ETG-Fachtagung Versorgungsqualität Kosten und Nutzen Stand und Entwicklung der Normen

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1 ETG-Fachtagung Versorgungsqualität Kosten und Nutzen Stand und Entwicklung der Normen Bedeutung der Normen Merkmale der Spannungsqualität Verträglichkeitspegel des öffentlichen Netzes Störaussendungen der Betriebsmittel Störfestigkeit der Geräte Dr.-Ing. Karl-Heinz Weck, FGH e.v., Mannheim Forschungsgemeinsc haft für Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.v.

2 Normen Begriffsklärungen Gesetze und Normen Gesetze Normen Nationale Gesetze EU-Richtlinien (EC Directives) Regeln für die technische Umsetzung von Forderungen Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) EMV-Richtlinie Vereinbarungen zwischen Interessensgruppen EN Norm der Merkmale der Versorgungsspannung EN Normen der EMV 1

3 Versorgungsqualität Folgerungen aus Gesetzen Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) 1998 (Vorlage 2004) Fordert möglichst sichere Versorgung ( 1, 10) Fordert technische Sicherheit der Anlagen unter Einhaltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik 49) Die technische Sicherheit der Anlagen wird vermutet, wenn Regeln des VDE eingehalten sind. legt Überwachungsrecht der Behörden über technische und wirtschaftliche Verhältnisse des EVU fest ( 18 neu 49). EMV-Richtlinie (EMC-Directive) Fordert begrenzte Störaussendung und ausreichende Störfestigkeit der Geräte Nimmt keinen Bezug auf die Gültigkeit von Normen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2000 legt Anschlussrecht von EEG-Erzeugeranlagen an technisch geeigneten Netzanschlusspunkt fest 2

4 Normungsarbeit heute Regelverfahren Normungsarbeiten in Technischen Komitees der IEC Normungsarbeiten in CEN/CLC Ausarbeitung eines Normungsvorschlags (FDIS) Kein Normungsvorhaben in IEC Gleichzeitige Abstimmung in IEC und CENELEC Unveränderte Übernahme Gemeinsame Modifikationen Ablehnung der EU-Partner Eigene Normungsarbeiten in TC oder BTTF Veröffentlichung als IEC = Europanorm (EN) = VDE-Norm Harmonisierungsdokument (HD) = VDE-Norm Europanorm (EN) = DIN EN - Norm z.b. DIN EN

5 Bedeutung der Versorgungsqualität Interessenskonflikte Hersteller von Geräten Qualität t der Versorgungs spannung Betreiber der Kundenanlage Betreiber des Verteilungs- netzes Betreiber einer Erzeugungs- anlage 4

6 Qualitätsbewertung des Kunden Bewertungsmaßstab Funktionsfähigkeit seiner Geräte Keine Funktionsstörung: Spannungsqualität gut Funktionsstörung: Spannungsqualität schlecht Bewertungsgrundlage beim Niederspannungskunden in der Regel nicht vorhanden Anlagen oder Geräte nicht beim Verteilungsnetzbetreiber anzumelden (TAB) Beim Gerätekauf ist Konformität mit Normen kein Kaufkriterium Begriffe, Anforderungen, bestehende Normen oder mögliche Auswirkungen sind nicht bekannt beim Mittelspannungskunden Situation durch Beratung des Verteilungsnetzbetreibers besser Reaktion auf schlechte Bewertung ist Beschwerde 5

7 Planung der Spannungsqualität Für Netz und Gerät gilt: Gerät Störfestigkeit Störaussendung Störfestigkeit Klasse 1 Klasse 2 Netz Störaussendung Klasse 2 Klasse 1 Störfestigkeit mit ausreichender Wahrscheinlichkeit > Störaussendung Einteilung in Klassen sinnvoll, wenn für Netz und Gerät anwendbar 6

