Departement Industrieel Ingenieur en Biotechniek Industrieel Ingenieur in Elektromechanica Optie elektrotechniek

Power Energy Monitoring

CAMPUS Geel

Jochen Vandevenne

Academiejaar 2005-2006

De houder van dit diploma is gerechtigd tot het voeren van de titel van Master

2

WOORD VOORAFGraag zou ik Borealis Beringen willen bedanken omdat deze onderneming mij het voorrecht heeft gegeven er mijn stage uit te voeren. Vervolgens bedank ik mijn externe promotor Johan Vanderheiden voor zijn deskundige en kritische bijstand bij het verwezenlijken van mijn eindwerk. Ik wil ook Jaak Severijns bedanken omdat hij mij heeft bijgestaan bij de realisatie van dit eindwerk en omdat ik steeds op zijn hulp kon rekenen. Verder wil ik ook Ronald Torfs, Lieven Stalmans en Harold Bochmans bedanken, wiens hulp van groot belang is geweest. Ook bedank ik al de collegas van Borealis Beringen voor hun steun en stimulans tijdens mijn stage. Verder gaat mijn dank uit naar de personeelsleden van de Katholieke Hogeschool Kempen voor al de kennis die ze mij hebben bijgebracht en naar mijn promotor Hugo Belmans voor zijn begeleiding bij mijn eindwerk. Tenslotte bedank ik mijn ouders voor hun steun en de mogelijkheid die ze mij hebben gegeven om hogere studies te volgen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

3

SAMENVATTINGMijn eindwerk draagt de titel Power Energy Monitoring. Borealis Beringen heeft me gevraagd een voorbereidende projectstudie te maken omtrent een power energy monitoring systeem. Om de aanschaf van een monitoring systeem te funderen, wordt er gemotiveerd waarom zulk een systeem noodzakelijk is en welke voordelen het met zich meebrengt. Omdat de meetgegevens van het monitoring systeem juist genterpreteerd moeten worden, moet er voldoende achtergrondinformatie meegegeven worden om de juiste conclusies te kunnen trekken. Daarom worden de mogelijke verschijnselen beschreven die zich kunnen voordoen op het elektrische net. Bij het effectief zoeken naar een geschikt monitoring systeem, omvat de eerste fase het onderzoeken en evalueren van de huidige communicatiemogelijkheden om eventueel bestaande toestellen te recupereren en te integreren in het power energy monitoring systeem. Nadien worden verschillende power energy systemen met elkaar vergeleken en gekozen welk het best aan de wensen van Borealis kan voldoen. Eenmaal gekozen welke fabrikant ons het best kan voorzien van een power energy systeem, worden de mogelijkheden tot netwerkopbouw van naderbij bekeken om zo tot de ideale oplossing te komen en de totaalkost te berekenen dat het power energy monitoring systeem met zich meebrengt.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

4

INHOUDSOPGAVEWOORD VOORAF.................................................................................................................. 1 SAMENVATTING................................................................................................................... 3 INHOUDSOPGAVE ................................................................................................................ 4 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 INLEIDING ............................................................................................................. 9 SHAPING THE FUTURE WITH PLASTICS ..................................................................... 9 Borealis groep ........................................................................................................... 9 Borealis Beringen ...................................................................................................... 9 Overzicht site Beringen ........................................................................................... 10 PROBLEEMSTELLING EN OPDRACHT ...................................................................... 12 MOTIVATIE POWER ENERGY MONIITORING......................................... 13 VERBETEREN VAN DE BEDRIJFSCONTINUTEIT ...................................................... 13 CONTROLE VAN DE ELEKTRISCHE LEVERING MET DE NORM EN50160 ............... 14 CONTROLE POWER QUALITY CONTRACT ............................................................... 14 COS COMPENSATIE ............................................................................................... 15 Nieuwe cos berekening ......................................................................................... 15 Compensatie mogelijkheden ................................................................................... 15 Inschakelverschijnsel van condensatoren en oplossingen....................................... 17 Systeemvoordelen i.v.m. cos compensatie ........................................................... 18 BEHALEN KYOTO RICHTLIJNEN ............................................................................. 18 Het convenant.......................................................................................................... 19 Systeemvoordelen i.v.m. het behalen van de Kyoto richtlijnen.............................. 22 VERKLARING VERBRUIKSVERSCHILLEN ................................................................ 23 OPVOLGEN VAN VERBRUIK DOOR ENERGIELEVERANCIER.................................... 23 EXTERNE INBELMOGELIJKHEDEN BEPERKEN ....................................................... 24 AUTOMATISEREN VAN VERDELING ENERGIEFACTUUR ......................................... 25 OPVOLGEN FACTURATIE ........................................................................................ 25 VERLAGEN VAN DE ENERGIEKOSTEN ..................................................................... 26 KOPPELING SISSI PROJECT ................................................................................... 26 POWER QUALITY .............................................................................................. 27 STORINGEN EN POWER QUALITY ............................................................................ 27 POWER QUALITY EN EMC...................................................................................... 27 POWER QUALITY EN NORMALISATIE ...................................................................... 29 Organismen voor elektrotechnische normalisatie ................................................... 29 Spanningskwaliteit en elektromagnetische compatibiliteit ..................................... 29 Beperking van de emissies ...................................................................................... 31 Immuniteitsnormen ................................................................................................. 31 Lijst van de bestaande normen ................................................................................ 32

Jochen Vandevenne

4EM/ET

5

3.3.6 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.4.6 5.4.7 5.5 5.5.1 5.5.2

EN50160.................................................................................................................. 34 OVERZICHT POWER QUALITY FENOMENEN.......................................... 37 TRAGE SPANNINGSSCHOMMELINGEN .................................................................... 37 Aard en oorsprong................................................................................................... 37 Gevolgen ................................................................................................................. 37 Meting ..................................................................................................................... 37 Meting voor vergelijking met EN50160 ................................................................. 38 Oplossingen ............................................................................................................. 38 OVERGANGSVERSCHIJNSELEN ............................................................................... 38 Aard en oorsprong................................................................................................... 38 Gevolgen ................................................................................................................. 39 Meting ..................................................................................................................... 39 Oplossingen ............................................................................................................. 40 FREQUENTIESCHOMMELINGEN .............................................................................. 40 Aard en oorsprong................................................................................................... 40 Gevolgen ................................................................................................................. 40 Meting ..................................................................................................................... 40 Meting voor vergelijking met EN50160 ................................................................. 40 Oplossingen ............................................................................................................. 41 ONEVENWICHT ....................................................................................................... 41 Aard en oorsprong................................................................................................... 41 Gevolgen ................................................................................................................. 41 Meting ..................................................................................................................... 42 Meting voor vergelijking met EN50160 ................................................................. 42 Oplossingen ............................................................................................................. 42 HARMONISCHEN............................................................................................... 43 DEFINITIE ................................................................................................................ 43 BELANGRIJKSTE BRONNEN VAN HARMONISCHEN ................................................. 43 Halfgeleideromvormers........................................................................................... 43 Vlamboogovens....................................................................................................... 43 VOORTPLANTING EN OPTELLING VAN DE HARMONISCHEN................................... 44 Harmonische spanningen ........................................................................................ 44 Inductieve netten ..................................................................................................... 44 Netten die condensatoren bevatten.......................................................................... 44 Sommatie van de harmonischen.............................................................................. 46 EFFECTEN VAN DE HARMONISCHEN OP DE APPARATUUR ...................................... 47 Condensatorbatterijen.............................................................................................. 47 Onderbrekingsmateriaal .......................................................................................... 48 Geleiders.................................................................................................................. 48 Elektronische uitrusting en controleapparatuur....................................................... 48 Draaiende machines ................................................................................................ 48 Interferenties op telefoonlijnen ............................................................................... 49 Verlichting............................................................................................................... 49 EVALUATIE, PREVENTIE EN OPLOSSING VAN HARMONISCHE PROBLEMEN .......... 49 Evaluatie van de harmonischen............................................................................... 49 Middelen om de storingen te beperken ................................................................... 50

Jochen Vandevenne

4EM/ET

6

6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 7 7.1 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.4 7.4.1 7.4.2 7.5 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.6 7.6.1 7.6.2 7.7 7.7.1 7.7.2 8 8.1 8.2 8.3 8.3.1 8.3.2 8.4 8.4.1 8.4.2 8.5 8.6 8.6.1 8.6.2

SPANNINGSDIPS................................................................................................. 53 INLEIDING ............................................................................................................... 53 BESCHRIJVING VAN SPANNINGSDIPS EN KORTE ONDERBREKINGEN ..................... 53 Definities ................................................................................................................. 53 Aanvullende opmerkingen bij de definities ............................................................ 54 OORZAAK EN GEVOLG ............................................................................................ 55 Oorzaak van spanningsdips en korte onderbrekingen............................................. 55 Gevolgen van spanningsdips en korte onderbrekingen........................................... 56 HET BEHEERSEN VAN DE IMPACT VAN DIPS EN ONDERBREKINGEN ...................... 60 Kwaliteitsgarantie en immuniteitsniveaus ............................................................. 60 De voortplanting van spanningsdips ....................................................................... 61 Hulpmiddelen om spanningsdips en korte onderbrekingen te overbruggen ........... 61 FLICKER............................................................................................................... 64 INLEIDING ............................................................................................................... 64 DEFINITIE VAN FLICKER ......................................................................................... 64 BELANGRIJKSTE BRONNEN VAN FLICKER .............................................................. 65 Bronnen in hoogspanningsnetten ............................................................................ 66 Bronnen in middenspanningsnetten ........................................................................ 66 Bronnen in laagspanningsnetten.............................................................................. 66 VOORTPLANTING EN SOMMATIE VAN FLICKER ..................................................... 66 Voortplanting en transfertcofficint ...................................................................... 66 Sommatie................................................................................................................. 67 STOREND EFFECT VAN FLICKER ............................................................................. 68 Storingen op verlichtingstoestellen ......................................................................... 68 Storingen op medisch apparatuur............................................................................ 68 Storingen op snelheidsgeregelde motoren............................................................... 68 METING VAN FLICKER ............................................................................................ 68 De UIE-IEC flickermeter ........................................................................................ 68 De statische analyse van flicker .............................................................................. 69 MOGELIJKE OPLOSSINGEN VOOR FLICKERPROBLEMEN ....................................... 69 Verhogen van het kortsluitvermogen ...................................................................... 70 Beperken van de (reactieve) belastingsschommelingen.......................................... 71 ONDERZOEK NAAR HUIDIGE- EN TOEKOMSTMOGELIJKHEDEN ... 73 OPBOUW ELEKTRICITEITSNET BOREALIS ............................................................. 73 RECUPERATIE AANWEZIGE TOESTELLEN .............................................................. 73 WAT EN WAAR WILLEN WE METEN? ...................................................................... 74 Power quality controle ............................................................................................ 74 Power meting........................................................................................................... 75 EXTRA WENSEN ....................................................................................................... 76 GFE ......................................................................................................................... 76 Electrabel................................................................................................................. 77 SAMENVATTING VOORLOPIGE VISIE ...................................................................... 78 EXTRA NODEN ......................................................................................................... 78 Kwartuurpuls ........................................................................................................... 78 kWh- en kVARh-stand............................................................................................ 79

