Overharmoniske strømme og spændinger

Transkript

1 Aarhus Maskinmesterskole Overharmoniske strømme og spændinger En undersøgelse af overharmoniske strømme og spændingers påvirkning af lavspændingsinstallationer Kristian Førby Pedersen & Anders Holmgaard December 2013

2 Forfattere: Titel: Kristian Førby Pedersen (A10560) & Anders Holmgaard (A10558) Overharmoniske strømme og spændinger Afleveringsdato: 16. december 2013 Uddannelse: Uddannelsesinstitution: Rapporttype: Vejledere: Maskinmester Aarhus Maskinmesterskole Bachelor Niels Bruun Clausen & Lars Bang Vestergaard Antal sider: 110 Antal normalsider á 2400 tegn: 62 Underskrift: Kristian Førby Pedersen Anders Holmgaard 1

3 Abstract This report concerns harmonic distortion in low voltage electrical installations. Nonlinear loads are the reason of harmonic distortion. Nonlinear loads draw a current that do not follow the sine form of the voltage. It has shown that harmonic distortion is not active nor reactive power; it has its own component. It is in a third dimension and therefore neither active nor reactive. When the nonlinear current passes through the line impedance, there will be a voltage drop according to Ohms law. As a result, the harmonic currents is the source of harmonic voltage. The report is also dealing with the influence of harmonic distortion on RCCB, MCB, MCCB, fuses and asynchronous motors. Fuses and the bi-metallic strip in MCB and MCCB detect the current directly or indirectly. Whether it is a sinusoidal- or complex waveform, the over current release will function properly for these types. There is however a drawback; there is a risk of premature tripping, if the contribution of the harmonic current of the effective current value is not taken into consideration. If the over current release is handled by an electronic MCCB it is crucial, that the harmonic distortion is taken into account. Some electronic MCCBs are measuring the peak value of the current wave and then computed the effective value, with the factor square root of 2. This is not a good combination with harmonic distortion because the fixed ratio between the peak value and the effective value is only applicable for sinusoidal conditions - not complex waveforms. Some types of MCCBs are computing the current with many measuring points throughout the period. These electronic MCCBs are therefore measuring the harmonic distortion contribution to the true effective value of the current. If a type A RCCB is influenced by harmonic distortion, the trigger current might be rising, and the protection is thereby not satisfactory. Consequently, other types of RCCBs are in sales to cover installations where harmonic distortion is present. Harmonic distortion is also affecting asynchronous motors. Themes like increased heating, reduced efficiency and reduced service life are some of the problems harmonic distortion is causing. What causes the most impact on asynchronous motors is the lower order of the harmonic frequencies, e.g. the 5 th, 7 th and 11 th order. Due to the problems of over current releases, RCCB and asynchronous motors, it is favorable to reduces the harmonic currents. Either, installing equipment with high linearity and 2

4 immunity or passive/active filters can reduce the harmonic distortion. Finally, the report also covers which recommended upper limit of harmonic distortion the manufacturers and the standardization organizations have. From these recommended limits, electrical installations in Danish industry are analyzed through measurements from Dansk Energi Analyse. This analyze has shown that there is a risk of incompatibility in many of the installations. 3

5 2 Forord Læsevejledning Opbygning Kilder USB-nøgle Nomenklatur Baggrund Delafgrænsning Problemanalyse Problemformulering Afgrænsning Metode Undersøgelsen Dataindsamling Litteratur Valg af informanter Interviews Interviewguiden Information inden interviewet Verificering af udsagn Elektronisk undersøgelse Kritisk vurdering Vurdering af data Introduktion til harmoniske forstyrrelser Metode Overharmoniske strømme og spændinger Nettets betydning Distributionstransformerens betydning

6 7.4 Effekt Beregning på overtoner Overtoner ved projektering og installation Konsekvenser af overharmonisk forvrængning Beskyttelsesmateriels påvirkning af overtoner Metode Maksimalafbrydere Automatsikringer Smeltesikringer Fejlstrømsafbrydere Delkonklusion Vekselstrømsmotoren Metode Øget varmeudvikling Pulserende moment Reduceret levetid Reduceret virkningsgrad Delkonklusion Er harmoniske forstyrrelser aktuelle? Metode Grænseværdier Kompatibilitetsniveau fra DS/EN Producentanbefalinger Beskyttelsesudstyr Motorer Generelle værdier Et billede af virkeligheden Sammenligning med målinger Delkonklusion Hvem har ansvaret? Metode

7 10.2 Spændingskvalitet i forsyningspunktet Spændingskvaliteten i elinstallationen Fabrikanten af elektrisk udstyr Strømemission fra elektrisk udstyr Delkonklusion Kompatibilitet i installationer Metode Opbygning af installation Derating af elmotorer Reduktion af harmoniske strømme og spændinger Ensretterbelastning Filtre Passive resonansfiltre Aktivfilteret Delkonklusion Diskussion Metode Nedbringelse af overharmonisk forvrængning Kritik af metode Interviews Sekundærdata Empiri Konklusion Perspektivering Bibliografi Bilagsliste

8 2 Forord Denne rapport behandler overharmoniske forstyrrelser i lavspændingsinstallationer. Emnet er valgt, da der fra forfatternes side er stor interesse for området, ligesom emnet er aktuelt - også i fremtiden. Rapporten er skrevet som afsluttende bachelorprojekt på Aarhus Maskinmesterskole. Der skal lyde en stor tak til de personer, der har bidraget til rapporten. Dette gælder: - Dansk Energi for tilsendelse af fire tekniske rapporter omkring harmoniske strømme og spændinger For de personlige og telefoniske interviews gælder det: - Per Byskov, underviser på Aarhus Maskinmesterskole - Henrik Dahl, el-installatør og projektleder hos Dansk Miljø og Energistyring A/S - Preben Nielsen, el-installatør hos Lomborg installationsforretning - Peter Hansen, chefkonsulent ved Dansk Energi Der skal også lyde en stor tak til de personer og virksomheder, der har taget sig tid til at besvare mails. 7

9 3 Læsevejledning Rapporten kan læses fortløbende uden at læseren skal læse bilag inden eller imens rapporten gennemlæses. Rapporten henvender sig til personer med en velfunderet el-teknisk viden. Introduktionsafsnittet er derfor ikke så udførlig, at rapporten umiddelbart kan læses af lægmand, men fungerer som en opsummering og introduktion for læseren. Første gang en standard bruges i rapporten, vil det fulde navne på standarden være skrevet i en fodnote. Grunden til dette er, at det kan være svært at forholde sig til de numre som standarderne bygger på. Standarderne vil naturligvis også være at finde i bibliografien. 3.1 Opbygning Umiddelbart efter indledning og problemformulering, vil metodeafsnittet fremgå. Afsnittet er tiltænkt som en generel indføring i rapportens behandling samt tilgang til information. Der vil yderligere, som indledning til hvert hovedafsnit, være en metodedel. Denne del indeholder specifikke kilders vurdering i kontekst af det pågældende afsnit. 3.2 Kilder Der er i rapporten brugt Harvard-modellen som kildereference. Det betyder blandt andet, at bagerst i rapporten findes en liste med alle kilderne, der er brugt i rapporten. Det materiale som er brugt fra telefoniske- og personlige interviews, har informanten godkendt til brug i rapporten. Mailkorrespondancer og interviewgodkendelser som er brugt i rapporten vil være som bilag på USB-nøglen. Der vil være en forskel i, hvordan der referres til en kilde, alt efter om henvisningen er til bilag eller litteratur. Ved litteratur vil der anvises et sidetal med s, og ved bilag vil der anvises med et b for bilagsreferencen. 8

10 Bilagsreferencen er opbygget efter dette system: (b. X.Y.Z) X: 1= Korrespondancer og godkendelser 2= Uddrag af standarder og rekommandationer 3= Interviewguides 4= Beregninger Y: Kronologisk rækkefølge af materiale Z: Sidenummer i bilaget (Kølbæk 2013 b ) vil derfor betyde at uddrag af korrespondancen (X) med Kølbæk findes som bilag nummer 16 (Y), hvor den pågældende udtalelse findes på første side i bilaget (Z). Ved kildehenvisning til pdf-filer vil sidenummeret henvise til nummeret på de udskrevne sider og ikke pdf -sidenummer. Hvis der efter en kilde ikke optræder et sidenummer, betyder det at kilden er online på en hjemmeside, hvorfor et sidenummer ikke kan oplyses. Bibliografien vil derfor indeholde et direkte link til den pågældende side, hvor informationen stammer fra. Derudover vil der være et skærmbillede af hjemmesiden på USB-nøglen. 3.3 USB-nøgle Med til rapporten er der en tilhørende USB-nøgle. Indholdet på denne USB-nøgle er delt op i to mapper: Bilag og Kilder. I bilags-mappen findes de dokumenter, der er brugt som bilag. I kilde-mappen findes de dokumenter, der er brugt som kilde i rapporten. På den måde er der som læser to muligheder for at finde kilderne til rapporten: bibliografien og kilde-mappen. Kilder vil have det samme navn på USB-nøglen som i bibliografien. 3.4 Nomenklatur Der er i rapporten forsøgt at mindske brugen af forkortelser, således læseren kan læse hele afsnit uden at bladre om til nomenklaturen for at forstå teksten. De forkortelser der er brugt 9

11 vil typisk være forklaret umiddelbart efter de er brugt i teksten. I nomenklaturen er samtlige forkortelser brugt i rapporten forklaret. DOL DS EMC EN ETU HG HVF IEC IPC MCB MCCB OCR p.u. PCC RCCB RCD THD Direct On Line Dansk Standard Electro Magnetic Compatibility Definition: Udstyrs evne til at fungere tilfredsstillende i sit elektromagnetiske miljø uden at frembringe elektromagnetiske forstyrrelser, der er uantagelige for andet udstyr i dette miljø. (Den Europæriske Unions Tidende, 2004 s. 26) Europa Norm Electronic Trip Unit Harmonic Generator Harmonic Voltage Factor International Electrotechnical Commission In-plant Point of Coupling Miniature Circuit Breaker Molded Case Circuit Breakers Over Current Release Per Unit Point of Common Coupling Residual Current Circuit Breaker Residual Current Device Total Harmonic Distortion 10

12 THDi THDu TS WTHD Total Harmonic Distortion (i)current Total Harmonic Distortion (u)voltage Technical Specification Weighted Total Harmonic Distortion Overharmoniske strømme og spændinger benævnes i rapporten som både overtoner, overharmoniske toner, overharmonisk forvrængning eller blot harmoniske. Igennem denne rapport vil benævnelserne blive brugt som synonym for hinanden for at give en sproglig variation. Hvis der i en forklaring er brugt en af ovenstående synonymer, efterfulgt af strøm eller spænding, er det en præcisering af enheden, og skal derfor ikke opfattes som synonym for hinanden. Betegnelsen motor er i rapporten synonym med en elektrisk asynkron trefaset motor. Betegnelsen filter er i rapporten synonym med et elektrisk filter til reduktion af overharmoniske strømme. Betegnelsen kompatibilitet er i rapporten synonym med elektrisk kompatibilitet i forhold til overharmoniske strømme og spændinger. 11

13 4 Baggrund I Danmark har der især gennem de seneste 25 år været stor fokus på energibesparelser og energioptimering, og der vil fremad ligeledes være stor fokus herpå (Energistyrelsen, n.d.). Dette kommer blandt andet af energiaftalen frem mod år 2020, hvor målet er, at det samlede energiforbrug i år 2020 er reduceret med fire procent i forhold til år 2006 (Berlingske, 2012 s. 1). Dette kan være med til, at brugen af energibesparende el-udstyr stiger i de kommende år. Mange energibesparende brugsgenstande, som bruges eller kan bruges i forbindelse med energieffektivisering er ulineære. Dette gælder eksempelvis energisparerpærer, lysrør, strømforsyninger til eksempelvis computere og mobilopladere og frekvensomformere (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 7; Schneider Electric, 2001b s. 12). Ulinære brugsgenstande skaber overharmoniske strømme og spændinger, og bidrager derved til en forringet spændingskvalitet i nettet (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 6). I en rapport fra Dansk Energi Analyse (2009 ss. 9-10) og materiale fra Schneider Electric (2001b s. 13) beskrives hvilke påvirkninger overharmoniske strømme og spændinger kan have på forskelligt elektrisk udstyr. Dette kan eksempelvis resultere i, at kondensatorer kan blive overbelastet, beskyttelsesudstyr kan udkoble utilsigtet, motorers elektriske levetid og virkningsgrad kan reduceres, generatorer kan blive overbelastet og strømmen i nullederen kan overstige fasestrømmen, hvilket kan medføre overbelastning af nullederen. Heraf ses det, at påvirkningerne kan medføre drifts- og sikkerhedsmæssige problemer i installationen. 4.1 Delafgrænsning En behandling af al elektrisk udstyr, som påvirkes af overharmonisk forvrængning vil i denne sammenhæng blive en for omfattende undersøgelse. Det er derfor valgt at fokusere på beskyttelsesudstyr og elmotorer for at behandle disse emner mere specifikt. 12

14 5 Problemanalyse Det beskrives i en stor del af litteraturen, at beskyttelsesudstyr kan udkoble utilsigtet, men det beskrives ikke, ved hvilke niveauer af overharmonisk forvrængning utilsigtet udkobling sker (Square D, 1994 s. 4; Schneider Electric, 2009 s. 8; Danfoss, 2013 s. 24). Det er derfor ønskeligt at klarlægge, om der er, eller kan være drifts- og sikkerhedsmæssige problemer for elektrisk beskyttelsesudstyr i net med overharmoniske strømme og spændinger ved at undersøge, om beskyttelsesudstyrs detektering af over- eller fejlstrømme påvirkes af harmoniske overtoner. Elmotorer udgør i dag 63 procent af industriens elforbrug, hvoraf 95 procent optages af asynkronmotorer (Dansk Energi Analyse og Viegand & Maagøe, 2010 ss ). En eventuel reducering af motorers virkningsgrad kan derfor have stor indflydelse for energiforbruget, ligesom omkostningerne til nye motorer på grund af reduceret levetid kan have stor betydning. Der er i litteraturen mange bud på, hvor meget levetiden og virkningsgraden påvirkes af overharmoniske strømme. Blandt andet beskrives det af Dansk Energi Analyse (2012 s. 22), at en 5,5kW motor øger tabet med 1-8 procent ved forsyning fra en spænding med harmonisk forvrængning på 7,66% THDu. Det er derfor interessant at kortlægge, i hvilken grad levetiden og virkningsgraden reduceres, når elmotorer udsættes for overharmoniske toner. Ud fra ovenstående fremgår det, at overharmoniske toner, ifølge kilderne, kan skabe problemer i installationerne, som relaterer sig til drift og sikkerhed. Det er derfor meget interessant at undersøge, om overharmoniske strømme og spændinger skaber eller kan skabe problemer i de danske industrielle lavspændingsinstallationer. Det er tilmed interessant at undersøge, hvem der er ansvarsbærende for eventuelle konsekvenser, og hvordan overharmoniske strømme og spændinger kan håndteres, således risikoen for drift- og sikkerhedsmæssige konsekvenser minimeres. Problemanalysen udmunder i følgende problemformulering og underspørgsmål: 13

15 5.1 Problemformulering På hvilken måde og i hvilken grad påvirkes lavspændingsinstallationer i Danmark af overharmoniske strømme og spændinger set fra et drifts- og sikkerhedsmæssigt perspektiv? Af ovennævnte problemformulering udspringer følgende underspørgsmål, som også vil blive behandlet i rapporten: Hvilke konsekvenser kan overharmoniske strømme og spændinger have for elektrisk beskyttelsesudstyr og elmotorer? Hvilke grænseværdier kan anvendes for at sikre kompatibilitet, og er der risiko for inkompatibilitet i dansk industri i forhold til overharmoniske strømme og spændinger? Hvem har ansvaret for kompatibilitet for overharmoniske strømme og spændinger i lavspændingsinstallationen, og hvordan kan kompatibilitet opnås? 14

16 5.2 Afgrænsning For at afgrænse rapportens omfang vælges det for beskyttelsesudstyr kun at behandle maksimalafbrydere, automatsikringer, smeltesikringer og HPFI-afbrydere. Disse typer af beskyttelsesudstyr benyttes i stor stil i lavspændingsinstallationer, hvorfor det er interessant at undersøge, hvordan netop disse typer påvirkes. For overstrømbeskyttelsesudstyret gælder endvidere, at der kun undersøges i hvilken grad overbelastningsbeskyttelsen påvirkes og ikke kortslutningsbeskyttelsen. Ved undersøgelsen af elmotorer undersøges udelukkende motorer direkte tilsluttet lavspændingsnettet (DOL), og derved ikke forsynet fra konvertere. Denne afgrænsning er lavet, da det er påvirkningerne fra overtonegenerende udstyr, der ønskes undersøgt. Der afgrænses fra beregningerne og analyser, hvor elmotorens resistanser og reaktanser anvendes. Rapporten forudsætter statiske forhold i elnettet og installationer. Det betyder, at der ikke direkte undersøges, hvilken påvirkning ændring af netimpedansen medfører, som eksempelvis kan forekomme ved nødgeneratordrift. Undersøgelsen afgrænser sig fra og med installationens forsyningspunkt og frem mod brugsgenstande. Der vil ikke blive behandlet konsekvenser ved summering af strømme i nulledere. Ved undersøgelse af hvem der har ansvaret for kompatibilitet i lavspændingsinstallationen indgår kun netselskabet, den autoriserede el-installatør, fabrikanten af elektrisk udstyr samt ejer/bruger af installationen. 15

17 6 Metode Dette afsnit har til formål at beskrive de metodemæssige valg og fravalg, der er foretaget gennem rapporten. Afsnittet dækker ligeledes tankerne og vurderingerne bag; hvorfor og hvordan interviews er foretaget, hvilke personer og hvilket litteraturmateriale der er relevant for rapporten, samt hvorledes kritiske vurderinger er foretaget. Der vil i starten af de enkelte afsnits metode være specifikke vurderinger af kilder og oplysninger, da det er fundet mere relevant at beskrive i afsnit, hvor information fra kilder indgår. Det er gjort, da den specifikke vurdering afhænger af sammenhænge og kildens vinkel/position i forhold til problemstillingen i afsnittet. Til at støtte op og supplere med viden og forslag til metoden er der benyttet tre bøger. Det er Den skinbarlige virkelighed (Andersen, 2013), Interview (Kvale, 1997) og Den gode opgave (Rienecker og Jørgensen, 2010). På trods af at især Interview og Den skinbarlige virkelighed primært er rettet mod den samfundsvidenskabelige metode, bidrager de begge til den metodemæssige tilgang i denne rapport. Fælles for de tre metodebøger er, at de bidrager til den kritiske vinkel over for kilder og oplysningerne samt med gode råd under hele projektet. 6.1 Undersøgelsen For at besvare problemformuleringen og de underspørgsmål, der udspringer deraf, er der gjort brug af en stor mængde litteratur, der beskriver og undersøger nogle af de problematikker, som er beskrevet i problemformuleringen. Til at supplere litteraturen og indhente ny viden er der foretaget interviews og udsendt elektroniske undersøgelser. Der er benyttet flere dataindsamlingsmetoder for på den måde at skabe grundlag for høj kvalitet af data, da hver dataindsamlingsmetode har sine fordele og ulemper. På den måde kan ulemper og fordele opveje hinanden. Dette beskrives af Ib Andersen (2013 s. 149) som metodetriangulering. En rapport udelukkende baseret på data fra litteratur kan have kvalitetsmæssige huller, da problematikker i dette tilfælde ofte ikke beskrives uddybende nok. Ofte baseres litteratur på kvantitative data og begrænser dermed undersøgelsens grundighed i forhold til problemformuleringen. Derimod kan interviews og de elektroniske undersøgelser afføde kvalitative data med informanternes egne holdninger og synspunkter. De kan ikke umiddelbart dokumenteres, 16

18 eftersom kvalitative data ofte kommer af informanternes erfaring, arbejdsområde og interesse i problematikken, hvormed der åbnes op for en anden vinkel på problematikkerne, hvorfor en kombination i denne rapport er benyttet. 6.2 Dataindsamling I dataindsamlingsprocessen er der benyttet både primær- og sekundærdata. For primærdatas vedkommende vil det sige, at data er indsamlet personligt, og for sekundærdatas vedkommende, at det er andre, der har indsamlet data. Primærdata, som i denne rapport er interviews og de elektroniske undersøgelser, kræver meget tid til forberedelse af interviews og spørgsmål i de elektroniske undersøgelser samt analyse af indholdet derfra. Derimod kræver sekundærdata ikke umiddelbart den samme mængde tid. Her består det tidskrævende i at finde litteratur med høj kvalitet og af et passende omfang. Anvendelsen af sekundærdata er valgt, da det kan være med til at højne kvaliteten af information. Dette gælder for eksempel producentoplysninger og nærmere undersøgelser af elektrisk udstyr. Undersøgelser kan være udført i laboratorier af erfarne og meget kvalificerede personer, hvor måleudstyr og omgivelser kan give meget reliable og valide resultater. Dog kan beskrivelsen af fremgangsmåde og valg af måleudstyr ofte være utilfredsstillende. Dette medfører, at det er tidsmæssigt krævende at finde materiale af høj kvalitet, hvorudfra gyldige slutninger kan drages. Der er foretaget interviews og udsendt spørgsmål til personer med viden omkring overharmoniske strømme og spændinger, elektrisk materiel og elektriske lavspændingsinstallationer. Interviews og de elektroniske undersøgelser er foretaget for at uddybe problemstillinger eller at skabe indsigt i et emne, hvor litteratur ikke har været fyldestgørende. Dette kan være grundet manglende kvalitet i litteraturen, eller at mængden ikke har været tilfredsstillende for at undersøge emnet. I afsnit 6.3, 6.5 og er der beskrevet, hvorledes primær- og sekundærdata er indsamlet. 6.3 Litteratur De sekundære data, der er anvendt i rapporten, omfatter fagbøger, tekniske rapporter, produktkataloger, producentanvisninger, standarder, direktiver og rekommandationer. Som en del af udvælgelsen af litteratur er det undersøgt og sikret, at generelle ting er gældende for litteraturen i forhold til rapportens område. Det kan for eksempel være nominel 17

19 spændingsniveau og nominel frekvens. Derved sikres grundlag for høj validitet. En meget stor del af rapportens litteraturmateriale er fundet ved gennemlæsning af tekniske rapporters litteraturliste. Denne litteratursøgningsmetode er benyttet, da materialet derved har en form for godkendelse. Dette gælder især rapporter af DEFU (1998; 2004), IEEE (1993) og Dansk Energi Analyse (2009; 2012), som er af høj kvalitet. Denne godkendelse vægter dog ikke højere, end at der for al litteratur er foretaget kritisk vurdering af kilden samt indholdet deri. 6.4 Valg af informanter I forhold til problemformuleringen og de underspørgsmål, der er udsprunget deraf, er der gjort overvejelser omkring, hvilke personer og virksomheder der ville være relevante at foretage interviews med eller tilsende spørgsmål. Her blev det vurderet, at det vil være relevant og vigtigt at inddrage: Producenter af beskyttelsesudstyr, asynkronmotorer og filtre Autoriserede el-installatører Rådgivende ingeniører Netselskaber Interesseorganisation for netselskaber Personer og virksomheder med stor ekspertise indenfor: o Reducering af overtoner o Frekvensomformere Det blev vurderet, at ovenstående kontaktflade suppleret med litteratur ville give adskillige og tilstrækkeligt mange vinkler til, at objektiv besvarelse af problemformulering var mulig. 18

