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…
18.9.2012Tero Kaipia 3
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§
18.9.2012Tero Kaipia 4
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
18.9.2012Tero Kaipia 5
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
18.9.2012Tero Kaipia 6
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
18.9.2012Tero Kaipia 7
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
18.9.2012Tero Kaipia 8
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
Lähde: Karppanen, J., diplomityö, LUT, 2012
18.9.2012Tero Kaipia 9
Entä jakeluvekon suojauksen toiminta?
Lähde: CODGUNet, tutkimusraportti, VTT, 2003
generaattorin sisältävän pienjännitejakeluverkon symmetristen komponenttiverkkojen sijaiskytkentä yksivaiheisessa oikosulussa
Sulakesuojauksen sokaistuminen
Sulakesuojauksen virhelaukaisut
Lähde: Karppanen, J., diplomityö, LUT, 2012
Liki 10 vuodessa ei tuotannon liittämiseen liittyvät pelkotilat ole juurikaan alalla muuttuneet, vaikka tutkimustieto ja tuotteet ovat kehittyneet huimasta, Miksi näin?
18.9.2012Tero Kaipia 10
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
18.9.2012Tero Kaipia 11
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.
18.9.2012Tero Kaipia 12
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…
18.9.2012Tero Kaipia 13
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!
Top Related