Jochen Vandevenne

4EM/ET

7

8.6.3 9 9.1 9.1.1 9.1.2 9.2 9.2.1 9.2.2 9.3 9.4 10 10.1 10.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.3.4 10.3.5 10.4 10.5 10.5.1 10.5.2 10.5.3 10.6 10.7 11 11.1 11.1.1 11.1.2 11.1.3 11.2 11.2.1 11.2.2 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.3.4

Hoe pulsen verkrijgen?............................................................................................ 79 VERSCHILLENDE POWER ENERGY SYSTEMEN ..................................... 80 ELECTRO MECHANIC EQUIPMENT NV/SA .............................................................. 80 Voorstelling............................................................................................................. 80 Bespreking............................................................................................................... 80 STEEL S.A. - N.V....................................................................................................... 81 Voorstelling............................................................................................................. 81 Bespreking............................................................................................................... 81 A.S.H. N.V. .............................................................................................................. 82 VERGELIJKING SYSTEMEN ..................................................................................... 83 HET ION-SYSTEEM ........................................................................................... 85 POWER MEASUREMENT LTD.................................................................................. 85 TOEPASSINGEN........................................................................................................ 85 HARDWARE OVERZICHT ......................................................................................... 86 ION 6200................................................................................................................. 86 ION 7300................................................................................................................. 86 ION 7330................................................................................................................. 86 ION 7550, ION 7650 en ION 7700......................................................................... 87 Product overzicht ION Meters ............................................................................. 88 SOFTWARE .............................................................................................................. 90 COMMUNICATIE ...................................................................................................... 91 EtherGate (Ethernet Gateway) ................................................................................ 91 Modbus Master functie............................................................................................ 92 Internet mogelijkheden van de ION toestellen........................................................ 93 VOORBEELD COMMUNICATIENETWERK ................................................................ 94 REFERENTIES .......................................................................................................... 94 NETWERKOPBOUW.......................................................................................... 95 KEUZE MEETTOESTELLEN ...................................................................................... 95 Toestel power quality controle................................................................................ 95 Toestel power meting .............................................................................................. 96 Draagbaar toestel power quality controle................................................................ 96 PLAATSING MEETTOESTELLEN .............................................................................. 97 Plaatsing power quality toestellen........................................................................... 97 Plaatsing power toestellen....................................................................................... 98 VISUELE VOORSTELLING MOGELIJKHEDEN NETWERKOPBOUW ........................... 99 Netwerkopbouw 1 ................................................................................................... 99 Netwerkopbouw 2 ................................................................................................. 100 Netwerkopbouw 3 ................................................................................................. 101 Netwerkopbouw 4 ................................................................................................. 102

Jochen Vandevenne

4EM/ET

8

11.4 11.5 11.6 12 12.1 12.1.1 12.1.2 12.1.3 12.2 12.3 12.4 13 13.1 13.1.1 13.1.2 13.1.3 13.2 13.3 13.4 13.5 13.5.1 13.5.2 13.6 13.6.1 13.6.2

COMMUNICATIE TOESTELLEN.............................................................................. 103 VERBINDING MET ETHERNET ............................................................................... 104 COMMUNICATIE EXTERNE FIRMAS ..................................................................... 104 GEWENSTE ION MEETSYSTEEM................................................................ 105 GEWENSTE NETWERKOPBOUW ............................................................................ 105 Inkomende lijnen................................................................................................... 105 Afgaande lijnen ..................................................................................................... 105 Standmeldingen ..................................................................................................... 106 EXTRAS ................................................................................................................ 106 GEWENSTE MEETPARAMETERS ............................................................................ 107 VISUELE VOORSTELLING GEWENSTE NETWERKOPBOUW ................................... 108 TOTALE SYSTEEMKOST ............................................................................... 109 MATERIAALKOST.................................................................................................. 109 Netwerkopbouw offerte......................................................................................... 109 Offerte EME.......................................................................................................... 109 Opmerkingen offerte ............................................................................................. 121 IT&S KOST............................................................................................................ 121 INSTALLATIEKOST ................................................................................................ 122 ENGINEERING KOST .............................................................................................. 123 EXTRA NODEN ....................................................................................................... 123 Primaire- en secundaire waarden stroomtransfos ................................................ 123 ELIA pulsen .......................................................................................................... 123 TOTAALKOST POWER ENERGY MONITORING ...................................................... 126 Detail estimate....................................................................................................... 126 Summary estimate ................................................................................................. 126

BESLUIT............................................................................................................................... 128 BIJLAGEN ........................................................................................................................... 129 LITERATUURLIJST .......................................................................................................... 174

Jochen Vandevenne

4EM/ET

9

1

INLEIDING

In dit eerste hoofdstuk geef ik een situering over mijn stageplaats. Vervolgens zal ik de probleemstelling en de hieruit volgende opdracht verder verduidelijken.

1.11.1.1

Shaping the future with plasticsBorealis groep

Borealis is een toonaangevende, innovatieve leverancier van plasticoplossingen. Hun technologie vormt plasticproducten die een essentile bijdrage leveren tot de maatschappij waarin wij leven. Ze zijn gengageerd tot het aanvoeren van de richting Shaping the future with plastics. Er wordt polyethyleen (PE) en polypropyleen (PP) geproduceerd, met een jaarlijkse productie van ruim 3,5 miljoen ton. Ze voorzien hun klanten van plastic, om zo producten te ontwikkelen en te vervaardigen zoals voedselverpakkingen, transportverpakkingen, automobielcomponenten, toestellen, distributiepijpen voor water, gas en riolering, vermogenen communicatiekabels, industrile verpakkingen en medische hulpmiddelen. In het totaal worden polyethyleen en polypropyleen vandaag de dag gebruikt in meer dan de helft van alle plasticproducten. Borealis heeft zijn naam gemaakt in de plasticindustrie, berustend op meer dan 40 jaar ervaring als toegewijde, betrouwbare leverancier en ontwikkelingspartner. De hoofdzetel van Borealis bevindt zich in Denemarken en de groep heeft productievestigingen en compoundingfaciliteiten in Belgi, Brazili, Duitsland, Finland, Frankrijk, Itali, Noorwegen, Oostenrijk, Portugal, de Verenigde Staten en Zweden. De Borealis technologie voor toonaangevende prestaties op het gebied van PE en PP is geregistreerd als handelsmerk onder de naam Borstar. Borealis is voor 65% eigendom van IPIC, de International Petroleum Investment Company van Abu Dhabi, en 35% is in handen van OMV, de Oostenrijkse olie- en gasgroep. 1.1.2 Borealis Beringen

Ik heb mijn stage voltrokken bij Borealis Polymers te Beringen (zie figuur 1.1). In Belgi heeft Borealis productievestigingen in Beringen, Kallo en Zwijndrecht. In Kallo produceert Borealis propyleen en polypropyleen. In Beringen worden zowel polyethyleen als polypropyleen geproduceerd. De grondstoffen die hiervoor gebruikt worden, zijn de monomeren ethyleen en propyleen. De site in Beringen is onderverdeeld in 4 afdelingen (PP1, PP2, EA en HDPE) (zie bijlage 1 p130). In Zwijndrecht wordt polyethyleen vervaardigd (in een joint venture met DuPont) en Borealis opereert er 3 compoundinglijnen. Een aantal van deze polymeren worden door middel van compounding aangevuld met grondstoffen (kleurstoffen, vulstoffen, UV-stabilisatoren), zodat het polymeer klaar is om er een bepaald type eindproduct van te maken. De eindproducten (huishoudartikelen, meubilair, textiel, telecommunicatie, computers, medische toepassingen, enz... ) worden bij andere fabrikanten gemaakt.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

10

Borealis verzorgt vanuit Beringen ook technische ondersteuning aan klanten. Het cordinatiecentrum en het Shared Service Centre van de groep bevindt zich in Mechelen, evenals het Customer Service Centre West en Export.

Figuur 1.1 Luchtfoto Borealis Beringen

1.1.3 1976:

Overzicht site Beringen Opstart van PP1 door Hercules Productengroep: Toepassingen: polypropyleen homopolymeren - BOPP (Bi-axial oriented PP) condensatorfilm - BOPP verpakkingsfilm (kernlaag) - Spuitgieten voor medische toepassingen

Ontwerpcapaciteit: +/- 150 M TON/jaar Operationeel resultaat: +/- 15 M EUR/jaar 1983: Vorming van Himont: Joint venture tussen Hercules & Montedison 1986: Overname door Neste

Jochen Vandevenne

4EM/ET

11

1988:

Opstart van EA (Engineering Applications) Productengroepen: - TPO (Thermoplastic Olefins) compounds - Glasvezel gevulde compounds voor spuitgiettoepassingen - Automobiel (bumpers, deurpanelen, ) - Huishoudelijke toepassingen (stofzuiger, koffiezet, )

Toepassingen:

Ontwerpcapaciteit: +/- 60 M TON/jaar Operationeel resultaat: +/- 4 M EUR/jaar 1989: Opstart van PP2 Productgroepen: - PP homopolymeer - Random copolymeer (ethyleen propyleen) - Terpolymeer (ethyleen propyleen buteen) - PP homopolymeer Vezels voor textieltoepassingen Meltblown Nonwovens PP Terpolymeer: BOPP voor verpakkingsfilm - PP Random copolymeren Spuitgieten voor huishoud- en medische toepassingen Cast film voedselverpakking

Toepassingen:

Ontwerpcapaciteit: +/- 200 M TON/jaar Operationeel resultaat: +/- 30 M EUR/jaar 1991: Opstart HDPE Productgroepen: Toepassingen: High Density Polyethyleen - Blaasgieten voor flessen en containers - Verpakkingsfilm - Spuitgieten voor transportverpakking

