tero kaipia 18_9_2012

Aurinkosähköjärjestelmätjakeluverkon rinnalla

Sähkön käyttäjien turvallisuuteen ja sähkönlaatuun liittyvä standardointi

Tero Kaipia18.9.2012

18.9.2012Tero Kaipia 2

Paikalliset saarekkeet aiheuttavat hallitsemattomia turvallisuusriskejä

alueella työskenteleville asentajille…

Aurinkovoimalat voivat sähköturvallisuuden vaarantaen

ylläpitää jännitettä paikallisesti sähkön katkettua muualta jakeluverkosta…

Voimalat pilaavat sähkön laadun aiheuttamalla laiterikkoihin johtavia

jännitehäiriöitä…

…miksei aurinkovoima sitten yleisty?

Suurin haaste tuntuu olevan sekä sähkönkäyttäjien että verkkoyhtiöiden piirissä tekninen epätietoisuus ja epäselvät toimintatavat… …mistä tiedän voiko aurinkovoimalan

turvallisesti liittää jakeluverkkoon?

Jakeluverkon suojaus ei toimi oikein josta seuraa vaaratilanteita ja turhia

katkoja…

Saksalaiset normit eivät ole millään tavoin sovellettavissa Suomessa…


Lainsäädännön ja standardoinnin rooleistaLainsäädäntö tähtää kaikkien osapuolten syrjimättömään kohteluun ja turvallisuuden varmistamiseen

Standardointi tarjoaa työkalut teknisten tavoitteiden saavuttamiseen

Muut ohjeet rinnastettavissa standardointiin vain jollei standardia ole olemassa

kansallinenSFS

yhden-mukaistettu

SFS-EN

EurooppalainenEN

Kansainvälinen

IEC

ETA-alueen sovelletta-

vissa oleva, esim. VDE

”Verkonhaltijan tulee pyynnöstä ja kohtuullista korvausta vastaan liittää verkkoonsa tekniset vaatimukset täyttävät sähkönkäyttöpaikat ja sähköntuotantolaitokset toiminta-alueellaan (liittämisvelvollisuus).”

–410/1996 Sähkömarkkinalaki 9§

Jollei ole olemassa laitetta koskevaa Euroopassa yhdenmukaistettua standardia, valtiollista standardia tai maailmanlaajuista standardia, katsotaan laitetta koskevien turvallisuusvaatimusten täyttyvän, jos se on valmistettu noudattaen ETA-alueeseen kuuluvan valtion kansallisia määräyksiä –KTMp 1694/1993, 8§, 9§, 10§


Aurinkovoiman liittämisen standardointi

VDE AR-N-4105 – Vaatimukset linjassa SFS, EN ja IEC standardoinnin kanssa (samoin pääosin myös VDE 0126-01-01)

SFS-EN 50438: Tekniset vaatimukset yleisen pienjännitejakelu-verkon kanssa rinnan toimiville mikrogeneraattoreille (Suomessa < 30 kVA voimalat)

SFS 6000-7-712: Valosähköiset tehonsyöttöjärjestelmät SFS 6000-5-55: Sähkölaitteiden valinta ja asentaminen. Muut sähkölaitteet – Luku 551: Pienjännitteiset generaattorilaitteistot

SFS-EN 62446: Sähköverkkoon kytketyt valosähköiset järjestelmät. Minimivaatimukset järjestelmän dokumentaatiolle, käyttöönotto-testeille ja tarkastuksilleSFS-EN 62116: Test procedure of islanding prevention measures for utility-interconnected photovoltaic inverters

SFS 6002: Sähkötyöturvallisuus

SFS-EN 50160: Yleisestä jakeluverkosta syötetyn sähkön jänniteominaisuudetIEC 61000-6-1: (EMC). Generic standards. Immunity for residential, commercial and light-industrial environmentsIEC 61000-6-3: (EMC). Generic standards. Emission standard for residential, commercial and light-industrial environments


Muita keskeisiä mikrotuotannon jakeluverkkoon liittämistä koskevia ohjeita

Suomalaiset ohjeet:Verkostosuositus YA9:09: Mikrotuotannon liittäminen sähkönjakeluverkkoon. Energiateollisuus ry. 2009Ohje: Sähköntuotantolaitoksen liittäminen jakeluverkkoon. Energiateollisuus ry. 2011Sähkönkäytön- ja tuotannon liittämis- ja verkkopalveluehdot (VPE, LE, TVPE, TLE). Energiateollisuus ry. 2011Pääosin linjassa em. suomalaisen standardoinnin kanssa

Yhteiseurooppalainen valmisteilla oleva verkkokoodiJärjestelmätekniset vaatimukset: ENTSO-E Network Code for Requirements for Grid Connection Applicable to all Generators. ENTSO-E. 2012


SFS-EN 50438Keskeisin yksittäinen liitynnän ominaisuudet määrittävä standardi

50438.4.1 - Tuotantolaitos on asennettava ja liitettävä verkkoon eurooppalaisen ja kansallisen standardoinnin vaatimusten mukaisesti

