Label für USV-Anlagen

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1 Bundesamt für Energie Office fédéral de l'énergie Ufficio federale dell'energia Swiss Federal Office of Energy Programm Elektrizität Label für USV-Anlagen Verfasser: Schnyder Ingenieure AG, Ottenbach im Auftrag des Bundesamtes für Energie Oktober 2002

2 Label für USV-Anlagen - i INHALTSVERZEICHNIS 1. Einleitung Ziel, Rahmenbedingungen und Grundlagen Ziel Rahmenbedingungen Grundlagen Form des USV-Label Aufbau des Label Informationsinhalt Hersteller / Modell Nennleistung Betriebsarten Verlustleistungen Energieverluste Abschirmung von Netzstörungen Netzrückwirkungen Verbindlichkeit des Label Vergabe des Labels Überprüfung des Labels...7

3 Label für USV-Anlagen EINLEITUNG USV-Anlagen weisen unterschiedliche Technologien auf und unterscheiden sich je nach Aufbau und Betriebsart erheblich bezüglich ihrer Qualität als Verbraucher und als Versorgungsanlage sowie der von ihnen verursachten Energieverluste. Ein Vergleich von verschiedenen USV- Anlagen ist schwierig, da bisher keine einheitlichen Bewertungsgrundlagen bestanden. Das Bundesamt für Energie (BFE) hat das Projekt Parameteridentifikation und Messverfahren für USV-Anlagen [1] initialisiert, und somit eine Grundlage für den Vergleich von USV- Anlagen geschaffen. Aus diesem Projekt resultierte eine prozessorientierte Charakterisierung von USV-Anlagen mit der Definition eines Messverfahrens zur Ermittlung der Qualität und der Energieverluste von USV-Anlagen. Das Resultat des Projektes Parameteridentifikation und Messverfahren für USV-Anlagen dient als Grundlage für ein Label für USV-Anlagen, das im Überblick den Vergleich von USV-Anlagen ermöglicht. 2. ZIEL, RAHMENBEDINGUNGEN UND GRUNDLAGEN 2.1. ZIEL Das Label für USV-Anlagen enthält Informationen über die Qualität und die Energieverluste. Mit der Einführung des Label für USV-Anlagen wird folgendes Ziel angestrebt: Mit dem Label wird die Vergleichbarkeit von USV-Anlagen bezüglich Qualität und Energieverluste erreicht. Dadurch sollen USV-Anlagen von den Planern und Betreibern optimal eingesetzt und betrieben werden können RAHMENBEDINGUNGEN Für das Label für USV-Anlagen gelten folgende Rahmenbedingungen: - Das Label für USV-Anlagen wird von der Branche bestehend aus Herstellern und Händlern von USV-Anlagen sowie von den Betreibern und Planern von USV-Anlagen akzeptiert. - Im Rahmen einer Selbstdeklaration dient das Label den Herstellern bzw. Händlern für eine einheitliche und somit vergleichbare Darstellung der Kenndaten von USV-Anlagen. - Die Verwendung des Label ist grundsätzlich freiwillig, der flächendeckende Einsatz wird aber durch das BFE angestrebt. - Das Label für USV-Anlagen soll auch europaweit angewandt werden. Daher ist eine EUkonforme Ausgestaltung anzustreben. Die europaweite Verbreitung des Label für USV- Anlagen wird durch das BFE über Kontakte mit den entsprechenden Europa-

4 Label für USV-Anlagen - 2 Kommissionen initialisiert GRUNDLAGEN Das Label für USV-Anlagen basiert auf den Ergebnissen des Projektes Parameteridentifikation und Messverfahren für USV-Anlagen, welches im Auftrag des Bundesamtes für Energie 1997/98 durchgeführt wurde [1]. Ein wesentliches Ergebnis dieses Projektes ist die Qualitäts- /Energiematrix (Q/E-Matrix: Anhang 1). Die Q/E-Matrix stellt den Zusammenhang zwischen den prozessorientierten Qualitätskriterien und den energierelevanten Parametern dar und macht Angaben über die prozessorientierten Qualitätsanforderungen, wie - die Sicherstellung der Stromversorgung, - die Abschirmung von Netzstörungen und - die Reduktion von Netzrückwirkungen. Aus der Q/E-Matrix sind ebenfalls - die Energieverluste im Normalbetrieb und - die Energieverluste im Standby-Modus, d.h. im Leerlauf ersichtlich. Zur Ermittlung der Werte für die Q/E-Matrix wurde im Projekt Parameteridentifikation und Messverfahren für USV-Anlagen das zugehörige Messverfahren definiert.

