De elektrische energie-industrie omvat de productie van elektrische energie (wisselstroom), het transport van elektrische energie en uiteindelijk de lokale distributie van de elektriciteit die via de elektriciteitsmeter de eindgebruiker binnenkomt. De elektrische energie stroomt vervolgens door het lokale stroomdistributienet: bedrading van de installatie van de eindgebruiker, totdat een belasting is bereikt. De complexiteit van het elektrische systeem om elektrische energie te transporteren van het punt van productie naar het punt van verbruik, hangt tegenwoordig af van de variatie van het weer. PV (fotovoltaïsche) en windenergie, veranderende vraag en aanbod en een aantal andere factoren kunnen de verslechtering van de kwaliteit van het stroomdistributienetwerk veroorzaken, of op zijn minst beïnvloeden.

Hoewel "stroomkwaliteit" voor velen een handige term is, is het meestal de kwaliteit van de spanning - in plaats van de elektrische stroom - die het eigenlijk beschrijft. Maar het is gewoon de hoeveelheid energie en de daaruit voortvloeiende stroom door een belasting die grotendeels onbeheersbaar is geworden.

Idealiter wordt de netvoeding geleverd door een elektriciteitscentrale die als signaalbron met sinusvormige amplitude en frequentie voldoet aan de nationale normen en waarbij de signaalbron een impedantie van 'nul' ohm heeft bij alle frequenties. Het echte elektriciteitsnet is niet ideaal en zal op de volgende manieren afwijken:

Doordat het lichtnetdistributienetwerk in allerlei vormen, parallel en/of vertakt en reeds verdeeld in het gebouw of pand van een eindgebruiker als parallel lopende geleiders, kan het ook gebruikt worden als transmissielijn. Daarnaast is het formele gebruik van het lichtnetdistributienetwerk door harmonische signalen van het lichtnet, uitgebreid met ≤ 40 harmonischen, overwogen. De hogere frequenties ≥ 10 kHz worden (werd) verondersteld vrij te zijn om te gebruiken voor communicatiedoeleinden op het elektriciteitsnet.

Zowel openbare als industriële stroomdistributienetwerken worden hard getroffen door een verscheidenheid aan schakelelektronica die, om te voldoen aan de formele RF-emissie-eisen, is voorzien van netfilters met grote (X-type) condensatoren op hun netaansluiting. Het middenfrequentiebereik tussen de 40e harmonische van de netfrequentie: ~ 2 kHz en 150 kHz (waar de EMC-eisen van toepassing worden) is momenteel niet gedefinieerd. Aan de kant van de geleide RF-emissie zijn geen eisen in ontwikkeling, afgezien van de RF-emissie-eisen die gelden vanaf 9 kHz voor elektrische verlichting: IEC/EN 55015. Als zodanig Active Converters (AIC), Uninterruptible Power Supplies (UPS) ), pulsbreedte gemoduleerde (PWM) AC/AC- en AC/DC-converters en drivers en andere schakelende benodigdheden, regelaars en controllers zonder beperkingen in hun geleide RF-emissies. In dat frequentiebereik zijn niveaus tot 30 volt gemeten. In dit geval is het onduidelijk bij welke netimpedantie deze hoge stoorspanning is gemeten en zou het kunnen samenvallen met resonanties in het netverdeelnet.

Een lijnfilter met condensatoren van het X-type blokkeert de transmissielijneigenschappen van het netdistributienetwerk zoals vereist voor powerline-communicatie (PLC). In combinatie met de effectieve secundaire inductantie van de midden- tot laagspanningstransformator, evenals de bekabeling van het elektriciteitsnet daartussen, zullen circuitresonanties optreden vanaf enkele honderden Hz. Als actieve arbeidsfactorcorrectie wordt gebruikt door condensatoren parallel te schakelen met de drie fasen van het lichtnet, kan de effectieve impedantie van het stopcontact veranderen van inductief naar capacitief, althans voor hogere frequenties.