50438.4.2 - Mikrogeneraattorin liittäminen ei saa heikentää jakeluverkon toimintakykyä eikä käyttöturvallisuutta- Liitäntälaitteen tulee sietää jakeluverkon normaalit jännite- ja taajuusvaihtelut.- Liitäntälaitteen suojaus-, valvonta- ja säätölaitteet voivat olla osa mikrogeneraattorin säätöjärjestelmää tai sijoittua erilliseen laitteeseen- Generaattori on varustettava kytkinlaitteella, jolla se voidaan irrottaa yleisestä jakeluverkosta. Jollei verkkoyhtiöllä ole jatkuvaa pääsyä erotuskytkimelle voidaan laite varustaa kahdella automaattisella erotuskytkimellä, joilla on yhteinen laukaisu suojausjärjestelmästä- Liitäntälaitteen suojaustoimintojen asetusarvoja voidaan muuttaa alkuperäisistä poikkeaviksi vain laitteen käyttöönoton yhteydessä verkkoyhtiöllä kanssa tehtyyn kirjalliseen sopimukseen perustuen ja tällöinkin vain valmistajan ohjeiden mukaisesti- Asetteluarvot suojaukselle


Suojauksen asetteluarvot

Verkkoyhtiön luvalla voidaan poiketa SFS-EN 50438:n asetteluarvoistaENTSO-E: Voidaan hyväksyä esim. valmistajan tyyppitestauksesta antaman sertifikaatin perusteella

Saksa VDE-EN 50438 ja Parametri Toiminta-

aika Suomi

SFS-EN 50438 VDE-1-1-0126 VDE-AR-N 4105 ENTSO-E verkkokoodi

Ylijännite 0.2 s UN + 10% UN + 15% UN + 10%*

Alijännite 0.2 s UN - 15% UN - 20% UN - 20%

Ylitaajuus 0.2 s 51 Hz 50.2 Hz 51.5 Hz** 51.5 Hz***

Alitaajuus 0.2 s 48 Hz 47.5 Hz 47.5 Hz 47.5 Hz***

Verkkojännitteen

katoaminen (LoM)

5 s 5 s 5 s

* Integroitu suojalaite, 30 kVA; ** 50.2 Hz alkaen pätötehon vähennys 40%/Hz *** 47.5-48.5 Hz & 51.0-51.5 Hz min. 30min käyttö, 48.5-49 Hz >30 min, 49-51 Hz jatkuva käyttö. 50,2-50,5 Hz, 2-12%:n lineaarinen pätötehon vähennys ja <49.5 Hz sallittu pätötehon pienentyminen paikallisen järjestelmävastaavan ohjeiden mukaan.

Lähde: Karppanen, J., diplomityö, LUT, 2012


SFS-EN -standardoinnin aukot…SFS-EN 50438 määrittää tuotantolaitteistoa ja sen verkkoliityntää koskevat vaatimukset yhdessä EMC-standardoinnin ja muiden kansallisten sekä EN standardien kanssa

SFS 6000-sarja määrittää tuotantolaitteiston ja sen verkkoliitynnän asennusta koskevat vaatimukset ja ohjeetSFS-EN 62446 määrittää tuotantolaitteiston ja sen verkkoliitynnän sekä niiden käyttöönoton ja tarkastusten suorittamisen dokumentaatiota koskevat vaatimukset ja ohjeetSFS-EN 62116 määrittää tuotantolaitteiston verkkoliitynnän saarekekäytön estosuojauksen (LoM) testausmenetelmät

Kuinka voidaan varmistua laitteiston täyttävän muut suojaukselle asetetut vaatimukset???

Täytetään aukko soveltamalla saksalaisia VDE-AR-N 4105 ja/tai VDE 0126-1-1 standardeja

KTMp 1694/1993: Yhdenmukaistettujen EN ja maailmanlaajuisten IEC standardien puuttuessa voidaan vaatimustenmukaisuus osoittaa kansallisin standardeinlaitevalmistajien jo nyt soveltama selkeä standardikokonaisuus

50438• Laitteen on

toimittava näin• Laitteen voisi

testata näin

______

• Laite testataan näin

6000 & 62446• Laite asennetaan

näin• Laite dokumen-

toidaan näin



Entä jakeluvekon suojauksen toiminta?

Lähde: CODGUNet, tutkimusraportti, VTT, 2003

generaattorin sisältävän pienjännitejakeluverkon symmetristen komponenttiverkkojen sijaiskytkentä yksivaiheisessa oikosulussa

Sulakesuojauksen sokaistuminen

Sulakesuojauksen virhelaukaisut


Liki 10 vuodessa ei tuotannon liittämiseen liittyvät pelkotilat ole juurikaan alalla muuttuneet, vaikka tutkimustieto ja tuotteet ovat kehittyneet huimasta, Miksi näin?


