Hochfahren von Stromnetzen nach Ausfall

Moin!
Dieses Szenario wird uns seit ein paar Wochen vermehrt angedroht, also
eher der Ausfall. Dem folgt doch hoffentlich bald ein Hochfahren. Aber
was kann dabei im Detail passieren, und was spielt sich dabei ab?
Ich selbst war vor rund 20Jahren von einem größeren Stromausfall
betroffen, rund 10.000 Einwohner und fast 24 Stunden. Die Ursache war
damals die Mißachtung der (n-1)-Regel des Netzbetreibers.
Der Grund des Ausfalls war ein (zufälliger) Schaden in der einzigen
Übergabestation zwischen den übergeordneten Netzen und dem Teilnetz des
Stadtteils. Es war ein Freitag Abend im Hochsommer. Nach einer Stunde
Ausfall waren offensichtlich Ersatzteile herbeigeschafft, und der
Netzbetreiber versuchte mehrfach die Spannung einzuschalten. Dabei
hatten sie sich ihre Ersatzteile gegrillt. Ich vermutete hier, daß
aufgrund der sommerlichen Temperaturen und der Dauer von mind. 1 Stunde
nahezu alle (Kompressor-)Kühlgeräte Bedarf hatten und mit Kommen der
Spannung anlaufen wollten.
Ein von mir vermuteter Fehler war, daß bei den ersten paar
fehlgeschlagenen Versuchen der gesamte Stadtteil mit einem Schaltvorgang
"zurückgeholt" werden sollte. Die weiteren und dann erfolgreichen
Versuche liefen mit etlichen Stunden Zeitverzug (Beschaffung von
weiteren Ersatzteilen?) häppchenweise in kleineren Einheiten, vermutlich
jeder 20kV-Ortsnetztrafo einzeln. Oder diese wenigstens in Gruppen. Mein
Haushalt war im Bereich des letzten Abschnitts und knapp 24Stunden nach
dem initialen Fehler erst wieder versorgt.
Wie wird das in den nächsten Monaten werden?

Die Kompressorkühlgeräte sind weiterhin Standard, und die brauchen einen
recht großen Anlaufstrom. Ähnlich die Umlaufpumpen in Heizungsanlagen.
Dazu kommen heute viele billige Schaltnetzteile, die ebenso große
Anlaufströme haben, aber nach 2-3 Halbwellen "zufrieden" sein sollten.
Und dann gibt's heute Photovoltaikanlagen, die mehrheitlich nicht
inselfähig sind und sich bei erster Gelegenheit zuschalten wollen.
Also im Detail und als Annahme: Strom weg seit >1h.
Das Einschalten des 20kV-Ortsnetztrafos bringt diesen aufgrund der
Einschaltspitze an seine Grenze oder darüberhinaus. Im übergeordneten
Netz macht sich diese Spitze bemerkbar ggf. bis zu den nächstgelegenen
rotierenden Generatoren, die aufgrund der mechanischen Beanspruchung
einen leichten Hüpfer hinlegen. Lokal im 230V-Netz sieht's in der ersten
Sekunde wohl so aus, daß zwar die Netzfrequenz von Anfang an stimmt,
aber die Spannung nicht gleich ins Toleranzintervall kommt. Kommt sie
dort an, bemerken die Wechselrichter der PV-Anlagen die Rückkehr der
erlaubten Werte im Netz und schalten ihre Leistung dazu. Dies passiert
innerhalb eines kleinen Zeitfensters, denn so unterschiedlich wird die
Auslegung und Konfiguration der diversen Wechselrichter kaum sein. Dabei
wird der Ortsnetztrafo spontan entlastet. Folge: die Spannung auf
Niederspannungsseite (230V) wird im Sekundenbereich nach Einschalten der
Wechselrichter deutlich steigen.
Was kann im Detail dabei passieren?
Handelt es sich um einen regelbaren Ortsnetztrafo, kann dieser auf
wechselnde Lasten angepaßt werden. AFAIK nur nicht im Sekundenbereich,
denn die Schalter dürften zu langsam sein. D.h. den Trafo kann man nicht
zur schnellen Spannungsregelung im 230V-Zweig heranziehen.
Produziert das Zuschalten der PV-Leistung ein Überschwingen der
Spannung, schalten PV-Wechselrichter ab. Kann das im blödesten Fall zum
Schwingen im Niederspannungsnetz unterhalb des Ortsnetztrafos führen?