In IEC 61000-3-3 worden de netimpedantiewaarden bij 50/60 Hz gegeven voor netdistributienetwerken met een stroomsterkte van maximaal 16 ampère per fase. De impedantiewaarden: 0,24 + j 0,15 worden gegeven voor de fasedraden en de impedantie voor de nulleider is iets minder: 0,16 + j 0,10 . Voor een TN-S-systeem wordt de nuldraad aangesloten op de PE-klem op de transformator. Dit resulteert in een effectieve inductantie aan de secundaire zijde van de transformator van 400 ... 500 µH voor de fasedraden naar PE. Bij hoogvermogentransformatoren zal het resistieve deel van de netimpedantie dalen omdat de inductantie wordt gegeven door de parasitaire inductantie van de transformator en wat bedrading daartussen. Wanneer een capaciteit van 100(v3), 10(v6), 1(v9) µF of 0(v12) parallel aan zo'n AC-bron wordt geschakeld, worden de totale netdistributienetwerkimpedanties (20•log10|Z|) als functie van de frequentie gegeven in figuur 1.

Afbeelding 1. Netimpedantie [dBW] als functie van de frequentie bij gebruik van PFC-condensatoren parallel aan een transformator

Zoals weergegeven in figuur 1 kunnen netimpedantieresonanties van minder dan 1 kHz optreden. Bovendien daalt de impedantie van de AC-bron tot boven de parallelle resonantiefrequentie vanwege de ingebouwde ideale PFC-condensator (Power Factor Correction). In een lichtnetdistributienet wordt het laagspanningsnet afgetakt van de midden-laagspanningstransformator en naar de verschillende (gebouw)belastingen met gescheiden verbruikers/verbruikers. Deze energieverbruikers hebben elk hun eigen complexe impedantie als functie van de frequentie en deze takken van het hoofddistributienet kunnen in lengte variëren van enkele meters tot kilometers.

Figuur 2. Netimpedantie [dBW] als functie van frequentie bij gebruik van PFC-condensatoren parallel met een transformator, na 1 km kabel

Zoals te zien is in figuur 2, wordt het aantal resonanties dat optreedt aan het uiteinde van een afgeschermde stroomdistributienetwerkkabel met een karakteristieke impedantie van 20 Ω hoog. Met een kabellengte van 1 km zijn er zoveel resonantiefrequenties die je niet op je lokale lichtnetdistributienet wilt hebben en daar kom je alleen van af door lokale impedantiescheiding toe te passen op de binnenkomende kabel bij de energiemeter. Dit simpele maar realistische voorbeeld laat zien dat het gebruik van PFC condensatoren in combinatie met het gebruik van PLC niet mogelijk is.

Vanuit het oogpunt van een RF-transmissielijn moet de differentiële karakteristieke impedantie van het lokale stroomdistributienetwerk tussen 20 en 150 Ω (= 26 ... 44 dBΩ) liggen. Deze karakteristieke impedantie wordt bepaald door de geometrie van de dwarsdoorsnede van de netbekabeling (maximaal vijf draden in een leiding) versus hun omgeving. Een afgeschermde VmvKas-kabel zal een lage karakteristieke impedantie hebben: ~20 W. Voor twee of drie 2,5 mm2 afzonderlijk geïsoleerde draden in een 5/8 PVC-buis in beton geldt een hogere karakteristieke impedantie: 150 W. Een voordeel van de voedingskabels die zijn afgeschermd, zijn de lage RF-verliezen die optreden als gevolg van het ontbreken van stralingsweerstandsverliezen. Het nadeel is het ontbreken van enige RF-demping en de steile onbegrensde resonanties die dan kunnen optreden.

