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Schieflast (Stromasymmetrie) in Stromerzeugungsanlagen

23 November 2012

In elektrischen Stromerzeugungsanlagen mit Einspeisung ins öffentliche Stromnetz wird ab einer bestimmten Einspeiseleistung grundsätzlich 3-phasig eingespeist. Die hierfür verwendeten Generatoren (BHKW) bzw. Wechselrichter (PV) sind dann 3-phasig ausgelegt. Die für die Leistungsregelung und Steuerung verwendeten Steuerungen werten in der Regel keine unsymmetrische Belastung durch den Verbraucher aus, normalerweise wird hier nur die gesamte Solleistung aller 3 Phasen kontrolliert. Es können aber Probleme auftreten für den Stromerzeuger, wenn eine Schieflast entsteht.

 

Anmerkung für Einzelphaseneinspeisung: Wird in der Regel nicht gemacht. Für die Einspeisung von jeweils 3 einzelnen Stromerzeugern würde der Steuerungs- und Schaltaufwand  zu groß werden. Für jede einzelne Phase müßte eine Spannungs- Frequenz und Blindleistungsregelung für den Generator vorgenommen werden, dazu werden noch die Synchronisiereinrichtung, separate Leistungsschalter und Leistungsregelung benötigt.

Nach den aktuellen Anwendungsregeln der VDE-AR-N-4105 (4.4.5) soll für mehrere einphasige Erzeugungsanlagen eine gleichmäßige Verteilung der eingespeisten Leistung angestrebt werden, wobei eine Unsymmetrie von maximal 4,6 kVA zugelassen ist. Für Stromeinspeiser > 13,8kVA Gesamtleistung muß grundsätzlich eine 3-phasige Schutzeinrichtung (NA-Schutz) stattfinden.

Erläuterung der Schieflastproblematik für 3-phasige Einspeisung: Ausgehend von einer reinen 3-phasigen Einspeisung des Stromerzeugers mit 3-phasigen Leistungsschaltern sind alle 3 Phasen gleichzeitig mit dem vorhandenem einzuspeisendem Netz verbunden. Unsymmetrien in den Netzspannungen oder abgenommenen Leistungen führen hier auch zur unsymmetrischen Leistungsabgabe für den Stromerzeuger. Das kann so weit gehen, daß eine Phase komplett ausfällt (keine Stromabnahme mehr oder Phase unterbrochen). In diesem Fall versucht der Stromerzeuger, die eingestellte Gesamtleistung zu halten. Dies bedeutet dann, daß die gleiche Leistung jetzt auf die 2 verbleibenden Phasen aufgeteilt wird, so daß die Strombelastung für Generator, Leistungsschalter und Leitungen auf den 2 verbleibenden Phasen möglicherweise zu hoch wird.

In diesem Fall wird der Generator auch nicht durch die in der VDE-AR-N 4105 (5.) vorgeschriebenen Schutzüberprüfungen der Spannungen und Frequenz (Zentraler NA-Schutz) vom Netz getrennt, da der Generator am Stromeinspeisungspunkt noch die richtige Spannung liefert und nur der Stromfluß in der fehlerhaften Phase fehlt. Hier sollte aus o.g. Sicherheitsgründen zur Schonung des Stromerzeugers eine Schieflastüberprüfung der 3 Phasen stattfinden. Gleichzeitig kann damit auch der Punkt 4.4.5 der VDE-AR-N-4105 erfüllt werden.

Die Stromüberprüfung der einzelnen Phasen wird in generatorischen Anlagen (BHKW) je nach verwendeter Generatorsteuerung immer durchgeführt, um die Gesamtwirkleistung, Scheinleistung und Blindleistung zu erfassen, anzuzeigen oder zu regeln. Bei den meist verwendeten Standardsteuerungen wird auf die Auswertung einer Schieflast verzichtet, die Daten sind meistens vorhanden, aber die notwendige Softwareänderung wird in bestehenden Anlagen nicht mehr verändert.

Abhilfe: Hier kann ein externer Schieflastwächter zur Anwendung kommen, der mit den 3 Meßströmen aus den Anlagen-Stromwandlern versorgt wird.

Da die Netzspannungen sich örtlich in engen Grenzen bewegen, reicht hier die Messung des Stromflusses aus, um eine Schieflast zuverlässig anzuzeigen. Da keine Verkabelung der 3 Phasenspannungen notwendig ist, läßt sich z.B. unser SLW150  recht einfach und schnell auf der Hutschiene an geeigneter Stelle platzieren. Zusätzlich muß noch eine Hilfsspannung von 24VDC oder 231VAC zugeführt werden.

Mit den einstellbaren Reglern lassen sich Schieflasten von 5% bis 15% einstellen und Abschaltzeiten von 100ms bis 5 Sekunden. Für dieses Gerät sind auch andere Schieflasten bis 40% und längere Abschaltzeiten auf Anfrage verfügbar.