Jakeluverkon sulakesuojaus ja aurinkovoimaVirransyötössä selvä ero suoraan verkkoon kytkettyjen ja suuntaajalla kytkettyjen generaattoreiden välillä

Aurinkovoimalat aina suuntaajakytkettyjäSuuntaaja rajoittaa vikavirran yleensä 1- 1,5 x IN tasolleSuuntaaja toimii aina verkosta katsottuna virtalähteenä – ei automaattisesti muutu jännitelähteeksi muun verkon jännitteen katkettua (ellei toimintoa erikseen säätöalgoritmissa tällaista määritelty)

Jos pienjänniteverkon suojaus on muutoin mitoitettu SFS 6000-8-801 mukaan, voi jakelumuuntopiiriin kytkeä suojauksen näkökulmasta tuotantoa vähintään syöttävän jakelumuuntajan nimellistehon verran

Suojauksen toimivuuden toteutuminen em. ehdon puitteissa hyvä tarkastaa jo etukäteen kaikissa jakeluverkkoyhtiössä

Lähde: Waqar A. Qureshi, Large scale wind integration and emerging protection requirements, conference presentation, NZ Wind Energy Conference and Exhibition, 2011

Verkko

Pane

elit

Suoraan kytketty epätahtigeneraattori

Suuntaajalla kytketty generaattori


Mitkä ovat suojauksen toimimattomuuteen liittyvät riskit pahimmassa tapauksessa

Kuolema OnnettomuusTapahtumia

vuodessa1

10-2

10-4

10-6

10-8

10-10

10-12

IAEA:n tavoite olemassa olevien ydinvoimaloiden vakaville sydänonnettomuuksille

IAEA:n tavoite uusien ydinvoimaloiden vakaville sydänonnettomuuksille

SyöpäSydänsairaus

Itsemurha

Hukkuminen

Murhatuksi joutuminen

Jakeluverkon saareke

Sähköiskun riski työhenkilökunnalle

Sähköiskun riski asiakkaalle

Liikenneonnettomuus

Lähteet: Karppanen, J., diplomityö, LUT, 2012Ehara, T., 2009, Overcoming PV grid issues in urban areas. Technical Report. International energy agency photovoltaic power systems program. Mizuho Information & Research Institute, Inc., Japan.


LopuksiSaksalaisen VDE –normiston soveltamiselle ei ole teknisiä tai lainsäädännöllisiä esteitä

Saksalaisen standardoinnin ja siihen nojaavien valmistajien sertifikaattien hyväksyminen poistaisi toistaiseksi alalla vallitsevan laitteiden teknisiin ominaisuuksiin liittyvän epävarmuuden

Jollei tuotannon nimellisteho ylitä jakeluverkon kuormituksen huipputehoa, ei aurinkovoima aiheuta ongelmia määräysten mukaan toteutetulle jakeluverkon suojaukselle

Hei, entä se jännitteen laatu…EMC-standardointi varmistaa johtuvien ja säteilevien sähkömagneettisten häiriöiden pysymisen kohtuullisissa rajoissaJakeluverkkoyhtiössä voidaan helposti tehdä laskelmat tuotannon vaikutuksista jännitetasoihin samalla selviää välkyntäriskit

Jollei tuotantoteho ylitä kuormituksen huipputehoa, pysyy jännitteen nousu kaikissa tilanteissa SFS-EN 50160 standardissa määritellyissä rajoissa

)tancos(2N XR

UP

U

Summa summarum…


Toimijat

Määräykset ja ohjeet

Asiakas / tuottaja

Jakelu-verkko-

yhtiöKunta Laite-

valmistaja

Taloudellinen hyöty

Ideologia

Kokeilunhalu

Kunnallinen rakennuslaki

Energia-yhtiö

Ajurit

Kuntalaiset

Imago

Asiakkaat ja omistajat

Lainsäädäntö

Imago

Valtakunnalliset markkinat

Imago

Kansainväliset markkinat

Pioneeriasema

Energia-politiikka

Järjestel-mätoimit-

taja

Eri tasoiset markkinat

Pioneeriasema

Imago

Kaavoitus ja rakennusvalvonta

ET:n ja verkko-yhtiön ohjeet

Jä rjestelmätoi-mitta jan ohjeet

Kunnallinen rakennuslaki

Valtuuston poliit-tiset päätökset

Sähkömarkkina-la insäädäntö

SFS-EN 50438

VDE AR-N 4105

ET:n ohjeet

Sähkömarkkina-lainsäädäntö

ET:n ohjeet

SFS-EN 50438

EN 62116

EN-IEC 61000-sa rja

EU-direktiivit

VDE AR-N 4105

SFS-EN 50438

SFS 6000-sa rja

SFS 6002

ET:n ja verkko-yhtiön ohjeet

SFS-EN 62446

Laitetoimittajien ohjeet

VDE AR-N 4105Verola inssädäntöMuu lainsäädäntö?

Maakuntahallinnon päätökset

ISO -standardit

Laiteturvallisuus-lainsäädäntö

Kiitos mielenkiinnosta!

tero kaipia 18_9_2012

Documents