Figuur 3. Netimpedantie [dBW] als functie van de frequentie waarmee de PFC-capaciteiten lokaal worden opgeteld aan de belastingzijde, aan het einde van 1 km kabel

Figuur 3 laat het effect zien wanneer de PFC-condensatoren worden toegepast aan de belastingszijde, lokaal bij de eindgebruiker. De lokale netimpedantie wordt volledig overruled (verlaagd) door de ideale PFC-condensatoren en alle netimpedantieresonanties op de netbekabeling lijken te verdwijnen door de lage netimpedantie die lokaal wordt waargenomen. Dit betekent echter niet dat het gehele hoofddistributienet vrij is van resonanties. Door de lokale toepassing van de PFC-condensatoren op de plaats van de gebruiker zullen de resonanties optreden als stroomresonanties tussen de PFC-condensatoren en het netdistributienetwerk naar de transformator, zie figuur 4.

Figuur 4. De genormaliseerde stroom [dBA] door de transformator als functie van de frequentie waarmee de PFC-capaciteiten lokaal worden opgeteld aan de belastingzijde, aan het einde van 1 km kabel

De resonanties blijven bestaan ​​tussen de PFC-condensatoren en de transformator op 1 km afstand. De storende spanningen/stromen zullen zich via het netverdeelnet tot aan de transformator voortplanten en vervolgens via de verschillende netverdeelnettakken doorgeven aan de andere gebruikers en leiden tot ernstige overspraak.

Om het energie-efficiënte gebruik van het hoofddistributienet op de operationele netfrequentie te optimaliseren, moet de arbeidsfactor worden geoptimaliseerd (afgestemd) om deze op '1' te krijgen. Om resonanties op netdistributienetwerken te voorkomen, moet RF-verliesfiltering worden toegepast om de kwaliteitsfactor bij de resonantiefrequenties te verlagen. Als zodanig worden vermogensverliezen opzettelijk geïntroduceerd bij de hogere frequenties. Dit maakt het gemakkelijker om het impedantiegedrag op het lichtnetdistributienetwerk te regelen. Bovendien heeft de toegepaste netfiltering de functie om ervoor te zorgen dat de netimpedantieresonanties niet samenvallen met de bedrijfsfrequenties die worden gebruikt in de AIC, UPS, PWM en andere schakelregelaars.

In een huidige woonomgeving zijn vijftig of meer schakelapparaten aangesloten op het lokale lichtnet. Niet allemaal tegelijk en niet allemaal met dezelfde impact op het geluidsniveau of de impedantie van het distributienet. Elke acculader, pc, laptop, tv, multimediacentrum heeft zijn eigen schakelende voeding (SMPS). Alle solid-state gestuurde LED- of fluorescerende controllerschakelaars en ze hebben allemaal ingebouwde lijnfilters met X- en/of Y-condensatoren aan de lijnzijde die het lichtnetdistributienetwerk lokaal beïnvloeden. Er zijn geen vereisten voor de netpoortimpedantie, behalve om ervoor te zorgen dat het door de netvoeding gefilterde apparaat voldoet wanneer gemeten tegen een gestandaardiseerde kunstmatige netwerkimpedantie van 50 Ω parallel aan (50 µH + 5 Ω), voor het frequentiebereik van 150 (of 9) kHz tot 30MHz. Anderzijds wordt er (nog) geen aandacht besteed aan wat er met de netstoring gebeurt als de 'echte' netimpedantie teveel afwijkt van de gestandaardiseerde waarden of wanneer er meer apparaten parallel worden gebruikt.

Als al die vijftig reactieve netfilters via het lokale netverdeelnet met elkaar worden verbonden, ontstaat er een woud van resonanties: 2(50-1) die de hoogspanningscommunicatie onmogelijk maken. Desalniettemin worden commerciële PLC-modems (in de hogere band) aangeboden met een gegevensoverdrachtsnelheid van meer dan 200 Mb/s - met twijfelachtige prestaties.

