s d Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet

Transkript

1 s d Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet

2 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 2 Indholdsfortegnelse FORORD 3 DEFINITIONER 4 INDEN SPÆNDINGSKVALITETSMÅLEREN OPSÆTTES 6 OBLIGATORISKE SPÆNDINGSKVALITETSMÅLINGER 7 Opsætning 7 Måleparametre 8 Bedømmelse af spændingskvalitetsmålinger 9 VALGFRIE/FORDELAGTIGE MÅLINGER 10 Opsætning 11 Måleparametre 12 Beskrivelse af måleparametre 12 OVERVEJELSER OM FREMTIDIGE SPÆNDINGSKVALITETSMÅLERE 13

3 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 3 Forord Denne vejledning om standardiseret metode til måling af spændingskvalitet omhandler, hvilke minimumskrav der er til måling af spændingskvalitet for at kunne verificere, at denne er i orden. I vejledningen beskriver vi dels, hvilke parametre der skal måles, dels hvordan verificering af korrekt opsætning og tilslutning af måleudstyr bør foregå. Vejledningen giver også anbefalinger til best practice for spændingskvalitetsmålinger, således at der kan medtages en række måleparametre ud over de strengt obligatoriske. De ekstra måleparametre er anvendelige i forbindelse med identificering af årsager til eventuelle forstyrrelser. Vejledningen giver endvidere en række parametre, som dels kan være nyttige til yderligere diagnosticering af forstyrrelser, dels forekommer at være de mest sandsynlige for fremtidige udvidelser af kravene til spændingskvalitet. Parametrene kan derfor også bruges i forbindelse med fremtidige indkøb af spændingskvalitetsmålere. Vejledningen er udelukkende møntet på spændingskvalitetsmålinger på lavspændingsniveau. Bemærk Dansk Energi anbefaler netselskaberne som minimum at følge de obligatoriske målinger i nærværende vejledning, da dette er krævet for at verificere spændingskvaliteten efter gældende normer. Valgfrie/fordelagtige spændingskvalitetsmålinger er udelukkende anbefalinger til at belyse de egentlige årsager til forstyrrelser af spændingskvaliteten.

4 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 4 Definitioner CSV format DEFU Rekommandation 16 Elforbrugsmåler EN EN Flagged IEEE PQDIF format Måleparametre Spændingskvalitet Spændingskvalitetsmåler Comma Separated Values er et simpelt standardformat til opsætning af data i faste rækker og kolonner. Anbefalinger fra Dansk Energi Forskning og Udvikling om produktkvaliteten af spændingen, som leveres til en kunde fra elforsyningsnettet. Anbefalingerne er baseret på EN 50160, dog med enkelte forskelle, som er beskrevet i Tabel 1. Elmåler, som er opsat hos en kunde, og hvis primære formål er at måle kundens energiforbrug. Europanorm som beskriver den krævede produktkvalitet af den spænding, som leveres til en kunde fra elforsyningsnettet. International standard der er harmoniseret som en europanorm. Beskriver de krav, der er til forskellige præcisionsklasser af spændingskvalitetsmålere, samt præcisionen af de enkelte parametre. Markering af en enkelt måleperiode, jf. IEC , hvor en hændelse i elforsyningsnettet kan medføre, at visse andre parametre af spændingskvaliteten kan være misvisende. Power Quality Data Interchange Format er et dataformat specifikt til udveksling af spændingskvalitetsdata udviklet og vedligeholdt af det amerikanske Institute of Electrical and Electronics Engineers. De enkelte parametre under kategorien spændingskvalitet. Yderligere uddybning af de enkelte måleparametre kan findes i DEFU Rekommandation 16. Kvaliteten af den forsyningsspænding, som leveres til en kunde i kundens leveringspunkt. Måleudstyr som kan logge spændingen, måle spændingskvaliteten, samt ofte aggregere målingerne til de tidsserier, som skal

5 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 5 bedømmes, jf. gældende krav. Leveringspunkt XML format Det punkt hvor kundens installation er tilsluttet elforsyningsnettet. extensible Markup Language er et standardformat til at opsætte data til udveksling mellem datasystemer.