20 6.5 Interviews Der er benyttet en interviewtype, som af Ib Andersen (2013 s. 155) benævnes det delvist strukturerede interview. Det delvist strukturerede interview er en interviewtype, hvor intervieweren har forudgående kendskab til emnet, men ønsker nye synsvinkler og informationer på området. Under interviewet benyttes en interviewguide med emner, som ønskes belyst under interviewet. Denne interviewguide betragtes som en guide til interviewet, da der ikke er en fast rækkefølge af spørgsmål, eftersom informantens svar er grundlaget for næste spørgsmål. Det blev vurderet, at denne type interview ville fungere optimalt i forhold til formålet med interviewet og interviewernes erfaring. Denne interviewtype har den fordel, at der åbnes op for nye emner, som informanten finder relevante for området, og derved udvides interviewernes horisont. Dette kan være med til, at nye vinkler inddrages i rapporten, eller det bringer tankerne hen imod, hvorvidt de nye vinkler er vigtige for rapporten. Omvendt kan det være med til, at interviewet ikke får det ønskede indhold i forhold til interviewets emne, hvorfor det stiller store krav til interviewerne om at benytte interviewguiden undervejs Interviewguiden Interviewguiden er udarbejdet før interviewet, hvor spørgsmålene/emnerne er valgt og vurderet i forhold til informantens fagområde og (formodede) kendskab til de problemstillinger, som ønskes belyst. Det blev gennem interviewet forsøgt at skabe en rød tråd i emnerne, således at informanten ikke ville forvirres eller irriteres over at springe rundt i emnerne. På den måde stiller interviewtypen store krav til interviewerne, da de skal være meget opmærksomme på informantens svar og overveje, hvilket spørgsmål der er relevant. Af denne grund var der ved interviews én af forfatterne, der styrede interviewet og stillede de overordnede spørgsmål, hvor den anden supplerede med spørgsmål, hvis det blev vurderet, at det kunne skabe yderligere afklaring af det forudgående spørgsmål. Spørgsmålene i interviewguiden blev forsøgt formuleret og fremsagt på en måde, så informanten ikke følte sig presset enten bevidst eller ubevidst til at svare i en bestemt retning. Eksempler på interviewguides findes i bilag 3.X. 19

21 6.5.2 Information inden interviewet Inden interviewet havde informanterne modtaget information omkring interviewets emne enten i form af tilsendelse af interviewguide, overordnet information omkring emnet eller specifikke spørgsmål omkring en problemstilling. Hvilken metode der blev benyttet, var afhængig af interviewtype, personligt eller telefonisk, og hvilket formål interviewet havde. Ved de telefoniske interviews blev det vurderet, at interviewets kvalitet ville højnes, hvis informanten kunne forberede sig på spørgsmålene i interviewguiden. Det blev vurderet, at interviews med Henrik Dahl (2013) fra DME og Preben Nielsen (2013b) fra Lomborg Installationsforretning ville medføre størst kvalitet og gyldighed, hvis det blev foretaget som et personligt interview. Vurderingen blev foretaget i forhold til interviewets emne, interviewernes og informanternes forklaringskraft samt forståelse af spørgsmål og svar. I den forbindelse blev det også vurderet, at kvaliteten af interviewet ville være størst, hvis rammerne for interviewene var en overordnet information omkring emnet. Dette begrundes med, at interviewets emne var i forhold til fremgangsmåde ved installation og projektering, hvilket blev vurderet var paratviden for informanterne. Grunden til at hele interviewguiden ikke blev tilsendt var, at der ville være risiko for, at informanterne ville give svar i forhold til, hvad de burde gøre, og ikke hvad de i virkeligheden gør Verificering af udsagn Der blev ved alle interviews benyttet optager gennem hele interviewet. Dette blev gjort for at frigøre intervieweren fra at skrive notater, så det fulde fokus kunne rettes mod informantens svar. Inden start eller i starten af interviewet blev der fra informanten givet tilladelse til, at interviewet måtte optages. Der er ikke foretaget fuldtransskribering af interviews, som efterfølgende kunne vedlægges som bilag. Derimod har informanterne gennemlæst og godkendt dele af rapporten, hvor udsagn er benyttet. Godkendelserne er at finde på USB-nøglens mappe Bilag. Dette højner gyldigheden og minimerer risikoen for at fremstille informantens synspunkt misvisende. Dette minimerer også risikoen for, at informanter citeres for udsagn, de efterfølgende ikke kan stå inde for. Dette kan være grundet misforståelse af spørgsmål eller større viden ved efterfølgende verificering af citat eller afsnit. For Mads Skov Petersen (2013), Rambøll, og Peter Hansen (2013), Dansk Energi er der 20

22 udtrykt ønske om at blive citeret direkte i rapporten. Dette ønske er naturligvis efterkommet. Endvidere er citater benyttet flere steder i rapporten, hvor det blev vurderet, at den specifikke ordlyd er vigtig Elektronisk undersøgelse Den elektroniske undersøgelse er foretaget ved at sende specifikke spørgsmål ud til udvalgte virksomheder og personer. Én af begrundelserne for at benytte elektronisk undersøgelse i informationssamlingsprocessen er, at der kan indsamles megen data af forholdsvis høj kvalitet. Derudover har det været forfatternes klare opfattelse, at mange virksomheder finder det mindre tidskrævende at besvare spørgsmål via mailkorrespondance frem for et interview. Derfor er denne metode benyttet til de personer/virksomheder, hvor overordnet information omkring en problemstilling har været nødvendig. Derfor har de elektroniske undersøgelser også fungeret som en del af den problemidentificerende proces. I forbindelse med de elektroniske undersøgelser er der lagt stor vægt på formuleringen af spørgsmål, således at informanten ikke kan komme i tvivl om, hvad der spørges om. Der er ligeledes lagt stor vægt på, at informanten ikke påvirkes til at svare i en bestemt retning i forhold til spørgsmålenes ordlyd. Dette har der været stor opmærksomhed på, da der ved et skriftligt spørgsmål ikke er mulighed for at se eller høre informantens reaktion modsat interviewet. Spørgsmålene er derfor formuleret med vægt på neutral ordlyd, som derved vil skabe grundlag for frie svar fra informanten, og derved øges reliabiliteten. Retrospektivt kan det ses og diskuteres, om nogle af spørgsmålene skulle være formuleret anderledes for at gøre informantens forståelse af spørgsmålet endnu bedre. Det kunne for eksempel være gjort gennem kortere spørgsmål, enklere formuleringer og mere præcise spørgsmål. 6.6 Kritisk vurdering Den kritiske vurdering af kilder er i høj grad foretaget ud fra følgende punkter: Kildens troværdighed Kildens faglige autoritet Kildens faglige status 21

23 Kildens forklaringskraft Forklaringernes grundlag (metoder og dokumentation) Kildens objektivitet Kildens aktualitet Kildens forhold til andre kilder (Rienecker og Jørgensen, 2010 s. 248) Ved at gennemgå punkterne gennemtænkes flere måde at anskue kilden på. Derved vurderes det, at risikoen for fejlvurdering af kilden minimeres. Der er i rapporten lagt stor vægt på at fremstille en problemstilling fra flere faglige sider. Dette er gjort ved så vidt muligt at anvende information fra flere kilder med forskellige interesseområder. Dermed åbnes der op for flere vinkler af en sag, hvormed objektivitet tilstræbes. At der indhentes information fra to eller flere kilder, er ikke nødvendigvis med til at verificere og gøre information gyldig, hvis begge kilder angiver ikke-korrekt information bevidst eller ubevidst. Derfor er kilderne kritisk vurderet i forhold til hinanden på baggrund af ovenstående punkter. Et eksempel herpå er producentmateriale, der har til formål at sælge et produkt. Her kan informationen i materialet være korrekt, men der er også risiko for, at informationen er drejet til fordel for øget salg. Det vil derfor ikke underbygge informationens gyldighed med materiale fra en anden producent. I stedet kan information fra en kilde, hvis interesse ikke er salg af et produkt validere informationen. Det kan eksempelvis være rapporter og fagbøger, hvor det faglige niveau er højt. Det kan derimod også være verificerende at kontakte producenten for at få yderligere dokumentation eller mere materiale omkring et emne. Dermed kan et interview eller uddybende materiale øge gyldigheden af oplysninger. 6.7 Vurdering af data For alle primær- og sekundærdata er der foretaget en validitetsvurdering. Som det beskrives af Ib Andersen (2013 s. 84), dækker validitet begreberne gyldighed og relevans, som vurderes ud fra skøn, og hvor der skal argumenteres for standpunktet. Hvorvidt data er valide, er 22

24 vurderet ud fra helhedsopfattelsen. Validiteten er vurderet ud fra, om data er fornuftige, velbegrundede, stærke og overbevisende (Kvale, 1997 s. 233). Denne vurdering er foretaget løbende i teksten, hvor der ligeledes er begrundet, hvorfor et udsagn har relevans. I forbindelse med interviews af Preben Nielsen fra Lomborg Installationsforretning samt Henrik Dahl fra DME A/S er der stillet yderligere krav til vurdering af, om svarene er påvirket af interviewerne. Forfatterne af rapporten har i større eller mindre grad en relation til virksomhederne, og derfor skal dette inddrages i vurderingen af interviewet. Når interviewerne kender informanterne, vurderes det, at der kan være større risiko for, at informanterne giver svar eller forklaringer, som de mener, vil være i interviewernes interesse. Det er dog vurderet, at det ikke er tilfældet ud fra analyse af svarenes formuleringer og konsekvens. Det vurderes tilmed, at relationen til virksomheden har bidraget til større interesse i at uddybe emner, hvormed interviewets kvalitet er øget. 23

25 7 Introduktion til harmoniske forstyrrelser Dette afsnit indeholder grundlæggende teori omkring overharmoniske strømme og spændinger, som har til formål at opfriske det teoretiske grundlag for rapporten. Der beskrives, hvad overtoner er, hvorfor de fremkommer, og nogle af de faktorer, der er bestemmende for niveauet af overtoner, samt hvordan overtoner kan beregnes eller simuleres. 7.1 Metode Afsnittet omkring teorien for harmoniske overtoner bygger hovedsageligt på information fra tekniske rapporter udarbejdet af Dansk Energi Analyse A/S (2009) og en vejledning fra DEFU (1998). Herudover også interviews med Per Byskov Rasmussen, Adjunkt ved Aarhus Maskinmesterskole, og el-installatør Mads Skov Petersen fra Rambøll. Sekundært bygger afsnittet på fagbøger og producentmateriale omkring spændingskvalitet, frekvensomformere og filtre. Rapporten fra Dansk Energi Analyse er udarbejdet af tre personer: Mogens Johansson fra Dansk Energi Analyse, Jonas M. Kehr fra ABB og Henning Højte Hansen fra Balslev. ABB er producent af filtre, mens Dansk Energi Analyse og Balslev er rådgivende ingeniørfirmaer. Rapportens indhold vurderes på det grundlag i høj grad at være validt, idet det er tre personer fra tre forskellige firmaer med relativt høje uddannelsesniveauer. Endvidere bygger vurderingen på kvaliteten af rapporten, som blandt andet er høj i kraft af formuleringer og et korrekt fagteknisk ordvalg. Vejledning i tilslutning af overtonegenerende belastninger (1998) udarbejdet af DEFU vurderes ligeledes at have høj validitet. Denne vurdering er foretaget ud fra rapportens kvalitet samt DEFUs position. Rapporten er fra 1998, men dette vurderes ikke at påvirke denne rapports gyldighed, da henvisning til lovgivning og lignende er undersøgt nærmere, så data er opdateret. Interviewet med Per Byskov Rasmussen blev foretaget personligt. Per Byskov Rasmussen vurderes at være en gyldig og pålidelig kilde i kraft af uddannelsesniveau, erfaring inden for frekvensomformere fra sin tid hos Danfoss samt sin nuværende profession som adjunkt på Aarhus Maskinmesterskole. Derudover underviser han på kursus omhandlende frekvensomformere, hvorved hans viden er opdateret inden for området. Under interviewet 24

26 med Per Byskov Rasmussen fremstod han særdeles kompetent inden for området, hvor han brugte klare og sikre formuleringer i forklaringerne. Derfor vurderes det også, at informationer fra Per Byskov Rasmussen er valide. Der er foretaget mailkorrespondance med Mads Skov Petersen fra Rambøll. Mads Skov Petersen er el-installatør og er med i el-projekteringsfasen i Det Nye Universitetshospital (DNU) i Aarhus, hvor det er fundet interessant at undersøge, om og hvordan der tages hånd om overharmoniske strømme og spændinger i projekteringsfasen. Mads Skov Petersen vurderes i kraft af arbejdsområde og uddannelse som en valid kilde. Mads Skov Petersen har for at besvare spørgsmålene på bedste vis søgt information til spørgsmål hos kollegaer, hvilket bidrager til høj kvalitet og gyldighed i svarene. Derudover er der søgt efter Mads Skov Petersens personlige og faglige holdning til overtoner i dimensioneringsfasen. Dermed vurderes det, at der ikke bør sættes spørgsmålstegn ved dette. 7.2 Overharmoniske strømme og spændinger Overtoner er defineret som spændinger og strømme med en frekvens på et ordenstal multipliceret med grundtonefrekvensen, som i Europa herunder Danmark er 50Hz (DEFU, 1998 s. 9). Overtoner fremkommer ved ikke-lineære belastninger, hvor strømoptaget ikke følger spændingskurven. Belastninger, som generer overharmoniske strømme, er for eksempel fluorescerende lys, induktionsovne og ensrettere. Af ensretterbelastninger kan nævnes frekvensomformere, UPS-anlæg og strømforsyninger, som eksempelvis bruges i computere og opladere til mobiltelefoner (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 7) Ved analyse af en spændings- eller strømkurve kan den enkelte strøm/spænding teoretisk inddeles i ordner, som er overtonefrekvensen delt med grundtonefrekvensen. En tone med et ordenstal på 5 vil i et 50Hz net have overtonefrekvensen 250Hz, en 7. harmonisk vil have overtonefrekvensen 350Hz og så videre. Indholdet af overtoner kan udtrykkes ved hjælp af en teori, som den franske matematiker Joseph Fourier udviklede, og deraf kommer navnet Fourier-analyse. Fourier-analysen kan beskrive en funktion for eksempel en deformeret spændings- eller strømkurve med en kombination af sinusfunktioner. Dermed kan samtlige overtoner i en forvrænget kurve udtrykkes for eksempel i form af spektralanalyse, som ses i figur 1 (Dansk Energi Analyse, 25

27 2009 s. 7). Det skal understreges, at en deformeret sinuskurve, som udtrykkes i en Fourieranalayse, er en teoretisk model og ikke virkelighed, men en måde at analysere den forvrængede kurve på. En spændings- eller strømkurve, som fremkommer ved undersøgelse med et oscilloskop, vil være summen af grundtonen samt de overharmoniske strømme eller spændinger. På figur 1 fremgår et eksempel på en deformeret kurve indeholdende grundtonen og den 3. harmoniske analyseret i en Fourier-analyse og udtrykt i en spektralanalyse. Figur 1 Strømkurve og spektralanalyse for en strøm indeholdende grundtonen og 3. harmoniske (Schneider Electric, 2001a s. 10) Det ses endvidere af figur 1, at når strøm- eller spændingskurven ikke er sinusformet, vil peakværdien ændre sig i forhold til effektivværdien. Det gælder derfor, at ved ikkesinusformede strømme og spændinger er forholdet 2 mellem effektiv- og peakværdi ikke gældende (Petersen, 2006 s. 106) Overtoner kan opdeles i tre kategorier: lige-harmoniske, som har ordnerne 2, 4, 6 osv., ulige harmoniske med ordnerne 3, 5, 7 osv. og interharmoniske. Interharmoniske er overtoner, hvis 26

28 frekvens ikke er deleligt med et helt tal. Det kan for eksempel være 77,5Hz. Interharmoniske toner fremkommer som følge af asymmetri i installationen, og disse vil som regel udgøre en meget lille del af det harmoniske spektrum (Byskov, 2013 b.1.1.1; DEFU, 1998 ss. 8-9). Når en sinuskurve analyseres i en Fourier-analyse, vil lige-harmoniske teoretisk ikke fremkomme. Matematikken bag Fourier-analysen gør, at alle lige ordner vil give nul og derved ikke vil blive repræsenteret i analysen. Det viser sig dog i praksis, at de lige harmoniske optræder ved flere forskellige belastninger. Figur 2 viser en spektralanalyse af strømmen fra en Hi-Fi forstærker. Spektralanalysen viser, at 2. ordens strømmen andrager en værdi på cirka 16 procent af grundtonen. Figur 2 - Spektralanalyse af Hi-Fi forstærker (DEFU, 2004 s. 63) Overtoner, som er ulige og delelige med tre, tiltrækker en anden opmærksomhed. Ulige harmoniske overtoner delelige med 3 (3., 9., 15. osv.) ligger i fase. På figur 3 er det afbilledet, at de 3. harmoniske strømme ligger i fase. En tilsvarende illustration kunne være fremstillet med den 9. og 15. tone. 27

29 Figur 3 Summering af 3. harmonisk strøm i nullederen (Eaton, 2013 s. 78) 7.3 Nettets betydning Impedanser ændrer sig afhængigt af, hvilken frekvens de udsættes for, da kapacitanser og induktanser er frekvensafhængige. Kapacitanser ændrer sig omvendt proportionalt med frekvensen, og induktanser ændrer sig proportionalt med frekvensen. Men også resistanser er frekvensafhængige. Dette skyldes den øgede strømfortrængning, som skabes med stigende frekvens (DEFU, 1998 s. 12; Petersen, 2006 s. 177). For at beskrive og belyse dette yderligere inddrages et eksempel med udgangspunkt i Vejledning i tilslutning af overtonegenerende belastninger (DEFU, 1998 s. 14), hvor impedanskarakteristikken illustreres afhængig af spændingsniveau og ledertype i en model. På figur 4 vises impedanskarakteristikken for et 10 kv kabel net. Figur 4 - Impedanskarateristik 10 kv niveau, kabelnet (DEFU, 1998 s. 14) 28

30 Det skal bemærkes, at impedansværdierne ikke kan overføres til andre net, da denne afhænger af størrelsen på resistanser, induktancer og kapacitancer, hvorfor eksemplet kun tjener det formål at vise et eksempel på frekvensafhængigheden. Sammenlignes figur 4 med figur 5, fremgår det, at impedansen for nettet med luftledninger stiger nær retlinet med frekvensen, hvorimod impedansen ved kablenettet har maksimumsværdi mellem 500 og 1000 Hz grundet resonans, og herefter falder impedansen med frekvensen. Dette skyldes, at kabelnet har lavere resistans og induktans, med derimod større kapacitans end luftledernet (DEFU, 1998 s. 17) Figur 5 - Impedanskarateristik 10 kv niveau, luftledernet (DEFU, 1998 s. 16) Da der er tydelige ændringer i impedansen ved andre frekvensniveauer end grundtonefrekvensen, kan det være nødvedigt at tage dette i betragtning, når impedansen skal beregnes. I Vejledning i tilslutning af overtonegenererende belastninger (DEFU, 1998 s. 17) foreslås det, at der benyttes worst case (maksimumimpedansen, som fremkommer ved resonans), da impedanskarateristikken afhænger af andre netkunders belastninger og netomlægninger med den bemærkning, at det kan give et beregningsmæssigt stort overtoneniveau, som ikke vil tilsvare virkeligheden. Overtonegenererende belastninger trækker strøm fra nettet, der er ikke-sinusformet. Når der trækkes en overharmoniske strøm, vil der som et produkt af dette skabes et overharmonisk spændingsfald over de impedanser, som strømmen gennemløber. De to faktorer, som 29

31 påvirker niveauet af overtonespændinger, er derfor den overharmoniske strøm og netimpedansen ved den pågældende orden. Overtonespændingen kan beregnes efter: U h = Z h I h [V] (DEFU, 1998 s. 13) Uh : overtonespændingen af ordnen h Zh : netimpedansen ved den pågældende frekvens/orden Ih : den overharmoniske strøm af ordnen h Det ses dermed, at impedansen har stor betydning for niveauet af overharmoniske spændinger Distributionstransformerens betydning Distributionstransformeren har i en vis grad indflydelse for den overharmoniske spændingsforvrængning. Undersøges en transformers hysteresesløjfe nærmere, kan det udledes, at en transformer er årsag til overtonespændinger grundet dens ulineære overføringskarakteristik. En tilfældig transformers hysteresesløjfe ses på figur 6. Figur 6 - Hysteresesløjfe (Petersen, 2006 s. 173) 30

32 Transformeres ulinearitet stiger med belastningen. Dette skyldes, at jo mere jernet nærmer sig mætningstilstand, jo mindre vil feltet ændre sig ved en ændring af strømmen, og dermed vil der blive induceret en mindre elektromotorisk kraft (Petersen, 2006 s. 179). Derfor har transformerens relative belastning betydning for niveauet af den overharmoniske spændingsforvrængning, da denne er kilde til ulinearitet. 7.4 Effekt Effektfaktoren er defineret som forholdet mellem aktiv effekt og tilsyneladende effekt, og cosφ er faseforskydningen mellem strøm og spænding. Ved sinusformet strøm og spænding er effektfaktor og cosφ identiske, men dette gør sig ikke gældende ved overtoner (Petersen, 2004 s. 148). Til at forklare dette nærmere benyttes figur 7. Figur 7 - Vektordiagram over S, ST, P, Q og D effekt (Schneider Electric, 2009 s. 10) Det fremgår af figuren, at vektordiagrammet har tre dimensioner, hvor der ved sinusformede spændinger og strømme kun benyttes to dimensioner. Af figuren bemærkes det, at cosφ kan være lig med 1, og effektfaktoren kan være under 1, jævnfør definitionerne af disse. Den tilsyneladende effekt, ST, kan beregnes efter formlen: S T = P 2 + Q 2 + D 2 [VA] (Schneider Electric, 2009 s. 10) ST: den sande tilsyneladende effekt P: aktiv effekt Q: reaktiv effekt D: overharmonisk effekt 31

33 Således kan det udledes, at den harmoniske effekt, benævnt D i figur 7, hverken er aktiv eller reaktiv effekt, men har sin egen komposant. 7.5 Beregning på overtoner Strømmens sande effektivværdi kan beregnes ved at summere strømmens enkelttoners effektivværdier sammen aritmetisk. Dette kan gøres ved hjælp af: I eff = I h 2 h=1 [A] (DEFU, 1998 s. 41) Ieff: strømmens sande effektivværdi Ih: den enkelte ordens effektivværdi h: ordensnummer Til at angive det samlede harmoniske overtoneniveau benyttes THDi og THDu, hvor i og u angiver, om det er henholdsvis strøm eller spænding. THD er en forkortelse for Total Harmonic Distortion. THD kan beregnes ved hjælp af formlen: h=h THD = ( Q 2 h ) 100 [%] Q 1 h=2 (CENELEC, 2002 s. 11) Q: repræsenterer enten strøm eller spænding Q1: effektivværdien af grundtonen Qh: effektivværdien af overtonen med ordnen h h: ordensnummer H: er 50 for DS/EN Kompatibilitetsniveauer i industrielle anlæg for lavfrekvente ledningsbårne forstyrrelser 32