Als PLC formeel is geautoriseerd (bekrachtigd in oktober 2013) en wordt gepromoot met gegarandeerde prestaties, dan moeten een minimum van de effectieve netdistributienetwerkimpedanties en een minimum van de belastingsimpedanties worden opgelegd. Dit om gecontroleerde PLC-communicatie via het lichtnet als medium mogelijk te maken. Verder moet een maximale kanaal-/padverzwakking worden gedefinieerd tussen verschillende wandcontactdozen waartussen naar verwachting PLC zal worden gebruikt, gezien de RF-bron en RF-belastingsimpedanties. Een internationaal voorbeeld van standaardisatie is IEC 61334, distributieautomatisering met behulp van distributielijndraagsystemen - een standaard voor betrouwbare communicatie via hoogspanningslijnen op lage snelheid via elektriciteitsmeters, watermeters en Scada. De meeste PLC-standaarden en -protocollen komen uit de industrie, zoals DC-bus, HomePlug Powerline Alliance, HomePNA, IEEE 1901, IEEE 1675-2008, KNX is een gestandaardiseerd (EN 50090, ISO/IEC 14543), OSI-gebaseerd netwerkcommunicatieprotocol voor intelligente gebouwen, LonWorks, Multimedia over Coax Alliance, Residential gateway, Universal Powerline Association enzovoort.

Ten tweede, met onvoorspelbare vermogensimpedantie, is het ontstaan ​​van storingen en hun voortplanting langs het stroomdistributienetwerk onvoorspelbaar, tenzij impedantie- en vermogensfilteringsmaatregelen worden genomen op het punt van ingang van de stroomaansluiting. Het voorstel voor netimpedantie zoals beschreven in IEC 61000-4-7 is niet geschikt voor standaardisatie. Het bepalen van de internationaal overeengekomen meetimpedantie van het net tussen alle betrokken werkgroepen is een eerste stap om de door de aangesloten apparaten en systemen veroorzaakte storingen te kwantificeren en te kwalificeren. In het frequentiebereik van 2...150 kHz wordt een differentiële impedantie van 1 of 10 gepromoot in een alternatief ontwerpdocument voor IEC 61000-4-19. Er bestaan ​​normen voor de lagere harmonische frequenties van het net: IEC 61000-3-2 voor apparaten tot 16 amp/fase en IEC 61000-3-12 voor apparaten tot 75 amp/fase waarbij moet worden benadrukt dat deze impedanties alleen worden gedefinieerd op de netfrequentie.

Tot nu toe is er geen consensus bereikt over de noodzaak van regulering van storingen in deze frequentieband 2 ... 150 kHz. Deze band wordt beschouwd als de 'vuilnisband' en is nodig om de elektronica te laten voldoen aan zowel de lagere frequentie-eisen: ≤ 40 netharmonischen als de EMC-eisen boven 150 kHz. De economische impact wordt als een gruwel gepresenteerd aan de industrie, gezien de noodzakelijke maatregelen die genomen moeten worden. Er is geen consensus bereikt over een regeling voor de PLC-apparaten in Cenelec (SC 205) voor de bovenband. Foutieve uitlezingen en onbedoelde reacties zijn bekend van lekstroombeveiligingen (RCB) en elektriciteitsmeters waarvoor nu immuniteitseisen worden ontwikkeld bij IEC TC77A. Er zijn geen eenvoudige retrofitmaatregelen bekend om de bestaande impedantieresonanties in bestaande netdistributienetwerken te overwinnen en de resonantie-effecten veroorzaakt door meerdere reactieve belastingen (bij de hogere frequenties) te onderdrukken. Hierdoor kan de gewenste coëxistentie tussen PLC en het hoofddistributienet nu niet worden gegarandeerd.

De echte problemen met het hoofddistributienet en de daar aanwezige storingen onder de 150 kHz zijn verontrustend. Een rapport van de Cenelec-commissie SC205 is momenteel beschikbaar op http://standardsproposals.bsigroup.com.

Het uitgangspunt van de huidige kwaliteitsaanpak van het netdistributienet, waarbij de netspanning primair wordt geregeld en het gedrag van het netdistributienet slechts een gevolg is, is slechts ten dele correct. In feite worden veel van de resonanties van het netdistributienetwerk gegenereerd door voornamelijk reactieve componenten te gebruiken bij de correctie van de arbeidsfactor en bij de netfiltering en door de vele apparaten die zijn aangesloten en de kabellengtes ertussen.

