Nieuwe technologie: Nieuwe ontwerpregels Deel 1

Nieuwe technologie:
Nieuwe ontwerpregels
Deel 1
6 november 2014 | Bunnik
Nieuwe techniek “smart….”
meter, trafo, building, grid,……. Is het allemaal wel zo slim?
Programma
13.30
14.00
14.30
15.00
15.15
16.00
inleiding betreffende “Ontwerpcriteria”
beschrijving van diverse praktische problemen
verdeling in aantal groepen (ca. 4-5 man per groep)
pauze
nabespreking problemen en mogelijke oplossingen
uitleg problematiek en korte beschrijving van
diverse andere praktijkproblemen
16.30 kennisverbreding en kennisborging m.b.v. KIEN
17.00 borrel
Kenmerken nieuwe technologie
•
•
•
•
Geen sinusvormige stromen
Grotere inschakelstromen
Grotere variëteit aan kenmerken
Gevoeligere apparatuur
• Weet wat wordt aangesloten
• Aandacht voor goed aardingssysteem
• Denk aan controle bij inbedrijfname
Elektrische auto
• Stroomvormen (soms ook grote inschakelstromen)
PV-systemen
• AC-deel en DC-deel
PV-module
PV-module
Opbrengst PV-module
Opbrengst PV-module
P A
MPP = Maximum Power Point
dus
Pmax  Vpm  I pm 
171,47W  27,26V  6,29 A
V
Maximale spanning
• PV-modules kunnen in serie zijn geschakeld tot aan de
maximaal toegelaten bedrijfsspanning van de PV-modules
(UOC STC van de PV-strengen) en de PV-omvormer,
afhankelijk van welke de laagste is.
Begrippen UOC max ISC max
𝑈𝑂𝐶 𝑚𝑎𝑥 = 𝐾𝑈 ∙ 𝑈𝑂𝐶 𝑆𝑇𝐶
𝐾𝑈 = 1 + (𝛼 ∙
𝑈𝑂𝐶
) ∙ (𝑇𝑚𝑖𝑛 − 25)
100
𝐼𝑆𝐶 𝑚𝑎𝑥 = 𝐾𝐼 ∙ 𝐼𝑆𝐶 𝑆𝑇𝐶
Maal het aantal modules in serie
Maal het aantal strings parallel
Spanningsverlies in PV installatie
• Aandacht gevraagd voor spanningsverlies in PV- installatie
• Spanningsverlies betekent in feite spanningsopdrijving
• Inverters moeten afschakelen bij te hoge spanning
• +10% van 230V
• Oude inverters staan soms nog op +6% van 230V
Berekening van spanning- en
energieverliezen
• Algemene formules:
UV  I  R  cos   I  X  sin 
• Spanningsverlies DC:
UV  2  I  R  2 
• Spanningsverlies AC:
UV  2  I  R  2 
l 
A
l 
A
Probeer verliezen te beperken <1%
PV  I 2  R
Beveiliging van een string-kabel
I SC max  I Z
( N S  1) I SC max  I Z
In  IZ
Beveiliging van de hoofd DC-kabel
I SC MAX generator  I Z
Aansluiten op bestaande groep
IB  IN  IZ
I 2  I PV  1,45  I Z
Toestellen <2,25A
Diversiteit in verlichting
Onderlinge beïnvloeding neemt toe!
• Voorbeeld 1
1600 kVA
≈
=
M
453 kW
54 kW
Spanningsvervorming
Stroom naar de lampen
Stroom naar de lampen
Hoge belasting
Overgang laag/hoog
400
Current - phase 1 [A]
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
0
20
40
60
80
time [s]
Lage belasting
THD(v) en de THD (i)
7
voltage THD [%]
6
5
Vervuiling in de spanning (hogere THD)
4
3
2
1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t [s]
100
current THD [%]
80
60
Vervuiling in de stroom (hogere THD)
40
20
0
0
0.5
1
1.5
t [s]
2
2.5
Impedantie van de lampen
Lage impedantie bij 29e harm
Welke componenten in de stroom?