Ontwerpcapaciteit: +/- 250 M TON/jaar Operationeel resultaat: +/- 7 M EUR/jaar 1994: Vereniging van petrochemische activiteiten van de Noorse oliemaatschappij Statoil en de Finse oliemaatschappij Neste. Hieruit is Borealis ontstaan.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

12

1.2

Probleemstelling en opdracht

Het elektriciteitssysteem behoort niet alleen tot de grootste en meest complexe infrastructuren, maar is tevens een van de meest kwetsbare. Naast een ononderbroken elektriciteitsvoorziening verlangen consumenten meer en meer een goede kwaliteit van hun voedingsspanning. Alle afwijkingen van de ideale voedingsspanning kunnen worden gegroepeerd onder de term power quality problemen. Power quality problemen zijn tegenwoordig van zeer groot belang in elektrische energiesystemen: door het steeds verder gebruik van niet-lineaire belastingen zoals ICT apparatuur, elektronische gestuurde apparaten zijn er heel wat gevoelige belastingen op het elektriciteitsnet verschenen. Paradoxaal zijn het dikwijls deze apparaten die aan de bron liggen van vele PQ-problemen. Omwille van het toenemende belang van de PQ-problematiek en omwille van de deregulering van de elektriciteitsindustrie die een veel gedetailleerder meting en analyse van het 'gedrag' van de verschillende marktspelers (klanten/producenten) vereist, heeft Borealis Beringen nood aan een power energy monitoring systeem. We kunnen het monitoring systeem dat Borealis wil invoeren in twee gebieden opsplitsen. Er moet op bepaalde plaatsen een power quality meting gedaan kunnen worden, om een volledige analyse van de netkwaliteit mogelijk te maken. Met deze functie kan men dan spanningsdips, harmonischen, onbalans, ontdekken en aanpakken. Echter moet niet op elke plaats zo een volledige analyse kunnen gebeuren. Men wil op de afgaande vertrekken een beperktere meting doen, met name een power meting. Hieronder verstaan we het meten van spanning, stroom, cos, actief- en reactief vermogen. Ook moet de kWh-stand geregistreerd worden. Dit om een volledig beeld te krijgen van het elektrische net, om achteraf onder de noemer meten is weten deze transparantie te vertalen in een daling van het energieverbruik. Als we spreken over het elektrische net verstaan we in dit project het 10kV-net. De reden dat de monitoring enkel op het 10kV-net gebeurt, is omdat anders de omvang en kost van het benodigde netwerk te groot zou worden. Mijn taak bestaat erin een voorbereidende projectstudie te maken, zoals dat meestal gebeurt door een engineering bureau. Eerst en vooral moet er gemotiveerd worden waarom een dergelijk systeem er moet komen. Dit omdat zulk project een niet dadelijk toewijsbare return of investment" heeft, maar wel degelijk zijn nut kan bewijzen. Vervolgens moet er onderzocht worden welke meet- en beveiligingstoestellen er reeds aanwezig zijn en welke mogelijkheden er bestaan omtrent datacommunicatie van deze toestellen. Deze kunnen dan eventueel in het monitoring systeem gentegreerd worden. Verder moet ik onderzoeken welke systemen er bestaan en welke aan onze wensen voldoen, om uiteindelijk tot een systeem te komen dat geschikt is voor Borealis. Een extra taak is het onderzoeken en beschrijven van de verschillende mogelijke netverschijnselen die zich kunnen voordoen. Want men kan wel dan een volledige power energy monitoring doen, maar als men niet weet welke fenomenen zich kunnen voordoen is zulke meting compleet nutteloos. Mijn eindwerk zal zuiver theoretisch zijn, maar zal achteraf zeker gemplementeerd worden op de Borealis sites in Beringen en Kallo. De situatie in Kallo wordt in dit eindwerk niet behandeld, maar zal fundamenteel hetzelfde zijn als in Beringen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

13

2

MOTIVATIE POWER ENERGY MONIITORING

Het beheersen van de kosten en het garanderen van de bedrijfscontinuteit vormen vandaag de dag noodzakelijke voorwaarden voor het verbeteren van het concurrentievermogen van een bedrijf. Om die doelen te bereiken, dient men meer te weten over de werking van de elektrische installatie: het verbruik, de belastingskromme, storingen, harmonische vervorming, beschikbaar vermogen, enz. In dit hoofdstuk zullen de verschillende motiveringen, om een power energy monitoring systeem te implementeren op de site van Borealis Beringen, elk apart behandeld worden. Overzicht mogelijke systeemvoordelen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Verbeteren van de bedrijfscontinuteit Controle van de elektrische levering met de norm EN50160 Controle power quality contract Cos compensatie Behalen van de Kyoto richtlijnen Verklaring verbruiksverschillen Opvolgen van verbruik door energieleverancier Externe inbelmogelijkheden beperken Automatiseren van de verdeling energiefactuur Opvolgen facturatie Verlagen van de energiekosten Koppeling SISSI project

2.1

Verbeteren van de bedrijfscontinuteit

De continue elektriciteitstoevoer is van levensbelang voor de activiteit van de site. De fenomenen die leiden tot een fout zijn niet altijd gemakkelijk te begrijpen. Een power energy monitoring systeem verschaft meer inzicht in het stroomnet en biedt een aantal hulpmiddelen voor een goede analyse. Het stelt ons in staat het stroomnet in werkelijke tijd te beheren en het op die manier betrouwbaarder te maken. Dat de productieprocessen gevoelig zijn aan netstoringen is in het verleden al meermaals gebleken. Er zijn meerdere voorbeelden van het stilvallen van een proces ten gevolge van een korte spanningsdip. Uit historische gegevens kan men afleiden dat er zich n spanningsuitval als gevolg van een interne fout voordoet op een tijdspanne van 5 jaar en dit met een gemiddelde duur van 48u. Dit brengt een kost met zich mee van 250.000. Indien zo een gebeurtenis zich voordoet, moet men telkenmale een rapport van de netanalyse opvragen bij Laborelec (zie bijlage 9 p166). Dit is het technisch competentiecentrum van Electrabel dat op dit moment de netanalyse doet voor Borealis. Maar tussen dit aanvragen en krijgen van de analyse, verloopt al snel een dag. Het is duidelijk dat dit geen goede manier is van werken. Problemen moeten dadelijk opgespoord en aangepakt kunnen worden. Bij het zelf analyseren van de netkwaliteit, kan men onmiddellijk zien wat de oorzaak is van het eventueel stilvallen van een productieproces. De bedoeling is deze onderbrekingen te vermijden door fouten sneller op te sporen en aan te pakken. Deze manier van werken kan een grote winst betekenen voor Borealis aangezien het stoppen van de productie handen vol geld kost.Jochen Vandevenne 4EM/ET

14

2.2

Controle van de elektrische levering met de norm EN50160

Op het net doen zich verschillende verschijnselen voor, die elk nadelige gevolgen met zich meebrengen. Deze netkwaliteit verschijnselen worden later elk uitvoerig behandeld. Er bestaat een norm die de voorwaarden beschrijft waaraan de elektrisch geleverde energie moet voldoen. Dit is de EN50160, die verder in het eindwerk zal behandeld worden. De Europese norm EN50160 bestaat voor het evalueren van de kwaliteit van de verdeelde energie en om na te gaan of het energieleverend bedrijf de norm naleeft. Als nu bijvoorbeeld door een fout van de hoogspanningsnetbeheerder ELIA er zich een spanningsdip of zelfs een volledige onderbreking voordoet en een afdeling valt stil, is het mogelijk om ELIA hiervoor aansprakelijk te stellen indien het netverschijnsel buiten de genormeerde grenzen valt. Het power energy monitoring systeem kan als een soort verzekering bekeken worden. Men kan dan exact zien wat er zich voorgedaan heeft en dit aantonen aan derde. Indien men niet in het bezit is van zo een systeem, moet men gaan vragen aan ELIA wat er gebeurt is. Deze gaan zich echter zo goed mogelijk indekken en niet toegeven wat er werkelijk aan de hand was. Door zelf een controle uit te voeren, kan men zwart op wit aantonen wat en wanneer er zich een probleem voorgedaan heeft. Er zijn voorbeelden van bedrijven die met deze gegevens een klacht ingediend hebben en uiteindelijk een vergoeding hebben ontvangen.

2.3

Controle power quality contract

Het is een feit dat er steeds meer power quality contracten worden afgesloten tussen consument en leverancier. Indien er ooit zo een contract bij Borealis zou komen, is het van groot belang dat de netkwaliteit intern opgevolgd kan worden. Het heeft weinig zin een power quality contract af te sluiten, als er geen interne controle op kan gebeuren. De mogelijkheid om te controleren dat de contractuele verplichtingen al dan niet worden nagekomen, moet gecreerd worden. Dit is vooral van belang als er een terugwerkende kracht komt op power quality contracten. Wat ik hiermee bedoel is, indien een netstoring de oorzaak is van het stilvallen van een afdeling in uw bedrijf en u hebt een power quality contract kan u de leverancier hiervoor verantwoordelijk stellen en een schadevergoeding vragen. Maar stel voor dat u zelf een spanningsdip op het net veroorzaakt en het bedrijf naast u krijgt hierdoor een uitval. Dit bedrijf zal dan een vergoeding vragen van de leverancier. Maar waarschijnlijk zal dan de leverancier komen aankloppen bij het bedrijf dat de spanningsdip veroorzaakt heeft. Met gevolg dat u aansprakelijk wordt gesteld. In dit opzicht is het dan belangrijk dat u exact weet welke kwaliteit u binnen krijgt en eventueel welke vervuiling u als bedrijf zelf veroorzaakt.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

