Netzspannung und Netzqualität führt zu plötzlichen Generatorausfällen - Ursachen hierfür
Shownotes
Die Bedeutung der Netzfrequenz
Die Netzfrequenz, üblicherweise in Europa bei 50 Hz, ist ein Indikator für das Gleichgewicht zwischen erzeugter und verbrauchter elektrischer Energie im Stromnetz. Eine stabile Netzfrequenz ist essenziell für die Funktionsfähigkeit und Sicherheit elektrischer Geräte und Anlagen. Sie wird durch die kontinuierliche Anpassung der Stromerzeugung an den Verbrauch gewährleistet. Zulässige Abweichungen der Netzfrequenz
Die zulässigen Abweichungen der Netzfrequenz sind eng definiert. Im europäischen Stromnetz darf die Frequenz in der Regel zwischen 49,8 Hz und 50,2 Hz schwanken. Diese Grenzwerte sollen sicherstellen, dass elektrische Geräte sicher und effizient betrieben werden können. Bei größeren Abweichungen müssen Netzbetreiber regulierend eingreifen, um die Frequenz zu stabilisieren und somit die Netzstabilität zu gewährleisten. Einfluss auf BHKW-Generatoren
BHKW-Generatoren, die Strom und Wärme durch die Verbrennung von Gas oder Öl erzeugen, sind empfindlich gegenüber Schwankungen der Netzfrequenz. Eine zu hohe oder zu niedrige Netzfrequenz kann die Betriebsfähigkeit dieser Generatoren beeinträchtigen, indem es zu Schäden oder ineffizientem Betrieb führt. Moderne BHKW-Steuerungssysteme überwachen die Netzfrequenz kontinuierlich und passen die Leistung entsprechend an, um eine sichere und effiziente Integration in das Stromnetz zu gewährleisten. Einfluss auf Wechselrichter von PV- und Batterieanlagen
Wechselrichter in PV- und Batteriespeichersystemen wandeln Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um und spielen eine entscheidende Rolle bei der Einspeisung erneuerbarer Energien ins Stromnetz. Die Präzision der Wechselrichter, insbesondere ihre Fähigkeit, eine Frequenz zu erzeugen, die der Netzfrequenz entspricht, ist entscheidend für die Netzstabilität. Moderne Wechselrichter können auf Frequenzabweichungen reagieren, indem sie ihre Einspeisung anpassen, um zur Stabilisierung der Netzfrequenz beizutragen. Fazit
Die Stabilität der Netzfrequenz ist ein Schlüsselelement für die Sicherheit und Effizienz des Stromnetzes. BHKW-Generatoren und Wechselrichter von PV- und Batterieanlagen müssen sorgfältig gesteuert werden, um auf Schwankungen der Netzfrequenz reagieren zu können und somit ihren Beitrag zur Netzstabilität zu leisten. Dies erfordert fortschrittliche Technologien und Steuerungssysteme, die in der Lage sind, die Erzeugung und Einspeisung von Energie präzise zu regulieren.
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00:00:00: So, Moin!
00:00:02: Wir bereiten eine Präsentation vor,
00:00:06: und zwar ist am Freitag eine Webkonferenz,
00:00:08: die die Biogasmotoren Netzrückwirkungen auf die BRKWs
00:00:13: und wir bereiten jetzt die Grundlagen schon mal vor.
00:00:16: Grundlagen für die Netzfrequenz,
00:00:19: die Netzfrequenz vereinfacht gesprochen,
00:00:22: ist ein Indikator für das Gleichgewicht
00:00:26: zwischen erzeugter und verbrauchter Energie im Stromnetz.
00:00:30: Das bedeutet, ist zu viel Energie im Stromnetz,
00:00:34: beispielsweise durch die Windkraftwerke,
00:00:37: wenn der Windbär kommt,
00:00:39: dann steigt die Netzfrequenz oberhalb 50 Hertz an.
00:00:43: Ist zu wenig Strom im Netz bei einer Flute, Windflute,
00:00:47: zum Beispiel im Dezember, wenn kein Wind ist und keine Sonne,
00:00:51: oder wir haben es mitten in der Woche am Arbeitstag gegen 7 Uhr,
00:00:56: dann sinkt die Netzfrequenz.
00:00:59: Und die Abweichung der Netzfrequenz von 50 Hertz
00:01:03: darf nur liegen zwischen 0,40,8 und 50,2 Hertz.
00:01:08: Das sind also 0,2 Hertz, sprich 200 Milliehertz.