34 Til hvilken grænse (H) overtoner medtages, er afhængig af sammenhængen. For DS/EN medregnes overtoner op til den 40. (CENELEC, 2010b s. 6) Overtoner ved projektering og installation Hvis installationen indeholder flere overtonegenerende belastninger, kan der være risiko for, at de tilsammen har en strømemission, som over netimpedansen og impedansen i installationen skaber stor spændingsforvrængning. DEFU har lavet en vejledning i tilslutning af overtonegenerende belastninger i 0,4 kv net. Denne vejledning bygger på, at de overharmoniske strømme summeres, og deraf kan den totale spændingsforvrængning beregnes. Ved summation bør der tages hensyn til de forskellige fasedrejninger, som belastningerne i installationen har, da dette giver den mest præcise summation. Summeres strømmene med deres fasedrejning, vil de i nogle tilfælde ligge i modfase, og derved reduceres strømmen. Men da fasedrejningen ikke eller meget sjældent kendes, kan nedenstående metode benyttes, som også anbefales i rapporten (DEFU, 1998 s. 24): n α α I ny = I hi i=1 (DEFU, 1998 s. 24) Iny : Ihi : n : : summen af de overharmoniske strømme den harmoniske strøm fra kilde i med ordenstallet h antallet af overtonekilder med h te orden i første fællespunkt sætte ifølge IEC til: 2 Karakteristika for spændingen i offentlige elektricitetsforsyningsnet 33

35 Harmonisk orden 1 h < 5 1,4 5 h 10 2 h > 10 Tabel 1 Eksponenten (DEFU, 1998 s. 19) Af ovenstående tabel kan det udledes, at harmoniske strømme op til den 5. orden har større vægtning end højere ordens strømme grundet eksponenten. Ud fra summen af strømmen og kendskab til netimpedansen og impedansen i installationen kan den overharmoniske spændingsforvrængning beregnes ved hjælp af Uh = Ih * Zh som beskrevet tidligere i dette afsnit. Danfoss angiver strømemissionen i datamateriale for en frekvensomformer ud fra forholdet mellem for eksempel den 5. harmoniske og grundtonen. Dette er gjort for den 5., 7., 11., og 13. harmoniske og THDi (Danfoss, 2012b s. 34). Dette kan benyttes ved beregning på overharmoniske strømme og spændinger. Flere fabrikanter har lavet programmer til simulering af den overharmoniske forvrængning. Danfoss har et PC-baseret program, MCT 31 (Danfoss, 2003) og et webbaseret simuleringsprogram HCS (Danfoss, n.d.), hvor det er muligt at simulere overtoneniveauet ud fra valg af kendte frekvensomformere eller ved indtastning af konstruktionsoplysninger om en ukendt frekvensomformer samt nettets impedans. Ligeledes findes, SOLV (Mirus, n.d), hvor overtonesimulering er mulig. Ved SOLV sker det ud fra størrelsen af dæmpespoler og kondensatorer i indgangstrinnet og mellemkredsen i frekvensomformeren. Det vil dog typisk ikke være muligt at finde oplysninger omkring dette (Byskov, 2013 b ). MCT 31 og HCS kan være meget anvendelige i projekteringsfasen. Derved kan overtoneniveauet allerede i projektfasen bestemmes, og ud fra dette kan proaktive løsninger vælges for at undgå/minimere risikoen for skadelig påvirkning af elektrisk materiel som følge af overtoner. Mads Skov Petersen (Petersen, 2013) skriver i forbindelse med projektering og harmoniske forstyrrelser: Det kan dog i en projekteringsfase være svært at gennemskue fuldstændig, og dermed få klarlagt problemet helt, da der kan være variationer i det 34

36 endelige udstyr som gør det svært at beregne den samlede %-del af overharmoniske strømme / spændinger. (Petersen, 2013 b ) En sikker måde at bestemme overtoneniveauet i installationen på er ved at foretage en spændingskvalitetsmåling (DEFU, 1998 s. 25). Dette er i sagens natur kun muligt efter installation af overtonegenerende belastninger. Det kan dog, som Mads Skov Petersen skriver, være svært at fastlægge den endelige belastning allerede i projekteringsfasen. Derfor skriver Mads Skov Petersen også, at der på Det Nye Universitetshospital i Aarhus i hovedtavler er forberedt til tilslutning af aktive filtre (Petersen, 2013 b ). I forbindelse med måling af overtoneniveauet anbefaler DEFU (1998, s. 26), at dette sker i henhold til DEFU rekommandation 16. Heri anbefales, at målingen foretages over én uge med ti minutters gennemsnit af effektivværdien (Dansk Forskning og Udvikling, 2011 ss. 7-8). Det tilføjes i vejledningen fra DEFU, at der skal tages hensyn til maksimalværdier og driftsmønster for at bestemme overtoneniveauet korrekt (DEFU, 1998 s. 26). Hvor i installationen målingen/målingerne skal foretages, vil ikke blive behandlet i denne rapport, da dette afhænger af installationens opbygning og placeringen af overtonegenerende belastninger. 35

37 8 Konsekvenser af overharmonisk forvrængning Der undersøges i dette afsnit, om overharmoniske strømme og spændinger kan medføre skade på elektrisk beskyttelsesudstyr og elmotorer. 8.1 Beskyttelsesmateriels påvirkning af overtoner Metode Afsnittet omkring beskyttelsesudstyr bygger på materiale fra Schneider Electric, Danfoss, Hager, el-tekniske fagbøger af Poul Erik Petersen samt mailkorrespondance med Siemens Support og Schneider Electric Support. For at behandle spørgsmålene omkring beskyttelsesudstyr er der taget kontakt til Siemens. Ved Siemens Support har kontaktpersonerne været Franz Beer, Manfred Troglauer og Guenther Goesswein, som alle tre er Your Technical Assistance for Low Voltage & Products. Kommunikationen er foregået via mail, hvor der er blevet stillet spørgsmål til Siemens automatsikringer, fejlstrømsafbrydere og maksimalafbrydere. Validiteten af svarene fra Franz Beer, Manfred Troglauer og Guenther Goesswein vurderes at være god, da de i kraft af deres position kun burde videregive korrekte oplysninger. Ved et spørgsmål konsulterede Manfred Troglauer en kollega for at videregive korrekte oplysninger, som fremgår af bilag Dette er med til at skabe en god troværdighed i oplysninger fra Siemens Support. Endvidere er forklaringer sammenholdt med information fra fagbøger og egen viden, hvorved dette giver et fornuftigt vurderingsgrundlag. Det er tilmed forsøgt at indsamle oplysninger fra anden side. Ved Schneider Electric Support blev der stillet spørgsmål til deres automatsikringer for derigennem at verificere forklaringerne fra Franz Beer. Der er fra Schneider Electric Support ikke kommet et endeligt svar, da dette spørgsmål skulle besvares af en teknisk afdeling i Frankrig. Derfor kan svarene fra Franz Beer ikke verificeres på denne måde. Det er dog ikke forsøgt at kontakte andre producenter af automatsikringer. Materiale fra Schneider Electric er udarbejdet af to ingeniører inden for el-faget (Schneider Electric, 1997 s. 1). Dette materiales validitet vurderes god i kraft af forfatternes uddannelse, samt at Schneider Electric, som er stor producent af maksimalafbrydere, er udgiver af dette. Materialet er fra 1997, og derfor kan man stille spørgsmålstegn ved dets egnethed 16 år efter, da teknologiudviklingen gennem denne tid har været stor. Derfor blev der taget kontakt til 36

38 Schneider Electric Support for at undersøge, om problematikken i materialet stadig er gældende. Ved Schneider Electric Support er kommunikationen omkring maksimalafbrydere ligeledes foregået via mail. Her er kontaktpersonen Lars Skovly, som er Technical advisor. Lars Skovly kontaktede Schneider Electrics afdeling i Prag for at få svar på spørgsmål omkring maksimalafbrydere. Dette er med til at højne gyldigheden af svarene fra Lars Skovly, hvorved den samlede vurdering af validiteten er god Maksimalafbrydere Maksimalafbryderes overbelastningsdel kan bestå af et bi-metal eller detekteres elektronisk. Bi-metallet opvarmes af den strøm, som maksimalafbryderen gennemløbes af direkte eller indirekte. Ved et bestemt niveau brydes strømmen på grund af varmeudviklingen, som strømmen forårsager, da energiudviklingen er proportional med strømmen i anden potens; E=I 2 Rt (Schneider Electric, 1997 s. 5). Et bi-metal påvirkes derfor af hele strømmen. Det er dermed ikke betydende, om det er reaktive, aktive eller harmoniske strømme, den påvirkes af. Derfor kan det konkluderes, at maksimalafbrydere, hvor overbelastningsbeskyttelsen varetages af et bi-metal, ikke påvirkes af, om strømmen indeholder overharmoniske strømme. Det skal dog bemærkes, at resistansen i bi-metallet stiger med frekvensen grundet øget strømfortrængning. Samme fænomen gør sig også gældende for automatsikringer og smeltesikringer. Dette behandles dog ikke videre i denne rapport. Anderledes forholder det sig med maksimalafbrydere med elektronisk detektering. I materiale fra Schneider Electric (1997 s. 8-9) beskrives, hvordan elektroniske beskyttelsesanordninger kan udkoble ved enten for høj eller for lav strøm, hvis de ikke måler sand effektivværdi. Som beskrevet i afsnit 7.2 tidligere i denne rapport er forholdet 2 mellem peakværdi og effektivværdi kun gældende under sinusform. Derfor er der risiko for, at den elektroniske overbelastningsbeskyttelse under gennemløb af ikke-sinusformet strøm bryder ved lavere effektivstrømværdi, hvis peakfaktoren er større end 2, og at den bryder strømmen ved højere effektivstrømværdi, hvis peakfaktoren er mindre end 2 i forhold til indstillet sand effektivværdi. Dette kan dermed være et problem, hvis maksimalafbrydere med elektronisk detektering bruger 2 til at beregne effektivværdien ud fra peakværdien. 37

39 Ved brug af figur 8 og figur 9 kan det illustreres, hvilken strøm der vil detekteres afhængig af peakværdien. Figur 8 - Strøm med overharmoniske. IPEAK = 110 %. IT- RMS = 106 %. IRMS = 78 % (Schneider Electric, 1997 s. 9) Strømmen i figur 8 er summen af: 1. harmonisk: 100%, 5. harmonisk: 33 %, 7. harmonisk: 2,7%, 11. harmonisk: 7,3%, 13. harmonisk: 1,6%, 17. harmonisk: 2,6%. THDi = ( ) 2 + ( 2,7 100 ) 2 + ( 7,3 100 ) 2 + ( 1,6 100 ) 2 + ( 2,6 100 ) = 34 % Figur 9 - Strøm med overharmoniske. IPEAK = 287 %. IT- RMS = 58 %. IRMS = 203 % (Schneider Electric, 1997 s. 9) 38

40 Strømmen i figur 9 er summen af: 1. harmonisk: 100%, 5. harmonisk: 85%, 7. harmonisk: 72%, 11. harmonisk: 41%, 13. harmonisk: 27%, 17. harmonisk: 8% (Schneider Electric, 1997 s. 9) THDi = ( ) 2 + ( ) 2 + ( ) 2 + ( ) 2 + ( ) = 121 % Det fremgår af figur 8, at effektivstrømmen, der vil detekteres, er 78% (RMS), selvom den sande effektivværdi er 106% (T-RMS) af den indstillede værdi. Derfor vil der i denne situation ikke være tilstrækkelig beskyttelse. På figur 9 ses det modsatte. Her er peakværdien på 287%, og strømmen, der detekteres, er 203% (RMS), hvor den sande effektivværdi er 58% (T-RMS). Det betyder, at strømmen brydes ved 58% af den indstillede værdi, hvilket heller ikke er tilsigtet. Det skal dog bemærkes, at niveauet af THDi er meget højt, hvorfor eksemplerne blot tjener som eksempel, hvor konsekvenserne tydeligt fremgår. På baggrund af ovenstående blev Schneider Electric kontaktet, hvor der blev stillet spørgsmål til, hvordan deres maksimalafbrydere med elektronisk detektering detekterer strømmen. Dertil kom følgende svar: The Micrologic NSX 5/6 uses current transformers (CT), the CT outputs are sampled every 512 microseconds. It takes in consideration up to the harmonics 15th. With these samples the trip unit calculates the rms values for voltages and currents, who are update once a second. (Skovly, 2013 b.1.2.1) Ud fra dette svar kan det konkluderes, at maksimalafbrydere fra Schneider Electric, hvor overbelastningsbeskyttelsen varetages af en elektronisk anordning, Micrologic 5/6, detekterer den sande effektivværdi af strømmen op til den 15. harmoniske. Dermed kan maksimalafbryderens strømdetektion påvirkes af, at strømmen indeholder overtoner, hvis de er over den 15. harmoniske. I produktkataloget for NSX Micrologic 5/6 anvises, at hvis THDi er under 10%, er der ingen grund til bekymring omkring fejlfunktion (Schneider Electric, 2008 s. 89). 39

41 Lars Skovly fra Schneider Electric skriver, at problematikken omkring beregningen af effektivværdi ud fra peakværdi relaterer sig til ældre typer af maksimalafbrydere, som er udfaset for mange år siden (Skovly, 2013 b.1.2.3). Dette betyder dog stadig, at hvis disse maksimalafbrydere overbelastningsbeskytter i installationer med overharmoniske strømme, risikeres det, at beskyttelsen ikke er tilfredsstillende. Der taget kontakt til Guenther Goesswein (2013) fra Siemens Technical Support for at få dokumentation omkring strømdetektering af maksimalafbrydere fra Siemens. Det fremgår af uddraget herunder, at ikke alle maksimalafbrydere detekterer den sande effektivværdi: - 3VF Electronic trip unit for motor protection calculates RMS value, so it should not be used with frequency converters or softstarters. The other ETUs (for 3VF5 and larger) detect true RMS [ ]. (Goesswein, 2013 b ) ETU står for Electronic Trip Unit. Der bør derfor ikke anvendes 3VF maksimalafbrydere i installationer med overtoner, da det risikeres, at overbelastningsbeskyttelsen ikke vil være tilfredsstillende. I forhold til ved hvilket immunitetsniveau af THDu maksimalafbrydere med elektronisk detektering vil bevare dets funktion tilfredsstillende, blev der fra Lars Skovly fra Schneider Electric svaret 5% THDu (Skovly, 2013 b.1.2.1). Dette verificeres fra produktkatalog fra NSX micrologic 5/6, hvor der beskrives, at ved overtoneniveauer under 5% THDu er der ikke grund til bekymre sig om funktionsfejl (Schneider Electric, 2008 s. 90). Det har ikke været muligt at få oplyst grænseværdier fra Siemens Automatsikringer For at afklare hvordan automatsikringer detekterer strømmen, blev Franz Beer fra Siemens Automation & Drives Technical Support kontaktet via , hvorfra der til spørgsmålet: Do the 5SY and 5SL series measure the currents as True-RMS, hvor 5SY og 5SL refererer til to typer automatsikringer blev svaret (Siemens, 2009): 40

42 Circuit breakers are electromechanical components which do not react particularly sensitively to such interference from outside. The release in the overload range is controlled by a special bimetallic strip. (Beer, 2013 b.1.4.1) Da overbelastningsbeskyttelsen varetages af et bi-metal, gælder det for automatsikringer som for maksimalafbrydere med bi-metal, at bi-metallet påvirkes af hele strømmen, hvad enten denne indeholder wattstrøm, wattløs strøm eller overharmoniske strømme, og derved er der ikke risiko for fejldetektering som følge af overharmonisk indhold i strømmen. Opbygningen med et bi-metal i automatsikringer kan verificeres med bogen El-installationsmateriel, hvor der står beskrevet, at en automatsikrings overbelastningsbeskyttelse består af en termisk udløser (Petersen, 2007 s. 175) Smeltesikringer Det beskrives af Eaton (2013 s ), at overtoner kan have skadelig virkning for smeltesikringer. Smeltesikringer består af en sikringstråd, som smelter, når gennemløbsenergien overstiger smelteenergien (Petersen, 2007 s. 93). Derved har smeltesikringer analoge egenskaber med bi-metal som beskrevet tidligere i dette afsnit. De påvirkes af strømmens sande effektivværdi. Det skal dog bemærkes, at sikringstråden kan smelte ved et lavere niveau af grundtonen end dimensioneret. Men da alt materiel skal vælges i forhold til den effektive strømværdi, den kan føre under normal drift (Sikkerhedsstyrelsen, 2011a s. 19), skal overbelastningsbeskyttelsen også vælges herefter. Ved dimensionering skal andelen af de overharmoniske strømme derfor medregnes. Dette gælder også for beskyttelsesudstyr med bi-metal Fejlstrømsafbrydere Fejlstrømsafbrydere har til formål at varetage beskyttelse mod indirekte berøring og til dels supplerende beskyttelse mod direkte berøring. Manfred Troglauer fra Siemens Support er kontaktet for at vurdere, om fejlstrømsafbrydere påvirkes af overtoner. Der blev til dette spørgsmål svaret: As long as there is no error, the RCCB will not trip when the network is loaded with harmonics. In a case of mistake can be happend that RCCB does 41

43 first tripped a little bit with higher fault current. But the normaly harmonics of the electricity supplier hasn't any affect of the performance of the tripping. (Troglauer, 2013 b.1.5.1) Hvortil der blev medsendt en udløsekarakteristik afhængig af udløsestrømmens frekvens. Denne ses på figur 10. Figur 10 Udløsekarakteristik afhængig af frekvensen (Troglauer, 2013) Udløsekarakteristikken viser, at en fejlstrømsafbryders udløsestrøm er afhængig af frekvensen. Men den viser ikke, hvor meget denne stiger, hvis der er et blandet indhold af overharmoniske toner i fejlstrømmen. I henhold til Stærkstrømsbekendtgørelsen afsnit 6B kapitel 4.1, som omhandler nye installationer, skal stikkontakter i faste installationer med en mærkestrøm til og med 16 A og andre tilslutningssteder i faste installationer med overstrømsbeskyttelse til og med 20 A beskyttes med HPFI-afbryder (Sikkerhedsstyrelsen, 2006). Med udsagnet om at udløsestrømmen kan stige, hvis den indeholder overharmoniske strømme og kravet i Stærkstrømbekendtgørelsen afsnit 6B, er det ønskeligt at vide, i hvilken grad overstrømmen stiger, da mærkeudløsestrømmen for HPFI fejlstrømsafbrydere højst må være 30mA. Derfor blev der til Manfred Troglauer stillet spørgsmål om, hvorvidt fejlstrømmen kan summeres aritmetisk, og om en fejlstrøm på 28mA som grundtone vil udkoble, hvis den sande effektivværdi er 31mA. 42

44 Hertil blev der svaret: The fault harmonic currents can't simply be added. The tripping-behavior changes with increasing frequency. By a frequency increases, can detected a part of the faul current (50Hz the proportion is 1:1; 150Hz the proportion is ca. 1:0,9...) t [sic]. The type A can not detect more errors currents at higher frequencies. In a mixing frequencies to 1000Hz Tyop [sic] F FI should be used. (Troglauer, 2013 b.1.5.3) Deraf kan udledes, at overtonerne ikke kan adderes som angivet i spørgsmålet. Stærkstrømsbekendtgørelsens afsnit 6 beskriver i kapitel 510.3, at materiel skal tilsluttes og anvendes i overensstemmelse med fabrikantanvisninger (Sikkerhedsstyrelsen, 2011 s. 128). Det gælder derfor, at fabrikantens anvisning skal følges. Hvis spændingen har et indhold af overtoner, er der risiko for, at fejlstrømmen kan indeholde overharmoniske strømme, og dermed er der risiko for, at udløsestrømmen kan overstige 30 ma, som er det maksimale for HPFI-afbrydere. Derfor anviser Manfred Troglauer fra Siemens, at der benyttes fejlstrømsafbrydere af Type F. En Type F fejlstrømsafbryder kan detektere fejlstrømme indeholdende overtoner op til 1 khz (Siemens, 2012 s. 14). Hager, som blandt andet producerer fejlstrømsafbrydere, beskriver også problematikken omkring overharmoniske strømme. Som en løsning til installationer med overtoner har Hager en fejlstrømsafbryder af typen Hi tilsvarende Siemens Type F. Typen Hi er en forkortelse for High immunity og kan give pålidelig beskyttelse i installationer med overtoner. Endvidere beskriver Hager, at Class A fejlstrømsafbrydere ikke vil fungere tilfredsstillende i installationer forstyrret af overtoner (Hager, 2011 s. 117). 43

45 8.1.6 Delkonklusion Det kan konkluderes, at overbelastningsbeskyttelsen varetaget af maksimalafbrydere med termisk overbelastningsbeskyttelse, automatsikringer og smeltesikringer ikke påvirkes af, om strømmen indeholder overharmoniske i forhold til korrekt detektering. Der er derfor ikke risiko for, at ledere og brugsgenstande overbelastes som følge af fejldetektering. Der kan dog forekomme udkobling ved lavere strømværdi af grundtonen, hvis der ikke tages højde for overtonernes bidrag til den sande effektivværdi af strømmen. Maksimalafbrydere fra Schneider Electric som produceres i dag medregner overtoner til og med den 15. harmoniske ved detektering. Er overtonerne derfor lavere end den 15. orden, vil overbelastningsbeskyttelsen være tilfredsstillende. Der kan dog, hvis der er høje niveau af overtoner over den 15. orden, forekomme fejldetektering. Schneider Electric angiver ikke, hvor stor fejlen kan være, men anviser, at under 10% THDi er der ikke grund til bekymring omkring fejlfunktion. Kun Schneider Electrics ældre maksimalafbrydere, som blev udfaset for mange år siden, beregnede effektivværdien ud fra peakværdien, hvormed der var risiko for, at overbelastningsbeskyttelsen ikke er tilfredsstillende. Siemens maksimalafbrydere med elektronisk detektering detekterer også sand effektivværdi med undtagelse af typen 3VF. Denne bør derfor ikke benyttes i installationer med overtoner. Det har ikke fra Siemens været muligt at få oplysninger omkring, hvilke ordner der medregnes ved beregning af den sande effektivværdi. Schneider Electric anviser, at hvis maksimalafbrydere med elektronisk detektering, Micrologic 5/6, installeres i et miljø, hvor THDu er lavere end 5%, er der ej heller her grund til bekymring for fejlfunktion. Efter kontakt til producenter af fejlstrømsafbrydere kan det påvises, at type A HPFI afbrydere kan være problematiske i installationer med overtoner i forhold til kravet om maksimal udløsestrøm på 30mA for HPFI afbrydere. Producenterne tilbyder derfor fejlstrømsafbrydere, hvor udløsestrømmen ikke påvirkes af overharmoniske strømme under 1000Hz. Der var dog ingen af producenterne, der havde anbefalinger om et harmonisk spændingsforvrængningsniveau i installationen, hvor brugen af type F fejlstrømsafbryder vil være nødvendigt. 44

