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1 Power Quality Beschreibung-Anforderungen-Verbesserung Prof. Dipl.-Ing. Alwin Burgholte Fachbereich Ingenieurwissenschaften Fachhochschule OOW am Standort.

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1 1 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

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

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

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

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

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

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

8 8 Schaltvorgänge als Ursache für transiente Oberschwingungen

9 9 Qualitätsbeeinträchtigung durch 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 Toleranz +6%/-10%; danach 10%

10 10 Statistik der Häufigkeit von Spannungsschwankungen in Niederspannungsnetzen

11 11 Spannungsverzerrungen verursacht durch Oberschwingungen LiniendiagrammFrequenzspektrum

12 12 Spannungsverzerrungen durch einphasigen Wechselrichter Spannung Strom

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

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

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

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

17 17 Begriffe und Definitionen

18 18 Begriffe und Definitionen

19 19 Begriffe und Definitionen

20 20 Definition von Verträglichkeitspegeln

21 21 Verordnung über allgemeine Bedingungen für die Elektrizitätsversorgung b b in § 4 »Art der Versorgung«, Abs. 4, heißt es: – –Spannung und Frequenz werden möglichst gleichbleibend gehalten. – –Allgemein übliche Verbrauchsgeräte müssen einwandfrei betrieben werden können b b 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 22 Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) vom 24. April 1998 b b in § 4(1) verpflichten sich die Energieversorgungsunternehmen zu einer sicheren und umweltverträglichen Versorgung b b in § 16 werden die Anforderungen an Energieanlagen entsprechend den allgemein anerkannten Regeln, beispielsweise des VDE Verband der Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik e.V. definiert

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

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

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

26 26 Auswirkungen einer schlechten PQ Kosten durch Spannungseinbrüche

27 27 Zerstörung durch Überspannung Fehlfunktionen 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 28 Beurteilung der zukünftigen Qualitätsbeeinflussung Zunahme der Verbraucher mit nichtlinearer Strom-/Spannungskennlinie çDrehzahlvariable Antriebe çEnergiemanagement durch getakteten Leistungsbezug Zunahme der dezentralen Energieerzeugung çdezentrale Kleinkraftwerke als Massenprodukt çBrennstoffzellen-Blockheizkraftwerk

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

30 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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