Laadpalen kunnen stroomvervuiling veroorzaken

Nederlandse bedrijven kampen met problemen doordat de kwaliteit van stroom achteruit gaat, kopten het Financieele Dagblad en de NOS vorige week. Apparaten bij bedrijven zouden schade oplopen, of storingen veroorzaken. De vervuiling zou met name veroorzaakt worden door apparaten die minder regelmatig stroom verbruiken, zoals ledlampen en laadpalen. Maar welke gevolgen heeft die verminderde stroomkwaliteit? En wat kunnen we eraan doen? We vroegen het aan Paul Broos en Thijs van Wijk van stichting ElaadNL.

“Dit gaat over wat wij noemen ‘power quality’”, legt Paul Broos van Elaad uit. “Op het elektriciteitsnet staat wisselspanning (AC): er lopen 3-fasen stroom in een sinusvorm door de kabels. Nu functioneren veel moderne apparaten waaronder alle elektronica alleen op gelijkspanning (DC). Dan moet de AC van het net worden omgevormd in DC. Dat gebeurt in je telefoonoplader en in je laptopadapter. De accu in een elektrisch voertuig is ook gelijkspanning. Dus als je een elektrische auto of bus oplaadt moet je van wissel- naar gelijkspanning. Bij kleinere laadvermogens gebeurt dat in het voertuig (bijvoorbeeld als je een elektrische personenauto oplaadt bij een openbare laadpaal in de straat), bij grotere laadvermogens in de laadpaal.

Storingen en slijtage

Als de omvorming van AC in DC niet netjes verloopt, wordt de sinusvorm van de stroom verstoord. Veel apparaten hebben filters waardoor ze hiervoor in de praktijk ongevoelig zijn. Maar in extreme gevallen kunnen powerqualityproblemen leiden tot storingen (bijv. in elektronische apparatuur), snellere slijtage of zelfs defecten.

“Om dit toe te lichten is er nog iets meer achtergrond nodig”, vult collega Thijs van Wijk aan. “Het heeft ermee te maken dat een moderne omvormer, zoals in elektrische voertuigen (EVs), efficiënter zijn dan oude omvormers, doordat deze kunnen schakelen op een hogere frequentie. Echter, dit schakelen kan er ook weer voor zorgen dat er een hoogfrequente stroom door de omvormer wordt uitgestoten het net op. Een fabrikant kan hier maatregelen tegen nemen, maar is hiertoe niet verplicht. Deze hoogfrequente verstoringen - of supraharmonische zoals ze in de wetenschappelijke wereld ondertussen bekend staan, worden namelijk nog niet in de productnormen beschreven. Op dit gebied doet niemand het dus eigenlijk verkeerd, maar wij willen wel naar een situatie toe waarin wordt beschreven wat goed is en fout. Dit zou eigenlijk de hoofdboodschap moeten zijn.”

Minder efficiënt laden

Daarnaast heb je andere vormen van verstoorde spanningskwaliteit, vertelt Van Wijk. Zo kan er sprake zijn van blindvermogen; dit is energie die gevraagd wordt door een apparaat en wel ergens gecreëerd en getransporteerd dient te worden door de netten, maar niet gebruikt kan worden voor nuttige arbeid. Het verlaagt dus de efficiëntie van het net en van het laden. Ook kan een apparaat een hoge inschakelpiek vertonen. “Een hoge inschakelstroom van een apparaat kan ervoor zorgen dat de spanning van het net kortstondig terugvalt naar een lagere waarde. Elektronische apparaten die hiervoor gevoelig zijn kunnen stoppen met werken of, bij frequente herhaling, zelfs defect raken.”

Tot slot kan je te maken krijgen met harmonische stromen, aldus Van Wijk. “Deze stromen worden ook door de omvormers veroorzaakt en hebben een frequentie welke een factor hoger liggen dan de netfrequentie. Netfrequentie is 50 Hz, dus deze stromen lopen op 100 Hz, 150 Hz, et cetera. Hierdoor krijgt de sinus van de spanning aan andere vorm, waardoor de stromen geleverd aan andere apparaten ook geen mooie sinus meer zijn. Met name elektromotoren en condensatoren zijn hiervoor gevoelig en kunnen bijvoorbeeld oververhit raken. Deze staan tot 2 kHz in de normen beschreven, daarboven kom je in het supraharmonische spectrum.”

Voor al deze zaken gelden al wel normen, weet Van Wijk. “Wat echter wel zo is; de omvormer in een elektrisch voertuig zou wel moeten voldoen aan deze normen, maar hier wordt bij de typegoedkeuring voor een auto om toe te treden op de Europese markt niet naar gekeken. En dat zou wat ons betreft wel zo moeten zijn.”

Zoemende inductieplaten

Bovenstaande zaken kunnen voor problemen zorgen bij elektrische auto’s. Van Wijk: “Er kunnen laadproblemen ontstaan: met name als er meerdere voertuigen van hetzelfde type bij elkaar staan. De verstoringen, die in dat geval rond dezelfde frequentie liggen, zullen dan optellen, waarna het kan dat ze stoppen met laden omdat de verstoring te hoog wordt. Dit hebben we eerder ondervonden in een parkeergarage waar veel voertuigen van een bepaald voertuig laadden. Andere apparatuur kan de uitgestoten hoogfrequente stromen op gaan nemen. Zo zijn er gevallen bekend van inductiekookplaten die mee gaan zoemen bij het opladen van een specifiek elektrisch voertuig. Elektronica kan hier ook gevoelig voor zijn en sneller verouderen door het opnemen van deze verstoringen. Het is tenslotte allemaal energie, dus het zal leiden tot extra warmteontwikkeling. Apparatuur kan ook vreemd gedrag gaan vertonen. In de wetenschappelijke literatuur wordt bijvoorbeeld ook een case beschreven waarin een koffiemachine zijn koffie weggooit en alleen heet water schenkt als er een supraharmonische bron aanwezig is.”

Ook voor netbeheerders levert slechte stroomkwaliteit problemen op. “Het zorgt voor extra opwarming van de kabels, transformatoren en andere netassets. Dit verlaagt weer de maximale capaciteit van het netwerk en kan zorgen voor snellere veroudering.” Genoeg reden dus om de kwaliteit van stroom goed in de gaten te houden, vinden Broos en Van Wijk. Broos: “Bij ElaadNL doen wij uitgebreid onderzoek op het gebied van power quality bij elektrische auto’s. Samen met TU/e, DNVGL, Heliox, Enexis en Stedin doen we nu een grote studie naar met name supraharmonische vervorming. Het achterliggende doel van deze wetenschappelijke studie is dat er in de toekomst (aanvullende) producteisen op het gebied van power quality worden gesteld aan elektrische voertuigen (voor de on-board chargers) en DC-snelladers.”