15

2.42.4.1

Cos compensatieNieuwe cos berekening

Elk bedrijf is verplicht zijn cos boven een bepaalde waarde te houden. Als dit niet gebeurt, is een boete het gevolg. Borealis Beringen is verplicht zijn cos boven de 0,95 te houden. Voor de liberalisatie van de elektriciteitsmarkt werd de cos maandelijks bekeken. Men hoefde niet op elk moment een goede cos te hebben. Als op het einde van de maand de totale cos maar boven de 0,95 zat, was dit goed. Men kon dus bijvoorbeeld extreem gezien drie weken inductief werken en n week sterk capacitief. Als de totale verhouding (kVARh/kWh) klopte, was dit geen enkel probleem. Dit is vandaag de dag echter veranderd. De cos wordt vanaf heden per kwartuur bekeken. Het is dus van het grootste belang dat deze op elk moment een goede waarde heeft. In normale omstandigheden heeft Borealis Beringen een goede cos. Deze heeft ongeveer de waarde van 0,98. Maar indien er een grote verbruiker door een of andere reden wegvalt, klopt deze niet meer en is een boete het gevolg. Dit is een groot nadeel van met vaste condensatorbanken te werken. De energieleverancier van Borealis is op dit moment Electrabel. Deze heeft via simulatie berekend wat het Borealis jaarlijks zou kosten, met betrekking op de nieuwe cos berekening, zonder aanpassing van de capaciteitsbanken. Dit zou een jaarlijkse kost betekenen van 10.000 aan boetes. Het dus van groot belang dat op elk moment van de dag, de cos een goede waarde heeft. We mogen vooropstellen dat door een goede cos compensatie, we 0,025% van de jaarlijkse energiefactuur kunnen reduceren. Dit komt neer op een kostenvermindering van 2500 EUR/jaar. 2.4.2 Compensatie mogelijkheden

De cos wordt geregeld via condensatorbatterijen. Betreffende de plaats waar men deze condensatorbatterijen gaat implementeren, bestaan er verschillende mogelijkheden. Men kan verbruikers individueel of gegroepeerd gaan compenseren. Een andere mogelijkheid is dat men globaal gaat compenseren. Deze methoden worden in vele bedrijven gecombineerd (zie figuur 2.1). Het gecombineerd compenseren gebeurt ook bij Borealis Beringen. De zeer grote verbruikers worden individueel gecompenseerd en de verbruikers op de borden Z-5007 en Z-385000 worden gegroepeerd gecompenseerd. Tenslotte wordt op het hoofdbord Z-1801 een globale compensatie toegepast met vaste condansatorbanken (zie bijlage 2 p132).

Jochen Vandevenne

4EM/ET

16

Figuur 2.1 Compensatie mogelijkheden

2.4.2.1

Individuele compensatie

Individuele compensatie wordt aangeraden voor verbruikers van mr dan 25 kW die meestal onder spanning staan (pompen, compressoren of ventilatoren). Voordelen van individuele compensatie: Productie van reactieve energie op de plaats van verbruik Maximale vermindering van het schijnbaar vermogen Maximale beperking van verliezen en spanningsval in stroomopwaartse geleiders

Nadelen van individuele compensatie: Duur voor kleine verbruikers, zeker wanneer ook spoelen dienen voorzien te worden Bij weinig ingeschakelde verbruikers zijn individuele condensatoren niet zinvol Mogelijke overspanning tijdens perioden van laag verbruik Vaak worden individuele compensatiesystemen slecht of helemaal niet onderhouden Gegroepeerde compensatie

2.4.2.2

Gegroepeerde compensatie wordt vooral gebruikt voor compensatie van een atelier of afdeling. Er wordt meestal gekozen voor automatische condensatorbatterijen, soms ter vervanging van verschillende individuele compensatie-eenheden. Het opgestelde reactieve vermogen zal kleiner zijn dan de som van alle individuele compensaties. Voordelen van gegroepeerde compensatie: Gegroepeerde compensatie is goedkoper dan individuele compensatie De condensatoren worden afgeschakeld tijdens perioden van lage belasting

Nadelen van gegroepeerde compensatie: De voedingskabels stroomafwaarts worden niet gecompenseerd, stroomopwaarts wel Beveiligingen voor de condensatoren vergen een meerkost

Jochen Vandevenne

4EM/ET

17

2.4.2.3

Globale compensatie

Dikwijls worden condensatoren gecentraliseerd op n plaats in de elektrische installatie (globale compensatie). Er moet gelet worden op voldoende ventilatie, meestal opteert men voor een automatische condensatorbatterij. Voordelen globale compensatie: Een optimaal gebruik van de genstalleerde condensatoren Controle en onderhoudswerkzaamheden zijn eenvoudig Laat toe om de belastingscurve van de volledige installatie te volgen Het is meestal de goedkoopste oplossing Relatief eenvoudig uitbreidbaar volgens de energienoden

Nadeel globale compensatie: De reactieve energie vloeit stroomafwaarts doorheen de gehele elektrische installatie, waardoor de jouleverliezen in de kabels niet beperkt worden Inschakelverschijnsel van condensatoren en oplossingen

2.4.3

Een verschijnsel waar men toch aandacht aan moet schenken als men condensatorbatterijen automatisch gaat laten inschakelen, is het inschakelverschijnsel. Omdat dit eventueel problemen met zich kan mee brengen, wordt dit kort aangehaald. 2.4.3.1 Het inschakelverschijnsel

Een (ontladen) condensator die onder spanning komt vormt ogenblikkelijk een kortsluiting voor het net. Hierdoor ontstaat een zr grote inschakelstroom (tientallen keren de nominale stroom). De inschakelstroom bevat een component met hoge frequentie. Het inschakelverschijnsel verdwijnt meestal na 1 2 perioden (20 40 ms). De inschakelstroom vervormt de spanning waardoor ogenblikkelijke overspanningen van enkele tientallen procent ontstaan (zie figuur 2.2). Deze kunnen voor elektronische uitrustingen storend zijn. Hij kan tevens oorzaak zijn van een resonantieverschijnsel op de LC-kring van transformator (L) en condensator (C). De resonantie kan meerdere perioden aanhouden.

Figuur 2.2 Overspanning t.g.v. inschakelen condensator

Jochen Vandevenne

4EM/ET

18

2.4.3.2

Mogelijke oplossingen

Beperking inschakelverschijnsel via inschakelimpedantie (weerstand, spoel): Het inschakelverschijnsel van een condensator kan beperkt worden door in te schakelen in twee tijden. Eerst wordt de condensator ingeschakeld op een gereduceerde spanning door middel van een voorschakelweerstand of voorschakelspoel en vervolgens op nominale spanning gebracht door het "geleidelijk" uitschakelen van de voorschakelweestand of voorschakelspoel. Beperking inschakelverschijnsel via schokspoel: Het installeren van een schokspoel dempt het inschakelverschijnsel. Bij de installatie van schokspoelen op bestaande condensatorbatterijen dient gecontroleerd te worden of de spanning aan de condensatoren niet t hoog wordt. 2.4.4 Systeemvoordelen i.v.m. cos compensatie

Zoals al eerder aangehaald werkt men momenteel bij Borealis vooral met vaste condensatorenbanken op het 10kV-niveau zonder automatische regeling. Met als gevolg dat de cos totaal niet meer klopt als er een grote verbruiker of afdeling uitvalt. In dit opzicht zou een monitoring systeem een oplossing kunnen bieden, dat automatisch condensatoren bij of af schakelt aan de hand van zijn gemeten waarden. Men kan zo trachten boven de 0,95/kwartuur te blijven en boetes te vermijden. Een bijkomend voordeel komt boven als men op de afgaande vertrekken overal een meting gaat doen naar vermogen en cos. Dan kan men heel gemakkelijk bepalen welke verbruikers de cos niet te goede komen. En daar dan eventueel plaatselijk maatregelingen treffen zodat de cos verbetert.

2.5

Behalen Kyoto richtlijnen

Het versterkte broeikaseffect is een gevolg van de verhoogde uitstoot van broeikasgassen door de mensen in de atmosfeer. Deze gassen komen vrij uit de verbranding van fossiele brandstoffen zoals kolen, olie en gas. De verbranding is nodig om energie op te wekken. Koolstofdioxide is een van de stoffen die in de atmosfeer zit en die ervoor zorgt dat de warmte van de zon bij ons blijft. De zon warmt met haar stralen de bodem van de aarde op. De aarde kaatst die warmte terug maar door de aanwezigheid van broeikasgassen, zoals CO2 in de atmosfeer, houden we die warmte vast. En dat is nodig om de temperatuur op aarde op peil te houden. Het probleem is dat er te snel teveel CO2 in de atmosfeer belandt waardoor steeds meer warmte op aarde wordt vastgehouden. De aarde warmt in versneld tempo op. Dit fenomeen wordt het (versterkte) broeikaseffect genoemd (zie figuur 2.3).

Jochen Vandevenne

4EM/ET

19

Figuur 2.3 Schematische voorstelling van het broeikaseffect Het is duidelijk dat aan deze situatie iets moet veranderen. Zo is het Kyoto protocol ontstaan, dat de verbintenis vastlegt tot een vermindering van de uitstoot van broeikasgassen. Als gevolg van het Kyoto protocol is het benchmarkingconvenant opgesteld voor grote energie-intensieve bedrijven, uit alle industrile sectoren. Een ondergrens van 0,5PJ (petajoule) per vestiging wordt gehanteerd, omdat dit een objectief criterium is waaronder de benchmarkstudie te duur zou worden. Door toe te treden tot het convenant zoals Borealis, gaan de bedrijven de verplichting aan om de energie-efficintie van hun procesinstallaties op wereldtopniveau te brengen en/of te behouden tegen 2012. Wat het convenant juist is en wat dit inhoud wordt in het volgende punt beschreven. 2.5.1 2.5.1.1 Het convenant Achtergrond van het convenant

Na de energiecrisissen van 1973 en 1979 werden door de overheden van de gendustrialiseerde landen diverse programma's gelanceerd om tot een zuiniger energiegebruik te komen. De energiegebruikers hebben toen ook belangrijke verbeteringen in hun energie-efficintie gerealiseerd. Een nieuwe impuls werd gegeven door de klimaatproblematiek. Energiegebruik is verbonden met brandstoffen, waarvan de normale verbrandingsgassen koolstofdioxide bevatten, het voornaamste broeikasgas. Het klimaatbeleid moest grotendeels gedragen worden door het energiebeleid. Als reactie op de toenemende ongerustheid omtrent de opwarming van de aarde werd door de Verenigde Naties in 1992 een "Raamverdrag inzake Klimaatverandering" afgesloten, wat werd geratificeerd door 186 landen, waaronder Belgi. Dit alles werd nader uitgewerkt door de latere Conferenties van de Partijen, waarvan die van Kyoto in 1997 de meest bekende is. In het Kyoto-protocol werden kwantitatieve verbintenissen vastgelegd voor vermindering van de uitstoot van broeikasgassen. De EU-doelstelling werd in 1998 verder verdeeld tussen de lidstaten.Jochen Vandevenne 4EM/ET

