Storingsanalyses en predictieve energielogging in hedendaagse installaties. Bart Verhelst Karybel bvba

Transcriptie

1 Storingsanalyses en predictieve energielogging in hedendaagse installaties Bart Verhelst Karybel bvba 1

2 Inhoud Inleiding: Korte voorstelling Karybel Case 1: Storingen op elektrische installatie door energie-efficiënte systemen Case 2: Reactief vermogen regeling Case 3: Injectieproblemen bij PV installaties Case 4: Energielogging als predictief onderhoud 2

3 Inleiding Spin off Labo testen (conformiteitstesten) Onderzoek (toegepast en fundamenteel) Opleiding (PQ en LS cursus) Testen on site Studies Advies / consultancy Expertises Project management Opleiding op maat 3

4 Analyses waarbij onder andere via metingen op de installatie de oorzaak van de problemen wordt onderzocht indien nodig ondersteund door labometingen Studies gebaseerd op meetgegevens uit analyses, voor specifieke problemen,... Advies in het kader van uitgevoerde analyses, specifieke problemen, voorbereiding van technische dossiers, onder de vorm van opleiding,... Expertises zowel in opdracht van een partij in verzekeringskwesties, binnen een gerechtsdeskundig onderzoek, als voorbereiding op een deskundig onderzoek,... Project management waarbij de implementatie van voorgestelde oplossingen en het effect van de oplossing wordt opgevolgd zodat u zich op uw kernactiviteiten kan focussen. 4

5 Enkele voorbeelden Impact van elektrische installaties en belastingen op de netkwaliteit Impact van decentrale productie en hernieuwbare energie op power quality Storingsanalyse op elektrische installaties Meten en analyseren van elektrische (PQ)parameters Energie en vermogensmetingen Bepalen van elektrische verliezen in installaties Technisch-economische studies Algemeen advies en consultancy op elektrische installaties Expertise opdrachten 5

6 Inhoud Inleiding: Korte voorstelling Karybel Case 1: Storingen op elektrische installatie door energie-efficiënte systemen Case 2: Reactief vermogen regeling Case 3: Preventieve netmonitoring Case 4: Energielogging als predictief onderhoud 6

7 Case 1: Storing door warmtepompen Probleemstelling: Aanpak: Binnen een bedrijf ondervindt men storing in werking van toestellen, flikkeren en dimmen van verlichting, storingen op beeldschermen, Uitschakelen omvormers op één fase, Problemen worden met het verloop van de tijd erger Korte netkwaliteitsmeting op de installatie gevolgd door langdurige monitoring. Op basis hiervan evaluatie naar verdere acties 7

8 Netanalyse volgens EN Voldoet niet volgens de EN50160 Netbeheerder werd gecontacteerd, zonder verbetering maar 8

9 Spanningsproblemen Spanningsverloop op fase 3 (1s meetinterval) 9

10 Spanningsproblemen Spanningsverloop op fase 3 (1s meetinterval) 10

11 Spanningsproblemen Spanningsverloop Fase 1 en 3 (1s meetinterval) 11

12 Spanningsproblemen 12

13 Spanningsproblemen Op 20 / 02 /

14 Spanningsproblemen Meetgegevens Flicker tijdens spanningsdalingen, voor en na de fout 14

15 Spanningsproblemen Meetgegevens harmonics voor en na de fout THD (U) < 2,9% 15

16 Besluit 2 verschillende fenomenen => analyse via meting Na optreden van de fout en herstelling nog steeds afwijking van de EN50160 maar enkel op harmonics oorzaak gekend Voor optreden fout sterke afwijking flickerwaarden, na optreden en herstel geen afwijking flicker fout manifesteerde zich geleidelijk en werd na verloop van tijd erger 16

17 Inhoud Inleiding: Korte voorstelling Karybel Case 1: Storingen op elektrische installatie door energie-efficiënte systemen Case 2: Reactief vermogen regeling Case 3: Preventieve netmonitoring Case 4: Energielogging als predictief onderhoud 17

18 Case 2: Reactief vermogen regeling Probleemstelling: Binnen een bedrijf heeft men een reactief vermogen compensatie geplaatst naar aanleiding van boetes. Na installatie blijkt dat de boetes die men ontvangt hoger zijn dan voorheen. Aanpak: Visueel onderzoek van de installatie. Logging van cos phi en vermogen op de installatie. 18

19 Situatieschets Log locatie 1 Loglocatie 2 19

20 Total ( kw) Total (DPF) Cos phi Actief vermogen en Cos phi 165 1,32 W Av g DPF Avg 135 1, , ,6 45 0, , /11 2/11 3/11 4/11 5/11 6/11 7/11-0,12 20

