Power Quality (Netkwaliteit)

Wat is het en waarom is het belangrijk?

Een goede Power Quality (netkwaliteit) wordt gekenmerkt door het feit dat de netspanning die daadwerkelijk bij de verbruiker aankomt, overeenkomt met de spanning en kwaliteit die door de netbeheerder of energieleverancier wordt gegarandeerd. Verschillende factoren hebben invloed op de netkwaliteit:

Elektriciteitsopwekkers en de structuur van het distributienet
De transmissie en distributie van de netspanning
Invloeden van aangesloten verbruikers en installaties

De betrouwbaarheid van de energievoorziening hangt af van de mate waarin een elektrisch distributienetwerk zijn leveringstaken gedurende een bepaalde periode kan vervullen. Moderne meettechnologie, zoals mobiele en vast geïnstalleerde Power Quality-analysers, levert een belangrijke bijdrage aan het waarborgen van de netkwaliteit in laagspanningsnetten.

Zonder deze meetinstrumenten is het niet mogelijk om de kwaliteit van de verschillende spanningsparameters correct te beoordelen of de oorzaak van netstoringen nauwkeurig te achterhalen.

Het waarborgen van de netkwaliteit op het aansluitpunt is nauwkeurig vastgelegd in verschillende normen en richtlijnen, zoals DIN EN 50160, VDE-AR-N 4120 en IEC 61400-21. Deze normen gelden voor zowel de opwekking en het verbruik van elektriciteit als voor de distributienetten en vormen de basis van de netaansluitovereenkomst. Voor het bepalen van harmonische vervormingen en de THD-factor (Total Harmonic Distortion) zijn gespecialiseerde Power Quality-meetinstrumenten vereist. Deze toestellen berekenen de belangrijkste kwaliteitsparameters van de elektrische energie op basis van gemeten spannings- en stroomsignalen. Daarnaast spelen deze meetapparaten een belangrijke rol bij storingsanalyses. Ze kunnen harmonischen identificeren die een negatieve invloed hebben op elektronische componenten en daardoor de levensduur van installaties en apparatuur aanzienlijk kunnen verkorten. Hierdoor helpen Power Quality-analysers niet alleen bij het opsporen van problemen, maar ook bij het verbeteren van de betrouwbaarheid, efficiëntie en levensduur van elektrische systemen.

Evaluatiecriteria voor Power Quality

Oorzaken en gevolgen van een slechte netkwaliteit

Algemene kennis – Evaluatiecriteria voor Power Quality

Frequentieafwijkingen
Spanningsdip
Spanningspiek (Voltage Swell)
Totale harmonische vervorming (THD) / Harmonischen
Snelle spanningsverandering (RVC)
Flicker (spanningsflikkering)
Spanningsonbalans
Onderbreking van de stroomvoorziening

Frequentieafwijking

Frequentieafwijkingen worden beoordeeld op basis van de gemiddelde netfrequentie gemeten over een periode van 10 seconden.

De toegestane afwijkingen verschillen afhankelijk van het type elektriciteitsnet:

Gesynchroniseerde netten: ±1% (±0,5 Hz)
Eilandnetten: ±2% (±1 Hz)

Grote frequentieafwijkingen ontstaan meestal door het plotseling wegvallen van grote belastingen of productie-installaties. Een overmatige frequentieafwijking kan leiden tot een verlies van synchronisatie van motoren en generatoren, wat schade aan deze apparatuur kan veroorzaken.

Spanningsdip (Voltage dip)

Tijdelijke daling van de effectieve spanningswaarde onder een vooraf bepaalde drempelwaarde voor een spanningsdip op een specifiek punt in het elektriciteitsnet. Een spanningsdip kan worden veroorzaakt door het aansluiten van belastingen.

Verklaring van de begrippen:

Extreemwaarde: laagste waarde van de 10 ms-spanning tijdens de gebeurtenis [V]
Duur: tijdsverschil tussen het verlaten van en het terugkeren naar het nominale spanningsbereik [ms]

Spanningspiek (Voltage Swell)

Tijdelijke stijging van de effectieve spanningswaarde boven een vooraf bepaalde drempelwaarde op een specifiek punt in het elektriciteitsnet. Een spanningspiek kan worden veroorzaakt door het afschakelen van belastingen.

Verklaring van de begrippen:

Extreemwaarde: grootste waarde van de 10 ms-spanning tijdens de gebeurtenis [V]
Duur: tijdsverschil tussen het verlaten van en het terugkeren naar het nominale spanningsbereik [ms]

Totale Harmonische Vervorming (THD) / Harmonischen

De verhouding tussen de som van alle effectieve harmonische waarden (RMS) en de effectieve waarde van de fundamentele frequentie. De THD-waarde geeft de totale vervorming weer die wordt veroorzaakt door niet-lineaire belastingen.

Oorzaken:

Door niet-lineaire belastingen in het elektriciteitsnet kan de sinusvorm van de netspanning vervormd worden. Afhankelijk van het type belasting worden bepaalde veelvouden van de netfrequentie (harmonischen) sterker uitgesproken.