20

Zo werd overeengekomen dat Belgi zijn broeikasgasuitstoot met 7,5% moet verminderen tegenover 1990. Deze vermindering geldt voor de eerste verbintenisperiode 2008-2012, en moet gerealiseerd worden als gemiddelde voor die periode van vijf jaar. Voor de perioden na 2012 zullen later nieuwe afspraken gemaakt worden, die wellicht verdere uitstootverminderingen zullen inhouden. Wetend dat er een natuurlijke stijgingstrend bestaat, en dat er in de eerste helft van de jaren 90 belangrijke nieuwe installaties gebouwd werden in Vlaanderen, is het dus een zware opgave om een uitstootvermindering van 7,5% waar te maken. Reeds in 1999 heeft de Vlaamse Overheid het standpunt ingenomen om aan de energie-intensieve bedrijven geen absoluut uitstootplafond op te leggen, want dat zou de groeikansen belemmeren. Evenmin wilde men werken met gelijke procentuele verminderingen per bedrijf, want daardoor zouden bedrijven die reeds vroege maatregelen genomen hadden benadeeld worden tegenover bedrijven die nog steeds verspillen; ook afslankers zouden bevoordeeld worden en groeiers benadeeld. De keuze was dus om met objectieve normen te werken, en hiertoe werd het systeem van benchmarken verkozen, zoals het al in Nederland gestart was. De bedrijven gaan hierbij de verplichting aan om tot de besten te behoren wat betreft energie-efficintie waarbij de overheid als tegenprestatie garandeert geen andere verplichtingen op te leggen, zoals bij voorbeeld een energie- of CO2-taks. Waarom dan een energieconvenant en niet een CO2-convenant? Hiervoor bestaan enkele principile en praktische redenen: met een energieconvenant wordt niet alleen het brandstofverbruik, maar ook het elektriciteitsverbruik geoptimaliseerd en daardoor de uitstoot van de elektriciteitsproductie afgeremd; indien men in een convenant alleen het brandstofverbruik zou optimaliseren geeft dit zelfs een impuls tot omschakeling naar elektriciteit, wat voor de CO2-uitstoot meestal fout is een energieconvenant op basis van benchmarking omvat ook de grote exotherme processen in de chemie, zodat gebruik van die exotherme warmte door andere processen wordt gestimuleerd; met CO2-benchmarking zou dit niet het geval zijn een energieconvenant kijkt naar het finale energiegebruik ongeacht de oorsprong van die energie; een CO2-convenant zou onwerkbaar worden omdat hernieuwbare energie de vergelijking verstoort; hernieuwbare energie moet door een apart beleidsprogramma gestimuleerd worden.

Anderzijds zijn er wel enkele chemische processen die CO2 produceren, los van energiegebruik. Deze moeten er in de CO2-evaluatie bijgeteld worden. Ook omschakeling van brandstoffen moet apart bekeken worden. Een CO2-convenant bovenop een werkend energieconvenant kan dus geen probleem vormen. In het Kyoto-protocol werden flexibele mechanismen gedefinieerd. Deze laten de landen, of de bedrijven, toe om de uitstootvermindering elders te realiseren indien dat goedkoper is. Vooral door het lanceren van een EU-systeem voor verhandelbare emissierechten voor de periode 2005-2007 ontstond er enige onzekerheid of een benchmarkingconvenant nog wel nodig was.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

21

Vrij snel is het toch wel duidelijk geworden dat het emissierechtensysteem, ondanks de eufemistische naam "emissiehandel", een zeer kritisch element inhoudt, namelijk de initile toekenning van de rechten. Vooral in landen met een moeilijke verbintenis zal het nodig zijn om de rechten toe te kennen op basis van objectieve normen, en hiervoor is alleen het benchmarkingprincipe beschikbaar. Het benchmarkingconvenant en het emissierechtensysteem zullen mekaar dus aanvullen en ondersteunen. Ook een tweede synergie dient zich aan. In het kader van de IPPC-richtlijn worden de Europese lidstaten verplicht om in de milieuvergunningen voorwaarden op te nemen over efficint energiegebruik. Men is er echter in de BBT-studies (Best Beschikbare Technieken; BAT, Best Available Technologies), samengevat in de referentiedocumenten (de BREF's) niet in geslaagd om bruikbare referenties op te nemen over efficint energiegebruik, gewoon omdat die referenties niet bestaan. Het is door benchmarking dat ze gaan bepaald worden, en het benchmarkinggebeuren gaat opgenomen worden in de uitwerking van IPPC. Het benchmarkingconvenant zal daartoe in de Vlaamse milieuwetgeving worden gentegreerd, zoals ook al in Nederland het geval is. 2.5.1.2 Samenvatting convenant

Het benchmarkingconvenant is opgesteld voor grote energie-intensieve bedrijven, uit alle industrile sectoren. De toetreding gebeurt per vestiging. Een ondergrens van 0,5PJ per vestiging wordt gehanteerd, omdat dit een objectief criterium is waaronder de benchmarkstudie te duur zou worden. In specifieke gevallen kunnen bedrijven beneden 0,5PJ toch beslissen om toe te treden tot het benchmarkconvenant. Het convenant loopt tot 2012. Door toe te treden tot het convenant gaan de bedrijven de verplichting aan om de energieefficintie van hun procesinstallaties op wereldtopniveau te brengen en/of te behouden tegen 2012, er mee rekening houdend dat het wereldtopniveau ook zal verbeteren in de tussenliggende periode. Als wereldtop wordt niet gehanteerd de allerbeste van de wereld, maar een beperkte marge, waarvoor meerdere methoden bestaan: in de volledige benchmark worden alle vergelijkbare installaties ter wereld betrokken en wordt de wereldtop gedefinieerd als het beste deciel (de 10% beste bedrijven) in de regiobenchmark worden de beste regio's betrokken en wordt het gemiddelde van de beste regio gedefinieerd als wereldtop in de best practice methode bekijkt men alleen het beste bedrijf ter wereld, en heeft de wereldtop een specifiek verbruik dat 10% hoger ligt dan bij dit beste bedrijf indien vorige methoden niet uitvoerbaar zijn wordt in een doorlichting onderzocht welke maatregelen economisch rendabel zijn

De benchmarkstudies worden uitgevoerd door ervaren consultants, per procesinstallatie. Het opdelen van het bedrijf in procesinstallaties is dikwijls nodig om eenheden te verkrijgen die vergelijkbaar zijn met andere installaties in het buitenland. Het zal dus voorkomen dat een bedrijf meer dan n installatie laat benchmarken zodat de afstand tot de wereldtop perJochen Vandevenne 4EM/ET

22

procesinstallatie verschillend is. Er is dan een optelling nodig van de processen, elk met zijn afstand en productievolume, om een totale afstand te bekomen van het bedrijf tegenover het hypothetische wereldtopbedrijf. Het bedrijf maakt, uiterlijk anderhalf jaar na toetreding tot het convenant, een EnergiePlan op, waarin alle maatregelen zijn opgenomen die nodig zijn om de achterstand tot de wereldtop blijvend te overbruggen. In het convenant wordt een fasering voorgeschreven hoe snel die maatregelen moeten worden uitgevoerd, afhankelijk van de economische rendabiliteit. Vanaf dan zal het bedrijf jaarlijks een opvolgings- en monitoringverslag opstellen. Als stuurgroep voor het convenant wordt de "Commissie Benchmarking" opgericht, bestaande uit vertegenwoordigers van de overheden en de industrile sectoren. Deze Commissie verzorgt de algemene cordinatie, zoekt oplossingen voor knelpunten in de uitvoering (bij voorbeeld bijzondere situaties die zich voordoen bij de bepaling van de wereldtop), controleert de voortgang en publiceert verslagen over de resultaten van het convenant. De berekeningen en de uitvoering van het convenant zijn zeer belangrijk en moeten zeer nauwkeurig opgevolgd worden. Hiertoe wordt een onafhankelijke instantie aangeduid: het Verificatiebureau. Dit verificatiebureau dient de benchmarkconsultants en de gebruikte methodieken goed te keuren vooraleer het benchmarkonderzoek start. Het keurt en verifieert ook het ingediende EnergiePlan, de uitvoering van de maatregelen en de monitoring en verslaggeving. Het stelt adviezen en verslagen op ten behoeve van de Commissie Benchmarking. Als tegenprestatie voor de inspanningen van de bedrijven garandeert de Vlaamse Overheid dat zij geen bijkomende maatregelen aan de bedrijven zal opleggen op gebied van rationeel energiegebruik of CO2; in het bijzonder geldt dit voor taksen of emissieplafonds. Verder zal ze alles in het werk stellen om voor de convenantbedrijven vrijstelling te verkrijgen van bijkomende Belgische of Europese maatregelen. 2.5.2 Systeemvoordelen i.v.m. het behalen van de Kyoto richtlijnen

Het behalen van de Kyoto richtlijnen is dus een zeer belangrijk item dat baat heeft bij de invoering van een power energy monitoring systeem. Als men nauwkeurige metingen kan uitvoeren zal dit indirect een positieve invloed hebben om de Kyoto richtlijnen te halen. Hier komt het gezegde boven: Meten is Weten. Als men exact overal de verbruiken kent, kan men verbeteringen gaan aanbrengen zodat het energieverbruik daalt. Wanneer men niet weet waar men wat verbruikt, laat staan welke verliezen er optreden, is het onmogelijk om verbeteringen aan te brengen. Als je beter begrijpt hoe je bedrijf energie verbruikt, is het mogelijk om de energiekosten beter onder controle te houden. Een extra argument is dat het wettelijk bepaald is om aan het convenant te voldoen en het energieverbruik te laten afnemen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