Ist mein Netzsegement zwar versorgt, muß ich trotzdem mit deutlichen
Spannungsschwankungen rechnen, die aufgrund Ab- und Einschaltmaßnahmen
benachbarter Netzsegmente im Mittelspannungsnetz bemerkbar sind.
Ein Teil davon ist Vermutung, weil ich nicht besonders tief in der
(aktuellen) Technik der Netzbetreiber drinstecke. D.h. Korrekturen
erwünscht :-)
Gruß, Ralf
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Ralf Kiefer
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Moin Ralf,
Am 12.09.22 um 16:24 schrieb Ralf Kiefer:
die genauen Abläufe sind in den Netzwiederaufbauplänen der ÜNB dokumentiert. In die hat man als private Öffentlichkeit wohl kaum Einsicht, aber zumindest die Anforderungen an diese Pläne können wir der Verordnung 2017/2196 vom 24.11.2017 zur Festlegung eines Netzkodex über den Notzustand und den Netzwiederaufbau des Übertragungsnetzes entnehmen.
V.
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Volker Staben
Ich würde erwarten, dass sich ein Solarwechselrichter nicht sofort zuschaltet. Ich würde das jedenfalls so spezifizieren, dass der Wechselrichter in so einer Situation eine zufällige Zeit von bis zu fünf Minuten wartet bevor er sich zuschaltet. Bei großen Einzelverbrauchern würde ich das auch erwarten.
In der Nacht zum 1. Januar 2000 hat man alle Züge vor Mitternacht anhalten lassen und dann verfügt, dass die Züge nach der Endziffer ihrer Zugnummer gestaffelt zur entsprechenden Minute wieder anfahren..
Grüße Marc
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Marc Haber
Ralf Kiefer schrieb am 12.09.22 um 16:24:
...
Bevor ein einspeisender (PV-)Wechselrichter sich ans Netz anschaltet, beobachtet er das Netz 60s. In der Zeit darf kein Netzfehler (Unter-/Überspannung / -frequenz) auftreten.
(siehe AR-N 4105)
Jan
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Jan Schmidt
Wie im nächsten Posting beschrieben beobachten die eine Zeit lang das Netz. Auch im laufenden Betrieb. Sie schalten ggf. ab, z.B. bei Über- oder Unterschreitung einer festgelegten Frequenz. Die Parameter hatten sich allerdings im Laufe der Jahrzehnte der Verbreitung solcher Wechselrichter mehrfach geändert.
Man kann davon ausgehen, daß die Mehrzahl der heute mit dem Netz verbundenen Wechselrichter aufgrund des Booms oder des Installationszwangs den neuesten Richtlinien entsprechen.
$KUMPEL hat einen mit dem "biblischen" Alter von >25Jahren. Der schaut nur auf die Spannungen der drei Phasen.
Würde, hätte, sollte ... In einer Wohngegend macht's die Menge der Kompressorkühlgeräte und der Umlaufpumpen, die alle so was nicht können.
"Züge" sind intelligent, denn da sitzt ein Mensch vorne drin. Das ist eine andere Welt, zudem eine ganz andere mit 16,7Hz :-)
Gruß, Ralf
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Ralf Kiefer
Das machen demzufolge in einem Netzsegment alle (neueren) Wechselrichter und schalten nach genau dieser Zeit ihre Leistung ins Netz. Vielleicht sind da +- 1sec Schwankungsbreite drin, mehr eher nicht. Das gute aus anderen Netzen bekannte CSMA/CD (das "CD" ist wichtig) ist hier offensichtlich nicht implementiert.
Et voila, so schalten sich ggf. etliche kW fast gleichzeitig zu. In einer Wohngegend mit vielen mit PV ausgestatteten Einfamilienhäuschen kann das eine gewaltigen Laständerung geben.
Wie verteilen moderne Wechselrichter ihre Leistung auf die drei Phasen? Das >25Jahre alte Gerät von $KUMPEL soll gemäß Gebrauchsanweisung die Phase auswählen, die es am nötigsten hat, oder so. D.h. dieser Wechselrichter speist alles in eine Phase ein und kann diese wechseln.
Das liefert Potential für diverse Effekte im Zweig unterhalb eines Ortsnetztrafos. Schieflage (zwischen den Phasen) ist nur einer.