46 8.2 Vekselstrømsmotoren Der vil i det efterfølgende blive beskrevet de forskellige betydninger, det kan have for en motor, at den er påtrykt en spænding, der indeholder overtoner. Afsnittet behandler temperaturstigning, reduktion af levetid samt reduktion af virkningsgrad Metode Der er fundet relativt meget materiale fra flere tredjeverdenslande, hvor problemet med overharmoniske forstyrrelser måske er mere udtalt. Dette er af forfatternes opfattelse grundet et dårligere net, altså en højere netimpedans end i Danmark. Materialet derfra er ikke brugt direkte som kilder, da materialet ofte er af en varieret kvalitet. Dog er det brugt til at opbygge indsigt i, hvorledes problemerne med harmoniske overtoner kan arte sig. Materialet er derfor brugt som et trinbræt til højere viden omkring harmoniske overtoner. Der er også søgt information i relevante standarder, hvori der findes noter og uddybende forklaringer på flere afsnit og kapitler i standarderne. Der er yderligere fundet videnskabelige artikler fra mange steder i verden. På den måde at sikres det, at afsnittet ikke bygger på én person eller ét universitets holdninger eller metoder. Jalilian (1997) har udfærdiget en Ph.d. afhandling omhandlende motorer forsynet fra net med overtoner. Denne rapport er benyttet i stor udstrækning, da validiteten vurderes høj, i kraft af afhandlingens niveau. Jalilian har udfærdiget en anden rapport som Dansk Energi Analyse (2012 s. 28) også har brugt som kilde, hvilket øger troværdigheden af forfatteren. Der er benytte materiale fra ABS (2006), CENELEC (2010a; 2004), som er henholdsvis et klassificeringsselskab og en standardiseringsorganisation. Begge vurderes som meget troværdige kilder på grund af deres funktion. Materiale fra Dansk Industri Kompensering (2013) er anvendt i afsnittet omkring reduceret virkningsgrad. Virksomheden er forhandler af blandt andet aktive filtre, og har erfaring med installation af aktive filtre. Materialet derfra vurderes at være middel i kraft af manglende dokumentation, men er medtaget for at få fagfolks vurderinger og salgsargumenter. For at skabe forståelse for hvordan motorers virkningsgrad og levetid påvirkes af overtoner er der benyttet tekniske rapporter udarbejdet af Quispe, Gonzalez og Aguado (2004), Jalilzadeh et al (2007) og Gnacinskis (2007). Rapporternes validitet er som udgangspunkt vurderet middel. Hvor rapporterne er benyttet er gyldigheden derfor kommenteret. 45

47 Per Byskov har deltaget i interview, hvor emnet blandt andet var hvordan motorer reagerer på overtoner. Per Byskov er vurderet i afsnit 7.1. Denne vurdering er ikke ændret ved dette afsnit. Der er foretaget mailkorrespondance med Nicolaj Madsen fra Grundfos for finde svar på, hvordan producenter af motorer behandler garantien på motorer. Begge personers udsagn er vurderet højt i kraft af deres position. Det har været svært at få konkret materiale fra producenter af motorer, vedrørende motorers faktuelle immunitet overfor overharmoniske spændinger. Det er gentagende gange forsøgt at få materiale herom fra flere af de større producenter (ABB, Siemens, VEM samt Techtop) samt diverse forhandlere og stadig uden held. Grunden til at producenter og forhandlere blev kontaktet var, ønsket om at afdække, hvordan de anbefaler at dimensionerer og korrigerer for overharmoniske influens Øget varmeudvikling Der er i en Ph.d. afhandling udfærdiget af Alireza Jalilian (1997) beskrevet, hvor meget varmeeffekten øges, hvis en motor forsynes med en spænding indeholdende overharmoniske toner. Til forsøgene brugte Jalilian en harmonisk generator (HG) til at, som navnet antyder, generere harmoniske overtoner i motorens påtrykte spænding. Til at bestemme hvor meget ekstra varme effekt, der udvikledes i motoren, brugte Jalilian et dobbeltkamret kaloriemeter, hvor motoren var placeret i det ene kammer (Jalilian, 1997 s. 50). Forsøgsopstillingen ses på figur

48 Figur 11 - Skematisk opbygning af Jalilians dobbeltkamrede kalorimeter. Motor og generator arrangement (Alirezas Jalilian, 1997 s. 52) Grunden til, at Jalilian brugte et kaloriemeter i stedet for at måle akseleffekten direkte (mekanisk måling) og den elektriske tilførte effekt, er, at virkningsgraden på motoren er tæt på 0,9. Dette betyder, at selv relativt små måleusikkerheder vil resultere i relativt store udsving i virkningsgraden og dermed den afgivne varmeeffekt. Derfor anbefalede IEC at bruge kaloriemeter ved beregning af tab på større motorer (Jalilian, 1997 s. 37). Jalilian foretog målinger på en driftsvarm motor, da han observerede, at motorens resistans ændrede sig i takt med, at motoren blev varmere, hvorfor han lod motoren være i drift i tre timer, inden målinger blev foretaget. Efter tre timers drift ændrede resistansen sig praktisk talt ikke mere, og den relativt lille ændring, der var i resistansen efter tre timers drift, mente han, var på grund af variationer i den påtrykte spændingen (Jalilian, 1997 ss ). Hele forsøgsopstillingen er beskrevet meget godt og er veldokumenteret. Der er taget stilling til mange af de usikkerheder, der var ved forsøget. Det er blandt andet kompenseret for både spændingsændringer, luftfugtigheden og temperaturforskelle i ind- og udblæsningsrøret samt for det ekstra effekttab, der er i forbindelse med akseltætningen igennem kammerets væg mellem motor og generator (Jalilian, 1997 s. 52). Det vurderes derfor, at forsøget kan gentages med de samme resultater med Jalilian, og dermed at forsøget er både valid og reliabelt. Det bør dog i den sammenhæng nævnes, at rapporten er fra Siden dengang er kravene for motorers virkningsgrader blevet strammet, hvorfor varmetabene i en motor måske ser 47

49 anderledes ud i dag. Det er derfor ikke sikkert, at motorerne, der er testet, kan sammenlignes direkte med de motorer, der anvendes i dag. Ved et forsøg med en 7,5kW motor ville Jalilian påvise, hvordan motorbelastning og den overharmoniske orden øger motorens effektoptag. I det laboratorium, hvori forsøget blev udført, var der en baggrundsforvrængning af spændingen (THDu) på cirka 2% (Jalilian 1997 s. 86). Den øgede varmeeffekt er derfor angivet i forhold til baggrundsforvrængningen på 2% THDu. Et udpluk af forsøgets resultater er vist herunder. 50% motorlast: 5. harmoniske 16,2% THDu gav 150W øget varmeeffekt 100% motorlast: 5. harmoniske 16,7% THDu gav 210W øget varmeeffekt 50% motorlast: 13. harmoniske 14,9% THDu gav 45W øget varmeeffekt 100% motorlast: 13. harmoniske 15% THDu gav 85W øget varmeeffekt (Jalilian, 1997 ss ) Forsøget påviste, at når motoren blev påtrykt en spænding indeholdende harmoniske overtoner, udviklede den mere varme, end hvis den var påtrykt en spænding med en tilnærmet ren sinusform. Samtidig kunne Jalilian konkludere, at overtonens frekvens var afgørende for varmeudviklingen i motoren. De frekvenser, der udviklede mest varme i motoren, var de lave frekvenser. Yderligere viste det sig, at varmetabet steg som følge af harmonisk spændingsforvrængning ved øget belastning (Jalilian, 1997 s. 100). Jalilian beskriver også, at jo større motorer er, jo mere immune er de over for overharmoniske spændinger. Dette skyldes, at forholdet mellem resistansen og induktansen i motoren ændres med motor størrelsen (Jalilian, 1997 s. 115). Dette underbygges af en rapport udfærdiget af Miloje Kostic (2012 s. 151). Denne rapport anvendes og beskrives nærmere i afsnit I rapporten giver Jalilian en formel til at beregne den øgede effekt afsat i motoren som varme som følge af overharmoniske spændinger. Denne formel bruger han som argument til at belyse, at THDu ikke er den korrekte enhed til grænseværdier for motorer. Han foreslår brugen af WTHD (Weighted Total Harmonic Distortion), hvor de lavere ordner vægtes højest til beregning af varmetabet (1997 s. 115) 48

50 WTHD = V n 2 n 0,8 (Jalilian, 1997 s. 115) Vn: enkelt toners effektivværdi delt med grundtonens effektivværdi n: de respektive overtoners ordner. Jalilian benytter motorens impedansforhold ved beregning af den afsatte effekt i motoren (Jalilian, 1997 ss ). Dette vil ikke blive beskrevet yderligere, da det er uden for denne rapports problemformulering. Jalilians afhandling benyttes derfor til at understege, at de laveste overtoner udvikler mest varme i motoren. Standarden DS/EN angiver mærkeværdier for motorer, hvori HVF bliver introduceret. HVF står for Harmonic Voltage Factor. Faktoren behandler i DS/EN overharmoniske spændinger med ordnerne fra og med to, op til og med 13. I faktoren er de harmoniske vægtet hovedsagligt i forhold til temperaturstigningen i viklingerne (CENELEC, 2004 s. 8). Det er dermed en vægtet faktor, hvor kun de laveste harmoniske overtoner vægtes, da faktoren ikke medtager ordner over den 13. Hvis der behandles trefasede motorer, vil de overtoner, der går op i tre, ikke blive taget med i HVF-faktoren. Standarden foreskriver, at motorer skal kunne fungere med HVF på 0,02 (2%) (CENELEC, 2010a s. 30). Motorer skal kunne holde til, at grænsen for HVF og en belastning med ikke-symmetrisk sekvenser optræder på samme tid uden at stige mere end cirka 10 C (CENELEC, 2010a ss ). Grænsen for de ikke-symmetriske sekvenser er som følger: negative sekvenser overstiger ikke de positive med mere end 1% i en lang periode og 1,5% i en kort periode, samtidig med at nul-sekvensen er 1% større end de positive sekvenser. De ikke-symmetriske sekvenser beskrives yderligere i afsnit Roterende elektriske maskiner - Del 1: Mærkedata og ydeevne 49

51 k HVF = u n 2 n=2 n [p. u] (CENELEC, 2010a s. 30) un: forholdet mellem den enkelte harmoniske tone og grundtonen n: harmonisk orden (ikke delelig med tre, ved trefasede motorer) k: den 13. orden Asynkronmotorer bliver varmere, når de udsættes for spændinger med et overharmonisk indhold, end hvis spændingen var rent sinusformet. Jalilian er enig med CENELEC i, at det er de laveste overharmoniske, der har den største påvirkning på motorer i forhold til varmeudviklingen. De eneste reelle forskelle i de to formler er, at den harmoniske ordens eksponent i Julilians formel er -0,8, hvor den i CENELECs er -1, samt Julilians formel medtager alle ordner, hvor CENELECs kun medregner op til den 13. orden Pulserende moment Et andet fænomen, der kan optræde i kraft af overharmonisk spændingsforvrængning, er pulserende moment. For at forstå dette fænomen skal de forskellige ordner, som de harmoniske overtoner består af, opdeles i negative, positive og nul-sekvenser; Negative sekvenser: n=3*k -1 (5, 11, 17 ) Positive sekvenser: n=3*k +1 (7, 13, 19 ) Nul sekvenser: n=3*k (3, 9, 15 ) (ABS, 2006 s. 37) n: ordenstallet (kun hele ulige tal) k: hele positive tal De positive sekvenser giver motoren et moment i samme retning som motoren. Modsat giver de negative sekvenser et negativt bidrag til motorens moment, idet de er imod rotorens omløbsretning. Nul-sekvenser giver intet bidrag til motorens moment og udvikler derfor kun 50

52 varme i motoren (ABS, 2006 s. 37; IEEE, 1993 s. 36). Det er især ved en kombination af positive og negative sekvenser, at pulserende moment kan give problemer. Ved summation af den 5. og 7. harmoniske danner de tilsammen et felt med en relativ hastighed på seks gange rotorhastigheden. Det vil sige, at de laver et 6. harmonisk felt (Sankaran, 2002 s. 103; IEEE, 1993 s. 36). Dette kan illustreres ved hjælp af figur 12. Figur harmonisk (grøn), 7. harmonisk (blå) og summation af 5. og 7 (rød) harmonisk (eget) Det fremgår tydeligt af figur 12, at summen af den 5. og 7. harmoniske vil lave store pulser i feltet, hvorfor momentet dermed også vil pulsere. Figuren viser også, at summen vil resultere i et 6. harmonisk felt (rød). I eksemplet har den 5. og den 7. samme værdi. Hvor meget en motor vil pulsere, er afhængig af størrelsen af de harmoniske spændinger og deres indbyrdes fasebeliggenhed. Der skal i forbindelse med pulserende moment rettes opmærksomhed mod det øgede lejeslid, der skabes grundet friktionsvarmen i lejerne (Jalilzadeh et al, 2007 s. 1) Reduceret levetid En af følgevirkningerne på øget varmeudvikling i viklingerne og friktionsvarme fra lejer er nedbrydning af viklingernes isolerende lak. Udfordringen består hermed i at bestemme, hvor meget temperaturen stiger i en motor, hvis spændingen indeholder overtoner. En rapport udfærdiget af P. Gnacinski (2007) omhandler temperaturstigning i motorer 51

53 forsynet fra spænding med overtoner. Gnacinski fremlægger matematiske beregningsmodeller, der kan benyttes til at beregne temperaturstigningen i en motor. Det kræver relativt mange informationer om motoren, for at disse beregninger kan udføres. Dette er uden for den rapports problemformulering. Dog måler og beregner Gnacinski, at de harmoniske spændingsforvrængninger med de laveste frekvenser er dem, der udvikler mest varme i motoren (Gnacinski, 2007 ss ), og er således enig med Jalilian og CENELEC i, at de laveste overtoner påvirker motoren mest. Det er forsøgt at finde mere uddybende materiale om den konkrete temperaturstigning gennem tekniske rapporter og information fra motorproducenter. Dette har ikke været muligt. Der kan derfor ikke laves nogen endegyldig konklusion på, hvor meget en motors temperatur stiger som følge af overtoner. Det er dog muligt at lave tilnærmelser omkring konsekvensen af temperaturstigningen. Jalilzadeh et al. (2007 s. 1) beskriver i rapporten, at alt efter klassen af motoren vil en temperaturstigning have forskellig indvirkning på levetiden. Ved en klasse F motor beskriver han, at en temperaturstigning på 12 C i viklingerne betyder en halvering af levetiden, hvorimod en temperaturstigning på henholdsvis 10 C og 8 C vil betyde en halvering i levetiden ved henholdsvis klasse B og E. Dette udsagn underbygges delvist af Per Byskov (2013 b.1.1.1), der under interviewet gav en tommelfingerregel, der siger: Hvis temperaturen på en motor stiger 10 C, falder levetiden til det halve. Hvorvidt der er evidens for dette, er uvist, men som tommelfingerregel kan den bruges, da det ikke falder langt fra rapporten udfærdiget af Jalilzadeh et al. I en mailkorrespondance med Nicolai Kjær Madsen fra Grundfos skrev han, at Grundfos motorer ikke er så følsomme over for temperaturstigninger, og at de ikke mener, at levetiden vil blive halveret ved en temperaturstigning på 10 C (Madsen, 2013 b.1.7.1). Grundfos standardmotorer er klasse B. ABS (2006 s. 122) angiver enslydende værdier med Per Byskovs tommelfingerregel. I figur 13 er det illustreret, hvordan levetiden for en motor gennemsnitlig reduceres i forhold til temperaturstigninger. Det bemærkes, at linjerne for de fire forskellige motorklasser er parallelle. Det vil med andre ord betyde, at der ikke er enighed om driftstimereducering i 52

54 forhold til temperaturstigningen, da de fire motorklasser i figur 13 halverer deres levetid ved en temperaturstigning på 10 C. Viklingsdriftstemperaturen er for klasserne; A: 105 C, E: 120 C, B: 130 C, F: 155 C, H: 180 C (ABB, 2008 s. 27) Figur 13 - Levetid som en funktion af temperatur. Motor klasse A, B, F og H (ABS, 2006 s. 122) I materiale fra Schneider Electric gives et bud på, hvor meget motorers levetid reduceres, når de er underlagt 10% THDu. 32.5% for single-phase machines 18% for three-phase machines (Schneider Electric, 2013d) Dette udsagn indeholder informationer, der resulterer i tvivl om, hvorvidt det er korrekt. For det første bruger Schneider Electric THDu til at beskrive, hvor meget motorers levetid reduceres, som efter Alireza Jalilians (1997) forsøg og CENELEC (2010a) anvisninger viser sig 53

55 ikke at være tilstrækkelig. Der skal som beskrevet benyttes en vægtet faktor til at bestemme påvirkningen af motorer. Yderligere generaliserer Schneider Electric ved at tage alle trefasede motorer under en kam, mens Jalilian beskriver, at jo større motor er, jo mere immune er de overharmoniske strømme (Jalililan, 1997 s. 115). Hvor meget en motors levetid reduceres ved en stigning i temperatur, er der flere bud på. Det vil under alle omstændigheder altid være motorfabrikanten, der er den rigtige at henvende sig til i denne sammenhæng (CENELEC, 2004 s. 8). I den forbindelse skal det nævnes, at de motorfabrikanter, der er taget kontakt til, enten ikke har svaret eller har svaret, at de ikke ville oplyse hverken metode eller generelle tal på, hvordan motorens levetid forringes som følge af overharmonisk spændingsforvrængning. Informationen fra Schneider Electric, hvor det nævnes, at 10% THDu vil reducere en trefaset motors levetid med 18%, er det mest konkrete bud på, hvor meget en motors levetid forringes uden at kende temperaturstigningen. Det skal bemærkes, at Schneider Electric ikke er fabrikant af asynkronmotorer, men sælger filtre til reducering af overtoner i denne sammenhæng. Derfor kan der fra Schneider Electrics side være ønske om at give et misvisende billede af, hvordan levetiden reduceres, og dermed indirekte bruge det som salgsargument for filtre eller andre produkter, hvor overtoner reduceres Reduceret virkningsgrad I litteraturen er det flere steder nævnt, at motorers virkningsgrad reduceres som følge af stigende overharmoniske spændinger. Der er dog flere måde at anskue dette på, og derfor præsenterer afsnittet nogle af de erfaringstal og beregningsmodeller, der er fundet i litteraturen. I rapporten Influence of Unbalanced and Waveform Voltage on the Performance Characteristics of Threephase Inductin Motors, af Quispe, Gonzalez og Aguado (2004 s. 3-4), beskrives reduktionen af virkningsgraden som en funktion af en derate-faktor fundet ud fra HVF samt den oprindelige virkningsgrad. Derate-faktoren findes ved hjælp af figur

56 Figur 14 Derating Factor som funktion af HVF. NEMA-modellen over derating af motorer (Quispe, Gonzalez, Aguado 2004 s. 3) Den korrigerede virkningsgrad kan beregnes ud fra nedenstående formel. DF 2 η c = 1 η + DF2 1 (Quispe, Gonzalez og Aguado, 2004 ss. 3-4) ηc: motorens korrigerede virkningsgrad η: motorens oplyste/oprindelige virkningsgrad DF: derate-faktoren beregnet efter NEMA-modellen. Et eksempel, som vil belyse formlen med en oplyst virkningsgrad på 0,9: Hvis spændingen indeholder 8% af den 5. harmoniske, 8% af den 7. harmoniske, 4% af den 11. harmoniske og 4% af den 13.harmoniske. THDu = 0, , , , = 12,6% HVF = 0, , , , = 0,05 Herved aflæses deratefaktoren til 0,92 ved hjælp af figur

57 Den korrigerede virkningsgrad er nu: 0,92 2 η c = = 0,88 1 0,9 + 0,922 1 Virkningsgraden reduceres ifølge denne formel 2 procentpoint ved en spænding med HVF= 0,05. Hvorvidt denne metode er brugbar til at finde IE motors korrigerede virkningsgrad på, er ikke verificeret af andre kilder. Formlen tjener dog det formål, uanset om den er brugbar eller ej, at den understreger, at virkningsgraden på motorer vil blive nedsat som følge af påvirkningen af overharmoniske spændinger. Denne formel er ikke set i anden litteratur, hvorfor det ikke umiddelbart anbefales at bruge den udover til illustration af førnævnte problematik. Hvordan motorers virkningsgrad påvirkes, beskrives og visualiseres også af Eaton. Dette ses på figur 15. Figur 15 - Reduktion af virkningsgrad som følge af THDu (Eaton, 2013b s. 2) Deraf ses, at virkningsgraden falder cirka 0,7 procentpoint ved en forøgelse af THDu fra 2,2 til 12,2%. Det er forsøgt at få dokumentation for, hvilke data denne graf er fremstillet af, men dette har ikke været muligt på trods af kontakt til både den danske og amerikanske afdeling hos Eaton. Der stilles derfor spørgsmålstegn ved grafens gyldighed. Det fremgår ej heller, om 56

58 grafen har lige stor anvendelighed ved lave som høje overtoner. Eatons materiale er i denne forbindelse udelukkende brugt til at understrege, at virkningsgraden falder som følge af overharmonisk spændingsforvrængning. Miloje Kostic (2012) har ligeledes forsøgt at beskrive motorers tab ved forsyning fra en spænding med overharmoniske toner. Kostic har udformet en beregningsmodel ud fra andre ingeniørers empiriske arbejde. Beregningerne omfatter de overharmoniske toner fra 5., 7., 11., 13. osv. op til den 35. overtone. Hver tone andrager en relativværdi på 5% af grundtonen. Kostics beregninger viser, at en 5 kw motor optager cirka 0,2% større effekt, end hvis den er underlagt en ren sinusformet spænding, hvor en 100kW motor kun optager cirka 0,12% større effekt (Kostic, 2012 s. 151). Dansk Industri Kompensering er sælger af aktive filtre til reduktion af overharmoniske forstyrrelser. De skriver på deres hjemmeside i forbindelse med information om aktive filtrer, at: Spændingsforvrængning forårsaget af harmoniske strømme giver anledning til dårlig virkningsgrad på især motor installationer. Der opstår øgede tab i alle El-apparater, når spændingen ikke leveres i ren sinus-form. Men, i særdeleshed øges motorers optagne effekt når disse forsynes fra et net med harmonisk spændingsforvrængning. Årsagen er at de negative harmoniske ( osv.) påvirker motoren med et modsat rettet drejefelt Typisk kan der opnås 3-10% kwh besparelse. (Dansk Industri Kompensering, 2013) Dansk Industri Kompensering siger ikke meget om, hvad de bygger ovenstående citat på. Kontakt til Dansk Industri Kompensering udløste ingen yderligere information i retning af, hvad de bygger de 3-10 procent energibesparelse på. Det gælder hverken metode, empiri eller beregning. Dansk Energi Analyse har undersøgt en 5,5kW motor, for de betydninger, det har for tabene, når den påtrykkes overharmonisk spænding. De fandt, at motorens tab voksede med 1-8% ved THDu på 7,66% (Dansk Energi Analyse, 2012 s. 22). Rapporten konkluderede, at jo mere motorer er belastet, jo større procentuel stigning i varmetabet er der i motorer som følge af overharmoniske spændinger (Dansk Energi Analyse, 2012 ss ). 57

