NESSY NETZ-SPANNUNGS-STABILISIERUNGS-SYSTEM. Dauerhafter Schutz gegen Spannungsschwankungen im Niederspannungsnetz

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1 NESSY NETZ-SPNUNGS-STABILISIERUNGS-SYSTEM Dauerhafter Schutz gegen Spannungsschwankungen im Niederspannungsnetz

2 OLIVER ONLINE VOLTAGE REGULATION NESSY NESSY NESSY NESSY 2

3 INHALTSVERZEICHNIS SPNUNGSBDVERLETZUNGEN GEFÄHRDEN DIE NETZSTABILITÄT 4 JEDES VIERTE LÄNDLICHE NETZ MIT SPNUNGSSCHWKUNGEN 5 INTELLIGENTE TECHNOLOGIEN ZUR SPNUNGSSTABILISIERUNG 7 NESSY MACHT VORHDENE ORTSNETZTRSFORMATOREN REGELBAR 8 VORTEIL IN LÄNDLICHEN UND VORSTÄDTISCHEN NETZEN 9 SCHNELL INSTALLIERT, FLEXIBEL UND KOSTENGÜNSTIG 11 SYSTEMVARITEN NESSY 12 RUHSTRAT ÜBER 80 JAHRE ERFAHRUNG IN SPNUNGSKONSTTHALTER-TECHNOLOGIE 15 Laut Verteilnetzstudie von 2014 wird sich die installierte Windkraft- und Photovoltaikleistung bis zum Jahr 2032 verdoppeln oder sogar verdreifachen. Durch die volatile EE-Einspeisung werden in den nächsten fünf Jahren weit mehr als 25 % der ländlichen Netze Probleme mit Spannungsbandverletzungen haben. Das Netzspannungsstabilisierungssystem (NESSY) ist ein wirksamer Schutz und eine wirtschaftliche Alternative zum regelbaren Ortsnetztransformator (ront). 3

4 SPNUNGSBDVERLETZUNGEN GEFÄHRDEN DIE NETZSTABILITÄT In Niederspannungsnetzen darf das Spannungsband maximal ± 10 % gegenüber der Nennspannung abweichen (EN 50160). Gleichzeitig dürfen dezentrale Energieerzeuger (EE) während des Einspeisevorgangs die Spannung lediglich um 3 % anheben (BDEW). Die Einhaltung beider Normen und Vorschriften führt zu großen Problemen bei Einhaltung des Spannungsbandes im Verteilnetz, denn durch die weiter steigenden Anteile erneuerbarer Energien nehmen die Spannungsschwankungen deutlich zu. Je nach EE-Ausbauszenario wird sich die installierte Windkraftund Photovoltaikleistung bis zum Jahr 2032 verdoppeln oder sogar verdreifachen (BMWi-Verteilnetzstudie 2014). Die volatile EE-Einspeisung wird erheblich ansteigen und die Verteilernetze werden zu Verteil- und Aufnahmenetzen. Dadurch kommt es immer häufiger zu lokalen Spannungserhöhungen, Frequenzabweichungen und einer Vielzahl an dynamischen Vorgängen mit negativen Auswirkungen auf die Netzstabilität. Eine Spannungsanhebung um 3 % wird bereits bei Einspeiseleistungen erreicht, die deutlich unter der Übertragungskapazität der MS- und NS-Leitungen liegen können (vgl. Verteilnetzstudie) 4

5 JEDES VIERTE LÄNDLICHE NETZ MIT SPNUNGSSCHWKUNGEN Je nach örtlicher Netzstruktur sind die Auswirkungen auf die Spannungsqualität allerdings sehr unterschiedlich. Ländliche und vorstädtische Netze mit großen dezentralen Einspeisern wie Solarparks, Windparks und Biogasanlagen und gleichzeitig wenigen Verbrauchern sind wesentlich stärker von Spannungsschwankungen betroffen. Die RWTH Aachen kam bereits 2012 zu dem Ergebnis, dass bis 2020 ca. 25 % der ländlichen Netze Probleme mit Spannungsbandverletzungen haben werden. Durch den rascheren EE-Zubau werden diese Probleme vermutlich sogar noch früher und in größerem Umfang eintreffen. Ländliche Netze Vorstädtische Netze Städtische Netze 35 % 35 % 35 % 30 % 30 % 30 % 25 % 25 % 25 % 20 % 20 % 20 % 15 % 15 % 15 % 10 % 10 % 10 % 5 % 5 % 5 % 0 % 0 % 0 % Anteil Niederspannungsnetze mit Spannungsbandverletzungen (auf Basis von Daten der RWTH Aachen, 2012) 5