5 Label für USV-Anlagen FORM DES USV-LABEL 3.1. AUFBAU DES LABEL Das Label für USV-Anlagen ist gemäss der bestehenden Form des EU-Label für Anlagen ausgestaltet. Dies vor allem im Hinblick auf die europaweite Verbreitung. USV-Anlage Hersteller Modell Nennleistung kw 1) / kva 2) XXX / XXX Betriebsarten USV BFE USV1A USV Niedrige Verluste Verluste < 2 % A Verluste < 4 % Verluste < 6 % Verluste < 8 % D Verluste < 10 % Verluste < 12 % Verluste >= 12 % Hohe Verluste Energieverluste kwh / Jahr 3) xx.x xx.x Energieverluste kwh bei 2'000 Std. Standby-Modus xx.x xx.x Abschirmung von Netzstörungen Netzausfall Netzunterbruch und Netzeinbruch Über- und Unterspannung Spannungsschwankungen Spannungsverzerrungen Frequenzschwankungen Schnelle Transienten Energiereiche Transienten Netzrückwirkungen Keine Angaben bei USV-Anlagen mit einer Leistung unter 10 kva U N = 4) > X ms > X ms > X ms > X ms > X ms < XXX % UN < XXX % UN λ / THD 5) bei Nennleistung in kw 1) bei Nennleistung in kva 2) bei asymmetrischer, nichtlinearer Last 2) x.xx / xx.x % x.xx / xx.x % x.xx / xx.x % x.xx / xx.x % x.xx / xx.x % x.xx / xx.x % 1) bei rein ohmscher Last 2) bei nichtlinearer Last gemäss EN ) Verluste bei rein ohmscher Dauerlast mit 75 % Nennleistung 4) U N = Nennausgangsspannung; Abschirmung ausreichend, wenn die Ausgangsspannung EN erfüllt. 5) Leistungsfaktor λ / Klirrfaktor des Eingansstromes BFE-Richtlinien für USV-Anlagen Oktober 2002

6 Label für USV-Anlagen - 4 Das Label für USV-Anlagen macht Aussagen über die Energieeffizienz und die Qualität der jeweiligen Anlage. Zudem werden die möglichen Betriebsarten beurteilt. Die Qualität umfasst die prozessorientierte Funktion der USV-Anlagen. Damit wird vermieden, dass die eingesetzten Technologien beurteilt werden. Die Angaben im Label für USV-Anlagen entsprechen einer übersichtlichen Zusammenfassung der Qualitäts-/Energie-Matrix. Das detaillierte Messverfahren zur Ermittlung der einzelnen Werte der Q/E-Matrix ist im Messverfahren des Projektes Parameteridentifikation und Messverfahren von USV-Anlagen [1] beschrieben INFORMATIONSINHALT Das Label für USV-Anlagen beinhaltet folgende Angaben: - Hersteller / Modell - Nennleistung - Betriebsarten - Verlustleistung - Energieverluste pro Jahr - Abschirmung von Netzstörungen - Netzrückwirkungen 1 Im folgenden werden einzelne Angaben des Labels erläutert Hersteller / Modell Der Hersteller und der Anlagentyp werden angegeben Nennleistung Die Nennleistung in kw bei rein ohmscher Last und die Nennleistung in kva bei nichtlinearer Last gemäss EN werden angegeben. Diese Nennleistungen können dauernd bezogen werden. Ist eine dauernde Belastung mit Nennleistung nicht möglich, so muss die maximale Betriebsdauer bei Nennleistung angegeben werden Betriebsarten Es wird angegeben, welche der beiden Betriebsarten Normalbetrieb über USV-Pfad und Normalbetrieb über Bypass möglich sind. USV USV Normalbetrieb über USV-Pfad Normalbetrieb über Bypass 1 Für USV-Anlagen mit einer Leistung unter 10 kva sind keine Angaben zu den Netzrückwirkungen erforderlich.

