Information über die Auswirkungen von E-Autos auf das Stromnetz

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1 Information über die Auswirkungen von E-Autos auf das Stromnetz EMC "Erster ElektroMobilitätsClub Österreich" 15.Okt.2015 Niederhuemer Walter, LINZ STROM NETZ GmbH Seite 1

2 Dienstleistung der LINZ AG in 105 Gemeinden: Strom: 82 Gemeinden Gas: 27 Gemeinden Fernwärme: 23 Gemeinden Wasser: 29 Gemeinden Abwasser: 42 Gemeinden Abfall: 59 Gemeinden Öff. Verkehr: 10 Gemeinden Seite 2

3 Stromnetz Linz und 82 Gemeinden km Leitungen 26 Umspannwerke Mehr als Trafostationen Kunden Seite 3

4 Netzbelastung 110/10kV 10/0,4kV NS-Abzw. MS- Abzw. ON-Trafos Last Last Spannungsabfall Einzuhalten U n -10% Bsp. Spg.-Abfall 10kW 3p an 570kVA (~350m 70mm² Frlt. oder 800m Kabel) ΔU ~ 1,5% Strom MS Ströme Strom NS Einzuhalten Strombelastbarkeit der Leitungen und Trafos Bei 200A Kabelbelastbarkeit z.b. 50HH -> 110A 5 E-Mobile 11kW Seite 4

5 Netzbelastung Haushaltslasten Ladeströme E-Mobile In den einzelnen Haushalten treten Spitzenlasten auf 5 10kW Diese treten nur für kurze Zeit auf Überlagerung nur sehr selten Gleichzeitigkeit 0,15 D.h. je HH ca. 0,7 1,5kW an der Trafostation Im privaten Bereich ist damit zu rechnen, dass die Ladung am Abend stattfindet bzw. Vormittag am Arbeitsplatz Schnellladungen 11kW und größer Überlagerung sehr wahrscheinlich Gleichzeitigkeit 1 Leistungen addieren sich Seite 5

6 Netzbelastung Vermeidung von Lastspitzen durch Ladesteuerung Flottenfahrzeuge Definiertes Ladefenster z.b. 17 6h E-Mobile können in dieser Zeit gesteuert geladen werden. Vorgabe um 6h alle E-Mobile voll Kommunikation in begrenztem Firmenareal 22kW Ladung später Private Ladung Viele Studien und Ansätze zu gesteuertem Laden Was ist der Kunde bereit bei flexiblen Ladezeiten in Kauf zu nehmen? Ausgedehnte Kommunikationsinfrastruktur Steuerung zentral von Trafostation Seite 6

7 Spannungsqualität Netzrückwirkungen Seite 7

8 Zusammenfassung wesentlicher Festlegungen der Norm EN Seite 8

9 Netzrückwirkung I Stör Störendes Betriebsmittel (Störquelle) NETZ (Z) U Stör Empfindliches Betriebsmittel (Störsenke) I Stör U Stör Z Störstrom (Störaussendung) Störspannung (Störgröße in der Netzspannung) Netzimpedanz (frequenzabhängig) U Stör = Z Netz * I Stör U U Netzimpedanz Z U Stör I I Stör 9 Seite 9

10 Definition von Störfestigkeit und Verträglichkeitspegel Störfestigkeitspegel (EN x) Pegel Geräte mit hoher Störfestigkeit (z.b. Medizinische Geräte) EN Verträglicheitspegel (EN ) Planungspegel 95% der Zeit Geräte mit geringer Störfestigkeit (z.b. Computerspiele) Summe der Störpegel der Einzelgräte (Störpegel im Netz) Störaussendungsgrenzwert je Gerät (EN xx) Störpegel eines Einzelgrätes t 10 Seite 10

11 Netzrückwirkungen Derzeit sind netzverträgliche und weniger netzverträgliche E-Mobile am Markt Problematiken Einschaltströme (die zul. 4% an Prüfimpedanz wird überschritten) Oberschwingungen (Grenzwerte nach EN bzw. EN mit Rsc=33 werden überschritten) Unsymmetrie (Ladeboxen ermöglichen 32A Ladung einphasig) Ladeeinheiten teilweise in der Entwicklungsphase Keine verbindlichen Normen Kunde als Beta-Tester Bei Problemen oft Störungsursache nicht klar Netz Software und Hardware der Ladeeinheit Software Ladebox Seite

12 Einschaltstromspitzen Aufladevorgänge in Ladegleichrichtern verursachen hohe Einschaltstromspitzen Verursachen kurzzeitig hohe Spannungseinbrüche (lt. Norm maximal 4% zulässig) 244,0 242,0 18 A Aufzeichnung - Spannung/Strom/Frequenz Detailansicht: :02: :03:25 18,0 240,0 16,0 238,0 236,0 14,0 234,0 232,0 12,0 Spannung (V) 230,0 228,0 226,0 224,0 222,0 220,0 218,0 10,0 8,0 6,0 4,0 Strom (A) 216,0 214,0 2,0 212,0 16:02: :02: :02: :03: :03: :03: :03: :03: HH:MM:SS.m m m I RMS Mittelw. L1 Aufzeichnung - Spannung/Strom/Frequenz Detailansicht: :02: :02:55 242,0 240,0 238,0 80 A ,0 236,0 234,0 232, Spannung (V) 230,0 228,0 226,0 224, Strom (A) 222,0 220,0 218,0 216, , ,0 16:02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: HH:MM:SS.m m m I Kurvenform Mittelw. L1 Seite 12

