. definiert

  23. das Produkt STROM Zuordnung Produkt - Qualität Produktkennzeichen z.B. Farbe Qualitätsbeschreibung Qualitätsanforderung Qualitätskontrolle Verfügbarkeit Preis-/Leistungsverhältnis

  24. rechtsverbindliche Grundlage für die Qualitätsbeurteilung europäische Normen EN 61000-2-x EN 50160 internationale Standards (IEC) IEEE 519-92 FGW-Richtlinie für Windenergieanlagen VDEW-Richtlinien zu Beurteilungskriterien von Eigenerzeugungsanlagen eon-Richtlinie spezielle Anwender- Produktnormen z.B. EN 61800-3 für elektrische Antriebe

  25. Qualitätsmerkmale der Spannungsversorgung nach EN 50160 2.1 Netzfrequenz 2.2 Höhe der Spannungsversorgung 2.12 zwischenharmonische Spannungen 2.3 langsame Spannungsänderung Spannung 2.4 schnelle Spannungsänderung 2.11 Oberschwingungsspannung bis zur 25. OS 2.5 Spannungseinbrüche 2.6 kurze Unterbrechung der Versorgungsspannung 2.10 Spannungsunsymmetrie 2.9 transiente Überspannung 2.7 lange Unterbrechung 2.8 zeitweilige netzfrequente Überspannung zwischen Außenleiter und Erde

  26. Auswirkungen einer schlechten PQKosten durch Spannungseinbrüche

  27. Zerstörung durch ÜberspannungFehlfunktionen durch Oberschwingungen Lichtbogen an Leistungsschaltern und Wandlern Zerstörung von Elektronikeingängen und Halbleitern Störung der Rundsteueranlagen Übertemperatur am Transformator, verkürzte Lebensdauer Störung der Datenkommunikation (PLC)

  28. Beurteilung der zukünftigen Qualitätsbeeinflussung • Zunahme der Verbraucher mit nichtlinearer • Strom-/Spannungskennlinie • Drehzahlvariable Antriebe • Energiemanagement durch getakteten Leistungsbezug • Zunahme der dezentralen Energieerzeugung • dezentrale Kleinkraftwerke als Massenprodukt • Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk

  29. Gefährdung der Netzstabilität durch fehlende Regelleistung von WEA • Windenergieanlagen benötigen Regelleistung • neue Anforderungen nach eon-Richtlinie zur Fernsteuerung der Windenergie-anlagen • Verbesserung des Energiemanagements durch verlässlichere Aussagen über die zu erwartenden Windverhältnisse

  30. Maßnahmen für die Qualitätsverbesserung bzw. Reduktion der Störwirkungen Heizgeräte mit Sinushalbwellensteuerung Netzteil mit PFC-Eingang Umrichter mit Sinusausgangsfilter Einbau von Funkstörschutzfiltern Überwachung und Fernsteuerung der Power Quality

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