Del 2 : Bølgeformsforvrængninger.

Elkvalitetsproblem og avencerede effektelektronikløsninger

Efter introduktionen af elkvalitetsproblemer i den første artikel i denne serie, vil denne anden artikel diskutere bølgeformsforvrængninger.

DC offset

Tilstedeværelsen af en jævnstrøm (DC) spænding eller strøm i et vekselstrømssystem kaldes DC offset. En periodisk bølgeform har en DC-offset, hvis gennemsnitsværdien af bølgeformen over en periode ikke er nul.

Årsager

DC offset kan forekomme som et resultat af en geomagnetisk forstyrrelse eller asymmetri af elektroniske strømomformere. DC kan induceres i et AC-distributionssystem på grund af svigt i AC/DC-strømomformere eller strømforsyninger i systemet.

Konsekvenser

DC i AC-netværk tilføjer uønsket strøm til enheder, der allerede kører med deres nominelle strøm. De mest almindelige konsekvenser er overophedning og mætning af transformere på grund af cirkulerende jævnstrøm (transformatorer bliver varme, og de er heller ikke i stand til at levere fuld effekt til belastningen). DC offset forårsager også elektrolytisk erosion af jordingselektroder og andre stik, jordfejlstrømme og generende udløsning af følsomt udstyr.

Harmoniske

HarmonicsHarmonics er en forvrængning af den normale (sinusformede) elektriske bølgeform, da spændings- eller strømbølgeformer antager ikke-sinusformede former. Den resulterende bølgeform svarer til summen af forskellige sinusbølger med forskellige størrelser og faser, med frekvenser, der er multipla af grundkraftsystemets frekvens.

Årsager

Klassiske kilder til harmoniske er elektriske maskiner, der arbejder over knæet af deres magnetiseringskurve (magnetisk mætning), lysbueovne, svejsemaskiner, ensrettere, cyklokonvertere og DC børstemotorer.

Moderne kilder til harmoniske er alle ikke-lineære belastninger og generatorer, såsom kraftelektronikudstyr, inklusive VSD’er, switched-mode strømforsyninger, solcelle-invertere, vindmøllegeneratorer, personlige computere, printere, LED-lamper, batteriopladere, PLC’er osv. Enkeltfasede ikke-lineære belastninger er udbredt i moderne kontorbygninger, mens trefasede ikke-lineære belastninger er udbredt på fabrikker og industrielle applikationer samt på produktionsanlæg og transmissions- og distributionsnet.

Konsekvenser

Harmoniske strømme forårsager harmoniske spændinger over netværksimpedansen, som tilføjer den grundlæggende systemspænding, hvilket resulterer i spændingsforvrængning. Nogle af konsekvenserne af harmoniske er:

Udstyrsfejl og reduktion af levetid.
Kommunikationsinterferens.
Fejlfunktioner af sikringer og afbrydere.
Generende udløsning af beskyttelsesrelæer.
Udstyr og ledervarme.
Øget støjemission fra udstyr.
Målingsfejl.
Mætning af transformatorer.
Generatorers synkroniserings- og omskiftningsproblemer.
Øget sandsynlighed for resonans i systemet.

Nulsekvens harmoniske i lavspændingsapplikationer akkumuleres i installationernes neutrale ledninger og kan forårsage overbelastning og yderligere konsekvenser såsom kabelbrande og transformatornedbrud.

Interharmoniske

Interharmoniske er en type bølgeformsforvrængning, der normalt er resultatet af et signal, der påføres forsyningsspændingen af noget elektrisk udstyr. Dette resulterer i spændinger eller strømme med frekvenskomponenter, der ikke er heltalsmultipler af den grundlæggende frekvens, som forsyningssystemet er designet til at fungere ved (50 eller 60 Hz). Interharmoniske frekvenser kan optræde som diskrete frekvenser eller som et bredbåndsspektrum.

Årsager

Interharmoniske frekvenser er generelt resultatet af frekvensomdannelse og er ofte ikke konstante; de varierer med belastningen. De vigtigste kilder til interharmonisk bølgeformsforvrængning er statiske frekvensomformere, induktionsovne, lysbueanordninger, vindmøllegeneratorer og defekt udstyr.
Cyklokonvertere (som styrer store lineære motorer, der bruges i valseværker, cementfabrikker og mineudstyr), skaber nogle af de mest betydningsfulde interharmoniske strømforsyningsproblemer. Strømledningsbæresignaler kan også betragtes som interharmoniske.

