Power Quality & EMC
Power Quality & EMC
Power Quality; de spannings- en stroomkwaliteit
Vervuilde elektriciteit kan tot grote problemen en hoge kosten leiden
Waarom water zuiveren en elektriciteit niet?
Net zoals bij water kan elektriciteit vervuild raken. Deze vervuiling zorgt voor een afname van de kwaliteit van elektriciteit. Een inferieure kwaliteit van elektriciteit, ofwel een slechte Power Quality, veroorzaakt in toenemende mate problemen in elektrische installaties.
De maatschappij is het laatste decennium steeds afhankelijker geworden van elektriciteit. Door de elektrificatie en energietransitie zal deze trend zich blijven voortzetten. De kwaliteit van elektriciteit is dan ook van essentieel belang voor de continuïteit, efficiëntie en veiligheid binnen elektrische installaties. Een slechte Power Quality verhoogt het risico op onveilige situaties, storingen en schade en gaat vaak gepaard met onnodig hoge kosten.
Energietransitie in relatie tot Power Quality
In de Benelux hebben we, samen met vele andere Europese landen, een netspanning van 230 Volt met een constante frequentie van 50Hz. Helaas is de bijbehorende zuivere sinus niet altijd meer in de elektrische installatie terug te vinden. De oorzaak hiervan ligt normaliter niet bij de energiebedrijven, die verantwoordelijk zijn voor de productie en koppeling aan het netwerk, maar bij de afnemers zelf.
Frequente gevolgen van een slechte Power Quality:
Uitval van apparatuur en systemen
Versnelde slijtage van apparatuur
Hogere kosten voor onderhoud
Onnodige energieverliezen
Inefficiënt gebruik van de installatiecapaciteit
Ontbranden van correct gedimensioneerde kabels en componenten
Verhoogde CO2-uitstoot
Storing apparatuur door slechte Power Quality
De oorzaken van een slechte Power Quality
Een slechte Power Quality kan verschillende oorzaken hebben. Een van de meest voorkomende oorzaken is het in bestaande installaties vervangen van elektrische apparatuur door moderne elektronica. Een andere hoofdoorzaak is het bijplaatsen van deze moderne elektronica in de oorspronkelijke elektrische installatie. Denk aan het vervangen van conventionele verlichting door ledverlichting, het installeren van zonnepanelen of het plaatsen van frequentieregelaars op elektromotoren.
De moderne elektronica zelf is ook steeds gevoeliger voor vervuilde en verstoorde elektriciteit. Bij een slechte Power Quality valt deze elektronica sneller in storing. Daarnaast heeft een inferieure kwaliteit van elektriciteit ook een negatieve invloed op de levensduur van deze apparatuur.
In alle bedrijfstakken worden in toenemende mate apparaten als frequentieregelaars, schakelende voedingen en andere vermogenselektronica gebruikt (halfgeleiders). Deze apparaten veroorzaken (harmonische) vervuiling in de spanning en belasten hiermee het elektrisch netwerk. Dit resulteert in ongewenste spanningen en stromen in het netwerk.
Door al deze veranderingen en moderniseringen is het laatste decennium de Power Quality wereldwijd verslechterd. Als gevolg van de elektrificatie, de energietransitie en steeds strengere wetten, regels en normen zal de kwaliteit steeds verder onder druk komen te staan. De problemen zullen blijven toenemen. De gevolgen zijn niet specifiek en kunnen per toepassing verschillen. Mede hierdoor realiseren bedrijven zich vaak niet dat de gesignaleerde problemen met het elektrisch netwerk veroorzaakt worden door een slechte Power Quality.
Inzicht krijgen in de heersende Power Quality
Om problemen op te lossen of te voorkomen is het noodzakelijk inzicht te krijgen in de heersende Power Quality; inzicht is de eerste stap tot verbetering. Helaas is een verslechterde kwaliteit van elektrische energie meestal niet zichtbaar met het blote oog. Daarnaast worden de problemen die door een slechte Power Quality zijn ontstaan vaak niet erkend als zijnde problemen veroorzaakt door een inferieure spannings- en stroomkwaliteit.
