Πώς να διαχειριστείτε τα όρια της «ασυμμετρίας τριών φάσεων» σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις που συμμορφώνονται με το γερμανικό πρότυπο VDE-AR-N 4105;

Το γερμανικό πρότυπο χαμηλής τάσης: VDE-AR-N 4105

Η Γερμανία φιλοξενεί ένα από τα πιο εξελιγμένα και αυστηρά ρυθμιζόμενα ηλεκτρικά δίκτυα στον κόσμο. Καθώς η χώρα προωθεί την «Energiewende» (ενεργειακή μετάβαση), η ενσωμάτωση διασπορικής ηλιακής ενέργειας στο δίκτυο χαμηλής τάσης πρέπει να διαχειρίζεται προσεκτικά για να διατηρηθεί η ασφάλεια και η αξιοπιστία του συστήματος. Ο βασικός τεχνικός κανονισμός που διέπει αυτήν τη σύνδεση είναι το πρότυπο VDE-AR-N 4105, με τίτλο «Γεννήτριες συνδεδεμένες στο δίκτυο διανομής χαμηλής τάσης». Αυτό το πρότυπο καθορίζει αυστηρούς κανόνες για την ποιότητα της ηλεκτρικής ενέργειας, την υποστήριξη του δικτύου και τη συμπεριφορά ασφαλείας που πρέπει να τηρούν όλα τα συστήματα παραγωγής. Για τους διευθυντές βιομηχανικών εγκαταστάσεων, τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς και τους B2B αναπτυξιακούς φορείς ηλιακής ενέργειας στη Γερμανία, η διαχείριση της ασυμμετρίας τριφασικού ρεύματος (γνωστή ως Schieflast) αποτελεί μία από τις κρισιμότερες απαιτήσεις συμμόρφωσης σύμφωνα με το VDE-AR-N 4105. Η αποτυχία διατήρησης ισορροπίας του συστήματος μπορεί να οδηγήσει σε απόρριψη της σύνδεσης από τους τοπικούς φορείς διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (DSOs) ή σε άμεση αποσύνδεση από το δίκτυο.

Αυτός ο οδηγός εξηγεί τι είναι η ασυμμετρία τριφασικού δικτύου, γιατί το πρότυπο VDE-AR-N 4105 την περιορίζει και πώς μπορείτε να διαχειριστείτε και να ρυθμίσετε με επιτυχία τα βιομηχανικά συστήματα ηλιακής ενέργειας χρησιμοποιώντας προηγμένους ηλεκτρονικούς μετατροπείς JYINS και έξυπνους ελεγκτές.

Ανάλυση της Ασυμμετρίας Τριφασικού Δικτύου (Schieflast)

Σε ένα ισορροπημένο τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), οι κυματομορφές τάσης και ρεύματος όλων των τριών φάσεων (L1, L2 και L3) έχουν ίσα πλάτη και είναι μετατοπισμένες μεταξύ τους κατά ακριβώς 120 ηλεκτρικές μοίρες. Η ασυμμετρία τριφασικού δικτύου προκύπτει όταν τα ηλεκτρικά φορτία ή οι ισχύεις παραγωγής δεν κατανέμονται ομοιόμορφα στις τρεις φάσεις.

Γιατί οι φορείς λειτουργίας του δικτύου περιορίζουν την ασυμμετρία:

• Υπερθέρμανση μετασχηματιστή: Οι ανισόμετροι φασικοί ρεύματα δημιουργούν ρεύμα ουδέτερου που επιστρέφει στον μετασχηματιστή της εταιρείας διανομής. Αυτό το ρεύμα προκαλεί υπερβολική θέρμανση στα τυλίγματα ουδέτερου του μετασχηματιστή, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του και ενδεχομένως προκαλώντας πρόωρη αποτυχία.
• Παραμορφώσεις Τάσης: Η υψηλή ρεύματική φόρτιση σε μία μόνο φάση προκαλεί τοπική πτώση τάσης σε αυτήν τη φάση, ενώ οι άλλες φάσεις υφίστανται αύξηση τάσης. Αυτή η ανομοιογενής τάση μπορεί να προκαλέσει βλάβη σε ευαίσθητους τριφασικούς βιομηχανικούς κινητήρες και ηλεκτρικό εξοπλισμό.
• Διακοπή λόγω βραχυκυκλώματος προς γη: Η σοβαρή ανισορροπία μπορεί να ενεργοποιήσει διατάξεις προστασίας κατά βραχυκυκλώματος προς γη ή υπερρεύματος στο ουδέτερο αγωγό σε τοπικούς υποσταθμούς, με αποτέλεσμα τοπικές διακοπές ηλεκτρικής ενέργειας.