Op internationaal standaardisatieniveau: IEC TC22, TC77A en op Europees regelgevend niveau (Cenelec SC205) zijn enorme debatten gaande. Op dit moment wil de overheid slimme meters promoten met PLC. De onacceptabele prestatie van deze slimme meters, met PLC-interfaces, staat dit initiatief in de weg. Als alternatief zullen bijvoorbeeld in het Verenigd Koninkrijk en Duitsland de meeste slimme meters daar worden uitgerust met draadloze communicatie.

Als de slimme meters, met of zonder PLC als interface, niet op korte termijn beschikbaar komen, kan de zelf opgewekte energie: PV wind etc. economisch niet betrouwbaar worden teruggevoerd naar het lichtnet. Partijen aan weerszijden van het hoofddistributienet willen betaald worden voor wat ze hebben geleverd.

Het gebruik van PLC als betrouwbaar communicatiekanaal voor consumenten of voor industriële gebieden wordt bepaald door een groot aantal parameters die mogelijk zelfs buiten de reikwijdte van de eindgebruiker liggen en die ook gedurende de dag variëren.

Tot op heden zijn er geen internationale activiteiten gestart om eisen vast te stellen voor de variabiliteit van de vermogensimpedantie, noch voor de RF-impedantie die een wandcontactdoos kan vertegenwoordigen in de richting van het stroomdistributienetwerk. Immuniteitsvereisten in ontwikkeling: IEC 61000-4-16 en 19 (IEC TC77A), maar gebaseerd op indirect bewijs, zoals het niet opnemen van de impedanties van het netdistributienetwerk tijdens het verzamelen van interferentiespanningsgegevens. De internationale standaardisatie blijft daarmee achter, kan of wil de technologische ontwikkelingen niet bijbenen.

[1] EN 50065, Signalering op elektrische laagspanningsinstallaties in het frequentiebereik 3 kHz tot 148,5 kHz. Algemene vereisten, frequentiebanden en elektromagnetische storingen, 2011, Cenelec, www.cenelec.eu

[2] EN 50160, Spanningskenmerken van elektriciteit geleverd door openbare distributienetwerken, 2010, Cenelec, www.cenelec.eu

[3] EN 50412-2-1 + corrigendum, Powerline-communicatieapparatuur en -systemen gebruikt in laagspanningsinstallaties in het frequentiebereik 1,6 MHz tot 30 MHz Residentiële, commerciële en industriële omgeving 2009, Cenelec, www.cenelec.eu

[4] EN 50561-1:2, Hoogspanningscommunicatieapparatuur gebruikt in laagspanningsinstallaties - Kenmerken van radiostoringen - Grenzen en meetmethoden - Deel 1: Apparatuur voor thuisgebruik, 2013, Cenelec, www.cenelec.eu

[5] EN 55011/ IEC CISPR 11, Industriële, wetenschappelijke en medische (ISM) radiofrequentie-apparatuur Elektromagnetische storingskarakteristieken. Limieten en meetmethoden, 2007, Cenelec, www.cenelec.eu of 2009, webstore.iec.ch

[6] IEC 61000-2-5, Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Omgeving - Beschrijving en classificatie van elektromagnetische omgevingen, 2011, webstore.iec.ch

[7] IEC 61000-3-2, Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Limieten - Limieten voor harmonische stroomemissies (ingangsstroom van apparatuur ≤ 16 A per fase), 2005, webstore.iec.ch

[8] IEC 61000-3-12, Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Limieten - Limieten voor harmonische stromen geproduceerd door apparatuur aangesloten op openbare laagspanningssystemen met ingangsstroom > 16 A en ≤ 75 A per fase, 2011, webstore.iec .ch