8 EN 50160: Merkmale der Versorgungsspannung EN Merkmale der Spannung Nieder- und Mittelspannungsnetz Erarbeitet in CENELEC BTTF Zukünftig in IEC TC 8 / CENELEC TC 8 Nach DistributionCode 2003, Abschn. 2.1, Grundlage für Netzanschluss Merkmal der Versorgungszuverlässigkeit Lange Unterbrechungen Geplant oder durch Fehler im Netz Merkmale der Spannungsqualität Merkmale im Normalbetrieb des Netzes 7

9 EN 50160: Merkmale der Versorgungsspannung DIN EN 50160, März 2000 Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen Netzfrequenz Versorgungsspannung Langsame Spannungsänderungen Schnelle Spannungsänderungen Spannungseinbrüche Kurze Unterbrechungen der Versorgungsspannung Lange Unterbrechungen der Versorgungsspannung Netzfrequente Überspannungen Transiente Überspannungen Spannungsunsymmetrie Oberschwingungsspannung Zwischenharmonische Signalspannungen 8

10 EN 50160: Merkmale der Versorgungsspannung Lange Unterbrechung der Versorgungsspannung Geplant oder zufällig durch bleibende Fehler im Netz Unterbrechungen länger als 3 min. Keine Angabe typischer Werte da abhängig von Netzstruktur und Anlagentyp Nicht vorhersehbaren Einflüssen Dritter und Wetter Anhaltswerte:10 bis 50 Unterbrechungen pro Jahr Keine Änderung der Normung in Zukunft zu erwarten Versorgungszuverlässigkeit auch in Zukunft vereinbart Einflussnahme der Regulierung (BNA) zu erwarten 9

11 EN 50160: Merkmale der Versorgungsspannung Effektivwert +10% U n -10% Versorgungsspannung Langsame Spannungsänderung Stunden Schwankung der 10-min-Mittelwerte des Effektivwerts in Toleranz Im NS-Netz ±10% um Netz-Nennspannung U n = 230/400 V in 95% der Zeit Um +10/-15% in 100% der Zeit In DIN IEC VDE 0175 Im NS-Netz ±10% um Netz-Nennspannung U n = 230/400 V am Verknüpfungspunkt Um +10/-14% am Verbrauchsgerät 10

12 EN 50160: Merkmale der Versorgungsspannung ΔU ΔU < 10% Schnelle Spannungsänderungen Änderungen der Spannung < 10% sind schnelle Spannungsänderungen Flickerbewertung ΔU > 10% Spannungeinbrüche Absinken der Versorgungsspannung um mehr als 10% Netzfrequente Überspannung Anstieg der Versorgungsspannung um mehr als 10% 11

13 EN 50160: Merkmale der Versorgungsspannung Transiente Überspannung U Durch Schalthandlungen und Blitzeinwirkungen Niederspannung: bis 6 kv Außenleiter - Erde Mittelspannung: Hinweis auf Isolationskoordination 12

14 EN 50160: Merkmale der Versorgungsspannung EN 50160: Spezifiziert Merkmale der Spannung des NS- und MS- Netzes Definitionen und Maximalwerte ohne Einteilung in Klassen Aber im Anwendungsbereich: Nicht als Pegel für EMV geeignet Keine Verwendung als Grenzwerte für Störaussendung Keine Verwendung für Anforderungen an Störfestigkeit von Geräten 13

15 Elektromagnetische Verträglichkeit Normenreihe EN Normen des IEC TC 77 behandeln EMV für Leitungsgeführte Störgrößen (SC 77A) Hochfrequenzstörungen (SC 77B) Elektromagnetische Felder HEMP (SC 77B) EN bis 5: EN bis 14: EN bis 12: EN bis 34: EN bis 7: EN bis 6: Prinzipien Umgebungsbedingungen Störaussendungen Prüf- und Messtechnik Abhilfemaßnahmen Störfestigkeiten 14