6 SPNUNGSSCHWKUNGEN GEFÄHRDEN IT-SYSTEME, MASCHINEN UND LAGEN IT-Systeme, Industriesteuerungen, Maschinen oder Krankenhausanlagen können durch Spannungsabweichungen ausfallen, erheblich geschädigt oder Leistungen von Antrieben und prozesstechnischen Anlagen verändert werden. Der Umfang der Spannungsschwankungen in Niederspannungsnetzen ist wegen fehlender Messeinrichtungen allerdings oft gar nicht bekannt. Die Ansprüche der Stromverbraucher an die Qualität der Spannung sind insbesondere durch die hohe Empfindlichkeit von IT-Geräten deutlich gestiegen. So reagieren elektronische Steuerungen in höchstem Maße sensibel auf Spannungsschwankungen, auch wenn sich diese nur innerhalb eines Bruchteils von Sekunden abspielen. (Forum Netztechnik / Netzbetrieb im VDE) Dies hat für Netzbetreiber auch rechtliche Auswirkungen: Laut Bundesgerichtshof haften Netzbetreiber nach dem Produkthaftungsgesetz für Überspannungsschäden (BGH, VI ZR 144/13). 6

7 INTELLIGENTE TECHNOLOGIEN ZUR SPNUNGSSTABILISIERUNG Der EE-Zubau führt zu einem grundlegenden Umbau der Verteilnetze. Durch den Einsatz intelligenter Technologien kann der Netzausbau in der Niederspannung nahezu vollständig vermieden werden (BMWi-Verteilnetzstudie). Regelbare Ortsnetztransformatoren (ront) und Niederspannungsregelsysteme / Spannungslängsregler sind die dafür am besten geeigneten Systeme. Die Technologien sind erprobt und ausgereift. Bei diesen Systemen wird die Spannung lokal gemessen, dort verarbeitet und selbstständig eine Regelung durchgeführt. Eine Verbindung zu einer externen Steuerung oder einem Leitsystem ist möglich aber nicht erforderlich. Laut Verteilnetzstudie ist eine solche autarke Funktion in 95 % der Fälle für den Einsatz vollkommen ausreichend. 7

8 NESSY MACHT VORHDENE ORTSNETZTRSFORMATOREN REGELBAR Das Netzspannungsstabilisierungssystem (NESSY) oder der regelbare Ortsnetztransformator (ront) sind gleichermaßen wirksam, haben aber unterschiedliche Stärken und Einsatzbereiche. NESSY basiert auf einer mikrocontrollerbasierten Steuerung und ist eine Weiterentwicklung der etablierten Strangregler-/ Spannungslängsregler-Technik. Mit NESSY können existierende Ortsnetztransformatoren nachgerüstet werden. Diese ONT werden dadurch regelbar gemacht. Hier hat NESSY einen Kostenvorteil, weil die vorhandenen Transformatoren nicht ersetzt werden müssen. NESSY ist sowohl für Öl- als auch für Gießharztransformatoren einsetzbar. Das ist vor allem für Industrienetze oder Einkaufszentren mit eigener Mittelspannungseinspeisung relevant. Diese setzen häufig Gießharztransformatoren ein, die durch ront nicht ausgetauscht werden können. NESSY 150 kva 8