6 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 6 Inden spændingskvalitetsmåleren opsættes Inden man igangsætter en spændingskvalitetsmåling, bør man overveje en række ikkemålingsmæssige tiltag. Disse tiltag bør gøres, dels fordi det kan vise sig, at man helt kan undgå en måling, dels for at sikre, at der ikke er fejl i installationen, som kan give anledning til fejlmålinger, såfremt en spændingskvalitetsmåler opsættes. 1. Man skal sikre sig, at nettets fysiske tilstand er i orden. Løse forbindelser, kabler der er beskadiget (også kun let) under gravearbejde mv. kan forårsage både fejlmålinger og kan også være selve årsagen til, at en kunde har oplevet problemer med spændingskvaliteten. Nettets elektriske tilstand skal vurderes. Nyt forbrug i områder med et ældre eller et svagt net kan være ud over, hvad nettet i det pågældende område kan klare. 2. Fra klageren bør man indhente en præcis beskrivelse af problemerne inkl. tidspunkter, nylige hændelser i området, markant nyt forbrug, produktion eller andet som kan være relevant. 3. Områdets historik samt eventuelle data fra fjernaflæste elforbrugsmålere kan også være med til at give et bedre billede af problemet.

7 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 7 Obligatoriske spændingskvalitetsmålinger De obligatoriske spændingskvalitetsmålinger er de måleparametre, som er nødvendige for at sikre overholdelse af enten EN eller DEFU rekommandation 16. De anvendte spændingskvalitetsmålere skal altid være klasse-a-målere, jævnfør EN Spændingskvalitetsmålinger skal foretages over en uge (7 dage). Da nogle spændingskvalitetsmålere bedømmer/eksporterer automatisk ved skift mellem døgn, anbefaler vi at nedtage spændingskvalitetsmåleren tidligst på 8. dagen efter opsætningen, således at der opnås 7 hele døgns spændingskvalitetsmålinger. Anvendes DEFU rekommandation 16 til bedømmelse, må forsyningsspændingen ikke have været afbrudt i 5 % eller mere af måleperioden. Opsætning Opsæt spændingskvalitetsmåleren i kundens leveringspunkt. Tilslut spændingskvalitetsmåleren og mål fase-nul spændingen for alle 3 faser. Figur 1: Korrekt forbundet måler. Spændingskvalitetsmåleren skal opsættes, så alle gældende sikkerhedskrav er overholdt.

8 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 8 Det er vigtigt, at fasefølgen er korrekt, således at fase B er -120 grader forskudt fra fase A, samt fase C er -240 grader, eller +120 grader, forskudt fra fase A. Fase A er per definition 0 grader. Figur 2: Korrekt fasediagram. Figur 3: Forkert fasediagram. Måleparametre Følgende parametre er obligatoriske at måle, da der er krav til disse i enten EN eller DE- FU rekommandation 16 (såfremt denne kvalitet fremgår af tilslutningsbestemmelserne som værende den forventelige): Netfrekvens (problemet kan ikke afhjælpes af netselskabet) Forsyningsspænding Hurtige spændingsændringer (kun krav jf. DEFU rekommandation 16) Flickerintensitet Spændingsdyk (kun krav jf. DEFU rekommandation 16) Spændingsubalance Harmonisk forvrængning af spændingen (harmoniske overtonespændinger) Signaltransmission De enkelte måleparametre skal generelt evalueres efter den enkelte parameters middelværdi over tidsperioder på 10 minutter. Der er dog tre undtagelser til dette: 1. Netfrekvens skal evalueres som middelværdi over tidsperioder på 10 sekunder. Målingerne kan aggregeres til 10-minutters perioder, såfremt minimum- og maksimumværdier også medtages.

9 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 9 2. Flickerintensitet skal evalueres som langtidsflickerintensitet, hvilket medfører én værdi for hver tidsperiode på 2 timer. 3. Signaltransmission skal evalueres som middelværdi over tidsperioder på 3 sekunder. Målingerne kan aggregeres til 10-minutters perioder, såfremt der aggregeres efter den højeste middelværdi. Bedømmelse af spændingskvalitetsmålinger Spændingskvalitetsmålingerne skal bedømmes ud fra enten EN eller DEFU rekommandation 16, afhængigt af hvad det enkelte netselskab har indskrevet i deres leveringsbestemmelser som den lovede kvalitet. Bemærk, at overholdelse af EN ikke garanterer overholdelse af DEFU rekommandation 16, da rekommandationen på flere punkter stiller strammere eller yderligere krav. Overholdes DEFU rekommandation 16, vil EN også være overholdt. Forskellene på den spændingskvalitet som garanteres i EN50160 og DEFU rekommandation 16 er overordnet set som beskrevet i Tabel 1. Tabel 1: Forskelle på EN og DEFU rekommandation 16. EN DEFU rekommandation 16 Overholdelse af grænseværdier 95 % af tiden. 100 % af tiden (flickerintensitet dog kun 95 % af tiden). Hurtige spændingsændringer Ingen krav. Højst 5 % af nominel spænding, dog op til 10 % få gange dagligt. Spændingsdyk Ingen krav. Kortvarige spændingsdyk må normalt ikke medføre, at spændingen falder til under 85 % af den nominelle spænding. Data der er flagged jf. IEC Ingen krav. Data markeret som flagged medtages i bedømmelsen. Afbrud af forsyningsspænding Ingen krav. Måling anses for ikke-gældende, såfremt forsyningsspændingen har været afbrudt i 5 % eller mere af måleperioden. Signaltransmission 99 % af tiden. 100 % af tiden.