59 8.2.6 Delkonklusion Elmotorer påvirkes af overharmoniske strømme, hvilket kommer af en forsyning fra en spænding indeholdende overtoner. Påvirkningen er negativ og resulterer i øget varmetab, pulserende moment, hvilket reducerer levetiden for motorer. Harmoniske strømme i motoren reducerer også virkningsgraden, som hovedsageligt kommer af de negative sekvenser der har modsatrettet moment af rotorens omløbsretning. Varmeudviklingen i motoren er afhængig af frekvensen. De laveste overtonefrekvenser udvikler mest varme i motoren. Dette er fundet i forsøg af Alireza Jalilian (1997). CENELEC foreskriver i DS/EN , at motorer skal fungere, når de forsynes fra en spænding med overtoner, hvilket udtrykkes i en faktor, HVF. Denne medtager overtoner fra 2. til 13. harmoniske. Faktoren (HVF) vægter de harmoniske i forhold til varmeudviklingen i motorens viklinger, så derved er CENELEC og Jalilian enige i, at de laveste frekvenser udvikler mest varme i motoren. Når en motor forsynes fra en spænding med overtoner er der risiko for, at de harmoniske strømme vil resultere i pulserende moment. Ved pulserende moment øges varmeudviklingen i lejerne. Ved øget varmeudvikling vil motorens driftstemperatur stige, hvis der ikke gøres noget for at øge afkølingen. Det er dog svært at bestemme temperaturstigningen uden at kende motorens impedansforhold. I DS/EN beskrives, at motorer når de forsynes fra en spænding med HVF=0,02 (2%) og indholdet af positive, negative og nulsekvenser overholdes bør temperaturstigningen ikke være mere end 10 C. Ved øget driftstemperatur reduceres motorens levetid. Hvor meget levetiden reduceres er der ikke et entydigt svar på, men en stigning på 10 C vil som tommelfingerregel halvere driftstimerne. I hvilken grad virkningsgraden for elmotorer reduceres ved optag af harmoniske strømme er tilmed svært at konkludere endeligt på. En opsummering på det fundne: Virkningsgraden reduceres med 2 procentpoint ved en spænding med HVF= 0,05 (THDu = 12,6%) Virkningsgraden falder cirka 0,7 procentpoint ved en forøgelse af THDu på 2,2 til 12,2%. 58

60 En 5 kw motor optager ved THDu på 17,3% cirka 0,2% større effekt, end hvis den er underlagt en ren sinusformet spænding, hvor en 100kW motor kun optager cirka 0,12% større effekt En 5,5kW motors tab voksede med 1-8% ved en THDu på 7,66% Det kan derfor konkluderes ud fra det fundne, at virkningsgradsreduktionen er forholdsvis beskeden da denne vil ligge omkring 1-2 procentpoint. 59

61 9 Er harmoniske forstyrrelser aktuelle? Dette afsnit forsøger at besvare, hvorvidt der er et reelt problem i Danmark med overharmoniske toner i lavspændingsinstallationer i forhold til motorer og beskyttelsesudstyr. For at afdække om der er et problem, er der indhentet grænseværdier fra en standard og producentanvisning. Derfor vil første del af afsnittet omhandle en udredning af grænseværdier, hvor der i den sidste del vil være sammenligninger mellem grænseværdier og målinger fra danske industriinstallationer. 9.1 Metode Første del af afsnittet bygger på DS/EN , generelle anbefalinger fra Schneider Electric samt konklusioner fra de to foregående afsnit, og 8.2.6, i rapporten omhandlende beskyttelsesudstyr og motorer. Schneider Electric er producent af meget, forskelligt elektrisk materiel, hvorfor deres anbefalinger vurderes relevante at inddrage. Der er foretaget mailkorrespondance med Daniel Olason for at undersøge, hvilke problematikker netselskaber kan stå overfor i forhold til overharmonisk forvrængning. Daniel Olason er projektingeniør hos Himmerlands Elforsyninger. Svarene fra Daniel Olason vurderes gyldige i kraft af hans arbejdsområde. Vurderingen af, om overharmoniske strømme og spændinger skaber eller kan skabe problemer i dansk industris lavspændingsinstallationer, bygger på interviews med personer fra virksomheder med forskellige fagområder samt en sammenholdning mellem målinger og anbefalede grænseniveauer. Under interviews er virksomhederne er blevet spurgt indtil deres erfaringer samt deres viden omkring overharmonisk forvrængning for at afdække, hvorvidt der er fokus på harmoniske overtoner fra deres side. Informanterne er: chefkonsulent Peter Hansen fra Dansk Energi, el-installatør Preben Nielsen fra Lomborg installationsforretning, elinstallatør og projektleder Henrik Dahl fra Dansk Miljø- & Energistyring samt sælger og rådgiver Bruno Nielsen fra Dansk Industri Kompensering. Det er fire meget forskellige informanter med meget forskellige arbejdsområder, der arbejder med henholdsvis elforsyning, installationsteknik, maskinanlæg og spændingskvalitet i elinstallationer. Udtalelser fra de fire personer vurderes valide, da det er informanternes personlige holdning 60

62 og opfattelse omkring overtoner, der er søgt i forbindelse med deres arbejdsområde i virksomhederne. Sammenligningen bygger på Schneider Electrics anbefalede grænseniveauer samt kompatibilitetsniveauer fra DS/EN og spændingskvalitetsmålinger på udvalgte virksomheders elinstallationer. Målingerne er foretaget af Dansk Energi Analyse (2009) og bruges til at give et billede af overtoneniveauer i dele af industrien. Der er i projektforløbet ikke fundet ressourcer til at foretage et ligeså omfattende måleprogram, hvorfor data fra Dansk Energi Analyse er brugt. Målingerne er foretaget på ti udvalgte virksomheder, hvor Dansk Energi Analyse vurderede, at der var tilsluttet en betydelig mængde motorer, hvoraf en større andel blev forsynet fra frekvensomformere (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 11). Tillagt de ti virksomheders måleresultater er der ydermere måleresultater fra tidligere målinger på andre virksomheder, som ikke er beskrevet yderligere. Det vurderes, selvom målingerne er foretaget for cirka fire år siden, at de stadig kan anvendes, idet de kun bruges til at illustrere et billede af, hvordan niveauet kan være i industrien. Dog kan niveauet over de sidste fire år have ændret sig, hvorfor målingerne ikke nødvendigvis afspejler niveauerne i dag. Det skal dog bemærkes, at virksomhederne ikke er repræsentative for dansk industri generelt, da installationerne er udvalgt i forhold til andel af motorer, som forsynes direkte og via frekvensomformere (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 21). Som opfølgning på målingerne er det lykkedes at få kontakt til Steen Møller fra Cheminova, som var en del af måleprogrammet. Steen Møller er uddannet stærkstrømsingeniør, og har været på Cheminova som ingeniør i flere år. Han er derfor en erfaren mand, med godt kendskab til driften på Cheminova. Steen møllers udtalelser er derfor vurderet valid. 9.2 Grænseværdier Kompatibilitetsniveau fra DS/EN Kompatibilitetsniveauerne i denne standard gælder for IPC (in-plant Point of Coupling) i industri og ikke-offentlige installationer i frekvensområdet 0 til 9 khz (CENELEC, 2002 s. 7). IPC er defineret som et elektrisk punkt i en installation tættest på en belastning, hvor anden tilslutning er mulig (CENELEC, 2002 s. 9). Installationen kan defineres ud fra tre kompatibilitetsklasser afhængig af miljøet. 61

63 De tre kompatibilitetsklasser er defineret som følger Klasse 1 gælder for beskyttede forsyninger med udstyr, som er meget følsom over for forstyrrelser f.eks. computere, elektronisk instrumentering. Forsyningen sker normalt gennem UPS. Klasse 2 gælder for niveauet i tilslutningspunktet og IPC i industrimiljø. Klasse 3 gælder kun for IPC i industrimiljø. Denne klasse finder for eksempel anvendelse, når en stor del af belastningen forsynes gennem convertere, eller store svejseapparater er i installationen. (CENELEC, 2002 s. 12) Den totale harmonisk forvrængning (THD) angives afhængig af klasserne. Klasse 1 angiver 5 %, Klasse 2 angiver 8 % og Klasse 3 angiver 10 % (CENELEC, 2002 s. 18). Derudover er der grænseværdier for de enkelte ordner både ikke-delelig med tre, delelig med tre og lige ordens. Niveauerne for disse fremgår af bilag. Standarden angiver THD, hvilket betyder, at grænserne er for både strøm- og spændingsniveauet. Dermed findes der standarder for, hvordan der kan opstilles krav om kompatibilitetsniveauer i industrien. Dette kan bruges som vejledning for, hvordan industrielle anlæg kan opbygges, således elektrisk materiel ikke påvirker hinanden negativt Producentanbefalinger Det er søgt at finde grænseværdier, som producenter og fagfolk generelt anbefaler som maksimum overtoneniveau. Dette gøres, da der i Stærkstrømsbekendtgørelsens afsnit 6 foreskrives, at elektrisk materiel skal anvendes i overensstemmelse med fabrikantanvisninger (Sikkerhedsstyrelsen, 2011a s. 128). Det har generelt kun været muligt hos Schneider at finde konkret og validt materiale vedrørende grænseværdier. 62

64 Beskyttelsesudstyr I afsnittet omhandlende overbelastningsbeskyttelsesudstyr fremgik det, at bi-metal-brydere i princippet er immune over for harmoniske strømme, hvorfor kun elektroniske maksimalafbryderes grænse vil fremgå. Resultat blev 5% THDu og 10% THDi. Lars Skovly fra Schneider Electric anviser, at niveauet for HPFI-afbrydere fra Schneider Electric har samme immunitetsgrænse som maksimalafbrydere; 5% THDu og 10%THDi (Skovly, 2013 b ) Motorer Ud fra afsnit blev det fundet, at europanormen DS/EN beskriver, at motorer skal bygges til at holde til HVF på 0,02 (2%). Derfor benyttes denne grænseværdi. Denne grænse angives også af Schneider Electric, som det fremgår af figur 16. Figur 16 - Uddrag fra Schneiders tabel - Grænseværdier for THDu og THDi (Schneider Electric, 2001 s. 14) Det tilføjes af Schneider Electric i et andet dokument, at spændingen i praksis ikke må indeholdende mere end 10% THDu ved forsyning af asynkronmotorer (Schneider Electric, 2013b) Generelle værdier Ud over figur 16 angiver Schneider Electric også generelle niveauer for THDu og THDi: Til og med 5 % THDu er der ingen risiko for funktionsfejl. Mellem 5 og 8 % THDu er der en betydelig risiko for funktionsfejl. Over 8 % THDu er der stor risiko for funktionsfejl. Det anbefales her, at harmoniske forstyrrelser undersøges nærmere, samt at der installeres anordninger til reducering. 63

65 I forhold til THDi angiver Schneider Electric, at Til og med 10 % er der ingen risiko for funktionsfejl. Mellem 10 og 50 % THDi er der betydelig risiko for funktionsfejl. Over 50 % THDi er der stor risiko for funktionsfejl, hvor det anbefales at reducere niveauet. (Schneider Electric, 2013c) I tabel 2 er grænseværdier fra DS/EN og producentanbefalinger vist. DS/EN Stage 1 Stage 2 Stage 3 Schneider Electric Motor HVF 2% THDu 10% Bryder THDi 10% THDu 5% Generelt THD 5% THD 8% THD 10% - Tabel 2 - Opsummering af grænseværdier for THDu og THDi (eget) Tabel 2 viser, at brydere måske er mere følsomme end motorer. Det bemærkes ved, at det kun er ved det laveste kompatibilitetsniveau Stage 1, som Schneider Electric anviser, at maksimalafbryder med elektronisk detektering kan installeres i. 9.3 Et billede af virkeligheden Om der er et problem i Danmark eller ej, er svært at svare på. Der er lavet interviews med fire forskellige typer virksomheder, der alle fire påpeger, at de ikke har set konkrete problemer med motorer og beskyttelsesudsyr i forbindelse med harmoniske overtoner. Peter Hansen fra Dansk Energi er kontaktet for at undersøge, om overtonegenerende 64

66 belastninger forringer spændingskvaliteten i en sådan grad, at det giver problemer i installationernes forsyningspunkter. Peter Hansen udtaler i interviewet: Mig bekendt har man ikke stødt på egentlige problemer endnu (med harmoniske forstyrrelser red.), men dermed ikke sagt at de aldrig kommer, for det gør de nok. (Hansen, 2013 b.1.8.1) Da Peter Hansen er chefkonsulent ved Dansk Energi med ansvar for spændingskvaliteten i leveringen, vurderes det, at han burde vide det, hvis der er problemer med harmoniske forstyrrelser. Som opfølgning på interviewet med Peter Hansen er der taget kontakt til netselskaber heriblandt Daniel Olason (2013) fra Himmerlands elforsyning. Daniel Olason forklarer, at de hos Himmerlands elforsyning har startet et projekt op, hvor de installeret Power Quality-målere i nettet, så de nøje kan følge med i blandt andet overtoner (Olason, 2013 b ). Det har ikke været muligt at få indsigt i disse måleresultater. Hverken Henrik Dahl fra DME eller Preben Nielsen fra Lomborg installationsforretning har oplevet konkrete eksempler på problemer med overharmonisk forvrængning (Nielsen, 2013 b 1.9.1; Dahl, 2013 b ). Dette repræsenterer dog på ingen måde branchen generelt, da det vil kræve en meget større undersøgelse. Men interviewene giver en indikation af, om de oplever problemer eller ej. Deres udtalelser kan måske forklares med manglende viden på det specifikke område. Hvis installatøren ikke har et billede af det overharmoniske indhold i installationen eller et forhold hertil, er det derfor svært et konkretisere problemet til harmoniske overtoner. Det kan derfor være, at både Lomborg Installationsforretning og DME rent faktisk har oplevet konkrete eksempler med harmoniske overtoner, men som de selv fortæller, har ingen af dem udstyr til at måle et eventuelt indhold af harmoniske overtoner (Nielsen, 2013b b.1.9.1; Dahl, ), og måske er området ikke blevet inddraget som en mulighed i en fejlfindingsproces. Den sidste virksomhed, Dansk Industri Kompensering, har oplevet, at komponenter og processer ikke fungerede, fordi der var overharmoniske forstyrrelser (Nielsen, 2013a b ). De havde dog ingen dokumenter på disse sager, som der kunne gives indsigt i. Det skal nævnes, at Dansk Industri Kompensering er forhandler af aktivfiltre, hvorfor deres udtalelse skal læses med forbehold. 65

67 9.3.1 Sammenligning med målinger Tabel 3 viser målinger fra Dansk Energi Analyse (2009 s. 12). Det observeres deri, at der er store forskelle i overtoneniveauet både i spænding og strøm i de forskellige installationer. Tabel 3 - Målinger på overtone niveauet i udvalgte virksomheder (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 12) Tabel 3 er opdelt med farvede felter, der beskriver, hvorvidt Dansk Energi Analyse mener, at der er et besparingspotentiale ved at reducere overtoneniveauet. Denne opdeling vil ikke blive behandlet yderligere i dette afsnit. Ud af tabel 3 kan der inddrages en sammenligning med kompatibilitetsniveauer fra EN (Tabel 2), idet målingerne er udført på industrielle anlæg typisk i hovedtavler og 66

68 transformerer. Det kan konkluderes, at langt størstedelen (38 ud af 44) af de pågældende installationer overstiger niveauet for klasse 3, som er 10% THD. I tabel 4 er der foretaget en sammenligning mellem de øvre grænser, som Schneider Electric anbefaler fra afsnit 9.2.2, med de 44 målinger, der er foretaget af Dansk Energi Analyse i tabel 3. Sammenligningen viser, at mange af installationerne overskrider anbefalingerne fra Schneider Electric. Det er kun seks af installationerne, hvor mindst én af anbefalingerne for THDu og THDi ikke er overskredet. Det skal i den sammenhæng nævnes, at det ikke vides, hvilke belastninger der var tilsluttet installationerne, og at det derfor kun er en sammenligning på værdier og ikke i forhold til det faktisk installerede materiel. Udstyr Grænseværdi fra Schneider Antal gode installationer Motorer HVF 2 % - Maksimalafbrydere og HPFI-afbrydere THDu 5 % 27 Maksimalafbrydere og HPFI-afbrydere THDi 10 % 6 THDu 7 % Tabel 4 - Anbefalede grænser fra Schneider, sammenholdt med målinger på 44 udvalgte installationer (eget) HVF-faktoren i installationerne kan ikke umiddelbart vurderes, idet der i tabellen kun angives total forvrængning og enkelttonemåling på den 5. orden. Der kan dog ud fra nogle begrundede antagelser gives et billede af installationernes HVF-værdi, fordi der er lavet enkeltone-måling på den 5. orden i strømmen. Det antages, at forholdet mellem (THDi) og (THDi 5. ordens) er det samme som (THDu) og (THDu 5. ordens). Det betyder, at der samtidig ikke tages hensyn til netimpedansens frekvensafhængighed. På den måde kan der gives et overslag på HVF faktoren kun beregnet på den 5. harmoniske. Resultatet på dette viser, at for 17 af installationerne var HVF-faktoren større end 2% 4, hvilket betyder, at der kan være problemer med motorer, som for eksempel kan resultere i forhøjet motortemperatur med reduceret levetid til følge i disse installationer. 4 Beregninger fremgår af bilag

69 Det er for at uddybe, hvorvidt der i installationerne har været problemer med overharmoniske strømme og spændinger taget kontakt til nogle af de virksomheder, hvor der er foretaget målinger. Steen Møller fra Cheminova forklarer, at de normalvis ikke har problemer med overtoner (Møller, 2013 b ). Det har ikke været muligt at få oplysninger fra flere af virksomhederne. En anden ting, som indikerer, at der kan være et problem, er, at blandt andre ABB og Danfoss sælger filtre til reduktion af harmoniske overtoner i Danmark. Det kan derfor i første omgang ud fra denne oplysning udledes, at der ude i installationerne bruges kræfter på at reducere overtoneniveauet. Det har ikke været muligt at få oplyst salgstal for aktive filtre fra hverken Danfoss eller ABB, som kunne give en indikation på omfanget af harmoniske forstyrrelser. De overharmoniske filtre kan blandt andet løse problemet med overharmoniske strømme, men flere af filtrene sælges også med andre funktioner såsom fasekompensering og belastningsfordeling (ABB, 2012 s. 4; Danfoss, 2012a s. 5). Det må i den sammenhæng antages, at køberen af et overharmonisk filter ikke køber et måske dyrere produkt, der kan fjerne overharmoniske strøm, hvis kunden kun skal have et fasekompenseringsanlæg. Derfor må det formodes, at der kan være problemer med overharmonisk forvrængning i Danmark, eftersom nogle tager hånd om at reducere det. Der hersker kun lille tvivl om, at der i nogen grad er problemer med overharmonisk forvrængning - eller modsat har producenterne af filtre til reduktion af overtoner rigtig gode sælgere. 9.4 Delkonklusion Det kan ud fra producenternes anbefalinger og DS/EN generelt konkluderes, at et niveau på 10% THDu og THDi er maksimalt for at minimere risikoen for skadelig påvirkning af elektrisk materiel. Hvis overbelastningsbeskyttelsen varetages af maksimalafbrydere med elektronisk strømdetektering, eller er der i installationen HPFI-afbrydere, bør niveauet være under 5% THDu. Grænseværdien for motorer er en HVF på 0,02 anbefales af Schneider Electric og angives i DS/EN Det er ikke lykkes at få oplyst grænseværdier fra nogle af de kontaktede motorproducenter. En sammenligning mellem Schneider Electrics anbefalede grænser og målinger fra Dansk Energi Analyse, viste, at 38 ud af 44 målinger oversteg kompatibilitetsniveauet på 10% THD 68

70 for klasse 3 i DS/EN , 17 af målingerne overskred HVF på 2% og 38 af målingerne overskred værdierne for maksimalafbrydere og HPFI-afbrydere. Det kan give en indikation på, at der kan være kompatibilitetsproblemer i nogle af de danske lavspændingsinstallationer. Det har dog ikke været muligt at finde konkrete eksempler fra blandt andre Preben Nielsen (2013b) og Henrik Dahl (2013). Peter Hansen (2013) fra Dansk Energi har ej heller kendskab til problemtikker dog er hans viden hovedsagligt relateret til installationernes forsyningspunkt. Det er derfor svært at konkludere, om der er et decideret problem, da det har været svært at finde praktiske eksempler med motorer og beskyttelsesudstyr. Men ud fra anbefalede grænseværdier kan det konkluderes, at der kan være kompatibilitetsproblemer. 69

71 10 Hvem har ansvaret? Afsnittet undersøger og forsøger at besvare, hvem der har ansvaret for de konsekvenser ulineære belastninger kan skabe med hensyn til forringelse af spændingskvaliteten i forsyningspunktet og elinstallationen Metode Metoden i afsnittet bygger på information fra Dansk Energi, producenter og fagfolk, lovgivning fra direktiver, vejledninger og anbefalinger fra standarder samt interview med Peter Hansen fra Dansk Energi. Fra Dansk Energi er Fællesregulativet, Netbenyttelsesaftale samt DEFU rekommandation 16 benyttet. Dansk Energi er udgiver af dette materiale, og er interesseorganisation for netselskaberne. Derfor stilles der ikke spørgsmål ved materialets egnethed og gyldighed da nyeste versioner er benyttet. Netbenyttelsesaftalen som anvendes i denne rapport er kommenteret af Dansk Energi. Kommentarerne uddyber og øger forståelsen for bestemmelser. Gyldigheden af kommentarerne vurderes som værende på højde med bestemmelserne i Netbenyttelsesaftalen. Der er anvendt standarder omkring EMC i forhold til emission fra elektrisk udstyr og kompatibilitetsniveauer i industrielle miljøer. Der er på Dansk Standards hjemmeside blevet kontrolleret, at disse er gældende. Materialet er gældende, og der stilles ikke spørgsmålstegn til indholdets gyldighed. I forbindelse med strømemission fra elektrisk udstyr er der to standarder der kan anvendes. Dette gælder DS/IEC og DS/EN som omhandler henholdsvis elektrisk udstyr med mærkestrøm større end 16A og elektrisk udstyr med mærkestrøm større end 16A og lavere end 75A. For at afklare hvilken standard der er relevant for denne rapport er der taget kontakt til Per Crety fra Dansk Standard. DS/EN benyttes kun, hvor netselskabet accepterer større overharmonisk strømemission. Derfor anbefalede Per Crety at benytte DS/IEC til denne rapport (Crety, 2013 b.1.6.1). 5 Grænseværdier for emission af harmoniske strømme i lavspændingsstrømforsyningssystemer fra udstyr med mærkestrøm større end 16 A 6 Grænseværdier for udsendelse af harmoniske strømme (udstyrets strømforbrug op til og inklusive 16 A per fase 70

