Com gestionar els límits de 'desbalanç trifàsic' en instal·lacions industrials conformes a la norma alemanya VDE-AR-N 4105?

Norma alemanya per a xarxes de baixa tensió: VDE-AR-N 4105

Alemanya allotja una de les xarxes elèctriques més sofisticades i regulades del món. A mesura que el país impulsa la seva Energiewende (transició energètica), la integració de l’energia solar distribuïda a la xarxa de baixa tensió ha de gestionar-se amb cura per mantenir la seguretat i la fiabilitat del sistema. El codi tècnic fonamental que regula aquesta connexió és la norma VDE-AR-N 4105, titulada Generadors connectats a la xarxa de distribució de baixa tensió. Aquesta norma estableix regles estrictes sobre la qualitat de la potència, el suport a la xarxa i el comportament de seguretat que han de complir tots els sistemes de generació. Per als responsables d’instal·lacions industrials alemanyes, els enginyers elèctrics i els desenvolupadors solars B2B, la gestió del desequilibri trifàsic (conegut com a Schieflast) és un dels requisits de conformitat més crítics segons la norma VDE-AR-N 4105. El fet de no mantenir l’equilibri del sistema pot provocar la denegació de la connexió per part dels operadors locals de xarxes de distribució (DSO) o la desconnexió immediata de la xarxa.

Aquesta guia explica què és el desequilibri trifàsic, per què la norma VDE-AR-N 4105 el limita i com gestionar i configurar amb èxit els vostres sistemes industrials de generació solar mitjançant invertidors JYINS avançats i controladors intel·ligents.

Descomposició del desequilibri trifàsic (Schieflast)

En una xarxa trifàsica de corrent altern (CA) equilibrada, les formes d’ona de tensió i corrent de les tres fases (L1, L2 i L3) tenen amplituds iguals i estan desplaçades entre si exactament 120 graus elèctrics. El desequilibri trifàsic es produeix quan les càrregues elèctriques o les capacitats de generació no es distribueixen uniformement entre les tres fases.

Per què els operadors de xarxa limiten el desequilibri:

• Escalfament excessiu del transformador: Corrents de fase desiguals generen un corrent neutre que torna al transformador de la companyia elèctrica. Aquest corrent provoca un escalfament excessiu en les bobines neutres del transformador, reduint-ne la vida útil i podent causar una fallada prematura.
• Distorsions de tensió: Un corrent elevat en una única fase provoca una caiguda de tensió localitzada en aquesta fase, mentre que les altres fases experimenten un augment de tensió. Aquesta tensió desigual pot danyar motors industrials trífase i equips elèctrics sensibles.
• Activació de la protecció per defecte a terra: Un desequilibri sever pot activar relés de protecció per defecte a terra o per sobrecorrent al neutre en subestacions locals, provocant tallades de subministrament locals.

Per prevenir aquests problemes, la norma VDE-AR-N 4105 exigeix que el desequilibri màxim permès de potència activa entre dues fases qualssevol no superi els 4,6 kVA. Aquest límit s’aplica al punt de connexió comú (PCC) on l’instal·lació industrial es connecta a la xarxa pública de distribuïdora. Sigui quina sigui la causa del desequilibri —càrregues monofàsiques de consumidors o generació fotovoltaica monofàsica desigual—, el desequilibri net ha de mantenir-se per sota d’aquest llindar de 4,6 kVA.

Estratègies per mitigar el desequilibri de fases en instal·lacions industrials

Gestionar el desequilibri de fases en grans instal·lacions industrials requereix una combinació de disseny estratègic, distribució equilibrada de càrrega i selecció intel·ligent d'invertidors:

• Utilització d'invertidors de cadena trifàsics: La manera més senzilla i eficaç d'evitar el desequilibri causat per la generació és fer servir invertidors de cadena trifàsics especialitzats, com la sèrie comercial JYINS. Un invertidor trifàsic equilibra intrínsecament la seva potència de sortida, injectant quantitats iguals de potència activa a L1, L2 i L3. Com que la potència és simètrica, l'invertidor en si no contribueix gens al desequilibri de fases de l'instal·lació.
• Assignació simètrica d'invertidors monofàsics: En sistemes més petits on cal utilitzar invertidors monofàsics, aquests s'han d'instal·lar en grups de tres. En connectar capacitats iguals d'invertidors monofàsics a L1, L2 i L3, la generació global roman equilibrada. Tanmateix, si un invertidor es desconnecta per una falla, el sistema experimentarà immediatament un desequilibri. Per complir la norma VDE-AR-N 4105, aquests invertidors han d'estar interconnectats mitjançant comunicacions, de manera que, si una unitat es desconnecta, les altres dues reduiran automàticament la potència per mantenir el desequilibri per sota dels 4,6 kVA.
• Equilibratge de fases en càrregues industrials: Les instal·lacions industrials contenen molts equips d'oficina monofàsics, sistemes d'il·luminació i maquinària especialitzada. Els enginyers elèctrics han d'auditar l'instal·lació i distribuir aquestes càrregues de la manera més uniforme possible entre les tres fases. Una càrrega simètrica en la fase de disseny minimitza el desequilibri fonamental amb què ha d'interactuar el sistema solar.

El paper dels invertidors JYINS i dels comptadors intel·ligents externs

Encara que els inversors trifàsics resolen el desequilibri de generació, el desequilibri real al punt de connexió a la xarxa és el resultat net tant de la generació com del consum. Si una instal·lació industrial té càrregues desequilibrades, fins i tot un inversor solar trifàsic simètric no pot corregir-lo sense un control intel·ligent.

Per resoldre aquesta qüestió, els moderns inversors híbrids trifàsics JYINS admeten la compensació dinàmica de fases i s’integren amb comptadors intel·ligents externs:

• Monitoratge en temps real: Es col·loca un comptador intel·ligent d’alta precisió (com un comptador Janitza o JYINS conforme a la norma VDE) al punt principal de connexió a la xarxa. Aquest comptador monitoritza contínuament el corrent i la potència activa a L1, L2 i L3, realitzant mostres diverses vegades per segon.
• Assignació dinàmica de potència (control independent de fase): Els invertidors estàndard de tres fases han d’emetre potència igual en totes les fases. No obstant això, els invertidors híbrids avançats JYINS disposen d’un control independent de la potència per fase. Si el comptador intel·ligent detecta que la fase L1 importa 5 kW, mentre que les fases L2 i L3 estan equilibrades, l’inversor JYINS pot ajustar la commutació interna per injectar més potència a la fase L1 i reduir la sortida a les fases L2 i L3. Aquesta compensació activa per fases equilibra dinàmicament el flux net de potència al comptador de la xarxa elèctrica.
• Integració d’emmagatzematge amb bateries: En moments de desequilibri extrem de càrrega, l’inversor híbrid JYINS pot extreure energia del banc de bateries per alimentar fases concretes amb càrrega elevada, mantenint el desequilibri net de la xarxa elèctrica molt per sota del límit de 4,6 kVA establert a la norma VDE-AR-N 4105.

Posada en marxa i documentació per a utilities alemanyes

Abans que una instal·lació solar comercial pugui ser autoritzada per a la seva posada en funcionament a Alemanya, el DSO local (com ara Westnetz, Netze BW o Bayernwerk) realitzarà una revisió exhaustiva de la compatibilitat amb la xarxa.

• Certificat de conformitat (Einheitenzertifikat): Aquest document acredita que l'inversor JYINS ha estat sotmès a proves i certificat per un organisme europeu d’ensajos acreditat per complir tots els requisits de la norma VDE-AR-N 4105.
• Esquema elèctric: Un esquema detallat que mostra les connexions trifàsiques, els relés de seguretat i la ubicació del comptador intel·ligent extern.
• Registres de configuració: Registres impresos del programari de posada en servei de l’inversor que mostren que s’ha seleccionat el perfil de xarxa alemany, que s’ha activat la compensació activa de fase i que els paràmetres de comunicació de seguretat són totalment operatius.

Mitjançant la col·laboració amb JYINS i la selecció dels nostres invertidors trifàsics d’alt rendiment i totalment certificats, així com dels nostres sistemes híbrids d’emmagatzematge d’energia, els distribuïdors solars B2B i les empreses de contractació d’enginyeria (EPC) poden simplificar els seus processos d’aprovació per part de les companyies elèctriques i oferir solucions energètiques industrials altament eficients, conformes i duradores a tot Alemanya.