9 VORTEIL IN LÄNDLICHEN UND VORSTÄDTISCHEN NETZEN NESSY ist auch als Strangregler / Spannungslängsregler verwendbar und regelt Asymmetrien aus. Diese Stärken werden vor allem in ländlichen und vorstädtischen Netzen benötigt, wo große Einspeiser einzelne Netzstränge belasten. Hier ist die gezielte Regelung des betroffenen Strangs effektiver und kostengünstiger. Der Einsatz eines Spannungslängsreglers ist vor allem dort vorteilhaft, wo sich die installierte Leistung von EE-Anlagen sehr ungleichmäßig auf die Abgänge eines Niederspannungsnetzes verteilt. NESSY als Ortsnetzregler NESSY als Strangregler Eine Regelung der Sammelschienenspannung und damit gleichmäßige Spannungsreglung aller Abgänge durch einen regelbaren Ortsnetztransformator würde dafür eventuell nicht ausreichend sein. (BMWi-Verteilnetzstudie) Im Vergleich zu städtischen Netzen sind auch die Kabelstrecken länger und der Spannungsabfall an der Leitung zwischen Regler und Verbraucher größer. Dies ist beispielsweise relevant für Bereiche, wo 630 kva-transformatoren einzelne Netze zur Spannungsversorgung abdecken, etwa zur Versorgung von Ortsnetzen, Kaufhäusern, Gewerbe oder Industrieunternehmen. Auch hier ist der Einsatz von NESSY effektiver und wirtschaftlicher. NESSY als Regler eines Netzabgangs 9

10 NESSY SCHÜTZT WIRKSAM GEGEN SPNUNGSSCHWKUNGEN Durch den Einsatz des elektronischen Netzspannungsstabilisierungssystem (NESSY) für existierende Ortsnetztransformatoren wird die Netzspannung dauerhaft innerhalb des Toleranzbands von ± 10 % gehalten. Wählbare Spannungsstufen Transformatoren regeln die Ausgangsspannung in Spannungsstufen hoch bzw. runter. Der Regelbereich liegt z. B. bei ± 10 % in ± 4 2,5 %-Stufen. Die Spannungsstufen sind wählbar. Außerhalb der Normspannung 400 V ± 10 % Toleranzband Toleranzband max. 440 V Sollwert 400 V Toleranzband min. 360 V Stufe Außerhalb der Normspannung 400 V ± 10 % Robuste, wartungsfreie Steuerung Die Messwerte (Spannung und Strom) werden auf der Verbraucherseite gemessen und durch eine SPS erfasst. Mithilfe einer mikrocontrollerbasierten Steuerung werden Halbleiterbauelemente (Triacs) als Stellglieder angesteuert. Je nach Spannungsabweichung werden 1 bis 6 Transformatoren zugeschaltet (Spannungserhöhung bei Unterspannung) oder gegengeschaltet (Spannungsabsenkung bei Überspannung). Im Unterschied zu anderen elektromechanischen Lösungen mit Schaltern werden bei NESSY extrem robuste und wartungsfreie Triacs als Stellglieder eingesetzt. Die Regelung bezieht Spannungswerte von der Sammelschiene, nach der die Stufen ermittelt werden. Schnelle Regelung, hoher Wirkungsgrad Die Steuerung ist reaktionsschnell und erreicht eine Regelgeschwindigkeit von 150 ms pro Stufe. Der Wirkungsgrad ist > 99 %. Betrieb ist gegen Fehler abgesichert Im Fehlerfall oder bei Wartung der Leistungselektronik wird ein Schütz aktiv, das die Stufentransformatoren außer Betrieb setzt (Save-Mode-Modus). Das Netz ist so ohne Regeleinrichtung und weiterhin voll betriebsbereit und betriebsfähig. 10

11 SCHNELL INSTALLIERT, FLEXIBEL UND KOSTENGÜNSTIG NESSY erfordert keinen Netzumbau, ist einfach installierbar und sofort verfügbar. Die Aufnahmefähigkeit des Verteilnetzes für EE-Einspeisungen erhöht sich damit auch ohne kostenintensive Netzausbaumaßnahmen. Regelung für einzelne Netzstränge oder Phasen Bei einer Vielzahl von Ortsnetzen ist die komplette Erneuerung des Ortsnetztrafos unwirtschaftlich. Oft sind kleine dezentrale Spannungsregler sinnvoller, um beispielsweise nur einzelne Netzstränge zu stabilisieren. Während Ortsnetztrafos immer alle drei Phasen regeln, kann es in einem Industrienetz mit einer sehr unterschiedlichen Lastenverteilung sinnvoller sein, gezielt einzelne Phasen zu regeln. Eine solche Spannungsoptimierung ist wirtschaftlicher und erhöht als elektrotechnische Firewall die Betriebssicherheit und die Anlagenverfügbarkeit. Eine geregelte Spannung stabilisiert außerdem sensible Antriebe und Prozesse. Flexibel und individuell steuerbar Bei NESSY sind sowohl das Spannungsband als auch die Spannungsstufen wählbar. Befindet sich die Spannung innerhalb des vorgegebenen Bereichs, so ist der Regler im automatischen Wartebetrieb. Liegt der Spannungswert außerhalb, so ist die automatische Regelung aktiv. Bei einer Einstellung des Toleranzbandes von beispielsweise ± 5 % erweitert sich der Regelbereich mit ± 10 % auf ± 15 % der Nennspannung U N. Durch das frei einstellbare Toleranzband und einer verringerten Versorgungsspannung lassen sich dadurch in einem Industrieunternehmen Energie- und Kostenoptimierungen erreichen. 11