72 Til afsnittet omkring spændingskvalitet der foretaget et interview med Peter Hansen fra Dansk Energi. Peter Hansen er uddannet civilingeniør, og er chefkonsulent i Dansk Energi med en del af ansvaret for kvaliteten i elforsyningen. Interviewet med Peter Hansen foregik telefonisk. Peter Hansen vurderes meget troværdig ud fra uddannelse og arbejdsområde, samt at han under interviewet fremstod som særdeles kompetent i området med sikre formuleringer Spændingskvalitet i forsyningspunktet I forbindelse med tilslutning til elnettet, og ved arbejde på netkundens elinstallationer, skal den autoriserede elinstallatør følge Fællesregulativet. Dette står beskrevet i Netbenyttelsesaftalen (Dansk Energi, 2013 s. 4). Fællesregulativet indeholder blandt andet bestemmelser, som har til formål at sikre, at spændingskvaliteten ikke forringes. I Fællesregulativet beskrives: Elektriske brugsgenstande og elektrisk materiel må ikke forvolde skade eller overbelastning på netselskabets forsyningsanlæg eller måleapparater, ligesom utilladelige forstyrrelser ikke må påføres andre installationer. (DONG, 2011 s. 7) Den autoriserede elinstallatør har derfor ansvar for, da han skal følge fællesregulativet, at der på andre installationer ikke påføres utilladelige forstyrrelser. Grænseværdierne for utilladelige forstyrrelser er ikke nævnt i Fællesregulativet, men denne foreskriver derimod en sum af mærkeeffekter af spændingsforvrængende belastninger, som en elinstallation må indeholde inden det, i følge Fællesregulativet, kan give anledning til forringelse af spændingskvaliteten. Dette fremgår af tabel 5. 71

73 Tilslutning Sum af mærkeeffekter 1-fasede belastninger 3-fasede belastninger 1-fase 1 kva 3-faser uden nul 5 kva 3-faser med nul 2 kva 2 kva Tabel 5 - Sum af mærkeeffekter (DONG, 2011 s. 9) Den autoriserede elinstallatørs ansvar er derfor at vurdere ud fra tabel 5, hvorvidt de tilsluttede belastninger i elinstallationen kan give anledning til spændingskvalitetsforringelse. Den autoriserede elinstallatør skal endvidere altid fremsende tilmelding af brugsgenstande, hvis der er tvivl om, hvorvidt en brugsgenstand kan medføre utilfredsstillende spændingskvalitet (DONG, 2011 s. 7). Derved kan den autoriserede elinstallatør opfylde ansvaret, og på den måde er det netselskabet der afgør, hvorvidt brugsgenstanden kan skabe utilladelige forstyrrelser. Ejer/bruger af installationen har dog også et ansvar, da denne har mulighed for at tilslutte overtonegenerende belastninger til stikkontakten, som derved kan forringe spændingskvaliteten. Netkunden underskriver ved tilslutning til nettet en netbenyttelsesaftale. Dansk Energi har kommenteret den gældende version af Netbenyttelsesaftalen. Det fremgår i en kommentar deri, at netvirksomhederne bør anvende DEFUs rekommandationer vedrørende spændingskvalitet som retningsgivende til bedømmelse af, hvad der er væsentlige gener for andre netkunder (Dansk Energi, 2013 s. 16). DEFU rekommandation 16 angiver sammen med DS/EN 50160, hvilken spændingskvalitet i lavspændingsnettet netvirksomhederne bør leverer. Det skal bemærkes, at DS/EN er en produktstandard for produktet elektricitet og ikke en kravnorm. DS/EN og DEFU rekommandation 16 angiver nøjagtig de samme værdier med hensyn til harmoniske overtoner i lavspændingsnettet (CENELEC, 2010b s. 13; Dansk Energi Forskning og Udvikling, 2011 ss. 7-8). Spændingskvaliteten med hensyn til overharmonisk spændingsforvrængning fremgår af bilag

74 Som køber af elektricitet kan man ikke nødvendigvis kræve, at forsyningspunktet ikke overskrider disse værdier ved normal drift, hvad enten det er for enkelte harmoniske overtoner eller den totale harmoniske spændingsforvrængning, da der er tale om en anbefaling (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 8) Det skal påpeges, at værdierne ikke må udnyttes som grænseværdier for den enkelte kundes emission, men skal betragtes som en sum af flere kunders forurening (Dansk Energi Forskning og Udvikling, 2011 s. 3). I det tilfælde, hvor en netkunde har mistanke om for lav spændingskvalitet i forsyningspunktet, kan netkunden kontakte netselskabet, som derved vil konstatere, om spændingskvaliteten er inden for grænseværdier angivet i DEFU rekommandation 16. Er grænseværdierne overskredet kan netselskabet kræve, at netkunderne nedbringer niveauet. Dette underskriver netkunden på i netbenyttelsesaftalen, som det fremgår af uddraget: En netkunde, der har brugsgenstande, som alene eller sammen med andre netkunders installationer giver væsentlige og uacceptable forstyrrelser på forsyningsnettet, er forpligtet til at afhjælpe disse forstyrrelser eller at betale netvirksomhedens omkostninger ved afhjælpningen. (Dansk Energi, 2013 s. 15) Efter samtale med Peter Hansen fra Dansk Energi (Hansen, 2013) er der skabt større forståelse for hvordan netkunden er forpligtet til at afhjælpe forstyrrelser. Hvis man overholder DEFU rekommandation 16 og standarden (DS/EN red.), så har man sådan set gjort, hvad man skulle. [ ] hvis de begge to (netkunderne red.) overholder grænseværdierne, men summen af forstyrrelserne ikke overholder grænseværdierne et tredje sted i nettet, eksempelvis, så har man juridisk ikke taget stilling til, hvordan man skal fordele den der straf eller byrde. [ ] på et eller andet tidspunkt skal man ud og pålægge kunderne nogle ændringer, eller forstærke elnettet. Det er så der man siger, at det ikke er rimeligt, at den sidst tilkomne kunde - som får bægeret til at flyde over - skal pålægges hele udgiften. (Hansen, 2013 b.1.8.1) 73

75 Det fremgår af denne udtalelse, at der ikke er juridiske klare retningslinjer for, hvem der bliver pålagt omkostningen til ændringen, eller hvordan denne skal fordeles, og således heller ikke, hvordan ansvaret fordeles for den forringede spændingskvalitet Spændingskvaliteten i elinstallationen Ved installation af overtonegenererende belastninger kan spændingskvaliteten i installationen forringes. Selvom grænseværdierne i forsyningspunktet er overholdt, kan den overharmoniske spændingsforvrængning i installationen stige, da en stigning i impedansen medfører yderligere spændingsforvrængning. Dette kan medføre konsekvenser som beskrevet i afsnit 8. Men hvem har ansvaret for disse konsekvenser - er det bruger/ejer af installationen, den autoriserede el-installatør eller fabrikanten af elektrisk udstyr? Den autoriserede elinstallatør skal i lavspændingsinstallationer følge Strækstrømbekendtgørelsens afsnit 6. I kapitel fremgår det: Medmindre der er truffet andre egnede forholdsregler i forbindelse med udførelsen af installationen, skal alt materiel vælges således, at det under normal drift, herunder ind- og udkoblinger, ikke kan medføre skadelige påvirkninger på andet materiel eller på strømforsyningen. (Sikkerhedsstyrelsen, 2011 s. 129) Deraf ses at materiel ikke må have skadelig påvirkning på andet materiel, som for eksempel overtonegenerende belastninger kan have. Og dermed har den autoriserede el-installatør også ansvaret for at installeret udstyr ikke påvirker andet materiel skadeligt. Den autoriserede el-installatør kan dog ikke drages til ansvar for, at materiel tilsluttet af ejer/bruger af installationen påvirker andet materiel skadeligt eksempelvis overtonegenerende udstyr tilsluttet ved stikkontakter. Spørgsmålet er så, hvordan den autoriserede el-installatør kan sikre, at andet materiel ikke påvirkes skadeligt. Som det fremgik af afsnit angiver standarden DS/EN tre kompatibilitetsniveauer, hvormed disse kunne benyttes af den autoriserede el-installatør til at sikre kompatibilitet. Af samme afsnit blev der også fundet, at motorer bør forsynes med en spænding, hvor HVF er under 0,02 og for elektroniske maksimalafbrydere bør THDu være under 5%. Der er derfor ikke et generelt overtoneniveau den autoriserede el-installatør kan anvende for at sikre kompatibilitet, da dette afhænger af det installerede materiel. 74

76 10.4 Fabrikanten af elektrisk udstyr Lavspændingsdirektivet og EMC-direktivet udstikker krav om brug af CE-mærkning samt brug af overensstemmelseserklæring (Den Europæiske Unions Tidende, 2004 s. 25; Den Europæiske Unions Tidende, 2006 s. 12). Overensstemmelseserklæringen er fabrikantens dokumentation til myndighederne om, at produktet lovligt kan markedsføres lovligt inden for Europa (Sikkerhedsstyrelsen, 2009). CE-mærkningen er en nøgleindikator for at produktet overholder EU-lovgivningen, herunder at det overholder krav i de pågældende direktiver (Sikkerhedsstyrelsen, 2013b). Sluttes flere delelementer sammen til én enhed, eller ændres en maskine af den autoriserede elinstallatør, påtager elinstallatøren sig titlen som maskinfabrikant, og derved også det medfølgende ansvar for udfærdigelse af overensstemmelseserklæring og CE-mærkning (Sikkerhedsstyrelsen, 2011b). En ændring af en maskine kan eksempelvis være at tilslutte en frekvensomformer foran en motor eller at ændre funktionen på maskinen Strømemission fra elektrisk udstyr Fabrikanten skal ved konstruktion af sit produkt sikre sig, at den overholder kravet til elektromagnetisk kompatibilitet. Dette fremgår af EMC-direktivet punkt 14: Fabrikanter bør konstruere udstyr, der er bestemt til at blive tilsluttet netværk, på en måde, der forhindrer en uacceptabel forringelse af netværkets ydelse, når det anvendes under normale driftsforhold. (Den Europæiske Unions Tidende, 2004 s. 2) Her er der blandt andre to standarder, som fabrikanten kan forholde sig til for at opfylde dette krav; DS/EN og DS/IEC som gælder henholdsvis op til og inklusiv udstyr med mærkestrøm på 16 A og udstyr med mærkestrømme større end 16 A. DS/EN angiver grænseværdier for, hvor meget apparater, der optager op til og med 16 ampere per fase, må emittere af overharmoniske strømme. Grænseværdierne for udstyr indbefattet af denne standard er inddelt i klasser. Inddelingen og emissionsniveauet fremgår af bilag Grænseværdier for udsendelse af harmoniske strømme (udstyrets strømforbrug op til og inklusive 16 A per fase) 75

77 DS/IEC omfatter udstyr, med en mærkestrøm større end 16 A. Den omfatter ikke eksempelvis frekvensomformere alene, men af hele maskinen, som frekvensomformere naturligvis kan være en del af. Det betyder, at en frekvensreguleret ventilator, dækker ventilatoren i sin helhed (IEC, 1999 s. 4). I denne norm bliver nettets relative stivhed taget i betragtning, idet normen definerer et kortslutningsforhold (short-circuit ratio), som er forholdet mellem nettets kortslutningseffekt i forsyningspunktet og udstyrets effekt (IEC, 1999 ss ). Derved kan udstyr emittere mere, hvis den relative impedans er lav. Producenten skal derfor specificere, hvilket net maskinen som minimum skal installeres i (IEC, 1999 s. 12). Denne specificering kan ses i bilag Det fremgår heraf, at maskinfabrikanten skal følge EMC-direktivet, såfremt den ønskes solgt inden for EU. En måde at overholde denne på, er at anvende og følge standarderne DS/EN og DS/EN På denne måde kan fabrikanten af elektrisk udstyr, herunder maskinfabrikanten, overholde sin del af ansvaret for kompatibilitet Delkonklusion I forhold til ansvar i forsyningspunktet kan det konkluderes, at den autoriserede installatør har ansvar for spændingskvaliteten på den måde, at han skal kontakte netselskabet, hvis effektstørrelsen af overtonegenerende belastninger overstiger værdierne i fællesregulativet. Den autoriserede elinstallatør skal altid tilmelde en brugsgenstand, hvis der er tvivl omkring, hvorvidt denne kan medføre forstyrrelser som beskrevet i fællesregulativet. Netkunden har dog også selv et ansvar, da denne har mulighed for at tilslutte overtonegenerende belastninger til stikkontakter, og på den måde bidrage til forringelse af spændingskvaliteten. Hvis spændingskvaliteten i forsyningspunktet ikke lever op til grænseværdierne angivet i DEFU rekommandation 16, kan netselskabet pålægge netkunden/netkunderne omkostningerne til forbedring af nettet eller omkostning til reduktion af overharmoniske strømme i installationen, hvorved netkunden har ansvar for spændingskvaliteten i forsyningspunktet. Ansvaret for spændingskvaliteten i forsyningspunktet deles derfor primært mellem 8 Grænseværdier for emission af harmoniske strømme i lavspændingsstrømforsyningssystemer fra udstyr med mærkestrøm større end 16 A 76

78 bruger/ejer og netselskabet, og sekundært har den autorisede ansvaret for at indhente tilslutningstilladelse til overtonegenerende belastninger. Fabrikanten af elektrisk udstyr skal opfylde kravene til elektromagnetisk kompatibilitet i EMC-direktivet. Det er producentens ansvar at beskrive, i henhold til DS/IEC (over 16 A), hvilke krav der er til installationen i forhold til kortslutningsforholdet. Hvis kunden/installatøren ikke er lydhør over for producentens anvisning, og derved opstiller maskinen i et svagere net end angivet af fabrikanten, er fabrikantens anvisning ikke fulgt. Dermed kan fabrikanten ikke drages til ansvar for dette. Det er derfor den autoriserede installatørs opgave og ansvar at indhente oplysninger omkring kortslutningsniveauet i forsyningspunktet og derefter kontrollere, om udstyret må installeres i installationen. 77

79 11 Kompatibilitet i installationer Dette afsnit omhandler metoder til, hvordan der kan opnås kompatibilitet for det elektriske udstyr i installationen. Dette behandles ved at beskrive, hvordan installationen kan opbygges ved at vælge det optimale materiel, samt hvordan overharmoniske strømme kan reduceres Metode Afsnittet bygger på information fra producenter af ensretterbelastninger og filtre. Der er yderligere inddraget tekniske rapporter, standarden DS/EN og interview med Per Byskov (2013). Materiale fra Schneider Electric og ABB, som er producenter af ensretterbelastninger, er brugt til information om opbygning af ensretterbelastninger og filtre og hvordan de derved begrænser emission. Disse informationer er sammenholdt med udtalelser af Per Byskov. Derved er producentinformationerne vurderet gyldig. Der er i afsnittet også brugt tekniske rapporter, som er brugt før i rapporten. Dette gælder for rapporten udfærdiget af Quispe, Gonzalez, Aguado (2004), som er vurderet i afsnit samt rapporten af Dansk Energi Analyse (2009) som er vurderet i afsnit 7.1. Begge vurderinger er stadig gældende Opbygning af installation En måde at håndtere de problemer der kan forekomme ved harmonisk forvrængning er at opbygge elinstallationen derefter. Dette kan gøres ved at rette fokus på kompatibilitetsniveauerne for det tilsluttede materiel. I industriinstallationer kan der laves opdelinger i installationerne således, at materiel med lavt kompatibilitetsniveau er adskilt fra materiel med højt kompatibilitetsniveau (CENELEC, 2002 s. 36). En sådan opdeling kan eventuelt ske med transformere med forskellige koblingscifre og koblinger (Y, D, Z). Hvorfor der kan opdeles med forskellige koblinger, fremgår af afsnit Derating af elmotorer For at skabe kompatibilitet for motorer kan det vælges at derate dem. Det betyder, at motorens fuldlastbelastning reduceres og derved ikke belastes 100%. På den måde hindres motoren i at blive for varm. Dette beskrives af Danfoss (1998 s. 135), men det beskrives ikke hvordan. 78

80 Den nordamerikanske standard NEMA beskriver, hvordan NEMA-motorer kan derates i forhold til HVF. NEMA har udfærdiget et skema, der beskriver derating-faktoren som en funktion af HVF. Derating-faktoren multipliceres derefter med motorens fuldlasteffekt, hvorved en ny reduceret fuldlasteffekt findes (Quispe, Gonzalez, Aguado 2004 s. 3; ABS, 2006 s. 38). NEMA-skemaet ses i figur 17. Figur 17 Derating Factor som funktion af HVF. NEMA-modellen over derating af motorer (Quispe, Gonzalez, Aguado 2004 s. 3) Det kan diskuteres, hvorvidt NEMA-modellen kan bruges til derating af IE motor. Det er forsøgt at få oplyst derating-faktorer fra flere af de store motorfabrikanter uden held. Ifølge adjunkt på Aarhus Maskinmesterskole Per Byskov kan NEMA-modellen også bruges på IE motorer. Dette begrundes med, at NEMA-modellen er relativ, samt NEMA og IEC motorer ikke afviger fra hinanden i konstruktionen i en sådan grad, at de ikke er sammenlignelige (Byskov, 2013 b.1.1.1). Det betyder dermed, at de problematikker, som ulineære belastninger kan skabe, ikke nødvendigvis bliver et problem i elinstallationen, hvis installationen og det installerede materiel kan tåle, hvad det kan blive udsat for Reduktion af harmoniske strømme og spændinger Fra afsnit 7.3 kendes betydningen af nettets impedans for overharmoniske spændinger. Det er derfor en løsning at sænke nettets samlede impedans, hvis der er problemer med overharmoniske spændinger. Det kan eksempelvis gøres ved udskiftning af transformer. 79

81 Transformers overførelseskarakteristik er afhængig af dens relative belastning, hvorfor THDu kan stige som funktion af en relativ øget belastning af transformeren, som beskrevet i afsnit Også det elektriske udstyr kan vælges, så overharmoniske forvrængning reduceres. Der vil i den næstkommende del blive belyst, metoder flere producenter af ensretterbelastninger bruger til at reducere overharmoniske strømme. Ved andre typer af belastninger kan emission af overharmoniske strømme reduceres på anden vis. Dette er ikke medtaget i rapporten Ensretterbelastning På figur 18 er vist et kredsskema af en trefaset ensretter med tilhørende spændings- og strømkurve. Figur 18 - trefaset ensretter (Schneider Electric, 1999 s. 9) Afhængig af ensretteres konfiguration af dæmpespoler og kondensatorer vil strømkurven ændre sig, og dermed kan indholdet af overtoner reduceres væsentligt (Byskov, 2013 b ; Lundquist, 2001 ss ). Dette fremgår af figur 19, hvor der i alle tre eksempler er en kondensator i mellemkredsen. Forskellen ligger i, om der findes en spole eller ej, og om den er placeret på AC eller DC siden. Som producent af ensretterkredse er man ikke begrænset til disse opstillinger. Tværtimod. 80

82 Figur 19 - Forskellige konfigurationer af ensrettere med dæmpespoler og kondensator med tilhørende strøm og spændingskurve (Schneider Electric, 1999b s. 30) I de to nederste eksempler er der en dæmpespole placeret henholdsvis før og efter indgangstrinnet. Spolen vil ændre strømtrækket og dermed det overharmoniske indhold i strømmen. Hvilken metode der er bedst, kan der umiddelbart ikke gives et entydigt svar på - måske en kombination. En anden faktor, som er betydende for indholdet af overtoner i strømmen, er antallet af pulser på ensretteren. For trefasede ensrettere kan der være 6, 12, 18 osv. som angiver antallet af halvledere i ensretterkredsen. Det ses på figur 20, at indholdet af harmoniske overtoner reduceres ved at benytte en 24-puls ensretter i forhold til at benytte en 6-puls. 81

83 Figur 20 - Strømtræk fra 6, 12 og 24 puls ensrettere (ABB drives, 2013 kap. 6 s. 21) En 12-puls ensretter består af to 6-puls ensrettere, som forsynes gennem en transformer, hvor der er én primærvikling og to sekundærviklinger, som er henholdsvis Y/Y og Y/D koblet. Derved skabes en faseforskydning på 30. Det bevirker, at nogle af de overharmoniske strømme vil være i modfase og derved udligne hinanden. I teorien vil en ensretter kun trække harmoniske strømme af ordenen startende fra p 1, hvor p angiver antallet af pulser i ensretteren. Derfor vil en 6-puls generere 5. og 7. harmoniske, en 12-puls 11. og 13. harmoniske og en 24-puls 23. og 25. harmoniske som de laveste overtoner (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 8). Det fremgår af figur 21, at det overharmoniske indhold af 5. og 7. harmoniske reduceres kraftigt ved at benytte en 12- eller 24-puls ensretter. Det skal bemærkes, at der dog stadig vil være 5. og 7. harmoniske overtoner i disse, selvom teorien modsiger dette. 82

84 Figur 21 - Harmonisk spektrum over 6, 12 og 24-puls ensretter (ABB drives, 2013 kap. 6 s. 22) Figur 21 angiver ikke et absolut niveau af harmoniske overtoner ved en given ensretter med et bestemt pulstal, da dette afhænger af mange faktorer. Figuren giver blot en indikering herom. Der skal gøres opmærksom på, at kilden til figur 20 og figur 21 er en producent af frekvensomformere. Da prisforskellen mellem 6 og 12 puls er væsentlig, kan der fra producentens side være ønske om at give læseren et fordrejet billede af overtoneindholdet ved de tre forskellige typer Filtre Hvis det ikke er muligt at opdele installationen eller vælge elektrisk materiel, således at overtonerne ikke er til gene i installationen, kan det vælges at installere filtre til reduktion af de overharmoniske strømme Passive resonansfiltre Et passivt resonansfilter består af en kobling mellem kondensatorer og spoler. Ønsket er at give koblingen en resonans frekvens med den harmoniske overtone, der skal elimineres. På figur 22 er en principtegning for et passivfilter illustreret. På figuren er kondensator og spole i serie, hvilket betyder, at ved resonansfrekvensen har passivfilteret en relativ lav impedans. Det er vigtigt i forbindelse med impedansen ved resonansfrekvensen, at den er lavere end netimpedansen. Hvis resonansimpedansen er lavere end netimpedansen, vil de overharmoniske strømme i større grad løbe igennem filteret i stedet for ud i nettet (ABB, 1999 s. 18). 83

85 Figur 22 - Principtegning af passiv filter (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 13) Ved dimensionering af et passivfilter skal der udvises forsigtighed vedrørende underdimensionering. Hvis det harmoniske indhold af strømmen stiger i den del af installationen, hvor passivfilteret er placeret, vil strømmen i filteret stige. Dette kan resultere i udkobling af det overbelastningsudstyr, der beskytter passivfilteret, hvorefter filteret ikke yder nogen reduktion af overtonen længere (ABB, 1999 s. 19). Det skal nævnes, at passivfilteret, som navnet antyder, er passivt, og dermed ingen styring eller regulering af dets effekt har. Passivfilteret kan derfor være en uheldig metode til at reduktion af overtoner ved eksempelvis frekvensomformere. Frekvensomformere har typisk en faseforskydning tæt på nul grader, hvorfor der risikeres overkompensering ved brug af passivfilter (Dansk Energi Analyse 2009 s. 13) Aktivfilteret Et aktivfilter fungerer på en helt andet anden måde end passivfilteret. Aktivfilteret fungerer ved kontinuerligt at analysere den strøm, hvor det overharmoniske indhold ønskes reduceret. Filteret generer en overharmonisk strøm i modfase af den målte overharmoniske strøm. På den måde udligner de to strømme hinanden, hvor resultatet er en tilnærmet ren sinus kurve kun bestående af grundtonen. Det bør nævnes, at resultatet ikke er en perfekt sinusform, men tæt på. På figur 23 er der vist en principskitse for ABB s aktivfiltres virkemåde. 84

