Hogyan kezeljük a „háromfázisú feszültségkülönbség” korlátozásait a német VDE-AR-N 4105 szabványnak megfelelő ipari berendezésekben?

A német alacsonyfeszültségű hálózati szabvány: VDE-AR-N 4105

Németország otthona az egyik legfejlettebb és legszigorúbban szabályozott villamosenergia-hálózatoknak a világon. Amint az ország az Energiewende (energiaátalakítás) felé halad, a decentralizált napenergia hálózati integrációját a kisfeszültségű hálózatba gondosan kezelni kell a rendszer biztonságának és megbízhatóságának fenntartása érdekében. A kapcsolódásra vonatkozó alapvető műszaki szabvány a VDE-AR-N 4105 szabvány, amelynek címe: „A kisfeszültségű elosztóhálózathoz csatlakoztatott generátorok”. Ez a szabvány szigorú előírásokat állapít meg a teljesítményminőségre, a hálózati támogatásra és a biztonsági viselkedésre vonatkozóan, amelyeket minden termelőrendszernek teljesítenie kell. A német ipari üzemvezetők, villamosmérnökök és B2B napenergia-fejlesztők számára a háromfázisú terhelési egyensúlytalanság (Schieflast néven ismert) kezelése a VDE-AR-N 4105 szabvány egyik legfontosabb megfelelési követelménye. Ha a rendszer nem marad kiegyensúlyozott, a helyi elosztó vállalatok (DSO-k) elutasíthatják a csatlakozást, illetve azonnali hálózati leválasztás következhet be.

Ez az útmutató bemutatja, mi az a háromfázisú feszültségkülönbség, miért korlátozza a VDE-AR-N 4105 szabvány, és hogyan kezelheti és konfigurálhatja sikeresen ipari napelemes rendszereit fejlett JYINS inverterekkel és intelligens vezérlőkkel.

A háromfázisú feszültségkülönbség (Schieflast) elemzése

Egy kiegyensúlyozott háromfázisú váltóáramos (AC) hálózatban mindhárom fázis (L1, L2 és L3) feszültség- és áramerősség-formája azonos amplitúdójú, és egymáshoz képest pontosan 120 elektromos fokkal van eltolva. A háromfázisú feszültségkülönbség akkor lép fel, ha az elektromos terhelések vagy termelési kapacitások nem oszlanak el egyenlően a három fázis között.

Miért korlátozzák a hálózati üzemeltetők a feszültségkülönbséget:

• Transzformátor túlmelegedése: A fázisokon átfolyó egyenlőtlen áramok semleges áramot eredményeznek, amely visszafolyik a szolgáltató transzformátorába. Ez az áram túlmelegíti a transzformátor semleges tekercseit, csökkentve élettartamát, és előidézheti korai meghibásodását.
• Feszültségtorzulások: Egyetlen fázison fellépő nagy áram okoz helyi feszültségesést ezen a fázison, miközben a többi fázison feszültségnövekedés tapasztalható. Ez az egyenetlen feszültség károsíthatja az érzékeny háromfázisú ipari motorokat és villamos berendezéseket.
• Földelési hibakikapcsolás: A súlyos fázisegyensúlytalanság kiválthatja a földelési hibát vagy a semleges vezetőn fellépő túláramot érzékelő védőrelék működését a helyi alállomásokon, ami helyi áramkimaradáshoz vezethet.

E problémák megelőzése érdekében a VDE-AR-N 4105 előírja, hogy bármely két fázis között megengedett legnagyobb aktív teljesítmény-egyensúlytalanság nem haladhatja meg a 4,6 kVA-t. Ez a korlát a közös csatlakozási pont (PCC) vonatkozásában érvényes, ahol az ipari létesítmény a közműhálózathoz kapcsolódik. Akár egyszerű fázisú fogyasztói terhelések, akár egyenlőtlen egyszerű fázisú napelemes termelés okozza az egyensúlytalanságot, a nettó egyensúlytalanságnak ezen a 4,6 kVA-os küszöbértéken belül kell maradnia.

Fázisegyensúlytalanság csökkentésének stratégiái ipari környezetben

A fázis-egyensúlytalanság kezelése nagy ipari létesítményekben stratégiai tervezést, kiegyensúlyozott terheléselosztást és intelligens inverterválasztást igényel:

• Háromfázisú soros inverterek alkalmazása: A legegyszerűbb és leghatékonyabb módja a generálásból eredő egyensúlytalanság megelőzésének a külön háromfázisú soros inverterek használata, például a JYINS kereskedelmi sorozatáé. Egy háromfázisú inverter természetes módon kiegyensúlyozza teljesítménykimenetét, azonos mennyiségű aktív teljesítményt juttatva be L1-be, L2-be és L3-ba. Mivel a teljesítmény szimmetrikus, az inverter maga nem járul hozzá a létesítmény fázis-egyensúlytalanságához.
• Szimmetrikus egymenetes inverterek elosztása: Kisebb rendszerekben, ahol egymenetes invertereket kell alkalmazni, azokat három darabos csoportokban kell telepíteni. Ha azonos teljesítményű egymenetes invertereket csatlakoztatunk az L1, L2 és L3 fázisokhoz, az összesített termelés egyensúlyban marad. Azonban ha egy inverter hibára kapcsol ki, a rendszer azonnal fáziseltérésbe kerül. A VDE-AR-N 4105 szabványnak való megfelelés érdekében ezeket az invertereket kommunikációs kapcsolattal kell ellátni, így ha egy egység kikapcsolódik, a másik kettő automatikusan lecsökkenti a teljesítményét, hogy a fáziseltérés 4,6 kVA alatt maradjon.
• Ipari terhelések fázisegyensúlyozása: Az ipari létesítményekben számos egymenetes irodai berendezés, világítás és speciális gépek találhatók. A villamosmérnököknek fel kell mérniük a létesítményt, és a terheléseket a lehető legjobban el kell osztani a három fázis között. A tervezési szakaszban elvégzett szimmetrikus terheléselosztás minimalizálja az alapvető fáziseltérést, amellyel a napelemrendszernek együtt kell működnie.

A JYINS inverterek és a külső okos mérők szerepe

Bár a háromfázisú inverterek megoldják a generációs kiegyensúlyozatlanságot, a hálózati csatlakozási ponton fellépő tényleges kiegyensúlyozatlanság a generáció és a fogyasztás együttes eredménye. Ha egy ipari létesítmény kiegyensúlyozatlan terheléseket tartalmaz, akkor még egy szimmetrikus háromfázisú napelem-inverter sem képes kijavítani azt intelligens vezérlés nélkül.

Ennek a problémának a megoldása érdekében a modern JYINS háromfázisú hibrid inverterek támogatják a dinamikus fáziskiegyenlítést, és integrálhatók külső okos mérőkkel:

• Valós idejű figyelés: Egy nagy pontosságú okos mérő (például egy VDE-szabványoknak megfelelő Janitza vagy JYINS mérő) kerül telepítésre a fő hálózati csatlakozási ponton. Ez a mérő folyamatosan figyeli az L1, L2 és L3 fázisok áramát és aktív teljesítményét, másodpercenként többször is mintavételezve.
• Dinamikus teljesítményelosztás (fázisfüggetlen vezérlés): A szokásos háromfázisú invertereknek az összes fázison egyenlő teljesítményt kell kimenetként leadniuk. Azonban a fejlett JYINS hibrid inverterek fázisonként független teljesítményvezérléssel rendelkeznek. Ha az intelligens mérő azt érzékeli, hogy az L1 fázis 5 kW-ot importál, miközben az L2 és L3 fázisok kiegyensúlyozottak, akkor a JYINS inverter belső kapcsolási módját úgy tudja beállítani, hogy több teljesítményt tápláljon be az L1 fázisba, miközben csökkenti a kimeneti teljesítményt az L2 és L3 fázisokban. Ez az aktív fáziskiegyenlítés dinamikusan kiegyensúlyozza a nettó teljesítményáramlást a közműmérőnél.
• Akkumulátor-tároló integráció: Extrém terhelési egyensúlytalanság esetén a JYINS hibrid inverter az akkumulátorbankból vonhat le energiát, hogy meghatározott, erősen terhelt fázisokat tápláljon, így a nettó hálózati egyensúlytalanságot jól a VDE-AR-N 4105 szabványban megadott 4,6 kVA-os határérték alatt tartja.

Üzembe helyezés és dokumentáció német közművek számára

Mielőtt egy kereskedelmi célú napenergia-előállító létesítmény működésbe léphet Németországban, a helyi elosztói szolgáltató (DSO) – például a Westnetz, a Netze BW vagy a Bayernwerk – alapos hálózati kompatibilitási vizsgálatot végez. A fejlesztőknek egyértelmű dokumentációt kell benyújtaniuk a VDE-AR-N 4105 előírásainak megfelelésről.

• Megfelelőségi tanúsítvány (Einheitenzertifikat): Ez a dokumentum igazolja, hogy a JYINS invertert egy akkreditált európai tesztszervezet vizsgálta és tanúsította a VDE-AR-N 4105 összes követelményének való megfeleléséről.
• Elektromos kapcsolási rajz: Részletes kapcsolási rajz, amely bemutatja a háromfázisú csatlakozásokat, a biztonsági reléket és a külső okosmérő helyét.
• Konfigurációs naplók: Nyomtatott naplók az inverter üzembe helyezési szoftveréből, amelyek azt mutatják, hogy kiválasztották a német hálózati profilt, engedélyezték az aktív fáziskiegyenlítést, és a biztonsági kommunikációs paraméterek teljesen működnek.

A JYINS-szel való együttműködés és nagy teljesítményű, teljes körűen tanúsított háromfázisú invertereink és hibrid energiatároló rendszereink kiválasztása lehetővé teszi a B2B napenergia-elosztóknak és az EPC-knek, hogy leegyszerűsítsék a közmű-elfogadási folyamatokat, és hatékony, szabályzati előírásoknak megfelelő és tartós ipari energiamegoldásokat nyújtsanak Németország egész területén.