23

2.6

Verklaring verbruiksverschillen

Aan de hand van de analoge kWh-tellers (afgaand 10kV-vertrek) die er op dit moment staan, wordt het totale verbruik naar de verschillende plants toegeschreven. Er is echter een verschil in het totale gemeten verbruik van de hoofdteller en de sommatie van de deelverbruiken. Nu vraagt het Verificatiebureau Benchmarking Vlaanderen een verklaring voor het verschil naar aanleiding van de Kyoto richtlijnen. Men wil uitsluiten dat er zich grote verliezen voordoen. Om dit nauwkeuriger na te gaan, is een volledige vermogenmeting noodzakelijk. Hierin kan dus het monitoring systeem een mooie oplossing bieden om deze verschillen teniet te doen. Verificatiebureau Benchmarking Vlaanderen Het Verificatiebureau Benchmarking Vlaanderen (VBBV) is een onafhankelijke en neutrale organisatie die wordt aangesteld om de correcte uitvoering van het benchmarkingsysteem, en alle daarbij horende berekeningen, te bewaken, hierover adviezen en verslag uit te brengen. Het is de enige instantie die over individuele gevallen oordeelt, te weten de onderzoeksmethoden, de benchmarkconsultant en zijn onderzoek, de bepaling van de afstand tot de wereldtop, het EnergiePlan, de voortgang en de monitoring. De eisen waaraan het verificatiebureau moet voldoen zijn: Onafhankelijke en neutrale organisatie Het vertrouwen hebben van de partijen van het convenant Garanties bieden voor een stabiele werking tijdens de volledige uitvoering van het convenant Werken volgens zeer strikte richtlijnen Een internationale kwaliteitscertificatie behalen en bewaken (ISO 9000) Beschikken over experts in de te behandelen procestechnologien Kunnen voldoen aan de diverse praktische uitvoeringseisen zoals levertijd en wijze van uitvoering van alle taken die in het convenant beschreven zijn

2.7

Opvolgen van verbruik door energieleverancier

Een vraag die sinds kort via de energieleverancier, in dit geval Electrabel, aan Borealis gesteld is, is dat men het verbruik van de site online wil gaan volgen. De basis hiervoor is dat Electrabel ernaar streeft om de afname van haar grote klanten zo dicht mogelijk te kunnen volgen en onverwachte productiestops of lastdalingen te kunnen opvangen door eigen productiemiddelen bij te regelen. Men wil op elk moment van de dag het actief vermogen dat Borealis vraagt, kunnen bekijken. Het doel is de gevolgen van onbalansen tussen afname en injectie te vermijden. Electrabel heeft een project om dergelijke metingen te installeren bij alle klanten met vermogens vanaf 10-15MW. Ze zijn begonnen met de meest onvoorspelbare (elektrolyses, boogovens) en zijn nu terecht gekomen bij Borealis.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

24

De vraag van de energieleverancier, in dit geval Electrabel, heeft voor de twee partijen voordelen. In de eerste plaats voor de leverancier. Men moet steeds het aanbod van energie in evenwicht houden met de vraag. De hoeveelheid energie die op het net genjecteerd wordt, moet ook steeds verbruikt worden. Dit is een eis die de hoogspanningsnetbeheerder ELIA aan de leveranciers oplegt. Men wil voorkomen dat de hoogspanningslijnen overbelast raken en een uitval van het elektriciteitsnet tot gevolg hebben. Als men nu de elektriciteitsvraag van grote energie-intensieve bedrijven op elk moment van de dag kent, kan men het energieaanbod hieraan aanpassen. Dit is vooral het geval wanneer een bepaald productieproces plots stilvalt, en er bijgevolg dus een energieoverschot is op het net. Dit kan bijvoorbeeld veroorzaakt worden door een staking, een spanningsdip of een uitval van een autoproductie. Het in balans houden van de energie kan vrij gemakkelijk gebeuren door de centrales die voor de pieklasten zorgen, aan te passen in hun energieproductie. Het voordeel voor het bedrijf is dat er een aangepast elektriciteitscontract kan opgesteld worden. Met als gevolg goedkopere elektriciteit. Dit kan een groot kostenvoordeel opleveren als men weet dat Borealis een verbruik telt van ongeveer 32MW. Er moet dus een signaal, dat een waarde voor het actieve vermogen reflecteert, ter beschikking gesteld worden van Electrabel. Een goede oplossing zou zijn om dit mee te integreren in het power energy monitoring systeem. Dit heeft als gevolg dat het totale kostenplaatje kleiner zal zijn dan te werken met 2 aparte systemen. Indien de vraag van Electrabel niet wordt ingewilligd via ons systeem, zullen zij zelf een eigen systeem komen plaatsen. Electrabel blijft dan eigenaar van het systeem. Maar wat als men volgend jaar wil veranderen van energieleverancier? Dit is sinds de vrijmaking van de elektriciteitsmarkt een punt waar men zeker rekening moet mee houden. Als dat gebeurt staan we terug voor hetzelfde probleem. Want de kans dat een andere leverancier ook die vraag gaat stellen om de verbruiken op te volgen is reel. Dus het is veel beter een systeem te voorzien dat ook kan voldoen aan hun wensen, maar in de handen van Borealis blijft. Dit item is een belangrijke, extra motivatie om een monitoring systeem in te voeren.

2.8

Externe inbelmogelijkheden beperken

GFE is een firma die de verbruiken van Borealis elke nacht uitleest. Ze bellen elke nacht om 00.00u in om het actief en het reactief vermogen uit te lezen. Dit gebeurt via een modem die op de plaatselijke LDUs inbelt (zie bijlage 7 p161). Deze gegevens worden voor Borealis in grafiek gezet en aan de hand daarvan wordt er een extra controle uitgevoerd op de elektriciteitsfactuur. Volgens de nieuwe bedrijfsfilosofie wenst de IT&S afdeling de externe inbelmogelijkheden te beperken en te stroomlijnen. Een power energy monitoring systeem zou in dit geval dus zeer nuttig kunnen zijn om de benodigde gegevens via deze weg door te spelen aan GFE. Een andere optie is te besluiten om geen beroep meer te doen op GFE en zelf de extra controle uit te voeren. Wat als gevolg heeft dat de externe inbelmogelijkheid verdwijnt.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

25

2.9

Automatiseren van verdeling energiefactuur

Op dit moment wordt er maandelijks door een E&I technieker de kWh-standen opgenomen. Deze worden verder verwerkt d.m.v. een spreadsheet om zo de elektriciteitsfactuur procentueel te verdelen over de verschillende productie-eenheden. Hier zijn echter verschillende nadelen aan verbonden. Het opnemen van deze meterstanden is een tijdrovende bezigheid en is niet helemaal foutloos. Allereerst moeten de standen opgeschreven worden en daarna nog eens ingegeven worden in een spreadsheet. In beide gevallen gebeuren er soms fouten. Wat meestal afwijkingen oplevert. De meterstanden worden elke 1ste van de maand opgenomen. Maar als nu bijvoorbeeld de 1ste van de maand een feestdag is die op een vrijdag valt, zullen de meterstanden pas genoteerd worden de 4de van de maand. Zo ontstaan er zeer grote verschillen tussen de opgenomen standen en de elektriciteitsfactuur. Om u een idee te geven van de verbruiksverschillen, volgende cijfers: Som van alle interne verbruiksmetingen (2004): Verbruiksmeting volgens ELIA (2004): 234.253 MWh 245.150 MWh

Dit geeft een totaalverschil van maar liefst 10.897 MWh (4,5%). Het automatiseren van deze bezigheid zou een groot voordeel betekenen. Wanneer men via het monitoring systeem al de verbruiken op pc kan visualiseren is het een kleine opgave om hieruit het elektriciteitsfactuur te verdelen en het is foutloos. Het opnemen en manueel ingeven van de meterstanden neemt snel 8 werkuren in beslag en dit 12 keer per jaar. Dit vertaalt zich in een jaarlijkse kostenvermindering van 6250 (12keer/jaar x 8 uur x 65 EUR/uur).

2.10

Opvolgen Facturatie

Een volgend item dat zeer nuttig kan zijn is de mogelijkheid bezitten om de facturatie op te volgen. Als men de elektriciteitsfactuur van Borealis bekijkt, spreekt men over enorm grote bedragen. Een interne controle op de afname is dus zeer wenselijk. De leverancier vermeldt hoeveel Borealis verbruikt en hoeveel ze moeten betalen, maar zelf hebben ze daar geen controle op. Een systeem waarmee dit te controleren valt, zou Borealis dus ten goede komen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

26

2.11

Verlagen van de energiekosten

De meeste netverschijnselen die zich voordoen, brengen verliezen met zich mee. Door de netkwaliteit op te volgen en een betere kennis te krijgen van de verbruiksgewoonten, is het mogelijk om de bron van deze verschijnselen op te sporen en aan te pakken. Met als gevolg een daling van de energiekost. Dit zal op termijn een positief effect hebben op de elektriciteitsfactuur. En aangezien we in het jaarlijks elektriciteitsverbruik (zie bijlage 8 p164) en de elektriciteitsprijs een stijgende trend kunnen waarnemen, zal een besparing door de jaren heen nog meer invloed gaan hebben. Al is extreem gezien de bekomen winst op het einde van de rit nog maar 0,5%, toch zal dit een grote winst betekenen op het te betalen energiefactuur. De jaarlijkse elektriciteitsfactuur van de Borealis site te Beringen bedraagt +/- 10.000.000. Een reductie van 0,5% vertaalt zich in een kostenvermindering van 50.000 EUR/jaar.

2.12

Koppeling SISSI project

Een motivatie die pas in een later stadium op de voorgrond is getreden, is de koppeling met het SISSI (IP21) project. Dit is een project dat volledig los staat van het power energy monitoring project. Het is dan ook onmogelijk om dit volledig te verklaren, maar men wenst alle stroomverbruiken te kennen op medium voltage niveau om deze wereldwijd te kunnen visualiseren via het nieuwe systeem. Op dit moment zijn er echter maar 50% van deze signalen beschikbaar. Dit zou betekenen dat er omvormers, kabels, moeten voorzien worden om de andere 50% van de stroomverbruiken ook beschikbaar te stellen. Als nu echter het power energy monitoring project tot uitvoering komt, is het mogelijk om uit de data-informatie die via ethernet verloopt bepaalde gegevens op te pikken en ten behoefte te stellen van het SISSI project. Zodoende dat er geen extra voorzieningen getroffen moeten worden bij het SISSI project. Dit zou zich vertalen in een nmalige lagere kost ten behoefte van het SISSI project van 25.000 voor de site in Beringen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

27

3

POWER QUALITY

Het is belangrijk dat men weet wat power quality inhoudt. Indien men een elektrisch net gaat analyseren, is een voorafgaande theoretische achtergrond van belang. In dit hoofdstuk wordt eerst het fenomeen power quality ingeleid. Ook wordt de normering onder de loop genomen. In de volgende hoofdstukken zullen de fenomenen bekeken worden die zich kunnen voordoen op een elektrisch net.

