Cum se gestionează limitele de 'dezechilibru trifazat' în configurațiile industriale conforme standardului german VDE-AR-N 4105?

Standardul german pentru rețeaua de joasă tensiune: VDE-AR-N 4105

Germania găzduiește una dintre cele mai sofisticate și strict reglementate rețele electrice din lume. Pe măsură ce țara își urmărește obiectivul Energiewende (tranziția energetică), integrarea energiei solare distribuite în rețeaua de joasă tensiune trebuie gestionată cu atenție pentru a menține siguranța și fiabilitatea sistemului. Codul tehnic fundamental care reglementează această conectare este standardul VDE-AR-N 4105, intitulat Generatori conectați la rețeaua de distribuție de joasă tensiune. Acest standard stabilește reguli stricte privind calitatea energiei electrice, sprijinul acordat rețelei și comportamentul în materie de siguranță, pe care toate sistemele de generare trebuie să le respecte. Pentru managerii de instalații industriale din Germania, inginerii electricieni și dezvoltatorii B2B de soluții solare, gestionarea dezechilibrului trifazat (cunoscut sub denumirea de Schieflast) reprezintă una dintre cele mai critice cerințe de conformitate prevăzute de standardul VDE-AR-N 4105. Neîndeplinirea cerinței de echilibrare a sistemului poate duce la refuzul de conectare din partea operatorilor locali ai sistemelor de distribuție (DSO) sau la deconectarea imediată de la rețea.

Acest ghid explică ce este dezechilibrul trifazat, de ce VDE-AR-N 4105 îl limitează și cum puteți gestiona și configura cu succes sistemele industriale de energie solară folosind invertorii avansați JYINS și controlerele inteligente.

Dezmembrarea dezechilibrului trifazat (Schieflast)

Într-o rețea trifazată de curent alternativ (CA) echilibrată, formele de undă ale tensiunii și ale curentului pentru toate cele trei faze (L1, L2 și L3) au amplitudini egale și sunt defazate între ele exact cu 120 de grade electrice. Dezechilibrul trifazat apare atunci când sarcinile electrice sau capacitățile de generare nu sunt distribuite în mod egal pe cele trei faze.

De ce operatorii de rețea limitează dezechilibrul:

• Supraîncălzirea transformatorului: Curenții neegali din faze generează un curent neutru care se întoarce la transformatorul furnizorului de energie. Acest curent provoacă o supraîncălzire excesivă a înfășurărilor neutre ale transformatorului, reducându-i durata de viață și putând duce la defecte prematură.
• Distorsiuni de tensiune: Un curent ridicat pe o singură fază determină o scădere localizată a tensiunii pe acea fază, în timp ce celelalte faze înregistrează o creștere a tensiunii. Această tensiune neuniformă poate deteriora motoarele industriale trifazate și echipamentele electrice sensibile.
• Declanșarea protecției la defect de izolație: Dezechilibrul sever poate declanșa releele de protecție la defect de izolație sau la supracurent în neutrul, la substațiile locale, provocând întreruperi locale ale alimentării cu energie electrică.

Pentru a preveni aceste probleme, norma VDE-AR-N 4105 prevede că dezechilibrul maxim admisibil de putere activă între oricare două faze nu trebuie să depășească 4,6 kVA. Această limită se aplică punctului de cuplare comună (PCC), unde instalația industrială este conectată la rețeaua publică de distribuție a energiei electrice. Indiferent dacă dezechilibrul este cauzat de sarcini monofazate ale consumatorilor sau de generarea neechilibrată monofazată din panouri fotovoltaice (PV), dezechilibrul net trebuie să rămână sub această limită de 4,6 kVA.

Strategii pentru reducerea dezechilibrului de fază în instalațiile industriale

Gestionarea dezechilibrului de fază în instalațiile industriale mari necesită o combinație între proiectare strategică, distribuție echilibrată a sarcinii și selecția inteligentă a invertorilor:

• Utilizarea invertorilor string trifazici: Cea mai simplă și eficientă metodă de prevenire a dezechilibrului generat este utilizarea invertorilor string trifazici specializați, cum ar fi seria comercială JYINS. Un invertor trifazic echilibrează în mod intrinsec puterea sa de ieșire, injectând cantități egale de putere activă în L1, L2 și L3. Deoarece puterea este simetrică, invertorul în sine nu contribuie deloc la dezechilibrul de fază al instalației.
• Alocarea simetrică a invertorilor monofazați: În sistemele mai mici, în care trebuie utilizați invertori monofazați, aceștia trebuie instalați în grupuri de trei. Prin conectarea unor capacități egale de invertori monofazați la L1, L2 și L3, generarea totală rămâne echilibrată. Totuși, dacă un invertor se oprește din cauza unei defecțiuni, sistemul va experimenta imediat o dezechilibrare. Pentru a respecta norma VDE-AR-N 4105, acești invertori trebuie să fie legați prin intermediul unui sistem de comunicație, astfel încât, în cazul declanșării unui invertor, ceilalți doi să reducă automat puterea pentru a menține dezechilibrarea sub 4,6 kVA.
• Echilibrarea fazelor pentru sarcinile industriale: Instalațiile industriale conțin numeroase echipamente monofazate pentru birouri, iluminat și mașini specializate. Inginerii electricieni trebuie să efectueze un audit al instalației și să distribuie aceste sarcini cât mai uniform posibil pe cele trei faze. Încărcarea simetrică în faza de proiectare minimizează dezechilibrarea de bază cu care trebuie să interacționeze sistemul fotovoltaic.

Rolul invertorilor JYINS și al contoarelor inteligente externe

Deși invertorii trifazați rezolvă dezechilibrul de generare, dezechilibrul real la punctul de conectare la rețea este rezultatul net al atât al generării, cât și al consumului. Dacă o instalație industrială are sarcini dezechilibrate, chiar un invertor solar trifazat simetric nu poate corecta acest dezechilibru fără un control inteligent.

Pentru a rezolva această problemă, invertorii hibrid trifazați moderni JYINS susțin compensarea dinamică a fazelor și se integrează cu contoare inteligente externe:

• Monitorizare în timp real: Un contor inteligent de înaltă precizie (de exemplu, un contor Janitza sau JYINS conform standardului VDE) este instalat la punctul principal de conectare la rețea. Acest contor monitorizează continuu curentul și puterea activă pe L1, L2 și L3, efectuând eșantionări de mai multe ori pe secundă.
• Alocare dinamică a puterii (control independent de fază): Invertorii standard cu trei faze trebuie să furnizeze o putere egală pe toate fazele. Totuși, invertorii hibrizi avansați JYINS dispun de un control independent al puterii pe fiecare fază. Dacă contorul inteligent detectează că faza L1 importă 5 kW, în timp ce fazele L2 și L3 sunt echilibrate, invertorul JYINS poate ajusta comutarea internă pentru a injecta mai multă putere în L1, reducând în același timp puterea furnizată pe L2 și L3. Această compensare activă pe faze echilibrează dinamic fluxul net de putere la contorul de rețea.
• Integrarea stocării bateriilor: În perioadele de dezechilibru extrem al sarcinii, invertorul hibrid JYINS poate extrage energie din bancul de baterii pentru a alimenta anumite faze suprasarcinite, menținând dezechilibrul net față de rețea sub limita VDE-AR-N 4105 de 4,6 kVA.

Punerea în funcțiune și documentația pentru distribuitorii germani

Înainte ca o instalație solară comercială să fie autorizată să funcționeze în Germania, DSO-ul local (de exemplu, Westnetz, Netze BW sau Bayernwerk) va efectua o analiză detaliată a compatibilității cu rețeaua.

• Certificat de conformitate (Einheitenzertifikat): Acest document dovedește că invertorul JYINS a fost testat și certificat de un organism european de testare acreditat pentru a îndeplini toate cerințele VDE-AR-N 4105.
• Schema electrică: O schemă detaliată care arată conexiunile trifazate, releele de siguranță și locația contorului inteligent extern.
• Jurnale de configurare: Jurnale tipărite din software-ul de punere în funcțiune a invertorului, care dovedesc că profilul rețelei germane a fost selectat, compensarea activă pe fază a fost activată și parametrii de comunicare în mod de siguranță sunt operaționali.

Prin parteneriatul cu JYINS și selectarea invertorilor noștri trifazici de înaltă performanță, complet certificați, și a sistemelor hibride de stocare a energiei, distribuitorii B2B de echipamente solare și companiile EPC pot simplifica procesele de aprobare de către operatorii de rețea și pot livra soluții industriale eficiente, conforme și durabile pentru energia electrică în întreaga Germanie.