12 SYSTEMVARITEN NESSY NESSY 50 NESSY 75 NESSY 100 NESSY 125 NESSY 150 NESSY 200 Nenn-Leistung 50 kva 75 kva 100 kva 125 kva 150 kva 200 kva Nenn-Spannung V (3PH+N) V (3PH+N) V (3PH+N) V (3PH+N) V (3PH+N) V (3PH+N) Nenn-Strom 72 A 108 A 144 A 180 A 216 A 288 A Nenn-Frequenz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz Regelbereich Schaltung Stufenanzahl (pro Phase) 4, 5, 6 4, 5, 6 4, 5, 6 4, 5, 6 4, 5, 6 4, 5, 6 Stufenweite 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % Totband Einstellbar Einstellbar Einstellbar Einstellbar Einstellbar Einstellbar Reaktionszeit (Programmierbar)" (Programmierbar)" (Programmierbar)" (Programmierbar)" (Programmierbar)" (Programmierbar)" Ausregelungszeit (Min. Max.) < 2 sek. < 2 sek. < 2 sek. < 2 sek. < 2 sek. < 2 sek. Wirkungsgrad > 99 % > 99 % > 99 % > 99 % > 99 % > 99 % Betriebszeit S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) Kommunikation GSM/Ethernet GSM/Ethernet GSM/Ethernet GSM/Ethernet GSM/Ethernet GSM/Ethernet Kühlart Schutzart (nach EN 60529) IP21 / IP54 IP21 / IP54 IP21 / IP54 IP21 / IP54 IP21 / IP54 IP21 / IP54 Aufstellung Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Gehäusefarbe RAL 7035 RAL 7035 RAL 7035 RAL 7035 RAL 7035 RAL 7035 Umgebungsbedingungen rel. Luftfeuchte 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) Gesamtgewicht 220 kg ca. 450 kg ca. 500 kg ca. 500 kg ca. 500 kg ca. 650 kg Abmessungen (B T H mm) ca ca ca ca ca ca

13 NESSY 250 NESSY 315 NESSY 400 NESSY 500 NESSY 630 Nenn-Leistung 250 kva 315 kva 400 kva 500 kva 630 kva Nenn-Spannung V (3PH+N) V (3PH+N) V (3PH+N) V (3PH+N) V (3PH+N) Nenn-Strom 360 A 455 A 578 A 721 A 910 A Nenn-Frequenz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz Regelbereich Schaltung Stufenanzahl (pro Phase) 4, 5, 6 4, 5, 6 4, 5, 6 4, 5, 6 4, 5, 6 Stufenweite 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % 1,5 %, 2 %, 2,5 % Totband Einstellbar Einstellbar Einstellbar Einstellbar Einstellbar Reaktionszeit (Programmierbar) (Programmierbar) (Programmierbar) (Programmierbar) (Programmierbar)" Ausregelungszeit (Min. Max.) < 2 sek. < 2 sek. < 2 sek. < 2 sek. < 2 sek. Wirkungsgrad > 99 % > 99 % > 99 % > 99 % > 99 % Betriebszeit S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) S1 (Dauerbetrieb) Kommunikation GSM/Ethernet GSM/Ethernet GSM/Ethernet GSM/Ethernet GSM/Ethernet Kühlart Schutzart (nach EN 60529) IP21 / IP54 IP21 / IP54 IP21 / IP54 IP21 / IP54 IP21 / IP54 Aufstellung Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Indoor / Outdoor Gehäusefarbe RAL 7035 RAL 7035 RAL 7035 RAL 7035 RAL 7035 Umgebungsbedingungen rel. Luftfeuchte 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) 85 % (ohne Betauung) Gesamtgewicht ca. 700 kg ca. 800 kg ca kg ca kg ca kg Abmessungen (B T H mm) ca ca ca ca ca

