Power Quality en EMC (EMVT 08113)

Titel
Power Quality and EMC (EMVT 08113)

Netvervuiling en interferentie voorkomen

Het IOP-project “Power Quality and EMC” onderzoekt en ontwikkelt modellen en hulpmiddelen zodat installateurs en netbeheerders beter rekening kunnen houden met de problematiek van netvervuiling en interferentie. De resultaten van het project zijn ook van belang voor het Nederlandse normalisatie-instituut NEN en de IEC, de International Electrotechnical Commission.

“Power Quality en EMC (elektromagnetische compatibiliteit) liggen in elkaars verlengde”, zegt projectleider dr.ir. Sjef Cobben van de Technische Universiteit Eindhoven. “Power Quality heeft betrekking op de kwaliteit van de spanning (het elektriciteitsnet) en de kwaliteit van de stroom (installatie- of toestellenkant). Onvoorziene interactie tussen elektrische apparatuur en het net  veroorzaakt harmonische vervorming en spanningsvariaties en in de netspanning kunnen dips en korte onderbrekingen optreden. Deze netvervuiling kan tot grote financiële schade leiden.” Als  gevolg van onvoldoende EMC aan de afnamekant leidt interferentie tussen apparatuur tot storingen. Toestellen kunnen daardoor uitvallen zoals de afgelopen twee jaar met de noodaggregaten in twintig ziekenhuizen gebeurde of een besturingskast krijgt verkeerde signalen. “Dat kun je alleen vermijden als energieleveranciers en installateurs met deze problemen rekening houden en Power Quality en EMC in hun berekeningen en ontwerp meenemen.”

Dynamische belastingen
Dat is echter niet eenvoudig. Cobben: “Als een installateur bij het ontwerp van een kantoorgebouw, industriële installatie of woning Power Quality en EMC wil meenemen, moet hij op detailniveau de eigenschappen kennen van de elektrische componenten die hij gaat aansluiten. Datzelfde geldt voor de energieleverancier, die voor zo’n aansluiting het toekomstige elektriciteitsverbruik berekent.” Het gaat om de karakteristieken van componenten als transformatoren, frequentieregelaars, PV-inverters, opladers voor elektrische auto’s, gelijkrichters in televisies, voedingen van laptops, verlichting en zelfs van kabels. Vervolgens moet worden bepaald wat er gebeurt als deze componenten in één gebouw of installatie worden gecombineerd. “Ook al voldoet iedere component aan de normen, als je grotere aantallen aansluit kunnen zij zich samen heel anders gedragen.

Met name moderne verlichting, energiezuinige frequentieregelaars, elektrische auto’s en zonnecellen genereren complexe piekbelastingen op het net. Je moet dus rekening houden met deze dynamische belastingen, terwijl de rekenmodellen van installateurs en energieleveranciers nu alleen uitgaan van lineaire belastingen. De essentie van ons onderzoek is er via modellen en analysehulpmiddelen voor te zorgen dat alle componenten in samenhang goed functioneren (aspect EMC), zonder het net te vervuilen (aspect PQ).”

Gedrag voorspellen
Daartoe modelleerden onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en de Universiteit Twente de karakteristieken van allerlei apparatuur en ontwikkelden zij hulpmiddelen waarmee het gedrag van toestellen, elektrische installaties en netten kan worden voorspeld. “Daarbij zijn we uitgegaan van een hele range aan installaties, van één woning tot complexe industriële omgevingen”,  zegt Cobben. “De modellen zijn getest in het PQ-testlab bij de TU/e en in het EMC-lab van elektronicabedrijf THALES.” Om aan te tonen dat de modellen ook in de praktijk het gedrag van elektrische installaties goed voorspellen, zijn metingen verricht op een olieplatform, een marineschip, in een glasfabriek, bij boerderijen en een school met zonnepanelen en bij een klein metaalverwerkend bedrijf. “Het is natuurlijk interessant om te weten of je de problemen die zich bij een aantal van deze installaties voordoen, had kunnen voorspellen en kunt voorkomen met een beter ontwerp. Uit ons onderzoek blijkt dat dat zo is.”

Een door harmonische vervorming of overspanning doorgebrande voeding van een computer

EMC op Toernee
Een van de vragen waar de onderzoekers tijdens het project tegenaan liepen, was de mate van detail van de modellen. Cobben: “Aan de ene kant moet een model voldoende diepgang hebben om de kans op problemen goed te kunnen voorspellen. Aan de andere kant moet het voor installateurs wel werkbaar zijn en mogen de modellen dus weer niet te gedetailleerd zijn. Een ander aspect was welke elektrische componenten we in onze modellen wilden opnemen. We hebben ervoor gekozen de componenten te clusteren en te beginnen met de apparatuur die door zijn dynamische belastingen de grootste problemen veroorzaakt, zoals opladers, gelijkrichters en verlichting. Aan de installatie- en nettenkant zijn ook kabels en transformatoren meegenomen.” Compleet zijn de modellen dus niet, maar een goed begin is het wel, vindt Cobben. “Leveranciers van CAD-tools zullen zeker tools op basis van deze modellen gaan opnemen in hun producten.” Bovendien zijn installateurs, netbeheerders en fabrikanten door het project doordrongen geraakt van de problematiek van dynamische belastingen, een probleem dat steeds ingewikkelder wordt. “We hebben deze drie groepen recent voor het eerst bij elkaar gebracht in een bijeenkomst bij NEN. Zij zien in dat deze problematiek moet worden verankerd in voorschriften. Ook de ‘EMC op Tournee’-sessies die we op hogescholen in het hele land voor het bedrijfsleven organiseren, dragen ertoe bij dat energieleveranciers, installateurs en fabrikanten meer begrip voor elkaars wereld krijgen.”

Meer begrip
Ook de onderzoekers van de Universiteit Twente en de Technische Universiteit Eindhoven hebben door het project meer begrip voor elkaars werk gekregen. “In Eindhoven kijken we vooral naar de kwaliteit van de spanning en de interactie van installaties en toestellen met het net, in Enschede ligt de focus op hoe je ervoor zorgt dat apparatuur onderling goed functioneert en het net niet vervuilt. Dat heeft alles met elkaar te maken, maar we kijken vanaf twee verschillende kanten naar hetzelfde systeem. Door onze samenwerking hebben we beide onderwerpen nu in dezelfde modellen ondergebracht.” Ook de normalisatiewereld zal rekening moeten gaan houden met de toename van dynamische belastingen op het net. “Vooral op het overdrachtspunt tussen netbeheerder en klant is er nog veel niet geregeld. Er bestaan wel normen voor Power Quality, en daarnaast zijn er normen opgesteld voor EMC, maar voor de onderlinge samenhang bestaan geen richtlijnen. Ons onderzoek levert input voor het opstellen van nieuwe normen. Niet alleen nationaal (NEN) maar ook internationaal (IEC), want deze problemen beperken zich natuurlijk niet tot Nederland.”

Uitvoerders:
TU Eindhoven – faculteit Electrical Engineering
• Prof.ir. W.L. Kling
• Prof. dr.ir. J.F.G. Cobben
• Ir. V. Cuk
Universiteit Twente-Faculteit Electrical Engineering
• Prof.dr.ir. F.B.J. Leferink
• Ir. F.J.K. Buesink
• Ir. R.B. Timens

Partners:
DNV KEMA
THALES
Continuon

Onderzoeksperiode:
2009-2013