16 EMV-Normenreihe EN Verträglichkeitspegel der Netze Inhalt Normen Anwendbarkeit IEC EN VDE EMV-Beschreibung Verträglichkeitspegel öffentliches NS-Netz Verträglichkeitspegel öffentliches MS-Netz Verträglichkeitspegel Industrie-NS-Netz V Richtwerte Richtwerte Istwerte in 3 Klassen 15

17 EN Verträglichkeitspegel des öffentlichen Netzes EN (IEC , VDE ) Europanorm: Spezifiziert Verträglichkeitspegel der Versorgungsspannung im NS-Netz Schnelle Spannungsänderungen Spannungseinbrüche Kurze Unterbrechungen Spannungsunsymmetrie Oberschwingungsspannungen Zwischenharmonische Signalspannungen Für diese Merkmale der Spannungsqualität Überschneidungen mit EN Aber: Dient als Richtlinie für die Festlegung von Grenzwerten der Störaussendung und der Störfestigkeiten durch die Produktkomitees Dient nicht der Festlegung der Pegel selbst 16

18 Normen Merkmale der Spannungsqualität Merkmal Mittelspannung Niederspannung EN EN EN Netzfrequenz Nennwert: 50 Hz Nennwert: 50 Hz Toleranz: +/- 0,5 Hz Toleranz: +/- 0,5 Hz Toleranz +/- 1 Hz Versorgungsspannung Vereinbart Nennwert: 230 V --- Langsame Spannungsänderung 95% der 10-min-Mittelwerte: +/- 10% der 95% der 10-min-Mittelwerte: +/- 10% von --- Schnelle Spannungsänderung Spannungseinbrüche Kurze Unterbrechungen Versorgungsspannung. 4% (selten 6%) der Versorgungsspannung Dauer 10 ms bis 1s Einbruch: 10% - 60% Dauer: 70% < 1s max 3min 230 V 5% (selten 10%) von 230 V Flickerstärke: Plt < 1 Dauer 10 ms bis 1s Einbruch: 10% - 60% Dauer: 70% < 1s max 3min 3% (selten 8%) von 230 V Flickergrenzkurve Informativer Anhang: Dauer meist 0,01 1 s Einbruch > 10%, einige 100 pro Jahr Dauer bis zu 180 s 17

19 Normen Merkmale der Spannungsqualität Merkmal Netzfrequente Überspannungen Leiter-Erde Transiente Überspannungen Spannungsunsymmetrie Oberschwingungsspannungen Mittelspannung Niederspannung EN EN EN (Max. 2fach Leiter-Erd- Max. 1,5 kv --- Spannung) Verweis auf Isolationskoordination Max. 6 kv Informativer Anhang: Typisch bis 2 kv 10-min-Mittel des Gegensystems < 2% des Mitsystems Ordnung usw. Grenze % 6,0 5,0 3,5 3,0 usw. 10-min-Mittel des Gegensystems < 2% des Mitsystems Ordnung usw. Grenze % 6,0 5,0 3,5 3,0 usw. Maximal 6 kv --- Gegensystems < 2% des Mitsystems Ordnung usw. Grenze % 6,0 5,0 3,5 3,0 usw. 18

20 EMV-Normenreihe EN Störaussendung von Geräten Inhalt OS-Ströme für Geräte bis 16A Spg.-Schwankung, Flicker für Geräte bis 16A OS-Ströme für Geräte über 16A Normen IEC EN VDE Modifiziert Anwendbarkeit zwingend zwingend Techn.Spez. - - informativ Spg.-Schwankung, Flicker für Geräte über 16A Techn. Rep. - - informativ Spg.-Schwankung, Flicker für Geräte bis 75 A OS-Ströme für Geräte bis 75 A zwingend zwingend 19