Gruß, Ralf
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Ralf Kiefer
Diese Netzwiederaufbaupläne kenne ich selbstverständlich nicht. Du schreibst dazu, daß es da um die Übertragungsnetze geht, also 220kV und 380kV. Das ist sowieso reichlich kompliziert, bedarf Kommunikation und beschreibt als GAU den Schwarzstart bzw. das Zusammenführen von Teilen des europäischen Verbundnetzes.
Mich interessiert eher, was sich bei mir "in der Steckdose" abspielt, wenn das lokale Ortsnetz mit 230V/400V hochgefahren wird, also das, was unterhalb des Ortsnetztrafos passiert vor dem Híntergrund, daß seit Jahren dort nicht nur Verbraucher, sondern auch relevant Erzeuger beteiligt sind.
Gruß, Ralf
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Ralf Kiefer
Das würde ich so; rein theoretisch(e Annahme); nicht sagen. Das CD für Collision Detection kommt ja nicht allein aus und ist im Stromnetz m.e. auch nicht so relevant. Und in deinem Beispiel steht CSMA ja für CarrierSense-Multiple Access und das trifft doch auch auf das Stromnetz zu. Mit den Eckwerten für f und U hast du deinen Carriersense als Sensoren für das was geschied und MultipleAccess ergibt sich schon aus der Netzform. Die Kollisionserkennung sollte nun verhindern das ein Erzeuger gegen den anderen Arbeitet und da ist doch die Phasenlage und die Netzfrequenz als Führungsgröße doch schon das was die Eckwerte vorgibt.
Oder sehe ich da was falsch? Du sprachst ja von einem wieder zuschaltetenden Ortsnetztrafo. Da sollte man annehmen das von dort auch die Netzfrequenz als führungsgröße für alle Erzeuger her kommt.
Bye/ /Kay
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Kay Martinen
Ist hier zwar ehr offtopic, aber mehr Sorgen mache ich mir beim Gas. Beim Strom ist ja eine gewisse Routine da, das kommt schon mal öfter vor dass der ausfällt und wieder zugeschaltet wird. Aber wie sieht es beim Gas bezüglich wieder Anlaufen aus? Kommen die Gastherme damit automatisch klar oder muss da manuell eingegriffen werden (Entlüften?) .
Gerald
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Gerald Oppen
Klar, die Netzfrequenz zwischen Dogubayazit (Türkisch-Kurdistan) und Dakhla (Westsahara) wird sich von einem einzelnen Ortsnetztrafo in einem deutschen Dorf kaum beeinflussen lassen. Wenigstens die ist als fix zu betrachten in diesem Szenario. Auch über die Phasenlage der PV-Wechselrichter mache ich mir keine Sorgen. Die hören mit und passen sich an.
Aber beim Spannungsverlauf mache ich mir Gedanken.
Ist der Ortsnetztrafo fix, also nicht regelbar, dann kann der Netzbetreiber diesen ein- oder ausschalten. Mehr nicht. Eine Spannungsregelung kann damit nur auf der Mittelspannungsebene stattfinden, und die beeinflußt benachbarte Ortsnetztrafos mit.
Ist der Ortsnetztrafo regelbar, kann er in unterschiedlichen Stellungen für die Sekundärspannung hochgefahren werden. Welche wäre günstiger, und was sind die konkreten Auswirkungen (in meiner Steckdose)?
Zu meinem Vergleich mit dem CSMA/CD: das "CSMA" ist die Spannungsverlaufsüberwachung aller drei Phasen (vorhanden). Das "CD" wäre das Erkennen der Situation, daß ein anderer Wechselrichter zur gleichen Zeit dieselbe Entscheidung getroffen hatte, die zu einem Fehler führt, z.B. Überspannung oder Schieflage zwischen den Phasen.
Die "Intelligenz" eines Wechselrichters muß darin liegen, nicht im gleichen Rhythmus wie die anderen dieselben Entscheidungen zu treffen, weil dadurch die Möglichkeit besteht, daß das Netz (die Spannung) zu schwingen beginnt. Im Ethernet (früher ein CSMA/CD-Netz) braucht der Treiber einen Zufallszahlengenerator für das Zeitintervall, nach dessen Ablauf nach dem "CD" ein erneuter Versuch gestartet wird. Im Ethernet ist ein "CD" allerdings leicht und eindeutig zu erkennen, im Stromnetz nicht unbedingt, IMHO.