400
Measured current [A]
300
200
100
Totale gemeten stroom
0
-100
-200
-300
I  I1  I 2  ....  I N
2
-400
0
0.5
1
1.5
2
2.5
2
2
t [s]
Fundamental current [A]
150
100
50
50 Hz-component v/d stroom
0
-50
-100
-150
0
0.5
1
1.5
t [s]
2
2.5
Andere componenten
5th current harmonic [A]
30
20
10
5e harmonische stroom
0
-10
-20
-30
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t [s]
50
11th current harmonic [A]
40
30
20
11e harmonische stroom
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
0
0.5
1
1.5
t [s]
2
2.5
Andere componenten
40
23rd current harmonic [A]
30
20
23e harmonische stroom
10
0
-10
-20
-30
-40
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t [s]
29th current harmonic [A]
30
20
10
29e harmonische stroom
0
-10
-20
-30
0
0.5
1
1.5
t [s]
2
2.5
Harmonische in de spanning
400
50 Hz-component
Fundamental voltage [V]
300
200
100
5e harmonische spanning
0
-100
29e harmonische spanning
-200
-300
-400
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t [s]
3
29th harmonic voltage [V]
5th voltage harmonic [V]
15
10
5
0
-5
-10
-15
0
0.5
1
1.5
t [s]
2
2.5
2
1
0
-1
-2
-3
0
0.5
1
1.5
t [s]
2
2.5
Mogelijke oplossing
• Passieve filters
1000 kVA
Passief
filter
≈
=
M
Uitschakelen PV door stofzuiger
PV
Meten impedantie net
Meting met 75 Hz
Gemeten impedantie
U ii Z poc ( I ii  I ivc )  Zinv I ii
ZM 

I ii
I ii
Meetfout
Z err 
Kans op onnodige uitschakeling!
Z poc I ivc
I ii
Case study 1 – Laboratory experiment
CP - current probe
VP - voltage probe
PV Simulator Inverter
Vacuum cleaner
CP
CP
Zpoc
Voltage
source
RS232
CI - MX45
PC - Matlab
I1 I2
U
Oscilloscope
Inverter stroom met 75 Hz stroom injecties
Inschakelstroom+harmonischen lamp
Blindvermogen heeft nieuwe dimensie!
blindvermogen
Schijnbaar vermogen
Werkelijk vermogen
Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen
condensatorvermogen
P
S U I  3
P  U  I  3  cos 
Q  U  I  3  sin 
S  P2  Q2
Q
Schijnbaar, werkelijk, blindvermogen
P
D
S  P2  Q2  D2
Q
Distortie blindvermogen
• Zonder netvervuiling
S U I  3
P  U  I  3  cos
Q  U  I  3  sin 
S  P2  Q2
• Met netvervuiling
50
S  U h  I h  3
h 1
50
P   (U h  I h  3  cos )
h 1
50
D   (U h  I h  3  sin  )
h2
Q  S 2  P2  D2
Verbeteren arbeidsfactor
• Toepassen condensatoren
• Centraal
• Decentraal
• Regelbaar
Distortie blindvermogen
• Ook door harmonische vervorming onstaat
blindvermogen
• Dit is voor de hogere frequenties niet te
compenseren met condensatoren
• Analyseer dus hoe het blindvermogen is opgebouwd
Problemen met resonantie
• Serie-resonantie
Rg (h )
C(h)
Z ()
Lg (h )
U g (h )
f (Hz)
fr 
1
2 LC
Resonantie probleem
Aardingssystemen
•
•
•
•
Gevoeligheid apparatuur vraagt om extra maatregelen
EMC neemt in belangrijkheid toe
Aarding niet alleen voor veiligheid
NEN-EN 50310 ”Application of equipotential bonding and
earthing in buildings with information technology equipment
Aansluiten extra PE
Voorkomen van zwerfstromen
• Bij voorkeur geen PEN-leiding
+PEN
Deel van de nulstroom
Aardingsvoorziening (TN)
Aardingsvoorziening (TN)
Aardingsvoorziening (TN)
Aardingsvoorziening (TN)
Aarding met PEN-rail
Aarding
gestel
Deel van
nulstroom
PEN
PEN
PEN
toestel
toestel
aarde
Nulstroom
Aarding met PEN en PE-rail
5.9
PE en PEN verbonden
Aarding gestel
PE
isolatie
PEN
PEN
toestel
toestel
aarde
Nulstroom
“Global earthing”!