21 L3 (A) L2 (A) L1 (A) Meting aan aankomst Stroomverloop 200ms Period Min 200ms Period Max 200ms Period Av g ms Period Min 200ms Period Max 200ms Period Av g ms Period Min 200ms Period Max 200ms Period Av g /11 2/11 3/11 4/11 5/11 6/11 7/11 21

22 Total ( kw, kvar) Meting aan aankomst Verloop actief en reactief vermogen 175 W Av g v ar Avg /11 2/11 3/11 4/11 5/11 6/11 7/11 22

23 L3 (A) L2 (A) L1 (A) Meting aan condensatorbatterij Stroomverloop ms Period Min 200ms Period Max 200ms Period Av g ms Period Min 200ms Period Max 200ms Period Av g ms Period Min 200ms Period Max 200ms Period Av g /11 2/11 3/11 4/11 5/11 6/11 7/11 23

24 Total (, kvar) Meting aan condensatorbatterij Verloop reactief vermogen 6 v ar Avg /11 2/11 3/11 4/11 5/11 6/11 7/11 24

25 Besluit Vaststellingen Cos phi tijdens productie = +/- 1 Cos phi tijdens stilstand = +/- 0,65 reactiefboetes (boetes soms verdoken opgenomen in andere kosten) Tijdens ogenblikken van laag energieverbruik ontstaat op kop van de installatie een negatief reactief vermogen Onderzoek van de condensatorbatterij toont zeer laag reactief vermogen bij laag energieverbruik Besluit Condensatorbatterij is niet defect en werkt niet indien er geen productie is Oorzaak 25

26 Inhoud Inleiding: Korte voorstelling Karybel Case 1: Storingen op elektrische installatie door energie-efficiënte systemen Case 2: Reactief vermogen regeling Case 3: Preventieve netmonitoring Case 4: Energielogging als predictief onderhoud 26

27 Case 3: Preventieve netmonitoring Probleemstelling: Bedrijf wenst windturbines te plaatsen. Ervaring uit andere cases leert dat netkwaliteit uitermate belangrijk is voor continuïteit in productie in het bijzonder onbalans. Cases uit het verleden hebben grote productieverliezen aangetoond Aanpak: Onderzoek richt zich op het monitoren van de huidige netkwaliteit en toetsing aan de normering hieromtrent 27

28 Toetsing aan normering Toetsing aan normering: EN50160: Voltage characteristics of electricity supplied by public electric networks Synergrid C10/17: Power Quality voorschriften voor netgebruikers aangesloten op openbare midden- en hoogvoltagenetten (Belgische voorschriften) Opmeten van : Spanning Flicker THD Harmonischen en interharmonischen Onbalans specifieke aandacht voor onbalans 28

29 Toetsing aan normering Vaststellingen: Limieten volgens de EN50160 zijn veel soepeler dan C10/17 Ervaring uit eerdere cases op vlak van onbalans toont aan dat drie methodes bestaan: Symmetrische componenten: Direct / invers / homopolair (methode van meetapparatuur) Berekening op basis van referentie impedantie (C10/17) Gemiddelde van de fasen bv. ((L1+L2)/2)/L3) 29

30 Onbalansmeting Vaststellingen: Symmetrische componenten 30

31 Unbalance [%] Onbalansmeting Vaststellingen: Berekening referentie impedantie Unbalance according to C10/17 (10min avg, with min Scc) /02/15 1/03/15 2/03/15 3/03/15 4/03/15 5/03/15 6/03/15 7/03/15 8/03/15 Date 31

32 Unbalance [%] Onbalansmeting Vaststellingen: Gemiddelde berekening 1.6 Unbalance (average calculation method) phase 1 Vs average phase 2 and /02/15 01/03/15 02/03/15 03/03/15 04/03/15 05/03/15 06/03/15 07/03/15 08/03/15 Date 32

33 Besluit Vaststellingen: Verschillende normeringen geven andere grenswaarden Verschillende berekenmethodes leiden tot verschillende resultaten Besluit: Weet op welke basis de specifieke toepassing beveiligt Gebruik meetdata om preventief naar de fabrikant aan te tonen hoe de situatie is en in welke mate de apparatuur zal kunnen functioneren in die omgeving. 33

34 Inhoud Inleiding: Korte voorstelling Karybel Case 1: Storingen op elektrische installatie door energie-efficiënte systemen Case 2: Reactief vermogen regeling Case 3: Injectieproblemen bij PV installaties Case 4: Energielogging als predictief onderhoud 34