Gruß, Ralf
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Ralf Kiefer
Am 13.09.22 um 00:57 schrieb Ralf Kiefer:
Kritischer für Deine Steckdose bzw. den daran angeschlossenen Verbraucher dürfte ehr Deine nähere Umgebung sein was dort die Verbraucher beim Anlaufen treiben.
Gerald
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Gerald Oppen
Am 12.09.22 um 23:45 schrieb Gerald Oppen:
Luft sollte da keine rein kommen, es ist ja nur ein Druckabfall. Aber das heißt nicht, dass die alle automatisch wieder anlaufen. Da werden schon etliche auf Störung stehen bleiben. Am Ende kommt es auf die Elektronik im Feuerungsautomat an. In den meisten Fällen dürfte aber einmal aus und einschalten genügen, wenn wieder Gasdruck da ist.
Der eklatante Vorteil gegenüber Stormverbrauchern ist, dass beim Wiederanlauf erst mal alle Gasventile *zu* sind. Insofern ist mit keinen signifikanten Problemen im Netz zu rechnen. Eher damit, dass unbedarfte den Schalter nicht finden und Hilfe brauchen. Und natürlich werden einige Geräte nach der Pause nicht mehr hoch kommen, weil die Elkos in der Elektronik schon seit Jahren latent platt sind o.ä..
Marcel
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Marcel Mueller
Moin Ralf,
Am 12.09.22 um 23:25 schrieb Ralf Kiefer:
Die Eispeiser auf Ortsnetzebene sind fast ausschließlich netzspeisende Wechselrichter. Da passiert garnichts, wenn aus der Mittelspannungsebene kein Netz bereitgestellt wird. Und wenn das Ortsnetz wieder "da" ist, dann wird es selbstverständlich mehr oder weniger heftige Transienten geben, weil sich nach diesem heftigen Lastsprung erst wieder ein stationärer Zustand im bvertrachteten Netzsegment herausbilden muss.
Wenn Du genau wissen möchtest, wie sich ein lokal einspeisender Wechselrichter auf Ortsnetzebene verhält, dann müsstest Du wohl die Software dieser Wechselrichter befragen. Mit Sicherheit gibt es Kriterien dafür, ob das Netz valide detektiert wird, bspw. ob die PLL sauber einrastet etc. Und wenn der Wechselrichter dann entscheidet, wieder einzuspeisen, dann tut er es. Die Auswirkungen auf die Frequenz sind wohl vernachlässigbar. Die Auswirkungen auf die lokale Spannung können transient bedeutsamer sein, wenn sich in kurzer Zeit viele netzspeisende Wechselrichter zuschalten. Aber dann funktioniert ja auch die Spannungshaltung wieder und die Mechanismen, die der VNB implementiert hat (umschaltbarer ONT, Blindleistungseinspeisung) greifen wieder. Außer dass für einige Zeit die Spannung nicht im Toleranzfenster ist, wird vermutlich nicht viel passieren. Aber das war sie ja zuvor beim Blackout auch nicht :-)
V.
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Volker Staben
Es sind ggf. die Erzeuger in meiner Nachbarschaft (reines Wohngebiet). Gewerbebetriebe mit elektrisch betriebenen Maschinen sind sicher keine an diesem Ortsnetztrafo.
Konkret meine Situation: "mein" 20kV-Trafo ist keine 50m Luftlinie entfernt. Die Kabel sind vergraben, d.h. ich kann nur vermuten. Mehr als 70m Kabellänge bis zum Übergabepunkt im Keller sind es nicht. Dazu kommt, daß von den 4 Häusern in diesem kleinen Zweig zwei einige m2 Photovoltaik auf dem Dach haben. Ich kann mir an "einem Finger" abzählen, daß in diesem Sommer tagsüber die wenigen Nachbarn (Social Engineering :-) ) i.A. weniger verbrauchten als von den Dächern kam. Dahin geht auch meine Interpretation der in diesem Sommer beobachteten Spannungswerte. Hatte ich vor einigen Jahren durchgehend und unabhängig von Tages- und Jahreszeit üblicherweise 236V +-1V, so waren es in diesem Sommer speziell an den Wochenenden und zur Ferienzeit tagsüber 240V, nachts wieder die üblichen 236V. Ich interpretiere das so, daß die Wechselrichter die Leistung ins Netz "drücken".