00:01:15: Wir haben hier aus dem Stromvettage hoch eine Aufzeichnung,
00:01:19: dieser Netzfrequenz Abweichungen in Milliehertz
00:01:24: von einer Installation BRKW am Transformator
00:01:29: im Niederspannungsbereich.
00:01:31: Wir sehen hier schon die starken Schwankungen,
00:01:34: denen das Netz unterliegt.
00:01:37: Und welchen Einfluss hat das nun auf den Generator?
00:01:40: Die Schutzeinrichtungen über das BRKWs
00:01:43: überwachen diese Netzfrequenzabweichung bei Ihnen,
00:01:47: weil da geht es mit der nächsten Folie.
00:01:50: Parallel dazu gibt es die Netzspannung, die Grundlagen.
00:01:56: Nach der Dien 160038 liegt die Netzspannung in Europa
00:02:04: bei 400 Volt für dreifasige Wechselstromnetze.
00:02:10: 400 Volt also.
00:02:13: Es gibt eine Dien 50/160, die legt Grenzwerte für Spannungsschwankungen fest.
00:02:21: Der Grenzwert darf 10% dann in diesem Fall von 400 Volt liegen,
00:02:28: also 360 Volt.
00:02:30: Unsere Aufzeichnung zufolge liegt oftmals eine Unterschreitung
00:02:36: von nur 10 Volt vor, wie wir hier schon sehen
00:02:40: in der Aufzeichnung im Stromfeedtagebuch.
00:02:43: Und schon eine Unterschreitung von 10 Volt führt
00:02:48: bei gewissen Generatoren zu ausfällen,
00:02:53: und zwar wenn die Spannung unsymmetrisch ist.
00:02:56: Nämlich unsymmetrisch bedeutet die drei Phasen haben
00:02:59: nicht gleichzeitig 400 Volt.
00:03:01: Unsymmetrisch heißt eine Phase hat eine andere Spannung
00:03:05: als die Nachbarphase.
00:03:07: Und somit kommen wir zu den Ursachen für Generatorausfälle.
00:03:14: Die Netzfrequenz, die Netzspannung, die Unsymmetrie.
00:03:18: Die Unsymmetrie in der Netzspannung führt,
00:03:23: wie wir noch sehen werden am Freitag,
00:03:25: zur Unsymmetrie in den Generatorströmen.
00:03:29: Unsymmetrie in den Generatorströmen führt
00:03:33: zu gegenläufigen Magnetfeldern,
00:03:35: und das führt zu Erwärmungen von Läufer und Ständer,
00:03:39: zusätzliche Erwärmungen, die sich negativ auf die
00:03:43: Effizienz des Generator auswirken.
00:03:46: Spannungseinbrüche innerhalb der 90%-Regel,
00:03:51: also innerhalb von den 40 Volt, bei 400 Volt,
00:03:56: führen dann, wie wir sehr oft sehen mussten,
00:03:59: in der Vergangenheit zum plötzlichen Abschalten des Generators,
00:04:04: und das führt zum Motorschehen.
00:04:06: Das zeigen wir euch jetzt mal.
00:04:08: Wir haben Strompital gebraucht.
00:04:09: Wir sehen hier die anfangeführte Netzfrequenz
00:04:13: der verschiedenen Installationen,
00:04:15: beispielsweise in Schleswig-Holstein,
00:04:18: in Kühlungsborn, in der Nähe von Kühlungsborn,
00:04:21: in der Nähe von Fächter, in der Nähe von Norden,
00:04:25: in der Nähe von Siegen, in der Nähe von Wallhausen bei Sangerhausen.
00:04:31: Und nochmal weiter runter scrollen, bitte.
00:04:34: Wir sehen eine Netzfrequenzabweichung kurz nach 8 Uhr,
00:04:40: überall im gesamten Netz,
00:04:43: das wir im Strompital gewohnt angeschlossen haben.
00:04:47: Wir sehen aber auch, dass die Abweichungen hier,
00:04:52: In der Nähe von ...
00:04:54: und die Nutzfrikenz von Gießen anders aussehen als in dem anderen Netz in Norden an der Nordseeküste.
00:05:01: Das heißt, normalerweise ist die Nutzfrikenz überall gleich, aber am Ende eines Netzes an einem Netzende kann,
00:05:12: die Netzfrequenz dann doch von der mittleren Netzfrequenz abweichen, weil das Netz beispielsweise zu lang ist.