10 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 10 Valgfrie/fordelagtige målinger De obligatoriske spændingskvalitetsmålinger omfatter udelukkende de parametre, der skal måles for at sikre, at spændingskvaliteten i forsyningspunktet er overholdt, jævnfør gældende krav. Hvis man også søger efter afklaring af årsager til forstyrrelser, er der en række ekstra parametre, det kan være en fordel at måle. Mulighederne for samtidig måling af forskellige aspekter kan variere mellem de forskellige typer af spændingskvalitetsmålere, men mange kan måle alle parametre samtidig, forudsat at de er korrekt forbundet. De ekstra parametre, man med fordel kan måle, inkluderer måling på nullederen samt strømmålinger på alle ledere. Samtidige målinger af alle parametre kan også muliggøre måling af vinklen mellem strømme og spændinger, således at man effektivt kan foretage retningsbestemte effektmålinger. Figur 4: Korrekt forbundet måler.

11 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 11 Opsætning Spændingskvalitetsmåleren opsættes stadig som udgangspunkt i leveringspunktet, men man kan flytte den til andre punkter efterfølgende for at indkredse støjkilder. Tilslut spændingskvalitetsmåleren og mål fase-nul-spændingen for alle tre faser som under de obligatoriske spændingskvalitetsmålinger. Tilslut spændingskvalitetsmålerens fjerde spændingskanal med den positive indgang til nullederen og den negative indgang til jord. Forbind spændingskvalitetsmåleren med 4 strømtransformere, en på hver fase samt en på nullederen. Den indledende strømmåling foretager man ind mod den aktuelle kunde, således at man kan verificere, at det ikke er kunden selv, der er årsag til forstyrrelser. Opsæt strømmålingerne, så der er en positiv effekt ved forbrug i faselederne. Strømvektorerne bør ligge i samme retning som spændingsvektorerne i fasediagrammet. BEMÆRK: I områder med solceller, eller anden husstandsproduktion, kan der i dagtimerne, når måleren opsættes, være en nettoproduktion. I dette tilfælde skal strømvektorerne være ca. 180 grader forskudt fra spændingsvektorerne, således at den målte effekt er negativ på de faser, hvor der er nettoproduktion. Kontrollerer man målingen, hvor nettoeffekten er tæt på nul, vil strømvektorerne være meget ustabile. Figur 5: Korrekt fasediagram ved nettoforbrug. Figur 6: Korrekt fasediagram ved nettoproduktion.

12 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 12 Monter strømtransformeren på nullederen så den vender i samme retning som strømtransformerne på faselederne. Bemærk at man kun kan verificere dette fysisk og ikke ved hjælp af fasediagram eller effektretning, da vinklen i nullederen ofte varierer tilfældigt. Måleparametre Listen med specifikke måleparametre, der er mulige med den udvidede opsætning, er lang og meget afhængig af det pågældende måleapparat. Målingen af samtlige strømme, spændinger og vinkler, både for grundtonen og harmoniske overtoner, giver dog en række muligheder. Dette er uddybet i Tabel 2. Beskrivelse af måleparametre Listen nedenfor med bedømmelser af måleparametre er ikke en udtømmende liste. De typiske årsager er beskrevet under forudsætning af, at nettets fysiske tilstand er bekræftet dvs. ingen løse forbindelser, dårlige jord/neutralforhold mv. Tabel 2: Beskrivelse af udvalgte måleparametre. Flickerintensitet: Spændingsusymmetri: Spænding i nulleder: Harmonisk forvrængning: Baseret på udsving i spændingen. Flicker kan til dels bedømmes ud fra variationen af minimum- og maksimumspændingen, men ved yderligere analyse af strømmålingerne kan det belyses, om kunden selv har et meget varierende strømtræk, som er en kraftigt medvirkende årsag til spændingsudsvingene. Variationen af strømmen i faserne indbyrdes eller strømmen i nullederen giver mulighed for at undersøge eventuel usymmetri nærmere. Måling af spændingen på nullederen giver en indikation af, om denne har en god jordforbindelse. Høj spænding i nullederen indikerer, at systemet som helhed har et for højt potentiale i forhold til jord. Måling af de harmoniske strømme giver en indikation af, om spændingsforvrængningen er forårsaget af høje emissioner af harmonisk strøm fra forbrugeren selv. Vinklen af de harmoniske strømme og spændinger giver også en vis mulighed for at bedømme, om det er forbrug eller produktion, der er årsag til problemerne.