Για να αποτραπούν αυτά τα προβλήματα, η προδιαγραφή VDE-AR-N 4105 καθορίζει ότι η μέγιστη επιτρεπόμενη ανισορροπία ενεργού ισχύος μεταξύ οποιωνδήποτε δύο φάσεων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 4,6 kVA. Αυτό το όριο ισχύει στο σημείο κοινής σύνδεσης (PCC), όπου η βιομηχανική εγκατάσταση συνδέεται με το δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Είτε η ανισορροπία προκαλείται από μονοφασικά φορτία καταναλωτών είτε από ανισόμετρη μονοφασική παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, η καθαρή ανισορροπία πρέπει να παραμένει κάτω από αυτό το όριο των 4,6 kVA.

Στρατηγικές για την αντιμετώπιση της ανισορροπίας φάσεων σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις

Η διαχείριση της ανισορροπίας φάσεων σε μεγάλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις απαιτεί συνδυασμό στρατηγικού σχεδιασμού, ισορροπημένης κατανομής φορτίου και έξυπνης επιλογής αντιστροφέων:

• Χρήση τριφασικών αντιστροφέων σειράς: Ο απλούστερος και πιο αποτελεσματικός τρόπος πρόληψης της ανισορροπίας που προκαλείται από την παραγωγή είναι η χρήση αφιερωμένων τριφασικών αντιστροφέων σειράς, όπως η εμπορική σειρά JYINS. Ένας τριφασικός αντιστροφέας ισορροπεί αυτόματα την έξοδο ισχύος του, εισάγοντας ίσες ποσότητες ενεργού ισχύος στις φάσεις L1, L2 και L3. Δεδομένου ότι η ισχύς είναι συμμετρική, ο ίδιος ο αντιστροφέας δεν συνεισφέρει καθόλου στην ανισορροπία φάσεων της εγκατάστασης.
• Κατανομή Συμμετρικών Μονοφασικών Αντιστροφέων: Σε μικρότερα συστήματα, όπου πρέπει να χρησιμοποιηθούν μονοφασικοί αντιστροφείς, αυτοί πρέπει να εγκαθίστανται σε ομάδες των τριών. Συνδέοντας μονοφασικούς αντιστροφείς ίσης ισχύος στις φάσεις L1, L2 και L3, η συνολική παραγωγή παραμένει ισορροπημένη. Ωστόσο, εάν ένας αντιστροφέας απενεργοποιηθεί λόγω βλάβης, το σύστημα θα υποστεί αμέσως ανισορροπία. Για να συμμορφωθεί με το πρότυπο VDE-AR-N 4105, οι αντιστροφείς αυτοί πρέπει να είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους μέσω επικοινωνίας, ώστε εάν μία μονάδα διακοπεί, οι άλλες δύο να μειώνουν αυτόματα την ισχύ τους για να διατηρήσουν την ανισορροπία κάτω των 4,6 kVA.
• Ισορρόπηση Φάσεων Βιομηχανικών Φορτίων: Οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό μονοφασικού γραφειακού εξοπλισμού, φωτισμού και ειδικών μηχανημάτων. Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί πρέπει να διενεργήσουν ακριβή αξιολόγηση της εγκατάστασης και να κατανείμουν αυτά τα φορτία όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφα στις τρεις φάσεις. Η συμμετρική κατανομή των φορτίων κατά τη φάση σχεδιασμού ελαχιστοποιεί την αρχική ανισορροπία, με την οποία θα πρέπει να αλληλεπιδράσει το φωτοβολταϊκό σύστημα.

Ο ρόλος των αντιστροφέων JYINS και των εξωτερικών έξυπνων μετρητών

Ενώ οι τριφασικοί αντιστροφείς επιλύουν την ανισορροπία παραγωγής, η πραγματική ανισορροπία στο σημείο σύνδεσης με το δίκτυο αποτελεί το συνολικό αποτέλεσμα τόσο της παραγωγής όσο και της κατανάλωσης. Εάν μια βιομηχανική εγκατάσταση διαθέτει ανισορροπημένα φορτία, ακόμη και ένας συμμετρικός τριφασικός ηλιακός αντιστροφέας δεν μπορεί να τη διορθώσει χωρίς ευφυή έλεγχο.

Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, οι σύγχρονοι τριφασικοί υβριδικοί αντιστροφείς JYINS υποστηρίζουν δυναμική αντιστάθμιση φάσης και ενσωματώνονται με εξωτερικούς έξυπνους μετρητές:

• Πραγματική παρακολούθηση: Ένας υψηλής ακρίβειας έξυπνος μετρητής (όπως ένας συμμορφούμενος με τα πρότυπα VDE μετρητής Janitza ή JYINS) εγκαθίσταται στο κύριο σημείο σύνδεσης με το δίκτυο. Αυτός ο μετρητής παρακολουθεί συνεχώς το ρεύμα και την ενεργό ισχύ στις φάσεις L1, L2 και L3, με δείγματα πολλές φορές ανά δευτερόλεπτο.
• Δυναμική Κατανομή Ισχύος (Έλεγχος Ανεξάρτητος της Φάσης): Οι τυπικοί τριφασικοί αντιστροφείς πρέπει να παρέχουν ίση ισχύ σε όλες τις φάσεις. Ωστόσο, οι προηγμένοι υβριδικοί αντιστροφείς JYINS διαθέτουν έλεγχο ισχύος ανεξάρτητο ανά φάση. Εάν ο έξυπνος μετρητής εντοπίσει ότι η φάση L1 εισάγει 5 kW, ενώ οι φάσεις L2 και L3 είναι ισορροπημένες, ο αντιστροφέας JYINS μπορεί να ρυθμίσει την εσωτερική του λειτουργία διακοπής/ενεργοποίησης για να εισάγει περισσότερη ισχύ στη φάση L1 και ταυτόχρονα να μειώσει την έξοδο στις φάσεις L2 και L3. Αυτή η ενεργός εξισορρόπηση ανά φάση ισορροπεί δυναμικά τη συνολική ροή ισχύος στον μετρητή της εταιρείας ηλεκτροδότησης.
• Ενσωμάτωση Μπαταριών Αποθήκευσης: Κατά τις περιόδους ακραίας ανισορροπίας φορτίου, ο υβριδικός αντιστροφέας JYINS μπορεί να αντλεί ενέργεια από την μπαταρία για να τροφοδοτήσει συγκεκριμένες, υπερφορτωμένες φάσεις, διατηρώντας τη συνολική ανισορροπία του δικτύου καλά κάτω από το όριο των 4,6 kVA που καθορίζεται από το πρότυπο VDE-AR-N 4105.

Εγκατάσταση και Τεκμηρίωση για Γερμανικές Εταιρείες Ηλεκτροδότησης

Προτού μια εμπορική ηλιακή εγκατάσταση εξουσιοδοτηθεί να λειτουργήσει στη Γερμανία, ο τοπικός Διαχειριστής Συστήματος Διανομής (DSO) (όπως η Westnetz, η Netze BW ή η Bayernwerk) διενεργεί λεπτομερή ανάλυση συμβατότητας με το δίκτυο.

• Πιστοποιητικό Συμμόρφωσης (Einheitenzertifikat): Αυτό το έγγραφο αποδεικνύει ότι ο μετατροπέας JYINS έχει υποβληθεί σε δοκιμές και πιστοποιηθεί από εξουσιοδοτημένο ευρωπαϊκό φορέα δοκιμών για την πλήρη συμμόρφωσή του με όλες τις απαιτήσεις του VDE-AR-N 4105.
• Ηλεκτρικό Διάγραμμα: Λεπτομερές διάγραμμα που απεικονίζει τις συνδέσεις τριφασικού ρεύματος, τα ρελέ ασφαλείας και τη θέση του εξωτερικού έξυπνου μετρητή.
• Αρχεία Ρυθμίσεων: Εκτυπωμένα αρχεία από το λογισμικό εκκίνησης του μετατροπέα, τα οποία δείχνουν ότι επιλέχθηκε το γερμανικό προφίλ δικτύου, ότι ενεργοποιήθηκε η ενεργός αντιστάθμιση φάσης και ότι οι παράμετροι ασφαλούς επικοινωνίας λειτουργούν πλήρως.

Μέσω της συνεργασίας με την JYINS και της επιλογής των υψηλής απόδοσης, πλήρως πιστοποιημένων τριφασικών αντιστροφέων και υβριδικών συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, οι B2B διανομείς ηλιακής ενέργειας και οι EPC μπορούν να απλοποιήσουν τις διαδικασίες έγκρισης από τις αρμόδιες υπηρεσίες και να παραδίδουν εξαιρετικά αποδοτικές, συμμορφούμενες και ανθεκτικές βιομηχανικές λύσεις ενέργειας σε όλη τη Γερμανία.