7 Label für USV-Anlagen - 5 In der Betriebsart Normalbetrieb über USV-Pfad werden die angeschlossenen Lasten im Normalbetrieb über den USV-Pfad versorgt. Bei einer Störung des USV-Pfades erfolgt eine Umschaltung auf den Bypass. Sobald die Störung behoben ist, wird nach einer Stabilisierungsphase wieder auf den USV-Pfad zurückgeschaltet. In der Betriebsart Normalbetrieb über Bypass werden die angeschlossenen Lasten im Normalbetrieb über den Bypass versorgt. Dabei müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: - Beim Auftreten einer Netzstörung (ausgenommen den Störungen Spannungsverzerrungen und Transienten) muss die USV-Anlage vom Bypass- in den USV-Betrieb umschalten. - Bei einer durch Netzstörungen bedingten Umschaltung vom Bypass- in den USV-Betrieb darf ein Spannungsunterbruch von maximal 20 ms auftreten. - Im Bypass-Betrieb ist zu gewährleisten, dass automatisch ein periodischer Test der Batteriekapazität und des Betriebs über den USV-Pfad erfolgt. Bei netzabhängigen USV-Anlagen wird die Last im Normalbetrieb direkt ab dem Netz und im Falle einer Netzstörung über den USV-Pfad versorgt. Diese USV-Anlagen werden entsprechend der Betriebsart Normalbetrieb über Bypass beurteilt. Bei USV-Anlagen mit einer reduzierten Leistung des Gleichrichters im USV-Pfad, muss bei der Betriebsart Normalbetrieb über USV-Pfad diese Einschränkung mit untenstehendem Symbol dargestellt werden. Die Dauer, während der Nennleistung über den USV-Pfad bezogen werden kann, ist bei diesen Anlagen abhängig von der Kapazität der Batterien zeitlich begrenzt. USV Verlustleistungen Normalbetrieb über USV-Pfad bei USV-Anlagen mit reduzierter Leistung des Gleichrichters im USV-Pfad Die Verlustleistungen werden mit sämtlichen Lasten gemäss der Q/E-Matrix ermittelt. Für die Klassifizierung im Label wird jeweils die maximale Verlustleistung berücksichtigt. Abhängig von der maximalen Verlustleistung im Leistungsbereich von 50 % bis 100 % der Nennleistung wird der Normalbetrieb über USV-Pfad und der Normalbetrieb über Bypass dem jeweiligen Bereich (A bis G) zugeordnet. Ist der Normalbetrieb über Bypass nicht möglich, so entfällt diese Angabe, d.h. es wird lediglich der Wirkungsgrad bei Normalbetrieb ü- ber USV-Pfad angegeben Energieverluste Die jährlichen Energieverluste der USV-Anlage, d.h. die durch die USV-Anlage verursachten Übertragungsverluste zwischen dem Eingang und dem Ausgang der USV-Anlage, werden angegeben. Dabei wird beim Normalbetrieb über USV-Pfad und beim Normalbetrieb über Bypass von einer ohmschen Dauerlast mit 75 % Nennleistung ausgegangen.