14 LEISTUNGSDATEN NESSY Durchgangsleistung: 50 bis 630 kva Regelbereich:* ± 6 % / ± 15 % von UN Stufenweite: * 1,5 % / 2 % / 2,5 % Stufenanzahl pro Phase: 4, 5, 6 Regelgeschwindigkeit: 150 ms pro Stufe Wirkungsgrad: > 99 % Regelung phasenunabhängig Toleranz des Spannungsbandes parametrierbar 4 Quadranten Betrieb möglich, d. h. sobald sich der Leistungsfluss umkehrt, kann die Spannung im sekundärseitig angeschlossenen Netzabschnitt nach unten geregelt werden Einbau in einem Standardschaltschrank mit standardisierten Abmessungen. * weitere Regelbereiche und Stufen auf Anfrage (z. B. 6 2,0 %-Stufen, daraus ergäbe sich ein Regelbereich von ± 12 %) NESSY 630 kva NESSY 50 kva 14

15 RUHSTRAT ÜBER 80 JAHRE ERFAHRUNG IN SPNUNGSKONSTTHALTER-TECHNOLOGIE Ruhstrat verfügt über 80 Jahre Erfahrung in der Spannungskonstanthalter-Technologie und entwickelt moderne Anlagen zum Schutz vor Spannungseinbrüchen und zur Spannungsstabilisierung. Das Unternehmen ist Spezialist im Transformatorenbau für den Nieder- und Mittelspannungsbereich. Ruhstrat garantiert durch eine eigene Produktion und einem eigenen Schaltschrankbau eine durchgängig hohe Qualität aller elektrotechnischen Komponenten. Seit Mitte 2015 firmiert Ruhstrat unter dem Namen Eisenmann Thermal Solutions, welche eine Tochter der Eisenmann SE ist. Eisenmann zählt zu den international führenden Anbietern von Anlagen und Dienstleistungen in den Bereichen Oberflächenund Lackiertechnik, Materialfluss-Automation, Thermoprozesssowie Umwelttechnik. Eisenmann ist in Europa, Amerika und den BRIC-Staaten mit Mitarbeitern vertreten. Ruhstrat in Bovenden Sie möchten mehr Informationen zu Ruhstrat und unseren Produkten? Besuchen Sie einfach unsere Website unter: Sie haben Fragen zum Thema NESSY Netz-Spannungs-Stabilisierungs-System und/oder möchten ein konkretes Angebot? Unter dem Kurz-Link stehen Ihnen verschiedene Möglichkeiten der Kontaktaufnahme zur Verfügung. Noch schneller geht es, wenn Sie den links angezeigten QR-Code mit Ihrem Smartphone/Tablet scannen. Unser Vertriebsteam im Innen- und Außendienst berät Sie gerne zu allen Fragen der unten aufgeführten Produktbereiche. Elektrische Prüftechnik Spannungsoptimierung Transformatoren AC/DC Drosseln 15

16 Eisenmann Thermal Solutions GmbH & Co. KG Leinetal / Auf der Mauer 1, Bovenden, Deutschland Tel.: , Fax: , info@ruhstrat.com Eisenmann Thermal Solutions GmbH & Co. KG I Alle Rechte vorbehalten. Sämtliche Texte, Bilder und Grafiken unterliegen dem Urheberrecht und anderen Gesetzen zum Schutz des geistigen Eigentums. Eine Nutzung der Inhalte ist erst nach Zustimmung durch die Eisenmann Thermal Solutions GmbH & Co. KG gestattet. Sämtliche Angaben, Beschreibungen und Illustrationen stehen unter dem Vorbehalt technischer Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Weiterentwicklung unserer Produkte nach dem jeweiligen Stand der Technik. Eine besondere Ankündigung bei Änderungen von Angaben, Beschreibungen und Illustrationen erfolgt nicht. Einzelne Fehler bleiben vorbehalten. Technische Eigenschaften können von Land zu Land abweichen.