Störfestigkeit im Zusammenspiel

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1 FNN-Hinweis Störfestigkeit im Zusammenspiel von Kundenanlagen und Elektrizitätsnetzen

2 Impressum Forum Netztechnik / Netzbetrieb im VDE (FNN) Bismarckstraße 33, Berlin Telefon: + 49 (0) Fax: + 49 (0) fnn@vde.com Internet: August 2016

3 Störfestigkeit im Zusammenspiel von Kundenanlagen und Elektrizitätsnetzen

4 Inhalt Einleitung Anwendungsbereich Normative Verweisungen Begriffe und Abkürzungen Begriffe Anlagenbetreiber Anschlussnutzer [VDE-AR-N 4101] Betriebsspannung [IEV ] Bezugsspannung (für die Ermittlung von Spannungsunterbrechungen, - einbrüchen und -überhöhungen) [DIN EN 50160] Dauer eines Spannungseinbruchs [DIN EN 50160] Elektrizitätsversorgungsqualität [IEV ] Elektromagnetische Verträglichkeit [IEV ] Elektromagnetischer Verträglichkeitspegel [IEV ] EMV-Grundnorm [DIN EN ] Fehlfunktion [DIN EN ] Kunde [IEV ] Kundenanlage [VDE-AR-N 4101] Kurzschlussleistung [IEV ] Kurzzeitunterbrechung [DIN EN ] Kurzzeitige Unterbrechung [IEV ] Kurzzeitunterbrechung (der Versorgungsspannung) [IEV ] Nennspannung eines Netzes [IEV ] Netzbetreiber [VDE-AR-N 4105] Netznutzer [DIN EN 50160] Restspannung [DIN EN ] Spannungsänderung (langsame) [DIN EN 50160] Spannungsänderung (schnelle) [DIN EN 50160] Spannungseinbruch [IEV ] Spannungsqualität [IEV ] Spannungsschwankung [DIN EN ] Störaussendung [IEV ] Störfestigkeit (gegenüber einer Störgröße) [IEV ] Übergabestelle [IEV ] vereinbarte Versorgungsspannung [DIN EN 50160] Verknüpfungspunkt [IEV ] Versorgungsnetzimpedanz [IEV ] Versorgungsspannung [IEV ] Versorgungsunterbrechung [IEV ] Versorgungsunterbrechung [DIN EN 50160] Versorgungszuverlässigkeit [IEV ] Wiedereinschaltautomatik (AWE) / Kurzunterbrechungseinrichtung (KU) [IEV ]... 19

5 3.2 Abkürzungen Rahmenbedingungen und Grundlagen: Elektromagnetische Verträglichkeit in der Normung Einordnung und Begrifflichkeiten Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Netzrückwirkungen Versorgungsqualität Normen und technische Regelwerke Verhältnis der Gesetze zu Normen und technischen Regelwerken Normenreihe IEC x-y DIN EN Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen (D-A-CH-CZ) VDE-Anwendungsregeln Aussagen zu Spannungseinbrüchen in Normen und Regelwerken Entstehung von Spannungseinbrüchen Spannungseinbrüche durch nicht planbare Ereignisse Spannungseinbrüche durch deterministische Ereignisse Historische Entwicklung der Spannungseinbrüche Systemanalyse auf der Kundenseite Prozessbeschreibung Planungsansätze Überprüfung in bestehenden Kundenanlagen Dokumentation der Störung und seinem Umfeld Qualitätssicherung Mögliche Abhilfe-Maßnahmen in öffentlichen Netzen, Kundenanlagen und Kundennetzen Durch Schaltung bzw. große Leistungsänderungen von Kundenanlagen verursachte Spannungseinbrüche Durch Netzstörungen verursachte Spannungseinbrüche Auslegung des Netzschutzes Schutzgeräte für elektrische Netze Blitzschutz Mögliche Abhilfe-Maßnahmen in der Kundenanlage Spezifische Abhilfe-Maßnahmen in der Kundenanlage Maßnahmen gegen Spannungseinbrüche Prozessoptimierung Bilaterale Vereinbarungen Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang A: Beispiele für die Kundenseite A1 Produktionsbetrieb mit hohem Automatisierungsgrad A2 Auslösungen des kundeneigenen Leistungsschalters... 54

6 A3 Totalausfall der Bürokommunikation A4 Netzrückwirkungen im restlichen Netz Anhang B: Beispiele für die Netzseite... 57