[9] IEC 61000-4-13, Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Test- en meettechnieken - Harmonischen en interharmonischen inclusief netsignalering op de wisselstroompoort, immuniteitstests met lage frequentie, 2009, webstore.iec.ch

[10] IEC 61000-4-16, Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Test- en meettechnieken - Test voor immuniteit voor geleide, common-mode-storingen in het frequentiebereik 0 Hz tot 150 kHz, 2011, webstore.iec.ch

[11] IEC 61000-4-17, Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Test- en meettechnieken - Immuniteitstest van de dc-ingangspoort, 2009, webstore.iec.ch

[12] IEC 61000-4-19, Elektromagnetische compatibiliteit (EMC): Test- en meettechnieken - Test voor immuniteit voor geleide, differentiële modusstoringen in het frequentiebereik van 2 kHz tot 150 kHz, bij AC-poorten, 2012, commissieontwerp, webwinkel.iec.ch

[13] IEC 61800-3, Instelbare elektrische aandrijfsystemen - Deel 3: EMC-productnorm inclusief specifieke testmethoden, 2004, webstore.iec.ch

[14] IEC 61800-5-1, Elektrische aandrijfsystemen met regelbare snelheid - Deel 5-1: Veiligheidseisen - elektrisch, thermisch en energie, 2007, webstore.iec.ch

[15] IEC 62040-1, Uninterruptible power systems (UPS) - Deel 1: Algemene en veiligheidseisen voor UPS, 2008, webstore.iec.ch

[16] IEC 62040-2, Uninterruptible power systems (UPS) - Deel 2: Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) vereisten, 2005, webstore.iec.ch

[17] IEC 62103, Elektronische apparatuur voor gebruik in stroominstallaties, 2003, webstore.iec.ch

[18] http://www.iec.ch/about/brochures/pdf/technology/transmission.pdf

[19] IEEE 1901, Boardband Power Line Standard for 500 Mbps Communications Goedgekeurd

Hier kun je een reactie achterlaten op het bericht. Om spam te voorkomen worden reacties pas gepubliceerd na beoordeling door de redactie.

Met radarsystemen bewaakt u ook veilig beschermde gebieden wanneer optische sensoren hun limieten bereiken...

Onderzoekers van de Seoul National University in Zuid-Korea hebben een kameleonachtige robot ontwikkeld...

40 jaar geleden debuteerden The Rolling Stones met hun iconische album Tattoo You. Boston Dynamics…

Je hebt robots en je hebt drones, maar er waren geen robots die konden vliegen en lopen...

Kun je koken met laser? Zal het leuk zijn? En is het goed gaar van binnen? Universiteit van Colombia…

Vandaag is het precies zestig jaar geleden dat de Tweede Kamer op voorstel van de minister van Onderwijs Cals instemde met de oprichting van een Technische Universiteit in Enschede. Universiteitskrant U-Today viert dit met…

Een nieuw gelei-achtig materiaal is bestand tegen het gewicht van een olifant en keert terug naar zijn oorspronkelijke vorm, ook al bestaat het voor 80% uit water.

Een nieuw machine learning-model stelt robots in staat om interacties tussen verschillende objecten te begrijpen. Dit is handig voor industriële robots die complexe manipulatietaken in meerdere stappen moeten uitvoeren, ...

Naar digitaal magazine 1, Elektronica productie >>

Naar alle digitale tijdschriften >>

Een congres en vakbeurs gericht op het bijhouden van de ontwikkelingen op het gebied van geavanceerde batterij- en...

Hoe ziet het voedselsysteem van de toekomst eruit? Welke rol speelt technologie daarbij?

Dit seminar geeft een technisch en marktoverzicht van magneetrecycling in de EU, met actuele O&I...

Disclaimer/privacyverklaring Contact Colofon Inschrijven Adverteren E-mail nieuwsbrief Sitemap

Vraag en aanbod Wie levert Constructor Elektro-Data A&B Kunststof en Rubber

© 2010-2019 MYbusinessmedia Holding bv Alle rechten voorbehouden