Konsekvenser

Interharmoniske strømme kan excitere ret alvorlige resonanser på det elektriske kraftsystem, da den varierende interharmoniske frekvens bliver sammenfaldende med systemets naturlige frekvenser. Den mest bemærkelsesværdige effekt af interharmonik er visuel flimren af displays og lys samt forårsager varme på udstyr og kommunikationsforstyrrelser.

Indhak

Notching er en periodisk spændingsforstyrrelse forårsaget af den normale drift af elektriske enheder, når strømmen kommuteres fra en fase til en anden. Det kan forekomme kontinuerligt, så det kan karakteriseres gennem det harmoniske spektrum af den berørte spænding. Frekvenskomponenterne forbundet med notching kan være ret høje og kan ikke umiddelbart karakteriseres med måleudstyr, der normalt bruges til harmonisk analyse.
Notching introducerer harmoniske og ikke-harmoniske frekvenser, der er meget højere end dem, der findes i højere spændingssystemer. Normalt er disse frekvenser i radiofrekvensområdet.

Causes

Notching is caused by electronic devices, such as variable speed drives, light dimmers and arc welders under normal operation, and three-phase rectifiers or converters that generate continuous DC current.

Consequences

The usual consequences of notching are signal interference introduced into logic and communication circuits, system stoppage, data loss, data transmission problems, and overloading of electromagnetic interference filters and other similar high-frequency sensitive capacitive circuits.

Støj

Noise is unwanted high frequency electrical signals with broadband spectral content lower than 200 kHz superimposed on the power system voltage or current waveforms in phase conductors, neutral conductors or signal lines.

Basically, noise consists of any unwanted distortion of the power signal that cannot be classified as harmonic distortion, interharmonics or transients.

Årsager

Støj i strømsystemer kan være forårsaget af strømelektroniske enheder, styrekredsløb, lysbueudstyr, belastninger med solid-state ensrettere, svejsemaskiner, radiosendere og skiftende strømforsyninger.
Støjproblemer forværres ofte af nærhed til EMI (elektromagnetisk interferens) eller RFI (radiofrekvensinterferens) kilder og ukorrekt jording, der ikke leder støj væk fra det elektriske strømsystem.

Konsekvenser

Støj kan forårsage forstyrrelser på følsomt elektronisk udstyr, normalt ikke ødelæggende. Det kan forårsage tekniske udstyrsproblemer såsom databehandlingsfejl, udstyrsfejl, langvarig komponentfejl, harddiskfejl og forvrængede videovisninger.
Datakorruption er et af de mest almindelige resultater af støj. EMI og RFI kan skabe induktans (induceret strøm og spænding) på systemer, der bærer data. Da data bevæger sig i digitalt format (etaller og nuller, der er repræsenteret af en spænding eller mangel på spænding), kan enhver overskydende spænding over datadriftsniveauer gøre udseendet af data anderledes eller modsat originalen.

Christina Brædder

CEO Ample A/S

Christina Brædder er uddannet kemiingeniør med speciale indenfor analytisk kemi, og har lederuddannelse indenfor markedsføring. Hun har siden 1999 erhvervet en bred europæisk erfaring inden for elkvalitet og elektrisk beskyttelse samt præsenteret tekniske publikationer, og fungeret som inspirator for forfattere, lektorer og studerende i uddannelsessektoren.

I dag er hun en alsidig og dygtig leder af nichevirksomheden Ample A/S, som har særlig fokus på proces- og energioptimering samt levetidsforlængelse for el-tekniske anlæg f.eks. transformerstationer og forsyningstavler mv. Hun er også leder af Proswede El AB, som sælger og markedsfører el-komponenter i Norden indenfor elkvalitet, elektrisk beskyttelse og automation. Hun har været en førende ekspert i flere lederstillinger hos Eaton, SIBA GmbH og Siemens.

Forretnings- og markedsudvikling baseret på højteknologiske løsninger er hendes dybtliggende passion.

Dette dokument indeholder oplysninger tilhørende Ample A/S og må ikke gengives helt eller delvist eller videregives uden forudgående skriftlig tilladelse fra Ample A/S.