Gelijkstroomsystemen die energie produceren, verbruiken, of opslaan worden steeds breder ingezet. Daardoor neemt de vraag naar nauwkeurige meting van DC-systemen toe. En dat vraagt een gespecialiseerde aanpak.
De noodzaak om steeds meer hernieuwbare energie in te zetten, de exponentiële groei van stroomverbruik voor dataverkeer en Internet of Things, en de snelle toename van het aantal elektrische voertuigen zorgen voor een enorme toename in het gebruik van gelijkstroom (DC). Dit wordt verder versterkt door onder meer de toename van het aantal Datacenters en 5G-applicaties, UPS-beheer in onderstations, of AC/DC gelijkrichters voor spoornetwerken.
We kunnen DC-opwekking verdelen in twee hoofdtypen:
- DC-bronnen die ideale of quasi-ideale DC-spanning produceren, zoals PV, DC-generatoren en batterijopslag.
- AC/DC-conversie (eenfasige of meerfasige rectificatie) die gelijkspanning produceert met spanningsrimpel veroorzaakt door doorvoer van het AC-ingangsgedeelte naar de DC-uitgang.
Net als bij laagspannings- en middenspannings-AC-distributienetwerken, is Power Quality essentieel voor het garanderen van de prestaties van DC-distributienetwerken, en het integreren van nieuwe energiebronnen in het netwerk. Een slechte Power Quality in de gelijkspanningsvoorziening kan leiden tot storingen of beschadigingen aan elektrische en elektronische apparatuur, met ernstige economische en technische gevolgen.
Een recente studie, Power Quality in DC Distribution Networks, van de Universiteit van Cantabrië (Department of Computer Science and Electronics), brengt een aantal specifiek DC-gerelateerde Power Quality-fenomenen in kaart. Deze komen grotendeels overeen met de Power Quality-fenomenen die we zien in AC-netwerken. Volgens de studie zouden de comités verantwoordelijk voor de EN 50160 en IEC 61000-4-30 standaarden aanbevelen de volgende Power Quality-parameters in kaart te brengen in Laagspannings-DC-distributienetwerken:
- Spanningsdips
- Spanningspieken
- Spanningsonderbrekingen
- Spanningsfluctuaties
- Spanningsrimpels
Spanningsdips, spanningspieken en spanningsonderbrekingen worden in zowel AC als DC-netwerken veroorzaakt door storingen, of plotselinge veranderingen in spanning belasting. In DC-netwerken kan dit grotere schade opleveren dan in AC-netwerken vanwege het ontbreken van het reactieve deel van de impedantie – in AC-netten kan deze namelijk het effect van spanningsproblemen verzachten.
IEC 61000-4-29 definieert testmethoden voor immuniteit tegen spanningsdips, korte onderbrekingen en spanningsvariaties op de DC-voedingspoort van elektrische of elektronische apparatuur. Deze norm is van toepassing op laagspannings-DC-voedingspoorten van apparatuur die wordt geleverd door externe DC-netwerken. Er zijn echter (nog) geen standaardvereisten gedefinieerd voor de tolerantie van apparatuur voor spanningsdips, spanningsonderbrekingen of spanningspieken in LVDC-netwerken, met uitzondering van de elektrische en elektronische apparatuur die wordt gebruikt in spoorweg-, vliegtuig- en telecommunicatietoepassingen
In zowel AC als DC-netwerken komen snelle spanningsveranderingen voor (Rapid Voltage Change / RVC). In DC-netwerken kunnen deze worden veroorzaakt door het inschakelen van apparatuur zoals drives, generatoren, stroomafsluitingsoperaties, en spanningsfluctuaties. Dit kan de prestaties van elektrische en elektronische apparatuur beïnvloeden en mogelijk zelfs flicker veroorzaken. In het geval van PV-opwekking, kunnen snelle veranderingen in zonlicht direct resulteren in variaties in PV-vermogen, en daardoor snelle spanningsveranderingen.
Spanningsrimpels, waarbij gelijkspanning niet volledig vlak is, worden veroorzaakt door een kleine wisselspanning boven op de gelijkspanning. De belangrijkste bronnen van spanningsrimpels in DC-netwerken zijn AC/ DC-conversie, het opladen van accu’s en apparatuur die pulserende stromen absorbeert. Rimpeling in gelijkspanning moet worden gemeten en beperkt om storingen van elektrische en elektronische apparatuur die op de netwerken is aangesloten, te voorkomen. Spanningsrimpels kunnen warmte en verliezen veroorzaken en interfereren met schermen en audio-apparatuur.
Het belang van meten
We voorspellen een enorme toename in de vraag naar accurate metingen in DC-netten. Maar dat is slechts de eerste stap – de data moet ook nog eens op een zinvolle manier geïnterpreteerd worden, en opgevolgd worden met praktische adviezen. De opkomst van gelijkstroomnetten brengt een aantal uitdagingen met zich mee. In de NPR 9090-norm worden DC-installaties voor laagspanning en de internationale normontwikkeling bij IEC behandeld, en NEN 1010 deel 8 kijkt naar prosumenteninstallaties, maar er zijn nog geen gestandaardiseerde meetmethodes of Power Quality-metingen voor DC. Zonder uitgebreide kennis meten en analyseren heeft dus weinig zin! HyTEPS kan DC-metingen uitvoeren, maar ook analyses uitvoeren en verbetermogelijkheden voorstellen. Dat kunnen we doen voor spoorwegen, zonnepanelen, batterijsystemen, telecommunicatie, maar ook voor de maritieme sector, waar we bijvoorbeeld AC + DC vlamboog- en selectiviteitsberekeningen op jachten uitvoeren.