86 Figur 23 - Illustration af ABBs aktivfilters virkemåde (ABB, 2012 s. 4) På figur 24 er målekredsen illustreret. Figuren viser, at der er en tilbageføring af måleresultatet, hvorfor der er en lukket målekreds. Aktivfilteret kan derved kontinuerligt regulere reduktionen af det overharmoniske indhold i målepunktet. Figur 24 - Aktivfilterets målesløjfe (ABB, 2012 s. 4) Flere producenter af aktive filtre har indbygget en funktion, der gør, at brugeren kan vælge kun at fjerne bestemte overharmoniske ordner. Derved har filteret større kapacitet til at fasekompensere og/eller udjævne asymmetri (ABB, 2012 s. 6). 85

87 11.4 Delkonklusion En installation kan opbygges, så der opnås kompatibilitet. Dette kan gøres ved at opdele det elektriske udstyr, så udstyr, der er mindre immun over for overtoner, adskilles fra udstyr, som er mere immun. Derved kan overtonegenerende belastninger tilsluttes i den af installationen, hvor udstyr har højt kompatibilitetsniveau. Der er også mulighed for at skabe kompatibilitet for motorer ved at derate dem. Dette kan gøres ved at benytte derate metoden NEMA. Er det ikke muligt at opdele installationen, eller er det ikke tilstrækkeligt, er der muligheder for at vælge materiel, der emitterer mindre end andet. Det kan være ved ensretterbelastninger, hvor kondensatorer og spoler kan ændre strømtrækket og dermed også de overharmoniske strømme. Der kan også vælges ensretter med flere pulser; 6, 12, 18, 24, hvormed især de laves overtonefrekvenser reduceres betydeligt. Er overtoneniveauet højere, end der kan tillades, og det elektriske udstyr ikke kan udskiftes til en type, der emitterer mindre, kan det vælges at installere enten passive eller aktive filtre. Det passive filter består af kondensatorer og spoler, mens det aktive filter er en aktiv enhed, der analyserer strømkurven og sender en strøm ud i modfase, så den reducerer de overharmoniske strømme. 86

88 12 Diskussion Dette afsnit diskuterer, hvorvidt der kan installeres aktive filtre med energireduktion som resultat Metode Afsnittet er opbygget på grundlag af mailkorrespondance med David Kølbæk fra Danfoss og Rasmus Theill fra ABB samt kommentarer fra Henning Højte Hansen. Herudover er Forundersøgelse af muligheder for energibesparelser i erhvervslivet ved reduktion af overharmoniske strømme (Dansk Energi Analyse, 2009) benyttet. Denne beskrives og vurderes i afsnit 7. Hvorfor Jonas M. Kehr fra ABB deltager i udarbejdelsen af denne rapport sammen med Dansk Energi Analyse, kunne være, fordi det var ABB, der havde størst erfaring inden for området på det tidspunkt. Det kunne for at højne gyldigheden af rapporten ønskes, at en sådan undersøgelse var uvildig uden indblanding fra en producent af udstyr til reduktion af overharmonisk strøm. Da rapporten er fra 2009, er der taget kontakt til Rasmus Theill fra ABB for at sikre, at ABBs synspunkter og erfaringer er opdateret. Rasmus Theill er Product manager og udtaler sig på vegne af ABB. Udtalelserne vurderes som gyldige, da Rasmus Theill besvarer spørgsmålene med erfaringer og med konkrete tal, hvorfor det vurderes, at de afspejler ABBs generelle holdning på området. Der er inddraget kommentarer fra Henning Højte Hansen (2013), som har deltaget i udarbejdelsen af rapporten fra Dansk Energi Analyse (2009), hvor han uddyber konklusionerne. Disse vurderes valide, da Henning Højte Hansen har deltaget i undersøgelsen og kommenterer både fordele og ulemper fundet i rapporten. David Kølbæk arbejder under Application Support hos Danfoss. David Kølbæk er kontaktet både telefonisk og per mail for at klarlægge Danfoss holdning til fordele og ulemper ved installation af filtre. David Kølbæk vurderes valid og troværdig ud fra især sikre formuleringer omkring emnet, samt at informationen, han gav, er modsat, hvad man ellers kunne forvente af en person, der ønsker at øge salget at filtre til reduktion af overharmoniske forstyrrelser. Ved at inddrage både ABB og Danfoss i dette afsnit kommer to synsvinkler omkring emnet, hvilket øger objektiviteten på trods af, at begge virksomheder producerer og sælger filtre, da holdninger og erfaringer er forskellige. 87

89 12.2 Nedbringelse af overharmonisk forvrængning Det kan af afsnit konkluderes, at en asynkronmotors virkningsgrad reduceres, hvis den udsættes for overharmoniske spændinger. Det er derfor ønskeligt at have en installation, hvor de harmoniske overtoner ikke er udtalte. Spørgsmålet er så, hvorvidt det er rentabelt at reducere det overharmoniske indhold i strømmen i forhold til energibesparelser. For at afdække dette spørgsmål har der været kontakt til både ABB og Danfoss, der begge er producenter af filtre til reduktion af harmoniske overtoner. En mailkorrespondance med David Kølbæk fra Danfoss afslørede, at Danfoss ikke sælger filtre på baggrund af energibesparelser. Dette fremgår af dette citat fra mailkorrespondancen: Ved at reducere den harmoniske forvrængning øges forsyningskvaliteten, og herved sikres blandt andet: øget oppetid, reduceret slid og skader på systemkomponenter mm.. Danfoss har i denne sammenhæng ingen erfaringer med eller dokumentation, der understøtter, at der kan opnås energibesparelser ved reduktion af den harmoniske forvrængning. I Danfoss sælger vi derfor ikke vores harmonisk reducerende produkter med henblik på energibesparelser. (Kølbæk, 2013 b ) Dermed tyder det på, at Danfoss ikke eller kun i ringe grad har erfaringer med, at reduktion af harmoniske overtoner giver energibesparelser. Dette kan yderligere bekræftes af Henning Højte Hansen, som har været med til at lave rapporten Harmoniske overtoners betydning for tabene i elmotorer (2012). Han udtaler omkring tab i motorer og energibesparelse: Og vi kan konkludere, at harmoniske overtoner på det niveau, der normalt forekommer i dansk industri, kun medfører små tab i elmotorerne. Gevinsten ved at benytte filtre er således ikke så meget energibesparelserne, da værdien af besparelserne er ret begrænset set i forhold til investeringen (Hansen, 2012) Der kan dog i branchen umiddelbart være uenighed om, hvorvidt reducering af overtoner vil give energibesparelser. I rapporten Forundersøgelse af mulighederne for energibesparelser i erhvervslivet ved reduktion af overharmoniske strømme fra Dansk Energi Analyse (2009) 88

90 fremgår det, at de i syv ud af syv tilfælde har observeret en energibesparelse ved at reducere de overharmoniske toner. I de syv forsøg blev reduktionen opnået ved brug af aktivfiltre. Tilbagebetalingstid blev estimeret til mellem et og tre år (Dansk Energi Analyse, 2009 ss ). Målingerne blev foretaget i eksisterende produktionsanlæg, hvor filteret blev koblet ind og ud og med et givent interval. Energioptaget af produktionsanlæggene kunne derefter sammenlignes med filteret slået til og fra. Resultaterne er derfor baseret på praktiske målinger, hvilket som udgangspunkt er godt, idet det afspejler virkeligheden, men kan være indbefattet af en del usikkerheder i forhold til kontrollerede laboratorietest En af de personer, der har været med til at udfærdige rapporten, er ansat ved ABB. Det er måske årsagen til dette citat i rapporten: Det er ABB s erfaring, at et aktivt filter kan resultere i væsentlige elbesparelser i installationer, hvor THDU er mindst 5-6%. (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 21) Yderligere skriver Rasmus Theill fra ABB i en mailkorrespondance omkring energibesparelse, at det ikke er utænkeligt, at der kan ligge besparelser omkring 5-10 procent i installationer med motorer og tung industri. Rasmus Theill tilføjer dog, at ABB ikke bruger energibesparelsen som det primære salgsargument, da de ikke kan beregne denne besparelse på forhånd (Theill, 2013 b ). Der er en væsentlig forskel i udmeldingen fra ABB og i udmeldingen fra Danfoss. Hvad denne forskel kan skyldes, er svært at sige. Måske er ABB s filtre mere energieffektive end Danfoss filtre. Det vides ikke og vil ikke blive belyst yderligere i denne rapport. Hvorvidt det er rentabelt at installere et filter med henblik på energireduktion, kan diskuteres. Der vil dog også være andre argumenter end de energiøkonomiske for at reducere de harmonisk overtoner. David Kølbæk fra Danfoss skriver blandet andet, at øget oppetid, reduceret slid og skader på systemkomponenter er nogle af fordelene ved at reducere overharmonisk strøm (Kølbæk, 2013 b ). Ligeledes gør ABB opmærksom på fordele ved reduktion af det overharmoniske niveau. Her nævnes nedsættelse af havarifrekvens, nedsættelse af uforklarlige nedbrud i anlæg og systemer samt forøget kapacitet for elektrisk udstyr (Dansk Energi Analyse, 2009 s. 21). Denne holdning deles af Henning Højte Hansen fra Balslev A/S, som udtaler: 89

91 Der er ingen tvivl om, at netkvaliteten forbedres, når de aktive filtre er installeret. Derved renses nettet for uønskede harmoniske, der fjernes støj, og levetiden for komponenterne hæves, hvilket er positive sideeffekter. (Hansen, 2012) Der er uenighed om, hvorvidt der kan opnås energibesparelser ved at reducere den overharmoniske forvrængning. David Kølbæk fra Danfoss og Henning Højte Hansen fra Balslev A/S mener ikke, at der kan opnås besparelser, hvorimod ABB er af en anden opfattelse. De er dog alle tre enige om, at ved reduktion af det overharmoniske niveau opnås fordele for anlægget i forhold til øget oppetid og længere levetid for komponenter. 90

92 13 Kritik af metode Dette afsnit beskriver, hvilke metodemæssige tiltag der kunne være taget under projektforløbet for at højne rapportens kvalitet. Dette er erfaringer, som er kommet ved tilbageblik på projektforløbet Interviews I kraft af forfatternes uddannelse og position er erfaringerne inden for interviewets kunst beskedne. Derfor var der en tydelig fremgang i håndteringen af informanter fra første til sidste interview. I begyndelsen af projektforløbet blev der ikke i samme grad stillet kritiske spørgsmål til den opnåede information. Længere fremme i projektforløbet begyndte der at opstå en fælles forståelse for vigtigheden af opfølgende spørgsmål. Dette bemærkes ved eksempelvis mailkorrespondancen med Siemens support, hvor der gentagne gange er spurgt dybere ind til deres produkter (b. 1.3; b. 1.4; b. 1.5). Ligeledes har der været spørgsmål, som ikke er blevet besvaret, men som kunne have bidraget til større afklaring og bedre behandling af problemstillinger. Det gælder for eksempel mails og telefonsamtaler med fabrikanter af motorer. Her kunne der være stillet mere konkrete spørgsmål, og vigtigheden af at få et fyldestgørende svar kunne være udtrykt tydeligere Sekundærdata Den store mængde sekundærdata, som er brugt i rapporten, kan forvirrer læseren, idet det kan være svært at fastholde et overblik over hvilken kilde, der har beskrevet hvad. Det kunne derfor være ønskeligt for både forfattere og læsere, at der under projektforløbet var fundet litteratur af højere kvalitet med en bred og dybdegående teori vedrørende overharmoniske toner og dets betydning Empiri Det kunne i forbindelse med undersøgelsen af konsekvenserne for beskyttelsesudstyr og motorer udsat for overharmoniske strømme og spændinger selv at undersøge/teste/verificere disse konsekvenser. Det kunne i den kontekst være interessant at lave forsøg med temperaturstigning og ældning af motorers isolerende lak i forhold til 91

93 påvirkningen af overharmoniske strømme i viklingerne. En sådan test ville kræve en omfattende tidshorisont, som ikke var praktisk mulig i dette projektforløb, da det ville det kræve mange forsøg for at få valide data. Dette understreges af den uddybende forsøgsbeskrivelse og kendskab til, hvilke faktorer der påvirker temperaturen i afsnit 8.2. Et eller forsøg kunne være med til at øge forståelsen for, hvordan motorer påvirkes af overharmonisk forvrængning. En mulig test kunne være at teste/verificere maksimalafbryderes grænseværdier for THDi. Dette ville kræve en maksimalafbryder, en relativ stor belastning, hvor det overharmoniske strømoptag kunne reguleres trinløst og en Power Quality Analyser med log-funktion og spektralanalyse. Dette blev dog ikke gennemført, da tidsprioriteringen blev vægtet på dokumentation fra producenter samt at indhente tekniske rapporter, hvor disse test var lavet. Ligesom for motorer ville egne tests kunne bidrage til større forståelse for, hvordan maksimalafbrydere påvirkes af harmoniske overtoner. 92

94 14 Konklusion Overharmoniske strømme og spændinger kan skabe negative påvirkninger af drift- og sikkerhedsmæssig karakter. Elektroniske maksimalafbrydere kan give problemer med hensyn til fejldetektering af strømmen. Dette grunder i, at nogle typer udregner strømmens effektivværdi ud fra peakværdien med faktoren 2, hvilket kan have konsekvenser for eftersiddende installation, da strømkurven ved overharmoniske ikke er sinusformet, og derved gælder en fast faktor ikke. Maksimalafbrydere fra Schneider Electric med elektronisk detektering, som fremstilles i dag, inkorporerer overtoner op til den 15. harmoniske strøm ved detektering. Derfor er der kun risiko for fejldetektering, hvis strømmen indeholder overtoner over den 15. harmoniske. Overbelastningsbeskyttelsesudstyr bestående af smeltetråd eller bi-metal, herunder maksimalafbrydere med termisk detektering og automatsikringer, detekterer den sande effektivværdi af strømmen. For type A HPFI afbrydere vil udløsestrømmen stige, som følge af overharmoniske strømme. Dette kan medføre forringelse af beskyttelsen mod indirekte berøring. Derfor tilbyder producenter, Siemens og Hager, fejlstrømsafbrydere med høje immunitetsniveauer, til brug i installationer med overharmonisk forvrængning. Det har ikke været muligt at få viden om, ved hvilke overtoneniveauer producenterne anbefaler at skifte fra traditionelle HPFIafbrydere til typer med højt immunitets niveau. For yderligere information henvises til delkonklusionen i afsnit Elmotorer påvirkes negativt af overharmoniske spændinger. Overharmoniske spændinger resulterer i overharmoniske strømme i elmotoren, hvilket udmønter sig i forskellige følgevirkninger. Dette er blandt andet forøget varmeudvikling og pulserende moment, som kan øge motorens driftstemperatur, hvilket reducerer levetiden. Især de laveste overharmoniske strømme har stor betydning for varmeudviklingen. Størrelsen af elmotorerne har også betydning for varmeudviklingen - jo større elmotor, jo mindre påvirkes de af overtoner. Det gælder også, at elmotorens belastning har betydning for, hvordan varmeudviklingen i elmotoren som følge af overtoner. Ved stigende belastning stiger varmeudviklingen som følge af harmonisk forvrængning. 93

95 Hvor meget temperaturen i elmotorer stiger grundet harmoniske overtoner, har ikke været muligt at konkludere. Derimod kan det konkluderes, at en temperaturstigning på 10 C som tommelfingerregel halverer den elektriske levetid for elmotorer. Reduceret virkningsgrad er også en konsekvens for elmotorer udsat for harmoniske strømme. Dette kommer især af de negative sekvenser, som har momentet modsatrettet rotorens. Der kan ikke generelt konkluderes på, hvor meget virkningsgraden reduceres. Men det er fundet, at virkningsgraden reduceres omkring 1-2 procentpoint, ved en spændingsforvrængning mellem 7 og 17 procent THDu. For yderligere information omkring elmotorer henvises til delkonklusionen i afsnit For at opnå eller øge elektrisk kompatibilitet kan installationen opbygges derefter, så elektrisk udstyr med høj og lav immunitetsniveauer adskilles i installationen, eller der kan vælges elektrisk materiel, der emittere mindre. Dette kan eksempelvis være en 12 puls ensretter frem for en 6 puls. Derudover kan der installeres aktive og/eller passive filtre til at reducere indholdet af overharmoniske strømme i elektriske installationer, hvorved elektrisk udstyr i mindre grad bliver påvirket. For yderligere information om kompatibilitet henvises til delkonklusionen i afsnit Hvilke kompatibilitetsniveauer der kan anbefales er vanskeligt at give et korrekt svar på, da specifikt udstyr kan være mere følsomt end andet. Anbefalinger for motorer og beskyttelsesmateriel kunne lyde på et maksimal niveau på THDu 5%, THDi 10% og ved motorer en HVF 2%. Det er kun producenten selv, der kan give det rigtige svar i forhold til det enkelte produkt. På baggrund af målinger fra 2009 sammenholdt med ovenstående grænseniveauer for overtoner konkluderes det, at der flere steder i industrielle lavspændingsinstallationer, kan forekomme kompatibilitetsproblemer med overharmoniske strømme og spændinger. Det er svært at konkludere på, hvilken grad overtoner påvirker lavspændingsinstallationerne, da det ikke er lykkedes at finde konkrete eksempler, som relaterer til motorer og beskyttelsesudstyr. For yderligere information henvises til delkonklusionen i afsnit 9.4. Hvor ansvaret for kompatibilitet i lavspændingsinstallationen ligger, er afhængig af situationen. Netselskabet har som udgangspunkt ansvaret for at forsyningspunktet ikke 94

96 overskrider grænseværdierne fra DEFU rekommandation 16. Netselskabet kan kræve, at netkunden nedbringer niveauet af overharmonisk strøm, eller kan pålægge netkunden en del af omkostningerne for, at netselskabet nedbringer niveauet, hvis netselskabet mener, at netkunden støjer for meget. Den autoriserede el-installatør har ansvar for at søge tilladelse til installation af overtonegenerende udstyr, hvis mærkeeffekterne for overtonegenerende udstyr i installationen overskrider mærkeeffektværdier i Fællesregulativet. Ansvaret for at grænseværdier i forsyningspunktet ikke overskrides, og derigennem opnå kompatibilitet mellem flere installationer er dermed delt mellem netkunde, netselskab og den autoriserede elinstallatør. Som anvist i Stærkstrømbekendtgørelsens afsnit 6 har den autoriserede el-installatør endvidere ansvaret for at vælge elektrisk materiel, som ikke påvirker andet elektrisk materiel på en negativ måde. Ansvaret for kompatibilitet i installationen hviler også på ejeren/brugeren af installationen, da denne kan tilslutte overtonegenerende belastninger til stikkontakter. Fabrikanten af elektrisk udstyr har ansvaret for at overholde EMC-direktivet, hvis produktet skal markedsføres i Europa. En måde at overholde EMC-direktivet på, er ved at følge DS/EN og DS/IEC , der angiver grænseværdier for harmoniske strømme. For yderligere information herom henvises til afsnit

97 15 Perspektivering Der er flere ting der tyder på, at der i fremtiden vil blive tilsluttet flere og flere ulineære belastninger, som kommer af energiaftalen beskrevet i afsnit 4. Hvorvidt det vil resultere i et større niveau af overharmoniske strømme og spændinger, er svært at svare på. Vores stadigt voksende brug af underholdningsapparater, sparerpærer og diverse opladere taler for at niveauet stiger (DEFU, 2004 s. 44). Dette afhænger også af, hvilken spændingskvalitet netselskaber skal levere i fremtiden. Peter Hansen fra Dansk Energi udtaler i forbindelse med den forventede udvikling og grænseværdier for harmonisk forvrængning i forsyningspunktet: Det er svært at spå om udviklingen. Det afhænger af lovgivningen [ ]. Det handler jo om, hvilke krav der bliver stillet til produkterne; switch-mode, frekvensomformer og invertere. Man kan gøre kvaliteten af produkterne høje, og det har dermed en pris. Men alternativet er, at elnettet skal forstærkes, og det har jo også en pris. Vi (Dansk Energi red.) forventer at fastholde grænseværdierne. Men viser det sig, at de komponenter man kan lave i fremtiden er væsentlig bedre, ja så er det da ikke utænkeligt at grænseværdierne vil følge med. (Hansen, 2013) Det er dermed svært at udtale sig omkring fremtiden inden for dette område, da det afhænger af mange ting. Er netkunderne interesserede i at betale for at forbedre nettet, eller vil de selv reducere emissionen fra installationen? Skal produktstandarderne ændres, så den harmonisk strømemission reduceres derved, og dernæst kan eksempelvis rekommandation 16 revideres? Eller skal det være omvendt, så produktstandarderne ændres på grund af et lavere grænseniveau i forsyningspunktet? Som Peter Hansen udtaler: [ ] på nuværende tidspunkt er det sådan lidt en handel i porten med produktstandarderne man sætter nogle grænseværdier som skal overholdes, og så har man nogle emissionsgrænser. (Hansen, 2013) 96

98 Der blev i den forbindelse taget kontakt til Energinet.dk for at undersøge, hvorvidt de mener, at kravene i fremtiden vil blive strammere. Mht. de fremtidige krav til harmoniske det er umulig at udtale sig om hvad de fremtidige krav bliver da standarder udvikles i konsensus dvs. det ofte er laveste fællesnævner man benytter. Det som jeg forventer at man vil se, er lokale / nationale krav som vil være strengere end det der specificeres i EN Man skal også være opmærksom på at EN kun er en Europisk Norm og har dermed ikke gyldighed uden for EU. Den internationale standardisering som vil være gældende for området vil blive specificeret i IEC serien af standarder. (Johansen, 2013 b ) Det kan dermed tyde på, at branchen forventer, at der overtid vil komme en stramning enten til kravene i forsyningspunktet eller til fabrikanterne af elektrisk udstyr. Det skal nævnes, at det er Johansens personlige holdning der kommer til udtryk i dette citat. Der er god sammenhæng mellem Johansens personlige holdning og en DEFU rapport omkring den forventede udvikling af harmoniske spændinger i lavspændingsnettet (DEFU, 2004). Heri behandles hovedsagligt den forventede udvikling af overtoneemitterende apparater fra underholdningsbranchen (PC og fjernsyn), lavenergipærer og lysstofrør, og hvilken udvikling af overharmonisk spændingsforvrængning der kan forventes i forsyningspunktet. Fra blev der foretaget 673 målinger i forhold til den harmoniske spændingsforvrængning fordelt i by og opland (DEFU, 2004 s. 18). Ud fra det estimeres udviklingen af overtoneemitterende apparater og dermed spændingsforvrængning i forsyningspunktet beregnet med hensyntagen til udligning mellem apparaterne grundet apparaternes forskellige strømoptag. Udviklingen blev dengang estimeret frem til 2004 og Den forventede udvikling er sammenholdt med grænseværdier DS/EN I 2004 forventede DEFU, at 1,1 procent af forsyningspunkterne overskred grænseværdien for THDu og 2,5 procent overskred grænseværdien den 5. harmoniske overtone. I 2015 forventer DEFU, at 1,4 procent af forsyningspunkterne overskrider grænseværdien for THDu mens overskridelsen for den 5. harmoniske overtone ikke ændrer sig i forhold til 2004 (DEFU, 2004 s. 49). DEFU vurderer tilmed, at 95% fraktilen af måleserien vil opleve en THDu-stigning på 1-97