8 Label für USV-Anlagen - 6 Zusätzlich zu den jährlichen Energieverlusten werden die Energieverluste für Stunden Standby-Modus, d.h. für 2'000 Stunden Leerlauf mit U A = 230 V und I A = 0 A, aufgeführt Abschirmung von Netzstörungen Die ausreichende Abschirmung der Last gegenüber den Netzstörungen gemäss der Q/E- Matrix wird für den Normalbetrieb über USV-Pfad und Normalbetrieb über Bypass angegeben. - Normalbetrieb über USV-Pfad Die Netzstörungen müssen durch die USV-Anlage ausreichend reduziert werden, so dass am Ausgang die Netzspannung der Norm EN entspricht. - Normalbetrieb über Bypass Beim Auftreten einer Netzstörung ausser den Störungen Spannungsverzerrungen und Spannungsspitzen muss die USV-Anlage vom Bypass- in den USV-Betrieb umgeschaltet werden. Dabei darf ein Spannungsunterbruch von maximal 20 ms auftreten. Die Spannungsverzerrungen können im Normalbetrieb über Bypass nicht abgeschirmt werden. Die transienten Spannungen müssen auch im Normalbetrieb über Bypass ausreichend reduziert werden und dürfen zu keiner Störung der USV-Anlage führen, d.h. eine entsprechende Filterwirkung muss auch im Normalbetrieb über Bypass vorhanden sein. Ist eine der beiden Betriebsarten nicht möglich, so entfallen die jeweiligen Angaben Netzrückwirkungen Die Netzrückwirkungen bei Normalbetrieb über USV-Pfad und bei Normalbetrieb über Bypass werden angegeben. Die Netzrückwirkungen sind bei USV-Anlagen mit einer Leistung über 10 kva jeweils bei - Nennleistung mit rein ohmscher Last, - Nennleistung mit nichtlinearer Last gemäss EN und - Bei asymmetrischer, nichtlinearer Last anzugeben. Die Angaben der Netzrückwirkungen umfassen: - Den Leistungsfaktor λ am Eingang der USV-Anlage. - Den Klirrfaktor des Eingangsstromes, welcher der Gesamtheit aller Oberschwingungsströme des Eingangsstromes entspricht. Die einzelnen Oberschwingungsströme des Eingangsstromes werden aus Gründen der Übersichtlichkeit im Label nicht erfasst. Die Angaben über die einzelnen Oberschwingungsströme sind in den Stromspektren zur Q/E-Matrix enthalten. Die maximal zulässigen Oberschwingungsströme des Eingangsstroms der USV-Anlage sind abhängig von der jeweiligen Kurzschlussleistung am Anschlusspunkt. Die Ermittlung der zulässigen Maximalwerte für die einzelnen Oberschwingungsströme und die Gesamtheit aller Oberschwingungsströme muss durch den Planer gemäss der Empfehlung für die Beurteilung von Netzrückwirkungen des Verband Schweizerischer Elektrizitätswerke (VSE-Empfehlung Nr. 2.72d-97) erfolgen. Im Bypass-Betrieb können die durch die Lasten verursachten Netzrückwirkungen lediglich mit-

9 Label für USV-Anlagen - 7 tels vorgeschalteten Filtern reduziert werden. Müssen solche vorgeschaltete Filter installiert werden, um einen Normalbetrieb über Bypass zu ermöglichen, so sind die vorgeschalteten Filter bei der Verlustmessung mit zu berücksichtigen. 4. VERBINDLICHKEIT DES LABEL 4.1. VERGABE DES LABELS Das Label wird von E2000 vergeben. Die Vergabe erfolgt auf Grund der Selbstdeklaration (Konformitätsnachweis) durch den Hersteller. Das Label entspricht einer Warendeklaration und untersteht dem Gesetz gegen unlauteren Wettbewerb. Die Messungen können pro Model durchgeführt werden, d.h. nicht jede USV-Anlage muss ausgemessen werden ÜBERPRÜFUNG DES LABELS Die Angaben auf dem Label für USV-Anlagen müssen durch eine neutrale Überprüfung von einer unabhängigen, akkreditierten Prüfstelle nachvollzogen werden können, d.h. die Angaben müssen bei jeder Anlage verifizierbar sein. Bei einer Überprüfung des Labels durch eine unabhängige Prüfstelle gilt das Messverfahren für USV-Anlagen [1] als Grundlage.