Zo veroorzaken driefasige belastingen, zoals synchrone/asynchrone motoren of B6-gelijkrichters, vaak sterke vervormingen van de 5e, 7e, 11e en 13e harmonische. Bij eenfasige laagspanningsbelastingen worden vaak de veelvouden van drie beïnvloed (15e, 21e en 27e harmonische).

Een harmonische vervorming wordt als een Power Quality-gebeurtenis geregistreerd wanneer het gemiddelde van 10 minuten van de amplitude hoger is dan de grenswaarde die door de norm wordt vastgelegd. In de Power Quality-gebeurtenis worden zowel de orde van de harmonische als de overschrijding van de grenswaarde in % weergegeven.

Een te hoog niveau van spanningsharmonischen kan leiden tot storingen, oververhitting en uitval van elektrische apparatuur, evenals tot een verhoogde geluidsproductie.

Snelle Spanningsverandering (RVC)

Een snelle spanningsverandering (Rapid Voltage Change, RVC) komt relatief vaak voor in het elektriciteitsnet en wordt voornamelijk veroorzaakt door belastingwijzigingen bij afnemers en schakelhandelingen in het netwerk. Het Power Quality-evenement "snelle spanningsverandering" wordt gekenmerkt door een overgang van de netspanning van de ene stabiele toestand naar een andere stabiele toestand.

Tijdens het evenement worden de volgende parameters geregistreerd:

De duur van de overgang
De maximale spanningsafwijking tijdens de overgang
De blijvende spanningsverandering tussen beide stabiele toestanden

Snelle spanningsveranderingen hebben doorgaans geen grote invloed op elektrische apparatuur. Frequent voorkomende RVC-gebeurtenissen kunnen echter leiden tot een verhoging van het flickerniveau.

Flicker (Spanningsflikkering)

Flicker is een maat voor de sterkte van periodieke spanningsschommelingen in het elektriciteitsnet, die leiden tot een visueel waarneembare verandering in de lichtsterkte van elektrische lampen. Met behulp van de flickermeetmethode volgens DIN EN 61000-4-15 worden deze schommelingen berekend als een dimensieloze grootheid en gemiddeld over twee tijdsintervallen volgens een gewogen gemiddelde methode. De kortetermijnflicker Pst (Perceptibility Short-Term) wordt bepaald over een interval van 10 minuten, terwijl de langetermijnflicker Plt (Perceptibility Long-Term) wordt bepaald over een meetinterval van 2 uur.

Oorzaken:

Oorzaken van een verhoogde flickerwaarde zijn meestal periodieke vermogensschommelingen in het netwerk bij een hoge netimpedantie (zwak net). Daarnaast kunnen hoge harmonische stromen en onderlinge beïnvloeding tussen belastingen ertoe leiden dat de flickergrens wordt overschreden.

Power Quality-gebeurtenissen zoals tijdelijke overspanningen of onderspanningen (swell/dip) zorgen er eveneens vaak voor dat de flickergrens van de betrokken spanningen wordt overschreden. In dat geval kunnen deze flickergebeurtenissen worden genegeerd.

Betekenis voor de EN 50160-evaluatie

In de norm EN 50160 zijn geen grenswaarden vastgelegd voor het aantal Pst- en Plt-gebeurtenissen. Enkel de wekelijkse statistiek van de langetermijnflicker Plt, gemeten over intervallen van 2 uur, wordt geëvalueerd.

Spanningsonbalans

Spanningsonbalans is een maat voor de ongelijke belasting van een driefasig systeem. Dit kan zichtbaar worden door verschillende amplitudes ΔU van de afzonderlijke fasen of door een fasehoekverschil Δϕ dat afwijkt van 120° tussen de fasespanningen. Voor de berekening van de spanningsonbalans worden de 10-minutengemiddelden van de symmetrische componenten van het gemeten spanningssysteem gebruikt. De waarde van de onbalans [%] wordt berekend uit de verhouding tussen het negatieve en het positieve spanningsstelsel.

Oorzaken

Problemen met de symmetrie van een driefasig systeem treden voornamelijk op in laagspanningsnetten en worden veroorzaakt door ongelijk verdeelde eenfasige en tweefasige belastingen, evenals door productie-installaties.
In midden- en hoogspanningsnetten kunnen spanningsonbalansen worden veroorzaakt door smeltovens of door getransponeerde transmissielijnen.

Betekenis voor de EN 50160-evaluatie

In de norm EN 50160 zijn geen grenswaarden vastgelegd voor het aantal spanningsonbalansgebeurtenissen. Enkel de wekelijkse statistiek van de spanningsonbalanswaarden, gemeten over intervallen van 10 minuten, wordt geëvalueerd.
De grenswaarde bedraagt doorgaans 2%.

Onderbreking van de stroomvoorziening

Een onderbreking van de stroomvoorziening wordt gekenmerkt door een spanningsdaling op alle fasen tot minder dan 5% van de nominale spanning. Er wordt onderscheid gemaakt tussen geplande en ongeplande onderbrekingen van de stroomvoorziening binnen een bepaald gebied, kortdurende onderbrekingen (tot 3 minuten) en langdurige onderbrekingen (meer dan 3 minuten).