13 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 13 Spændingsdyk Spændingsdyk (eller stigninger) er ofte forårsaget af momentane ændringer i belastningen. Motorer eller andre store forbrugsenheder kan forårsage betydelige spændingsdyk ved opstart, men også store belastninger, som jævnligt ændrer deres belastning momentant, kan give spændingsdyk/-stigninger. Jo oftere momentane effektændringer sker, jo mere vil de også slå igennem i flickerintensiteten. Overvejelser om fremtidige spændingskvalitetsmålere Ved indkøb af spændingskvalitetsmålere bør man overveje en række funktionaliteter. En nyindkøbt spændingskvalitetsmåler skal som minimum kunne måle de obligatoriske aspekter af spændingskvaliteten med den præcision, der er krævet i klasse A i henhold til EN Hvis man forventer at bruge spændingskvalitetsmåleren til at indsnævre fejlårsagerne, vil det være en fordel, hvis den kan måle de valgfrie/fordelagtige måleparametre. Skal spændingskvalitetsmålerne udelukkende bruges til verifikation af spændingskvaliteten, vil de obligatoriske måleparametre dog være tilstrækkelige. Endelig er der en række parametre, som kan blive aktuelle inden for en nyanskaffet spændingskvalitetsmålers levetid, disse er: Dataeksportmuligheder Måling af interharmoniske spændinger og strømme Måling i 2-9 khz-området Måling i khz-området. Dataeksportmuligheder: For at muliggøre fremtidig udnyttelse af spændingskvalitetsmåledata til flere formål end automatisk verifikation vil det være en fordel, at spændingskvalitetsmåleren har mulighed for at eksportere data i enten et standardiseret format eller et maskinlæsbart format i klartekst. Et standardiseret format kunne fx være IEEEs PQDIF-format. Et maskinlæsbart format kunne fx være klartekst CSV-format eller XML-format.

14 Vejledning: Standardiseret metode til måling af spændingskvalitet side 14 Interharmoniske: Interharmoniske overtoner er de overtoner under 2-3 khz, som ikke er et multiplum af grundtonen, dvs. alle de frekvenser som ikke kan deles med 50. Interharmonisk strømemission og spændingsforvrængning sker allerede, men der er begrænset fokus på det i den internationale standardisering. Adskillige lande (herunder Danmark) har dog allerede indført krav til interharmoniske i et begrænset omfang. I Danmark stilles krav til emissioner i dette område for VE-produktionsanlæg. 2-9 khz-forvrængning: Normativt omfatter almindelige krav til harmoniske overtoner op til den 40. overtone, hvilket er 2 khz. Enkelte standarder omhandler dog måling af harmoniske overtoner op til den 50. overtone (2,5 khz) eller op til 3-3,2 khz. Området 2-9 khz behandles internationalt i standardiseringsorganerne, og visse lande (herunder Danmark) har allerede enkelte krav, som involverer grænser i 2-9 khz området. I Danmark stilles krav til emissioner i dette område for VE-produktionsanlæg. Støjemissioner i dette frekvensbånd er ofte ud over, hvad almindelig effektelektronik aktivt kan yde påvirkning på, fx aktivt dæmpe støj på. Støj i dette bånd er således næsten altid uforudsete effekter af aktiv dæmpning af lavere frekvenser eller utilsigtet støj, der ikke er taget højde for under designprocessen khz-forvrængning: Området dækker de frekvenser, som bl.a. benyttes til PLC (Power Line Communication) -udstyr i lavspændingsnet. Ligesom 2-9 khz-området er dette frekvensområde uden for, hvad almindelig effektelektronik normalt kan dæmpe aktivt. Støj i dette bånd kan dog, ud over at være utilsigtet, også netop være signaler fra PLC-udstyr.