3.1

Storingen en power quality

Altijd al werd de werking van bepaalde elektrische en elektronische uitrustingen benvloed door storingen. Deze storingen kunnen via verschillende wegen tot de uitrusting doordringen: via de elektrische voeding: de mogelijk optredende problemen worden in dit eindwerk behandeld via de ingangen en uitgangen, via de aardverbindingen, door instraling,: deze EMCproblemen zijn van meer lokale aard in industrile omgevingen

De elektrische voeding bestaat uit een driefasig systeem van spanningsgolfvormen en wordt gekarakteriseerd door de frequentie, de amplitude van de spanningen, de symmetrie van het driefasig systeem n door de vervorming van de golfvormen. Een perfecte elektrische voeding bestaat niet en in courant taalgebruik stelt men dat de vier karakteristieken door storingen benvloed worden, zelfs indien deze storingen betrekkelijk klein zijn en geen invloed hebben op de gevoelige uitrustingen. In 1985 bepaalde een Europese richtlijn dat elektriciteit ook als een product moet beschouwd worden. Sindsdien wordt veel gesproken over de kwaliteit van het product elektriciteit, ook al kan dit concept in vraag gesteld worden. Elektriciteit kan immers niet opgeslagen worden, waardoor de productie het verbruik dient te volgen. Het driefasig systeem is quasi perfect aan de uitgang van de productie-eenheden, maar ondergaat tal van invloeden tijdens het transport, en dit vooral door storende belastingen bij het clinteel of door incidenten op het net. De elektriciteit stelt daarbij specifieke kwaliteitsproblemen die sterk verschillen van andere grote industrile producten. Men spreekt dus nu van Kwaliteit en van Compatibiliteit, waar vroeger eerder over Storingen gesproken werd.

3.2

Power quality en EMC

De Engelse term Power Quality is een algemeen begrip geworden. Tal van vertalingen werden reeds naar voor geschoven, doch geen enkele is nduidig. De vertaling naar Kwaliteit van het vermogen wordt bijna nooit gebruikt, dit waarschijnlijk omdat de Engelse term eigenlijk weinig beduidend is. Volgens het IEEE wordt power quality omschreven als elke variatie van de elektrische voeding die slechte werking, beschadiging van uitrustingen van de gebruiker, enz tot gevolg kan hebben, zoals er zijn: spanningsdips, overspanningen, overgangsverschijnselen, harmonische vervorming. Al deze fenomenen benvloeden de spanning die aan de gebruiker

Jochen Vandevenne

4EM/ET

28

geleverd wordt. Indien de gebruiker geen storende belastingen gebruikt, dan zal de vervorming van de geleverde elektrische stroom evenredig zijn met de vervorming van de geleverde spanning. Daarom wordt in de Verenigde Staten het begrip Power Quality soms gelijk gesteld met Voltage Quality. Eigenlijk kan men ideaal stellen dat Power Quality = Reliability of Supply + Voltage Quality, immers indien de spanning een perfect sinusodale vorm zou hebben, maar niet aanwezig is (tijdens korte onderbreking), dan is het evident dat de betrouwbaarheid van de voeding de doorslaggevende parameter wordt. EMC wordt gedefinieerd als zijnde het samenvoegsel van alle storingen van de voedingsspanning en de andere types storingen die zich via o.a. de in- en uitgangen van uitrustingen of via de aardverbindingen en zelfs door instraling een weg banen tot in de uitrustingen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

29

3.33.3.1

Power quality en normalisatieOrganismen voor elektrotechnische normalisatie

Met betrekking tot de kwaliteit van de spanning worden de normen in hoofdzaak door twee organismen bepaald, namelijk de IEC en het CENELEC. De Internationale Elektrotechnische Commissie, bekend onder de afkorting IEC, is gevestigd in Genve. Deze commissie wordt wereldwijd erkend als de organisatie belast met het opstellen en publiceren van internationale normen op het gebied van elektriciteit, elektronica en aanverwante technologien. De organisatie telt meer dan 50 leden waaronder de landen van de Europese Unie, de VS, Canada, Japan, de Russische Federatie, China, enz. Het CENELEC, het Europees Comit voor Elektrotechnische Normalisatie, is in Brussel gevestigd en telt 18 leden. Naast de 15 lidstaten van de Europese Unie zijn ook IJsland, Noorwegen en Zwitserland lid van het Comit. Voorts zijn 12 buurlanden van de Europese Unie gewoon aangesloten bij het CENELEC. Nu de Europese Unie steeds vastere vorm krijgt, neemt ook de invloed van het Comit toe. Het CENELEC werkt samen met de IEC en neemt een deel van haar normen over. Het Comit stelt enkel eigen normen op wanneer bepaalde zaken niet of onvoldoende door de IEC worden gedekt. Momenteel zijn de Europese normen voor meer dan 95% gebaseerd op de publicaties van de IEC. 3.3.2 Spanningskwaliteit en elektromagnetische compatibiliteit

De kwaliteit van de spanning is in grote mate afhankelijk van de elektromagnetische compatibiliteit (EMC). EMC wordt gedefinieerd als de geschiktheid van een toestel om in zijn elektromagnetische omgeving op bevredigende wijze te functioneren, zonder zelf elektromagnetische storingen te veroorzaken die niet worden getolereerd door al wat zich in de omgeving van het toestel bevindt. De kwaliteit van de spanning kan door de volgende elektromagnetische storingen worden benvloed: harmonische en interharmonische vervorming spanningsfluctuaties (flicker) en voorbijgaande overspanning spanningsdips en korte onderbrekingen spanningsonevenwicht transmissie van telebedieningssignalen op het net frequentieschommelingen DC-componenten

Op het gebied van EMC bestaan er andere fenomenen die de kwaliteit van de spanning niet benvloeden, zoals elektrische- en magnetische velden. Op het gebied van EMC definieert men compatibiliteits- en planningsniveaus als referentiewaarden.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

30

3.3.2.1

Het compatibiliteitsniveau

Het compatibiliteitsniveau is het gespecificeerd niveau van elektromagnetische storing dat in een welbepaalde omgeving dienst doet als referentieniveau met het oog op de cordinatie bij het opstellen van emissie- en immuniteitsgrenzen (zie tabel 3.1). Het gaat eigenlijk om referentiewaarden die het mogelijk maken de emissie en immuniteit van de uitrustingen te cordineren en zo de EMC van het hele systeem te waarborgen. Gewoonlijk vertegenwoordigen de compatibiliteitsniveaus een probabiliteit van niet-overschrijding van 95% voor een net dat zowel in de tijd als in de ruimte volledig in beschouwing genomen wordt. De toegelaten marge betekent dat het voor een verdeler onmogelijk is de niveaus op alle punten van het net en op eender welk ogenblik te garanderen. openbaar LS-net openbaar MS-net industrieel net IEC 61000-2-2 IEC 61000-2-12 (in voorbereiding) IEC 61000-2-4 (wordt herzien) en CENELEC EN 61000-2-4

Tabel 3.1 Compatibiliteitsniveau

3.3.2.2

Het planningsniveau

Het planningsniveau is het niveau dat aan een bijzondere storing in een specifieke omgeving wordt toegewezen. Het wordt als referentie gebruikt bij het bepalen van de emissiegrenzen van belastingen met groot vermogen en van installaties in deze specifieke omgeving. Het is de bedoeling deze grenswaarden te cordineren met alle andere aangenomen grenswaarden voor uitrustingen die op het energiedistributienet moeten worden aangesloten. De stroomverdeler bepaalt planningsniveaus voor alle spanningsniveaus van het net. Deze planningsniveaus kunnen worden beschouwd als interne doelstellingen op het gebied van de kwaliteit van de spanning. Ze zijn lager dan of gelijk aan de compatibiliteitsniveaus. 3.3.2.3 Spanningskarakteristieken in openbare elektriciteitsnetten

In 1995 publiceerde het CENELEC de norm EN50160 Spanningskarakteristieken in openbare elektriciteitsnetten. Het doel van deze norm is voor bepaalde parameters van de kwaliteit gespecificeerde waarden op te geven. Gezien de complexiteit en de omvang van elektriciteitsnetten, die in rele tijd functioneren, zijn deze gespecificeerde waarden geen momentwaarden maar statistische waarden die gewoonlijk niet worden overschreden gedurende 95% van de tijd (naargelang het type storing is dit 1 week of 1 dag) op gelijk welk punt van het openbaar LS- en MS-net. Deze garantiewaarden hebben betrekking op de harmonische distorsie, de spanningsfluctuaties (flicker), het spanningsonevenwicht en de frequentieschommelingen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

31

Voor de andere karakteristieken kan de norm slechts waarden ter informatie opgeven. Dat geldt onder meer voor de spanningsdips en korte onderbrekingen, die in grote mate variren onder invloed van de lokale structuur van de netten, de weersomstandigheden, enzovoort 3.3.3 Beperking van de emissies

Het CENELEC heeft twee algemene normen over de beperking van emissies gepubliceerd. De norm EN 50081-1 betreft de huishoudelijke omgeving, de norm EN 50081-2 de industrile omgeving. Voorts bestaan er productnormen die, zoals uit hun naam blijkt, voor bepaalde producten of productgroepen gelden. Deze normen zijn belangrijk voor fabrikanten van materieel en toestellen. Ze mogen niet in strijd zijn met de bovengenoemde basisnormen. Onderstaande tabel bevat de diverse behandelde gevallen voor de beperking van de emissie van storingen door de verschillende uitrustingen (zie tabel 3.2). toepassingsdomein beperking van de harmonische vervorming IEC 61000-3-2 en CENELEC EN 61000-3-2 IEC/TR2 61000-3-4 (in voorbereiding) beperking van de spannings-fluctuatie (flicker) IEC 61000-3-3 en CENELEC EN 61000-3-3 IEC/TR2 61000-3-5 IEC 61000-3-11 (in voorbereiding) IEC/TR3 61000-3-6 IEC/TR3 61000-3-7

kleine toestellen met grote verspreiding < 16A in LS uitrustingen > 16A in LS uitrustingen < 75A in LS industrile aansluitingen op MS en HS

Tabel 3.2 Beperking van de emissie

3.3.4

Immuniteitsnormen

Aangezien een bepaald storingsniveau noodgedwongen wordt getolereerd, moeten toestellen een immuniteitsniveau bezitten om behoorlijk te functioneren. Net zoals voor het beperken van emissies, heeft het CENELEC twee algemene normen inzake immuniteit gepubliceerd. De normen EN 50082-1 en 2 betreffen respectievelijk de huishoudelijke- en industrile omgeving.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

32

3.3.5

Lijst van de bestaande normen

De normen worden opgesomd in de volgorde waarin ze in de tekst voorkomen, met hun volledige referentie en een korte toelichting die in de catalogus van de normen of, bij gebrek daaraan, in het toepassingsgebied voorkomt (zie tabellen 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 en 3.7).Compatibiliteitsniveaus Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) - Deel 2: Omgeving - Sectie 2: Compatibiliteitsniveaus voor geleide storingen met lage frequentie en transmissie van signalen op openbare voedingsnetten op laagspanning. Deze norm bevat de compatibiliteitsniveaus waarmee in openbare laagspanningsnetten rekening moet worden gehouden voor de bovengenoemde fenomenen. Deze compatibiliteitsniveaus dienen als referentiewaarden met het oog op een foutloze werking van de op deze netten aangesloten toestellen. Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) - Deel 2: Omgeving - Sectie 4: Compatibiliteitsniveaus in industrile installaties voor geleide storingen met lage frequentie. Deze norm bevat de voorschriften inzake compatibiliteitsniveaus voor industrile en niet-openbare netten. Deze niveaus zijn afhankelijk van de storingen die bij stroomvoorziening onder normale gebruiksvoorwaarden kunnen voorkomen. Deze norm geldt voor netwerken van 50Hz/60Hz.