Kurz: ich bin nah am Ortsnetztrafo, und bei Sommerwetter spielt die lokale Erzeugung eine große Rolle.
Die angedrohten Stromausfälle sind für den Winter angekündigt. Da spielt PV keine so große Rolle. Trotzdem interessiert's mich, was sich im lokalen Netz abspielen kann.
Gruß, Ralf
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Ralf Kiefer
Kompressorkühlgeräte sind da sicher ein Problem, ja. So langsam könnte man mal darüber nachdenken, den Einbau von Zufallszeitschaltern verpflichtend zu machen.
Grüße Marc
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Marc Haber
Die 2013 in meiner PV-Anlage eingebauten WR speisen bei geringer Leistung auf eine zufällig gewählte Phase ein (da es zwei WR sind, schonmal mit einiger Wahrscheinlichkeit auf zwei) und wenn dann mehr Strom vom Dach kommt wechseln sie in den dreiphasigen Betrieb.
Ich gehe davon aus, dass beim Zuschalten am Tag bei genug Sonne, dass das gleichzeitige Zuschalten mehrerer Dachanlagen für das Netz ein Problem darstellt, direkt auf drei Phasen gespeist wird.
Grüße Marc
Reply to
Marc Haber
Moin Ralf,
Am 13.09.22 um 12:01 schrieb Ralf Kiefer:
M.W. beträgt die Toleranz der Netzspannung ±10%. Mit Deinen Schwankungen liegst Du locker innerhalb dieses Toleranzfelds? Wo ist das Problem?
Das ist eine grundsätzliche Eigenschaft netzspeisender Wechselrichter.
Je näher Du am ONT bist, um so weniger spielt die lokale Einspeisung eine Rolle.
Ja, sie spielt eine Rolle. Ob groß oder nicht, ist eine Frage der Bewertung der Einflüsse - und eine Frage der Eigenschaften des Ortsnetzes. Das wird Dein VNB vermutlich im Blick haben :-)
V.
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Volker Staben
Du meinst, auch wenn $Kunde das Gerät bewußt und ohne Netzausfall einschaltet soll es sich erst nach RND(0-n) Sekunden einschalten dürfen? Die alternative das zu unterscheiden könnte auch ein Gerät hinaus laufen das wie ein PC eher im Soft-Off ist. Wieviel strom darf's denn dann ziehen?
Wird bestimmt nicht passieren. Da $Hersteller dann seinen Telefonsupport aufstocken muß. Und du weißt sicher was $Hersteller von solchen Kostenfaktoren denken...
O-Hitchhiker-J: "Besser NICHT!" (Lieber "42") :-)
Und die Nachlaufzeit der Klimaanlage in meinem Firmenwagen nervt manchmal schon richtig. Denn die ist laut. Jetzt stelle ich mir das mal andersrum vor, beim Einschalten... Naaaahhhhh!
Bye/ /Kay
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Kay Martinen
Bei grösseren Kälteanlagen ist das so. Bei parallel schaltenden kleineren Anlagen schaltet ein Kompressor direkt und die andern zufallsgesteuert nach 20 sec oder so was. Früher war das mit einem Thermorelais, dass für genügend "Zufall" sorgte.
Das gleiche gilt für parallel laufende Luftkompressoren. Heisst gelegentlich auch Anlaufsperre oder Wiederanlaufsperre.
Grössere Kompressoren haben 3P-Motoren, die weniger Einschalt- ströme haben. Heute haben die auch alle Sanftanlauf. Wobei "sanft" durchaus ein mehrfaches an I_nenn sein kann. Ab 600 A pro Phase scheppern die Einzelleiter in blechernen Kabelkanälen. Persönlicher Erfahrungswert ;-)
Böse sind die wirklich alten Kühlschränke mit Startrelais und Startwicklung, da zieht es kurz die vollen LRA mit beiden Wicklungen.
Es geht da auch um den Anlauf-Ruck, anschliessend laufen die Kompressoren ja drucklos an (Kältekompressoren ev erst nach 1 Minute Pause oder so).
Reply to
Rolf Bombach
Ja. 20 Sekunden reicht ja schon um den Transienten nach Stromausfall glattzuziehen. Licht und Kontrollampen dürfen ja von mir aus sofort angehen.
Es macht schon einen Unterschied ob der Einschalt-Transient 3 W pro gerät ist oder 50.
Grüße Marc
Reply to
Marc Haber

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