10 Label für USV-Anlagen a LITERATURVERZEICHNIS [1]: Bundesamt für Energie: Dokumentation des Projektes Parameteridentifikation und Messverfahren für USV-Anlagen ANHANG Anhang 1: Qualitäts-/Energiematrix

11 Bundesamt für Energie Seite 1 Einsatz von USV-Anlagen Q/E-Matrix USV - Typ: Nennwirkleistung (P Nenn ): Hersteller: Nennscheinleistung (S Nenn ): Netzspannung im Normalfall (U NORM gemäss EN 50160) Spannung Frequenz 230 V +/- 10 % 50 Hz +/- 1.0 % Netzstörungen (Eingang) Art der Störung (Messverfahren) Bereich Störungsbehebung (Ausgang) Normalbetrieb über USV U NORM erfüllt? Abweichung von U NORM Normalbetrieb über Bypass (vor der Netzstörung) U NORM erfüllt? Abweichung von U NORM Netzausfall (Kap. 2) t UE > 1 s Netzunterbruch, Netzeinbruch (Kap. 4.1, ) t UE < 1 s Über-, Unterspannung (Kap ) U E = +/- 10 % U E = +/- 25 % Spannungsschwankungen (Kap ) U E = - 30 % U E = - 60 % Spannungsverzerrungen (Kap. 5) Störpegel der Klasse 3 Gemäss IEC Frequenzschwankungen (Kap. 3.1; ) f ESprung = +/- 10 % f Ekont = +/- 10 % Spannungsspitzen (Kap. 6) schnelle Transiente gemäss IEC energiereiche Transiente gemäss IEC Legende: Last: U NORM Normspannung gemäss EN %, lineare, ohmsche Last (230 V +/- 10 %; 50 Hz +/- 1.0 %) Die Messung der Spannungsspitzen erfolgt bei 50 %, linearer, P Nenn Max. Dauerausgangswirkleistung ohmscher Last oder bei einer Belastung von max. 16 A / Phase bei linearer, ohmscher Belastung bei USV-Anlagen mit einer Leistung grösser als 20 kva S Nenn Max. Dauerausgangsscheinleistung bei nichtlinearer Belastung gemäss EN /QEMatrix8 8. Oktober 2002 / SI / Mp

12 Bundesamt für Energie Seite 2 Einsatz von USV-Anlagen Q/E-Matrix Netzrückwirkungen im Normalbetrieb am Eingang bei 230 V (Messverfahren Kap. 7) Betrieb über USV Lasten am Ausgang Leistungsfaktor Klirrfaktor des Eingangsstromes Stromspektrum Referenznummer λ = k = % bei 100 % linearer, ohmscher Last (P Nenn ) λ = k = % bei 100 % nichtlinearer Last gemäss EN (S Nenn ) λ = k = % bei maximalem Ausgangsstrom (Leistungsfaktor λ = ) λ = k = % bei 0-10 %, 50 %, 100 %, asymmetrischer, nichtlinearer Last gemäss EN Betrieb über Bypass Lasten am Ausgang Leistungsfaktor Klirrfaktor des Eingangsstromes Stromspektrum Referenznummer λ = k = % bei 100 % linearer, ohmscher Last (P Nenn ) λ = k = % bei 100 % nichtlinearer Last gemäss EN (S Nenn ) λ = k = % bei maximalem Ausgangsstrom (Leistungsfaktor λ = ) λ = k = % bei 0-10 %, 50 %, 100 %, asymmetrischer, nichtlinearer Last gemäss EN Verluste und Wirkungsgrade im Normalbetrieb (Eingangsspannung U E = 230 V +/- 10 %) (Messverfahren Kap. 8) Betrieb über USV Leistung linearer, ohmscher Last Verluste (in W) und Wirkungsgrade (in %) bei Betrieb über USV mit nichtlinearer Last gemäss EN max. Ausgangsstrom (λ = ) asymmetrischer, nichtlinearer Last gemäss EN % Nennleistung W % W % W % 75 % Nennleistung W % W % % Nennleistung W % W % W % Standby-Verluste: Betrieb über Bypass Leistung W bei U A = 230 V und I A = 0 A linearer, ohmscher Last Verluste (in W) und Wirkungsgrade (in %) bei Betrieb über Bypass mit nichtlinearer Last gemäss EN max. Ausgangsstrom (λ = ) asymmetrischer, nichtlinearer Last gemäss EN % Nennleistung W % W % W % 75 % Nennleistung W % W % % Nennleistung W % W % W % Standby-Verluste: W bei U A = 230 V und I A = 0 A /QEMatrix8 8. Oktober 2002 / SI / Mp