21 EMV-Normenreihe EN Störaussendung von Geräten Störaussendung von Geräten im Niederspannungsnetz Für Geräte < 16 A Feste Grenzwerte für Oberschwingungen Spannungsänderungen Für Geräte > 16 A Grenzwerte in Abhängigkeit von Netz-Kurzschlussleistung In IEC harte Diskussionen zwischen Geräteherstellern und Netzbetreibern. Für Verbrauchereinrichtungen am MS-Netz keine Normung geplant. Richtlinien der Netzbetreiber üblich. 20

22 EMV-Normenreihe EN Störfestigkeit von Geräten Inhalt Geräte am öffentlichen Netz Normen IEC EN VDE Modifiziert Anwendbarkeit Fachgrundnorm Geräte in industrieller Umgebung Modifiziert Fachgrundnorm Mindestanforderungen an Störfestigkeit für Geräte am NS-Netz in Fachgrundnormen festgelegt Aber (Zitat aus dem Anwendungsbereich): Wenn eine Produktnorm zur Störfestigkeit besteht, hat diese in jeder Hinsicht Vorrang. 21

23 Gerätenormen Störfestigkeit von Geräten am Niederspannungsnetz EMV-Produktfamiliennormen EN VDE Fachgrundnorm VDE 0878 Teil 24 (EN 55024) Anlagen Informationstechnik VDE (EN 55020) Ton/Fernseh-Empfänger VDE 0875 Teil 14-2 (EN ) Elektrowerkzeuge VDE 0875 Teil 15-2 (EN 61547) Beleuchtungsanlagen VDE 0875 Teil (EN ) Prof. Audio/Video-Anlagen VDE 0875 Teil (EN ) Werkzeugmaschinen Festlegung von Störfestigkeiten für: Spannungseinbrüche Kurze Unterbrechungen Transiente Überspannungen Unterschiedlich zueinander und zu EN oder EN

24 Störfestigkeit von Geräten am Niederspannungsnetz Merkmal Fachgrundnorm EN VDE Netzfrequenz Langsame Spannungsänderung Schnelle Spannungsänderung Spannungseinbrüche 60% für 0,1s 30% für 0,01s Kurze Unterbrechungen Netzfrequente Überspannungen Leiter-Erde Transiente Überspannungen Spannungsunsymmetrie OS-Spannungen Sörfestigeitsprüfung Gerätenorm Informationstech EN VDE 0878 Teil 24 Gerätenorm Audio/Video EN VDE 0875 T >95% für 5ms 100% für 10ms 30% für 0,25s 60% für 0,1s 5 s 2,5 s 2,5 s 1 kv (L-L) 2 kv (L-E) 1,2/50 1 kv (L-L) 2 kv (L-E) 1,2/50 0,5 kv (L-L) 2 kv (L-E) 1,2/50 23

25 Normen zur Spannungsqualität Zusammenfassung Spannungsqualität des öffentlichen Netzes Kann man mit bestehenden Normen Spannungsqualität planen? JA! Die notwendigen Definitionen sind vorhanden Berechnungsmethoden für Merkmale sind bekannt Schwankung der Versorgungsspannung wichtigstes Kriterium Festlegungen in den Normen EN und DIN IEC (VDE 0175) noch leicht unterschiedlich Harmonisierung zu erwarten, da beide Normen jetzt in IEC TC 8 betreut 24

26 Normen zur Spannungsqualität Zusammenfassung Neben den hochfrequenten Störgrößen sind Spannungseinbrüche Transiente Überspannungen In besonderen Fällen schnelle Spannungsänderungen (Flicker) die wichtigsten Qualitätsmerkmale der Spannung Festlegungen von Grenzwerten der Spannunsqualität in bestimmten Fällen unterschiedlich in den Normen Maximalwerte gegeben in EN Wahrscheinlichkeit des Auftretens berücksichtigt in IEC EN Normen zur zulässigen Störaussendung für das NS-Netz mit fortschreitender Vollständigkeit vorhanden Normen zur Störfestigkeit von Geräten am NS-Netz noch unterschiedlich Fortschreitende Harmonisierung jedoch zu beobachten 25