IEC 61000-2-2 (1990-05) en ENV 61000-2-2

IEC 61000-2-4 (1994-02) en EN 61000-2-4

Tabel 3.3 CompatibiliteitsniveausPlanningsniveaus Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) - Deel 3: Limietwaarden - Sectie 6: Evaluatie van emissiegrenzen voor vervormende belastingen aangesloten op MSen HS-netten. Dit technisch rapport bevat de basisprincipes voor het vaststellen van de voorwaarden die moeten worden nageleefd wanneer men vervormende belastingen met groot vermogen (die harmonischen en/of interharmonischen produceren) op een openbaar net aansluit. Het rapport wil vooral aanwijzingen geven betreffende engineeringpraktijken die aan alle gebruikers van nzelfde net een behoorlijke kwaliteit van diensten verzekeren. Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) - Deel 3: Limietwaarden - Sectie 6: Evaluatie van emissiegrenzen voor fluctuerende belastingen op MS- en HS-netten. IEC/TR3 61000-3-7 (1996-11) Dit technisch rapport bevat de basisprincipes voor het vaststellen van de voorwaarden die moeten worden nageleefd wanneer men fluctuerende belastingen met groot vermogen (die flicker voortbrengen) op een openbaar net aansluit. Het rapport wil vooral aanwijzingen geven betreffende engineeringpraktijken die aan alle gebruikers van nzelfde net een behoorlijke kwaliteit van diensten verzekeren.

IEC/TR3 61000-3-6 (1996-10)

Tabel 3.4 Planningsniveaus

Jochen Vandevenne

4EM/ET

33Spanningskarakteristieken Spanningskarakteristieken in openbare elektriciteitsnetten.

EN50160

Deze norm beschrijft, op het punt waar de spanning aan de klant wordt geleverd, de voornaamste karakteristieken van de spanning die door een openbaar distributienet op LS- of MS en onder normale exploitatievoorwaarden wordt geleverd. De norm geeft de grenzen of waarden van de spanningskarakteristieken waarop elke klant recht heeft, zonder de typische waarden in het openbaar net te noemen. De spanningskarakteristieken die in deze norm worden beschreven, hebben niet tot doel door de klant te worden gebruikt als elektromagnetische compatibiliteitsniveaus (EMC) of emissiebeperkingen van geleide storingen in openbare distributienetten. Ze zijn evenmin bestemd om te worden gebruikt bij het bepalen van vereisten in de productnormen van uitrustingen.

Tabel 3.5 SpanningskarakteristiekenBeperking van de emissies Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) - Deel 3: Limietwaarden - Sectie 2: Limietwaarden voor de emissie van harmonische stromen (Ingangsstromen van de toestellen < 16A). Deze norm is van toepassing op elektrische en elektronische toestellen met een ingangsstroom met een waarde lager dan of gelijk aan 16A per fase en bestemd om te worden aangesloten op openbare LS-distributienetten. Ze bepaalt de limietwaarden van de harmonische vervorming van de ingangsstroom die mogen worden geproduceerd door een uitrusting die onder welbepaalde voorwaarden wordt getest. Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) - Deel 3: Limietwaarden - Sectie 3: Limietwaarden voor de spanningsschommelingen en flicker in LS-netten (Ingangsstroom van de toestellen 16A per fase). Deze norm behandelt de beperking van de spanningsfluctuaties en de flikkering op een openbaar LS-distributienet. Ze bepaalt de limietwaarden van de spanningsschommelingen die mogen worden geproduceerd door een uitrusting die onder welbepaalde voorwaarden wordt getest en geeft aanbevelingen voor de evaluatiemethodes. Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) - Deel 3: Limietwaarden - Sectie 5: Beperking van de spanningsfluctuaties en de flicker in laagspanningsnetten voor uitrustingen met een opgevraagde stroom hoger dan 16A. De aanbevelingen in dit technisch rapport gelden voor elektrische en elektronische toestellen die worden aangesloten op het LS-distributienet, met een ingangsstroom hoger dan 16A per fase, of lager dan 16A per fase maar die een speciale toelating van de verdeler vergen. EN 50081-1 Elektromagnetische compatibiliteit - Algemene emissienorm - Deel 1: Huishoudelijke, handels- en licht industrile omgeving. Elektromagnetische compatibiliteit - Algemene emissienorm - Deel 2: Industrile omgeving.

IEC 61000-3-2 (1997-12) en EN 61000-3-2

IEC 61000-3-3 (1994-12) en EN 61000-3-3

IEC/TR2 61000-3-5 (1994-12)

EN 50081-2

Tabel 3.6 Beperking van de emissies

Jochen Vandevenne

4EM/ET

34Immuniteit EN 50082-1 Elektromagnetische compatibiliteit - Algemene immuniteitsnorm - Deel 1: Huishoudelijke, handels- en licht industrile omgeving. Elektromagnetische compatibiliteit - Algemene immuniteitsnorm - Deel 2: Industrile omgeving.

EN 50082-2

Tabel 3.7 Immuniteit EN: Europese norm ENV: Europese prenorm IEC/TR2: technisch rapport type 2 van de IEC wanneer het onderwerp in kwestie nog in staat van technische ontwikkeling is of wanneer, om n of andere reden, de mogelijkheid van een akkoord voor de publicatie van een internationale norm in de toekomst, maar niet voor het moment overwogen kan worden. Het zal het voorwerp uitmaken van een nieuw onderzoek ten laatste drie jaar na publicatie, teneinde eventueel te beslissen over hun omzetting naar internationale normen. IEC/TR3: technisch rapport type 3 van de IEC wanneer een technisch comit soorten van gegevens heeft verzameld, verschillend van deze die normaal gezien gepubliceerd worden als internationale norm. Dit zou bijvoorbeeld de informatie over de stand van de techniek kunnen betekenen. De technische rapporten type 3 moeten niet noodzakelijk worden herzien, voordat de gegevens die zij bevatten als niet langer waardevol of bruikbaar beschouwd worden. 3.3.6 EN50160

De norm die voor dit project het meest van belang is, is de EN50160. Het is onmogelijk deze norm hier volledig te verklaren, dit omwille van benodigde licenties. Toch zal er in de volgende tabel een overzicht gegeven worden over de inhoud van deze norm (zie tabel 3.8). Voor specifieke details is het noodzakelijk de norm zelf te raadplegen.

Jochen Vandevenne

4EM/ET

Jochen Vandevenne 4EM/ET

Kenmerken van leveringsspanning

Waarde en/of waardebereik

Meet- en evaluatieparameter

LaagspanningFrequentie (verbinding aan interconnectienet) Langzame spanningsveranderingen Snelle spanningsveranderingen Flicker (Definitie slechts voor long time-flicker) Spanningsdips ( 1min) Korte leveringsonderbrekingen ( 3min) Lange leveringsonderbrekingen (> 3min) Tijdelijke overspanning Transinte overspanningen Spanningsonbalans Harmonische spanning Interharmonische spanning Signaalspanningen 49,5Hz tot 50,5Hz 47Hz tot 52Hz 230V +/- 10% 5% max. 10% Plt 1

Middenspanning

BasisgrootteGemiddelde waarde

Integratie-interval10s 10min 10ms 2h 10ms 10ms 10ms 10ms Geen 10min 10min

Observatieperiode1 week 1 week 1 dag 1 week 1 jaar 1 jaar 1 jaar Geen aanwijzing Geen aanwijzing 1 week 1 week

Procentueel95% 100% 95% 100% 95% 100% 100% 100% 100% 100% 95% 95%

Tabel 3.8 Overzicht EN50160

Uc +/- 10% 4% max. 6%

Effectieve waarde Effectieve waarde Flickeralgoritme Effectieve waarde Effectieve waarde Effectieve waarde Effectieve waarde Piek waarde Effectieve waarde Effectieve waarde

Zowat 10 tot 1000 maal per jaar (onder 85% Uc) Zowat 10 tot verscheidene 100 keren per jaar (onder 1% Uc) Zowat 10 tot 50 keren per jaar (onder 1% Uc) Gewoonlijk < 1,5kV Gewoonlijk < 6kV 1,7 tot 2,0 maal Uc Volgens de isolatiecordinatie

Meestal 2% in uitzonderlijke gevallen tot 3% Totale Harmonische Distortie (THD) 8% Waarde in overleg Bereik 9 tot 95 kHz in overleg

Waarde in overleg Effectieve waarde 3s 1 dag 99%

35

36

Uit de norm (EN50610) volgt dat power quality analysers voor laag- en middenspanning over de volgende eigenschappen moeten beschikken: Nominale frequentie meten tussen 47 en 52Hz Directe en inverse componenten detecteren van stroom en spanning Meetbereik voor frequentie tot 95kHz of hoger Bestand zijn tegen overspanningen tot 6kV voor laagspanning Tegelijkertijd stromen en spanningen kunnen meten in drie fasen plus nulgeleider Voldoende precisie van de metingen Harmonischen kunnen herkennen tot een relevante orde Grote ban