35 Case 4: Energiemonitoring als predictief onderhoud Probleemstelling: Elektrische installaties worden ontwikkeld voor een bepaalde belasting. Na verloop van tijd ontstaan uitbreidingen maar daarenboven is er een toename van het niet-lineair verbruik. Door regelmatige energielogging op de transformatoren kan de belasting en capaciteit worden opgevolgd en tijdig worden ingegrepen Aanpak: Via een 2-jaarlijkse energielogging op de transformator wordt de evolutie opgevolgd waardoor dergelijk onderzoek kan vergeleken worden met thermografisch onderzoek 35

36 L3 (A) L1 (V) L2 (V) L3 (V) L1 (A) L2 (A) %H1L1 (V) %H1L2 (V) %H1L3 (V) %H1N (V) %H1L1 (A) %H1L2 (A) %H1L3 (A) %H1N (A) Normal Period Min L1 (PF) L2 (PF) L3 (PF) Total (PF) Normal Period Max Normal Period Av g Normal Period Min Normal Period Max Normal Period Av g ,8 3,6 2,4 1, ,8 3,6 2,4 1,2 Normal Period Min Normal Period Max Normal Period Av g Normal Period Min Normal Period Max Normal Period Av g THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A THD(U) & THD (I) /9 21/9 22/9 Spanning & stroom 0 6 4,8 3,6 2,4 1, ,4 4,8 23/9 3,2 1, /9 25/9 26/9 Normal Period Min Normal Period Max Normal Period Av g Normal Period Min Normal Period Max Normal Period Av g THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A THD % Order 3 Order 5 Order 7 K-Factor A Power factor 0,95 0,92 0,89 0,86 0,83 0,8 0,95 0,92 0,89 0,86 PF Min PF Max PF Av g PF Min PF Max PF Av g 0 20/9 21/9 22/9 23/9 24/9 25/9 26/9 0,83 Harmonischen 0,8 0,95 0,92 0,89 PF Min PF Max PF Av g 0,86 0,83 Vermogens 0,8 0,95 0,92 0,89 PF Min PF Max PF Av g 0,86 0,83 20/9 21/9 22/9 23/9 24/9 25/9 26/9 0,8 36

37 Transformatorverliezen Sankey Diagram 97 à 99% van primair vermogen 0,7 à 2% lastverliezen 0,1 à 0,2% nullastverliezen Overige wervelstroomverliezen Wervelstroomverliezen Joule verliezen Hysteresis verliezen Wervelstroom 80%- 95% 5%- 20% X% 15% 85% 37

38 Transformatorverliezen Vermogen door een transformator bestaat uit: - 97 à 99% primaire vermogen (transformatie van vermogen) à 2% lastverliezen (jouleverliezen, wervelstroom lekveld trafo en overige wervelstroomverliezen in kuip, klemmen, enz..) à 0.2% nullastverliezen (hysteresis & wervelstroom in blikpakket) Alle nullastverliezen in een transformator zijn afhankelijk van de nullaststroom, en worden beïnvloed door de stroomharmonischen. Triple N-harmonischen circuleren in de windingen van driehoek geschakelde transformatoren Alle lastverliezen in een transformator zijn evenredig met Irms², en zijn sterk afhankelijk van de stroomharmonischen hogere werkingstemperatuur De totale verliezen in een transformator kunnen dermate hoog zijn, dat deze snel zou verouderen of zelfs zou defect raken. deraten van de transformator 38

39 Transformatorverliezen 39

40 Deraten vs. K-rated transformator Derating faktor K : Alternatief: K-rated transformatoren 40

41 Deraten vs. K-rated transformator Enkele nadelen van derating/overdimensionering versus aangepast transformatorontwerp: Gederate transfo blijft zijn nominale kenplaat houden Omzichtigheid bij toekomstige belastingsstijgingen Lagere stroombeveiliging dan nominaal van transfo: kan trippen bij inschakeling transformator Nominale stroombeveiliging: feeders dienen zwaarder uitgevoerd te worden Een hoger vermogen = hogere nullastverliezen Doorgaans grotere afmetingen 41

42 Besluit Meten is nog steeds weten, en wordt alsmaar belangrijker! Implementatie van energie efficiënte systemen brengt energiebesparing met zich mee maar heeft zijn invloed op de netkwaliteit Storingen ontstaan niet enkel binnen de eigen installatie Preventieve analyse / permanente monitoring kan nuttig zijn in bepaalde gevallen 42

43 Hoogmolenstraat Waregem België /