13 Oberschwingungen Eine gleichbleibende, periodische Abweichung der Netzspannung von der Sinusform bedeutet, dass der Grundschwingung zusätzliche Schwingungen, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz beträgt, überlagert sind. Die wesentlichsten Oberschwingungserzeuger sind: Betriebsmittel der Leitungselektronik, z.b Stromrichterantriebe, Ladegleichrichter, Dimmer Massengeräte mit Gleichstromversorgung wie Fernseher, Kompaktleuchtstofflampen mit eingebautem elektronischen Vorschaltgerät, IT-Geräte Hohe Oberschwingungsanteile in der Netzspannung können zur Beeinträchtigung sowohl des Netzbetriebes als auch von Betriebsmitteln (Geräten Anlagen) bei den Netzbenutzern führen. Verkürzung der Lebensdauer von Kondensatoren und Motoren infolge thermischer Zusatzlast Akustische Störungen bei Geräten mit elektromagnetischen Kreisen (Drosseln, Trafos, Motoren) Einkopplung von Oberschwingungen in nachrichten- und informationstechnische Einrichtungen Funktionsstörung bei elektronischen Geräten 13 Seite 13

14 Oberschwingungen Der durch diese Ströme an der Netzimpedanz verursachte Spannungsabfall führt in der Folge zu einer Verzerrung der sinusförmigen Netzspannung. 14 Seite 14

15 Oberschwingungen Seite 15

16 Oberschwingungen Aufzeichnung - Spannung/Strom/Frequenz Detailansicht: :02: :02: , ,0 Spannung (V) ,0 0,0 Strom (A) , , ,0 4,00 16:02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: :02: HH:MM:SS.m m m U Kurvenform Mittelw. L1N I Kurvenform Mittelw. L1 Aufzeichnung - Oberschw ingungsspektrum um :00:00 3,50 3,00 % Grundschwingung 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Oberschwingung # Klicken Sie auf eine Achse zum Verschieben U Oberschwingungen Mittelw. L1N U Oberschwingungen Mittelw. L2N U Oberschwingungen Mittelw. L3N U Zwischenharmonische Mittelw. L1N U Zwischenharmonische Mittelw. L2N U Zwischenharmonische Mittelw. L3N Seite 16

17 Unsymmetrie (einphasige Ladung) Z Tr Z L I L1~11A Last 7,36kW (32A) Z Tr Z L I L1~32A Last 7,36kW (32A) I L2~11A I L3~11A I N~32A Z N Z N Δu= (3)*I L *Z/400V = (3)*11*0,2/400=0,93% Δu= 2*Z*I L /230V = 2*0,2*32/230=5,56% Einphasige Ladung verursacht 6-fach höheren prozentualen Spannungsabfall bei gleicher Leistung Es kommt zur Verschiebung des Sternpunktes (Neutralleiterspannung) Ungleiche Spannungen an den drei Phasen Maximale Unsymmetrie in den Netzen 2% gesamt zulässig Auswirkung z.b. auf Motore; Erwärmung Hinsichtlich Unsymmetrie ist eine einphasig Ladung bis maximal 16A (3,68kVA) zulässig 22kVA (32A dreiphasig) gleich mit 3,68kVA (16A einphasig) Ladung Seite 17

18 Netzrückwirkungen Die höhe der Netzrückwirkungen ist von der Kurzschlussleistung (Leitungslänge) abhängig. Für Haushaltsgeräte und Geräte >16A bis 75A gibt es entsprechende Prüfnormen EN EN EN EN E-Mobile werden derzeit nicht nach diesen Normen geprüft Erster Entwurf einer IEC-Normen für die Prüfung von E-Mobilen IEC CDV e-vehicle conductive charging IEC CDV e-vehicle wireless charging Verweisen auf Gerätenormen Diese sind jedoch nicht unmittelbar geeignet Wichtig für NB-> E-Mobile müssen an einer definierten Prüfimpedanz die Prüfbedingungen einhalten (Spannungsänderung, Flicker, Oberschwingungen.) Anforderungen müssen sowohl für Ladestationen als auch für Ladeboxen(mit z.b. CEE Stecker) gelten. Wenn eine Ladestation mit einer bestimmten Ladeleistung im Netz zugelassen wurde, muss jedes E-Mobil ohne unzulässige Netzrückwirkungen geladen werden können. Seite 18

19 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Ing. NIEDERHUEMER Walter LINZ STROM NETZ GmbH Fichtenstraße 7, 4021 Linz Seite 19