Typische effecten die kunnen wijzen op een slechte Power Quality:
Oververhitte motoren en voedingskabels
Het optreden van apparaat- en systeemfouten
Het optreden van computer- en netwerkfouten
Flikkerende verlichting
Grotere/versnelde slijtage op (stroom) converters en andere componenten
Afnemende productiekwaliteit en -capaciteit door verstoorde elektronica
Hoge energiekosten zonder eenduidige reden
Energieverliezen door hogere harmonischen en blindvermogen
Ontbranden van kabels en componenten - Power Quality risico
Oplossingen
Harmonischen filteren, Cos Phi compensatie en meer specifieke oplossingen
Een van de meest toegepaste oplossingen om de Power Quality te verbeteren is een Harmonisch filter. Cos Phi compensatie middels een condensatorbank is een andere oplossing die soms kan worden toegepast. Daarnaast kent de Power Quality vele verschillende problemen welke elk hun specifieke oplossing of combinatie van oplossingen vragen.
Power Quality
Power Quality
POWER QUALITY EN NORMEN
Randvoorwaarden voor de spanning in openbare netten
De minimale kwaliteit van de spanning is in Nederland vastgelegd in de Netcode. Deze is afgeleid van de EN50160. Binnen de Europese Norm EN50160 wordt bijvoorbeeld gesteld dat de spanning gedurende 99% van de tijd niet meer dan 10% mag afwijken van de nominale waarde gedurende een beschouwingsperiode van één week. De grenswaarden binnen de Netcode zijn strenger dan die in de EN50160.
Variabele
Minimum percentage
Frequentie 99,5%
99,5% van de 10 sec.waarden over 1 jaar, binnen +/- 1% van 50Hz
99,5%
Frequentie 100%
Alle 10 sec.waarden, binnen +4/-6% van 50Hz
100%
Voedingsspanning onbalans
95% van de 10 min. gemiddelde waarden over 1 week, tussen 0 en 2%
95%
Spanningsvariatie 99%
99% van de 10 min. gemiddelde waarden over 1 week, binnen +/- 10% van U Nominaal
99%
Spanningsvariatie 100%
Alle 10 min. gemiddelde waarden, binnen +/- 15% van U Nominaal
100%
Flikker
95% van de waarden over 1 week, lager of gelijk aan 1 (langetermijnflikker)
95%
THD
95% van de 10 min. gemiddelde waarden over 1 week, lager of gelijk aan 8%
95%
Tabel 1: Voorbeeld grenswaarden EN50160 >1kV en <35kV
Randvoorwaarden voor de spanning in niet-openbare netten
In de norm IEC61000-2-4 worden de grenswaarden voor de spanningen in niet-openbare netten tot 35 kV beschreven. De kwaliteit van de spanning die wordt geleverd aan een apparatuur moet voldoen aan de norm IEC61000-2-4. Bij overschrijding van de normwaarden kan de machine of installatie (versneld) uitvallen en zijn garantieregelingen niet meer van toepassing. Hiermee is de norm IEC61000-2-4 ook een immuniteitsrichtlijn geworden voor machinebouwers.
Meetwaarde
Grenswaarde
IEC 61000-2-4
Power quality randvoorwaarden
Tabel 2: Grenswaardes voor de spanning en individuele harmonische componenten volgens de IEC61000-2-4
In de EN61000-2-4 zijn voor het ontwerpen en bewaken van een niet openbare elektrische installatie drie klassen te onderscheiden. Deze klassen (klasse 1, 2 en 3) bepalen de mate van toegestane vervuiling binnen een elektrische installatie. Bij het ontwerp van een installatie dient men hiermee rekening te houden en te zorgen dat alle aangesloten apparatuur juist functioneert binnen de gekozen klasse. Klasse 2 is de standaard, hierbij kan standaardapparatuur gebruikt worden. Klasse 1 wordt met name gebruikt bij gevoelige apparatuur binnen datacenters, ziekenhuizen en laboratoria. Klasse 3 wordt voornamelijk gebruikt voor speciale (dedicated) systemen in de zware industrie. Deze klasse staat een hoge mate van vervuiling toe, wat inhoudt dat alle aangesloten apparatuur immuun dient te zijn voor deze hoge mate van vervuiling.
Minimum Maximum
Spanning L1-N 207 253 V
Spanning L2-N 207 V 253 V
Spanning L3-N 207 V 253 V
Frequentie 49 Hz 51 Hz
THD-U L1-N 8%
THD-U L2-N 8%
THD-U L3-N 8%
Onbalans 2%
Bent u geïnteresseerd in onze diensten? Wij helpen u!
Bent u geïnteresseerd in onze diensten? Wij helpen u!
Wij willen precies weten waar u behoefte aan hebt, zodat wij u de optimale oplossing kunnen bieden. Laat ons weten wat u wilt en wij zullen ons uiterste best doen om u van dienst te zijn.