• Belang van goed aardingssysteem
•
•
•
•
Veiligheid (bescherming tegen elektrische schok)
Functionaliteit (goede werking toestellen)
Bliksembeveiliging
Aarding MS-net, LS-net netbeheerder
Praktijkprobleem
• Aansluiting PV-systeem op stal boerderij
Elektrische schema
• Van transformatorruimte tot PV
belasting
300m 95 Al
10,5 kV
50m 10 Cu
10kV/400V
Kabel
95 Al
10 Cu
R (mohm)
100
100
X (mohm)
16
0,5
50 kW
Gegevens opwek en belasting
• belastingspatroon
opwekpatroon
kW
kW
50
10
0
4
8
12
16
20 24
tijd
0
4
8
12
16
20 24
tijd
Probleem:
Opbrengst PV-systeem te laag
•
•
•
•
Wat is de oorzaak?
Wat zijn mogelijke oplossingen?
Wat is de beste oplossing?
Hoe kan probleem voorkomen worden?
Probleem 2
• Showroom met veel verlichting (schema)
B-16A
3
16 mm2 koper
3
63 A
relais
40 lampen/groep
Totaal 80 groepen
Eigenschappen gebruikte lampen
6 W LED-lamp
CF=4.7
Harmonische 6W LED
THD(i) = 145%
Blindvermogen 6W LED
• PF = 0.52 ; P=6W; S=11.5VA
I
DPF=0.9
U
Veel blindvermogen door harmonischen
Probleem
• Automaten spreken regelmatig aan
• Contacten relais branden vast
• Voedingskabel heel erg warm
Gegevens kabel
•
•
•
•
•
Ligt in een open kabelgoot
Samen met 2 andere voedingskabels (totaal 3)
Vijf-aderig (3 fasen, nul en aarde)
Isolatie XLPE
Lengte 40 m
Gegevens NEN 1010
•
•
•
•
Belastingstabellen
Keuze beveiliging en Iz van de kabel
Tabel correctie 3e harmonische
Tabel correctie meerdere kabels
Gegevens NEN 1010
Gegevens NEN 1010
Gegevens NEN 1010
Gegevens NEN 1010
Vragen
• Wat is de oorzaak van het probleem?
• Welke oplossingen zijn mogelijk?
Probleem 3
• Aansluiting noodaggregaat op werk/woon gebouw
G
belasting
PV-systeem
Aansluitingen/instellingen
• Verbinding met net schakelt uit als spanning onder 90% komt
• Generator schakelt in bij afschakelen net
• Belasting is voornamelijk computerapparatuur, verlichting,..
beveiligingen
•
•
•
•
•
Onderspanning (<90%)
Differentiaalbeveiliging (>300 mA)
Terugwatt beveiliging
Overstroombeveiliging
Frequentie en spanningsbeveiliging
Gegevens opwek en belasting
• belastingspatroon
opwekpatroon
kW
kW
20
10
10
0
4
8
12
16
20 24
tijd
0
4
8
12
16
20 24
tijd
Gemeten voedingsspanning
Problemen
• Onnodige inschakeling aggregaat
• Onverwachtse uitschakeling aggregaat
• Meerdere storingen tijdens gebruik aggregaat
• Wat zijn mogelijke oorzaken?
• Welke oplossingen zijn mogelijk?
www.stichtingkien.nl