7 Bildverzeichnis Bild 1: Wechselwirkung zwischen Störaussendung und festigkeit als Randbedingung der elektromagnetischen Verträglichkeit [3] Bild 2: Wahrung des ökonomischen Optimums unter der Nebenbedingung: Störfestigkeit > Störaussendung Bild 3: Bereiche der Versorgungsqualität in der elektrischen Energieversorgung Bild 4: Gerätebezogene Störfestigkeitskurven verschiedener Normen Bild 5: Auswirkung eines Kurzschlusses in einer unterlagerten Netzebene auf die übergeordnete Netzebene (alle Spannungen bezogen auf jeweilige Nennspannung) Bild 6: Darstellung eines Fehlers in einem benachbarten (galvanisch verbundenen) Bild 7: Netz/Strang Zeitliche Entwicklung der auf die Stromkreislänge bezogenen kurzschlussartigen Fehler aus der FNN-Störungsstatistik (als Richtgröße für aufgetretene Spannungseinbrüche) Bild 8: Wichtige Gesichtspunkte bei der Dokumentation von Störungen Bild 9: Entkopplung von Störquelle und Störsenke Bild 10: Typisches MS-Netz mit verschiedenen möglichen Fehlerstellen... 58

8 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Matrix Produktnormen (product standards) Tabelle 2: Matrix Fachgrundnorm (generic standards) Tabelle 3: Störfestigkeitspegel zur Prüfung gegenüber Spannungseinbrüchen nach ausgewählten Normen Tabelle 4: Störfestigkeitspegel zur Prüfung gegenüber Spannungsunterbrechungen nach ausgewählten Normen Tabelle 5: Funktionsfähigkeitskriterien zur Bewertung bei Störfestigkeitsprüfungen gegenüber Spannungseinbrüchen und unterbrechungen nach ausgewählten Normen Tabelle 6: EMV-Umgebungsklassen zur Anwendung bei Störfestigkeitsprüfungen gegenüber Spannungseinbrüchen und -unterbrechungen gemäß DIN EN : Tabelle 7: Dauer eines Spanungseinbruchs durch übliche Fehlerklärungszeiten (1), (2) Tabelle 8: Mögliche Abhilfe-Maßnahmen bei verschiedenen Unterbrechungsdauern Tabelle 9: Produktionsbetrieb mit hohem Automatisierungsgrad: Gegenüberstellung der Situationen vor und nach der Umsetzung geeigneter Abhilfe-Maßnahmen zur Vermeidung von Produktionsausfällen Tabelle 10: Auslösungen des kundeneigenen Leistungsschalters: Gegenüberstellung der Situationen vor und nach der Umsetzung geeigneter Abhilfe-Maßnahmen zur Vermeidung von Auslösungen des kundeneigenen Leistungsschalters Tabelle 11: Totalausfall der Bürokommunikation: Gegenüberstellung der Situationen vor und nach der Umsetzung geeigneter Abhilfe-Maßnahmen zur Begrenzung des Anlaufstroms eines Krans Tabelle 12: Netzrückwirkungen im restlichen Netz: Gegenüberstellung der Situationen vor und nach der Umsetzung geeigneter Abhilfe-Maßnahmen zur Begrenzung der Netzrückwirkungen... 56

9 Vorwort In der Wahrnehmung einiger Kunden treten gegenüber früher heute zunehmend Funktionsstörungen bei den eingesetzten Geräten bzw. Prozessen durch Spannungseinbrüche auf [1]. Demgegenüber steht die Tatsache, dass gemäß der FNN-Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik [2] keine Zunahme der Ereignisse, die zu Spannungseinbrüchen führen, feststellbar ist. Wesentliche Ursache für die heutige Wahrnehmung ist die empfindlichere Reaktion von Geräten auf Spannungseinbrüche durch die deutlich veränderte Gerätetechnik (Reduktion interner Energiespeicher). So wird in zunehmendem Maße die früher relativ unempfindliche direkte elektrothermische bzw. elektromechanische Energieumwandlung durch empfindlichere zusätzliche elektronische Strom-/Spannungsumwandlung (Umrichter) ersetzt und um elektronische Steuerungsgeräte ergänzt. Die möglichen Gründe für die geänderte Wahrnehmung der Auswirkungen von Spannungseinbrüchen werden näher untersucht. Die Projektgruppe Störfestigkeit im Zusammenspiel von Kundenanlagen und Elektrizitätsnetzen des Forums Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) hat den vorliegenden FNN-Hinweis erarbeitet. VDE FNN August 2016 Störfestigkeit 9/58