00:05:21: Es ist ein weiches Netz, sagt man dazu, in dem die Netzfrequenz von der mittleren Netzfrequenz ein wenig abweicht
00:05:29: und eben auch die Spannung von der Netzspannung des Netzes vor Ort.
00:05:36: Die Netzspannungen sind in unserem Messnetz, das große Messnetz über diese ganzen Orte.
00:05:43: Hier die Netzspannung in der Nähe von Malente, in der Nähe von Kühlungsborn, in der Nähe von Gönebeck,
00:05:51: wieder im Norden, wir sehen, wir sind im Norddeutschland und wir können ähnliche Spannungsverhältnisse grob erkennen,
00:05:59: nämlich am 27.02. gegen 0 Uhr sehen wir einen Ausgleich nach oben.
00:06:06: Wir sehen aber auch, dass in Gönebeck, in Gönebeck schon wieder Spannungsabfälle sind, die wir 300 Kilometer weiter nicht erkennen können.
00:06:20: Das heißt, die Netzspannungen vor Ort am BHKW sind bei jedem extrem unterschiedlich
00:06:28: und das ist auch der Grund, warum wir das hier an dieser Stelle zusammen überwachen.
00:06:34: Wir wollen Zusammenhänge erkennen zwischen der Netzspannung und der Netzsituation.
00:06:41: In jedem Fall können wir erkennen, dass in Norddeutschland die Spannung in der Nacht steigt,
00:06:47: was in Niedersachsen schon mal wieder nicht der Fall ist.
00:06:51: Das heißt, dort ist ein ganz anderes Netz, verbunden Netzzugangel als ganz weit oben im Norden.
00:06:57: Und es gibt sogar einen Zusammenhang zwischen PV-Strahlung und den Netzen,
00:07:04: wenn wir einmal ganz nach oben scrollen.
00:07:07: Da oben sehen wir die Solarstrahlung in Bündne, das ist der Ort, in dem sich unser Büro hier befindet.
00:07:15: Und darunter sehen wir die Netzspannung vom Weserwestfalen Netz.
00:07:21: Und am 24.02. die erste Säule hatten wir Solarstrahlung 400 Watt pro Quadratmeter
00:07:30: und sofort eine Netzrückwirkung auf die Netzspannung in unserem Netz.
00:07:36: Und unser Netz ist besonders weich, denn wir haben hier starke Unsymmetrie, ganz starke Unsymmetrie.
00:07:44: Wir haben Spannungsspitzen, was zu frühausfällen an elektronischen Netzteilen führt.
00:07:51: Rund um die Uhr, immer wenn die Sonne scheint, musst du gewappnet sein, dass irgendein elektronisches Netzteil kaputt geht.
00:07:59: Bei uns im Büro sind es die Computernetzteile, die hochempfindlich sind.
00:08:03: Und demzufolge haben wir diese mit einer USV abgesichert, denn diese Schäden sind ja auch unvorhersehbar.
00:08:10: Jetzt haben wir hier ein Beispiel, wo wir die Netzanalysen an einem BRKW durchführen in Wönnebeck.
00:08:20: Und hier sieht man die Zusammenhänge zwischen der Netzspannung und dem plötzlichen Ausfall des Generators.
00:08:28: Hier sieht man einen ganz guten Blog, also von 11 Uhr bis 11 Uhr 18 ungefähr, ist das BRKW vom Netz gegangen.
00:08:37: Und passiert das öfters, und es ist öfters passiert in der ganzen Zeit, seitdem wir das Monitoring-System hier installiert haben,
00:08:46: führt es natürlich zu frühzeitigen Generatorschäden und das wird nicht günstig bezahlbar bleiben.
00:08:54: Hier sieht man nochmal einen längeren Zeitabstieg nach hinten und dort begegnen wir uns immer wieder aufgrund der Netzqualität
00:09:02: diese plötzlichen Generatorausfälle. Es ist hier aber schon besser geworden.
00:09:10: Es war früher, also im Dezember oder November auch, war das noch viel, viel, viel schlimmer in dem Zeitbereich.
00:09:17: Da wurde auf jeden Fall schon ein Gegengewirk dank unserer Netzanalysen, unserer Aufzeichnung, unserer Transparenz
00:09:24: und was eben der Anlagenbetreiber daraus gemacht hat.
00:09:30: Ja, das war's erstmal. Wer dann noch mehr Informationen braucht, schaut auf jeden Fall am Freitag um 15 Uhr im Zoom-Meeting vorbei.
00:09:45: Tschüss!
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