99 2 procent hvert tiende år (DEFU, 2004 s. 50). Denne udvikling understøttes af målinger fra udlandet fra 1980 erne og 1990 erne, hvor der hvert tiende år var en stigning af det harmoniske spændings indhold på 1% (DEFU, 2004 s. 52). Det må derfor summeres, at hvis de forventninger der er til stigningen af det harmoniske indhold i spændingen i forsyningspunkterne holdet stik, kan det medføre større problematikker i installationerne eksempelvis for motorer, hvis ikke ejer/bruger af installationen er opmærksom på en at øge kompatibiliteten i installationen eller motorfabrikanter øger immuniteten for motorer. 98

100 16 Bibliografi ABB drives, Technical guide book. [pdf] Tilgængelig via: < 0f0046ac22/$file/TechnicalGuideBook_EN_3AFE _RevG.pdf> [Tilgået ] ABB, Power quality filters - Active filtering guide [pdf] Tilgængelig via: < 256F2E00445C57/$File/2GCS401012A0070.pdf> [Tilgået ] ABB, Three-phase asynchronous motors [pdf] Tilgægelig via: < f301/$file/1SDC007106G0201.pdf> [tilgået ] ABB, Power Quality Filters PQFI PQFM PQFS Improving Power Quality for efficiency and reliability [pdf] Tilgængelig via: < /$file/2GCS304019A0070-PQF%20Pamphlet.pdf> [Tilgået ] ABS, Guidance notes on control of harmonics in electrical power systems. [pdf] Tilgængelig via: < &Guides/Current/150_CtrlofHarmonicsinElecPowerSystems/Pub150_ElHarmonics> [Tilgået ] Andersen, I., Den skinbarlige virkelighed - vidensproduktion i samfundsvidenskaberne. 5. udgave. Fredriksberg: Samfundslitteratur Berlingske, Energiaftale [pdf] Tilgængelig via: < 0c40bb4ea9e.pdf> [Tilgået ] Beer, F., Miniature Circuit Breakers. 5SY and 5SL [mailkorrespondance] Siemens Support ( ) 99

101 Byskov, P., 2013.Overharmoniske forstyrrelser. [Interview] Aarhus Maskinmesterskole ( ) CENELEC, DS/EN Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Del 2-4: Miljø - Kompatibilitetsniveauer i industrielle anlæg for lavfrekvente ledningsbårne forstyrrelser. 2.udgave. Bruxelle: European Committee for Electrotechnical Standardization CENELEC, DS/CLC/TS Roterende elektriske maskiner - Del 17: Kortslutningsmotorer, der forsynes fra konvertere - Vejledning i anvendelse. 1. udgave. Bruxelle: European Committee for Electrotechnical Standardization CENELEC, 2006a. DS/EN Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Del 3-2: Grænseværdier - Grænseværdier for udsendelse af harmoniske strømme (udstyrets strømforbrug op til og inklusive 16 A per fase). 2. Udgave Bruxelle: European Committee for Electrotechnical Standardization CENELEC, 2006b. DS/EN Lavspændingstavler - Del 1: Typetestede og delvist typetestede tavler. 3.udgave. Bruxelle: European Committee for Electrotechnical Standardization CENELEC, 2006c. DS/EN Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Del 3-12: Grænseværdier - Grænseværdier for harmoniske strømme produveret af udstyr forbundet til offentlige lavspændings forsyningsnet og med mærkestrøm > 16 A og < 75A per fase. 1. Udgave Bruxelle: European Committee for Electrotechnical Standardization CENELEC, 2010a. DS/EN Roterende elektriske maskiner - Del 1: Mærkedata og ydeevne, 4.udgave. Bruxelle: European Committee for Electrotechnical Standardization CENELEC, 2010b. EN Karakteristika for spændingen i offentlige elektricitetsforsyningsnet. Bruxelle: European Committee for Electrotechnical Standardization Crety, P., kontra [mailkorrespondance] Dansk Standard ( ) Dahl, H., Overharmoniske forstyrrelser. [Interview] Dansk Miljø- & Energistyring ( ) 100

102 Danfoss, Værd at vide om frekvensomformere. 1. udgave. New Century Schoolbook, DTP Danfoss, MCT 31 - Harmonic calculation tool. [online/download] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Danfoss, 2012a. VLT Advanced Active Filter [pdf] Tilgængelig via: < ures/uk/vltadvancedactivefilter/> [Tlgået ] Danfoss, 2012b. Design Guide - VLT HVAC Basic Drive FC101 [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Danfoss, Danfoss VLT drives. [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Danfoss, n.d. Danfoss HCS - Harmonic Calculation Software [online] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Dansk Energi Analyse og Viegand & Maagøe, Energibesparelser i erhvervslivet. [pdf] Tilgængelig via: < 0/energibesparelser-erhvervslivet/Energibesparelser%20i%20erhvervslivet-feb-2010.pdf> [Tilgået ] Dansk Energi Analyse, Forundersøgelse af mulighederne for energibesparelser i erhvervslivet ved reduktion af overharmoniske strømme. [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Dansk Energi Analyse, Harmoniske overtoners betydning for tabene i elmotorer. [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Dansk Energi Forskning og Udvikling, DEFU rekommandation udgave. [pdf] Tilgængelig via: 101

103 < [Tilgået ] Dansk Energi, Netbenyttelsesaftale. [pdf] Tilgængelig via: < _Nyt_site/EL/Off._tilgaengeligt_register/Registersager/Dansk_Energi/Netbenyttelsesaftale.pd f> [Tilgået ] Dansk Industri Kompensering, Aktiv filter [online] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Dansk Standard, DS/EN Maskinsikkerhed - Elektrisk udstyr på maskiner, Del 1: Generelle krav. 3.udgave. Esbjerg: Sikkerhedsstyrelsen. DEFU, Vejledning i tilslutning af overtonegenererende belastninger. 1. udgave. Lyngby: DEFU DEFU, Forventet udvikling i harmoniske spændinger i lavspændingsnet 1. udgave. Lyngby: DEFU Den Europæiske Unions Tidende, EUROPA-PARLAMENTETS OG RA DETS DIREKTIV 2004/108/EF (EMC-direktiv) [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Den Europæiske Unions Tidende, EUROPA-PARLAMENTETS OG RA DETS DIREKTIV 2006/95/EF (Lavspændingsdirektiv) [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] DONG, Fællesregulativet Tilslutning af elektriske installationer og brugsgenstande [pdf] Tilgængelig via: < tiv_2011.pdf> [Tilgået ] 102

104 Eaton, 2013a. Power distribution systems. [pdf] Tilgængelig via: < QFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.eaton.com%2Fecm%2Fidcplg%3FIdcService%3DGET_FI LE%26allowInterrupt%3D1%26RevisionSelectionMethod%3DLatestReleased%26Rendition %3DPrimary%26dDocName%3DTB E&ei=6kJ2UtShKYyQ4ATPs4H4Ag&usg=AFQjC NEJFalixffrMv9BZ0Wmsu7h_UrtVw&sig2=CXZIZoxnRMMxZyX0OVj1cg&bvm=bv ,d. bge> [Tilgået ] Eaton, 2013b. Clean power drive solutions to hamonic distorion [pdf] Tilgængelig via: < url=http%3a%2f%2fwww.eaton.com%2fecm%2fidcplg%3fidcservice%3dget_file%26a llowinterrupt%3d1%26revisionselectionmethod%3dlatestreleased%26rendition%3dpri mary%26ddocname%3dbr e&ei=4okpuro2girc4wt23oh4cg&usg=afqjcnewdv 7B7m3JpZ84nXpLvDcF4mZIYQ&sig2=WkNvVbKJ7SLNFIuSJfMkgQ&bvm=bv ,d.bGE > [Tilgået ] Energistyrelsen, n.d. Energisparepolitik [online] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Gnacinski, P., Prediction of windings temperature rise in induction motors supplied with distorted voltage [pdf]. Gdynia: Gdynia Maritime University Tilgængelig via: < [Tilgået ] Goesswein, G., Harmonics, current detection [mailkorrespondance] Siemens Support ( ) Hager, Residual Current Circuit Breakers (RCCBs) [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Hansen, H. H., Ny rapport: Elmotorer er robuste over for harmoniske forstyrrelser [online] Tilgængelig via: < ke_forstyrrelser#.upxexzhtsgz> [Tilgået ] 103

105 Hansen, P, Spændingskvalitet i forsyningspunktet [mailkorrespondance] Dansk Energi ( ] IEC, DS/IEC Elektromagnetiske kompatibilitet (EMC). Del 3-4: Grænseværdier for emission af harmoniske strømme i lavspændingsstrømforsyningssystemer fra udstyr med mærkestrøm større end 16 A. 1.udgave. Geneva: International Electrotechnical Commission IEEE, IEEE Std Recommended Practies and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers Tilgængelig via USB-nøgle < IEEE, IEEE Std Recommended Practies and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems.pdf > Jalilian, A., Calorimetric measurement of induction motor harmonic losses. [pdf] Wollongong: School of Electrical, Computer and Telecommunications Engineering, University of Wollongong Tilgængelig via:< [Tilgået ] Jalilzadeh S. et al Induction Motors Behavior Under Non Sinusoidal Voltage Supply Condition and Assessment of its Damages in Iran Network [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Johansen K, Harmoniske forstyrrelser [mailkorrespondance] Energinet.dk ( ) Kostic, M., Effects of Voltage Quality on Induction Motors Efficient Energy Usage.[pdf] Tilgængelig via: < Effects_of_voltage_quality_on_induction_motors_efficient_energy_usage.pdf> [Tilgået ] Kvale, S., Interview - En introduktion til det kvalitative forskningsinterview. 1. udgave. København: Hans Reitzels Forlag Kølbæk, D., Harmonisk Netforvrængning [mailkorrespondance] Danfoss ( ) Lundquist, J., Thesis On Harmonic Distortion In Power Systems. [pdf] Tilgængelig via:< -On%20Harmonic%20Distortion%20PS.pdf> [Tilgået ] 104

106 Madsen, N.K., Spørgsmål omkring garanti [mailkorrespondance] Grundfos ( ) Mirus, n.d. SOLV. Harmonic distortion calculator. [online] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Møller, S., Måleprogram, harmoniske overtoner [mailkorrespondance] Cheminova ( ) Nielsen, P., 2013b. Overharmoniske forstyrrelser. [Interview] Lomborg installations forretning ( ) Nielsen, B., 2013a. Spørgsmål til Dansk industri kompensering [mailkorrespondance] Dansk industri kompensering ( ) Olason, D., Harmoniske forstyrrelser [mailkorrespondance] Himmerlands Elforsyning ( ) Petersen, M., S, Overharmoniske forstyrrelser i elinstallationen. [mailkorrespondance] Rambøll ( ) Petersen, P. E., Elektricitet og magnetisme. 5. udgave. København: Bogfondens forlag A/S Petersen, P. E., Elektriske målinger, 4. udgave. Lyngby: Bogfondens forlag A/S Petersen, P. E., El-installationsmateriel, 4. udgave. Lyngby: Bogfondens forlag A/S Quispe, E., Gonzalez, G. og Aguado, J., Influence of Unbalanced and Waveform Voltage on the Performance Characteristics of Three phase Induction Motors [pdf] Cali: Universidad Autónoma de Occidente Tilgængelig via :< [Tilgået ] Rienecker, L. og Jørgensen, P. S., Den gode opgave. 3. udgave. Fredriksberg: Samfundsliteratur Sankaran, C., 2002., Power Quality. New York: CRC Press 105

107 Schneider Electric, LV circuit-breakers confronted with harmonic, transient and cyclic currents [pdf]. Tilgængelig via:< [Tilgået ] Schneider Electric, 1999a. Harmonic disturbances in networks, and their treatment. [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Schneider Electric, 1999b. Active harmonic conditioners and unity power factor rectifiers [pdf] Tilgængelig via: < publications/en/shared/electrical-engineering/electrical-networks/low-voltage-minus- 1kv/ect183.pdf> [Tilgået ] Schneider Electric, 2001a. Power Quality [pdf] Tilgængelig via:< [Tilgået ] Schneider Electric, 2001b. Principper for elektromagnetisk kompatibilitet [pdf] Tilgængelig via:< [Tilgået ] Schneider Electric, Compact NSX Micrologic 5/ 6. [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Schneider Electric, Harmonics mitigation and solutions [pdf] Tilgængelig via:< ed18_harmonics_mitigation_solutions.pdf> [Tilgået ] Schneider Electric, 2013a. Compact NSX - Moulded-case circuit breaker and switch disconnectors Measurement and communication from 100 to 630 A - up to 690 V. [pdf] Tilgængelig via:< [Tilgået ] 106

108 Schneider Electric, 2013b. Effects of harmonics - Overload of equipment [online]. Tilgængelig via:< _Overload_on_equipment> [Tilgået ] Schneider Electric, 2013c. Usefulness of the various indicators of Harmonic distortion, Tilgængelig via:< [Tilgået ] Schneider Electric, 2013d.Effects of harmonics - Economic impact, Tilgængelig via: < [Tilgået ] Siemens, Miniature circuit breaker for all applications. [pdf] Tilgængelig via: < u20brochures/beta_5sl_produktschrift_wm_en.pdf> [Tilgået ] Siemens, 2012 Residual Current Protective Device [pdf] Tilgængelig via USB-nøgle < Siemens, 2012 Residual Current Protective Device.pdf > Sikkerhedsstyrelsen, Overensstemmelseserklæring [online] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Sikkerhedsstyrelsen, 2011a. Stærkstrømsbekendtgørelsen afsnit 6, Elektriske installationer, 1. udgave. København K: Sikkerhedsstyrelsen Sikkerhedsstyrelsen, 2011b. Hvem har ansvaret for maskinen? [online] Tilgængelig via:< [Tilgået ] Sikkerhedsstyrelsen, Lavspændingsdirektivet [online]. Tilgængelig via:< [Tilgået ] 107

109 Sikkerhedsstyrelsen, 2013b. CE-mærkning [online] Tilgængelig via: < Maerkning> [Tilgået ] Sikkerhedsstyrelsen, Stærkstrømsbekendtgørelsen afsnit 6B [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Skovly, L., THDu and THDi [mailkorrespondance] Schneider Electric ( ) Square D, Power System Harmonics [pdf] Tilgængelig via: < [Tilgået ] Sørensen, N. E., Garanti ved spændingskvalitet [mailkorrespondance] DESMI ( ) Theill, R., Besparelser med aktive filtre [mailkorrespondance] ABB ( ) Troglauer, M., Harmonic distortion, incorrectly measureing [mailkorrespondance] Siemens Support ( ) 108

110 17 Bilagsliste b.1.1 b.1.2 b.1.3 b.1.4 b.1.5 b.1.6 b.1.7 b.1.8 b.1.9 b.1.10 b.1.11 b.1.12 Byskov, P., 2013.Overharmoniske forstyrrelser. [Interview] Aarhus Maskinmesterskole ( ) Skovly, L., THDu and THDi [mailkorrespondance] Schneider Electric ( ) Goesswein, G., Harmonics, current detection [mailkorrespondance] Siemens Support ( ) Beer, F., Miniature Circuit Breakers. 5SY and 5SL [mailkorrespondance] Siemens Support ( ) Troglauer, M., Harmonic distortion, incorrectly measureing [mailkorrespondance] Siemens Support ( ) Crety, P., kontra [mailkorrespondance] Dansk Standard ( ) Madsen, N. K., Spørgsmål omkring garanti [mailkorrespondance] Grundfos ( ) Hansen, P., Spændingskvalitet i forsyningspunktet [mailkorrespondance] Dansk Energi ( ] Nielsen, P., 2013b. Overharmoniske forstyrrelser. [Interview] Lomborg installations forretning ( ) Dahl, H., Overharmoniske forstyrrelser. [Interview] Dansk Miljø- & Energistyring ( ) Nielsen, B., 2013a. Spørgsmål til Dansk industri kompensering [mailkorrespondance] Dansk industri kompensering ( ) Johansen, K., Harmoniske forstyrrelser [mailkorrespondance] Energinet.dk ( ) 109

111 b.1.13 b.1.14 b.1.15 b.1.16 b.1.17 Møller, S., Måleprogram, harmoniske overtoner [mailkorrespondance] Cheminova ( ) Olason, D., Harmoniske forstyrrelser [mailkorrespondance] Himmerlands Elforsyning ( ) Petersen, M. S., Overharmoniske forstyrrelser i el-installationen. [mailkorrespondance] Rambøll ( ) Kølbæk, D., Harmonisk Netforvrængning [mailkorrespondance] Danfoss ( ) Theill, R., Besparelser med aktive filtre [mailkorrespondance] ABB ( ) b.2.1 Tabel og beskrivelse fra DS/EN b.2.2 Tabeller fra DS/EN b.2.3 Kompatibilitetsniveauer fra DS/EN b.2.4 Opdeling i stage fra DS/IEC b.2.5 b.3.1 b.3.2 b.3.3 b.4.1 Grænseværdier fra DEFU rekumendation 16 4.udgave Interviewguide til Dansk Energi Interviewguide til Lomborg installationsforretning Interviewguide til Per Byskov Beregning af HVF ud fra 5.harmoniske 110

112 Bilag 1.1 Hej Per Byskov Rasmussen Anders og jeg vil høre om du kan godkende disse fem uddrag af rapporten: Hvad er overharmoniske strømme og spændinger: Interharmoniske fremkommer som følge af asymmetri i installationen, og disse vil som regel udgøre en meget lille del af det harmoniske spektrum (Byskov, 2013 b.1.1.1; DEFU, 1998 ss. 8-9). Overtoner ved projektering og installation: Ved SOLV er det ud fra størrelsen af dæmpespoler og kondensatorer i indgangstrinnet og mellemkredsen i frekvensomformeren. Det vil dog typisk ikke være muligt at finde oplysninger omkring dette (Byskov, 2013 b ). Reduceret levetid: Dette udsagn underbygges delvist af Byskov (2013 b.1.1.1), der under interviewet gav en tommelfingerregel der siger: Hvis temperaturen på en motor stiger 10 C falder levetiden til det halve. Derating: Ifølge adjunkt på Aarhus Maskinmesterskole, Per Byskov Rasmussen, kan NEMA-modellen bruges på IE motorer. Dette begrundes med, at NEMA-modellen er relativ, samt NEMA og IEC motorer ikke afviger fra hinanden i konstruktionen i en sådan grad, at de ikke er sammenlignelige (Byskov, 2013 b.1.1.1). Ensretterbelastning: Afhængig af ensretteres konfiguration af dæmpespoler og kondensatorer, vil strømtrækket ændre sig, og dermed kan indholdet af overtoner reduceres væsentligt (Byskov, 2013 b ; Lundquist, 2001 ss ) Venlig hilsen Kristian Førby Pedersen og Anders Holmgaard Hej Kristian og Anders, Ud over at mit navn er Per Byskov, ser det fornuftigt ud. Den omtalte person er tidligere klassekammerat med Anders på AK. Nedenstående er kun set ud fra de elektriske dele i motoren. MVH Per Byskov 1

113 Bilag 1.2 Hej Anders Hermed nedenstående svar på dine spørgsmål. Jeg har oversat dine spørgsmål til engelsk og har fået nedenstående svar retur, som jeg ikke har oversat til dansk for at undgå evt. misforståelser: Link til Micrologic NSX 5/6 user manual: "1. I want to install a circuit breaker in my installation, which contains overtones - both THuD and THiD. At what level of THuD do you guarantee that the circuit breakers work properly? it is 10%, 15 % THuD, and for how long I guarantee that it can " resist " this? It is interesting to me because it is a requirement that protective always correct operation regardless of the environment it is installed in. Otherwise I must install filters to reduce the levels. Answer: it is noted on the Micrologic NSX 5/6 Catalogue 2008, pages 89 and 90, THuD < 5% and THiD < 10% is OK for the breaker. Beyond these limits you have to include harmonic filters or derate the current / oversize the breaker. A breaker thermal study is neded, depending of the harmonics profile. It is not enough just to know the THD, it is necessary to know each harmonic contribution to the THD. 2) How detects your breakers, with TM and micrologic the current? By this I mean whether they measure T- RMS or whether they measure the peak value and converts to the effective value? So I ask, if they take into account that current is not sinus waved. I have previously been in contact with Schneider regarding this but I got a answer that is not completely clear. Answer: The Micrologic NSX 5/6 uses current transformers (CT), the CT outputs are sampled every 512 microseconds. It takes in consideration up to the harmonics 15th. With these samples the trip unit calculates the rms values for voltages and currents, who are update once a second. In the case of the TM thermal trip unit, the current passes through the bi-metal piece that heats following the current rms value 3) At what level of THuD guarantee Schneider that residual current circuit breakers work properly? Is it 10%, 15% or THuD? And how long I guarantee that it can "resist" this? Answer: the same limits that we have for the breakers: THuD < 5% and THiD < 10%. 1

114 The vigi won t trip if the harmonics vectorial sum remains zero, for a given harmonic order. For harmonics of higher order, there is a current leakage risk due to the distributed capacity, giving an unbalanced current, then the harmonics vectorial sum won t be zero. Residual protection current on Vigi module for NSX are filtered according to frequency to avoid unexpected tripping due to high frequencies generated by power electronic device for example. Classification depends on the residual current to be monitored, Vigi module for NSX are class A. According to IEC947-2 standard it means a RCB which tripping is ensured for residual sinusoidal alternating currents in the presence of specified residual pulsating direct currents with or without a specified level of superimposed d.c., whether suddenly applied or slowly rising. They are also suitable for the detection of rectified single phase current." Lars Skovly Schneider Electric Europe Operating Division DENMARK Tecknical advisor 2

115 Bilag 1.3 From: Automation & Drives Technical Support Date: 2013/11/14 Subject: SR= Harmonics, current detection To: From : Siemens AG -- Low Voltage & Products Technical Support Name: Guenther Goesswein Date: 14.Nov.13 16:04:42 ************************************************************** ************************************************************** Casenumber: To: Mr. Holmgaard *************************************************************** Your question to: 3VF from: 14.Nov.13 13:30:53 Your reference: *** Harmonics, current detection *** Hello Siemens Support I know that your present MCCBs detects True RMS, and therefore protects installations containing harmonics. See: SR&caller=view But I would like to know, if your MCCBs with electronic OCR always have use this method to detect the current, or if the once have used the peak value, and from this calculated the RMS with Square root 2? This is important to by, because I have to know, if an older installations with MCCBs are correct over current protected. BR Anders Holmgaard ************************************************************** Our recommendation: Dear Mr. Holmgaard, For 3VF there is a clear statement on the given website. For the actual breaker family 3VL current detection is also done in a manner that relevant harmonics are detected correctly (we haven t got detailed values, but sampling rate should be higher than 1 khz). RMS value surely is not based on a simple calculation as mentioned in your request. As I know for older MCCB generations there were no electornic trip units available. If you have further questions don't hesitate to contact me again. Best regards Your Technical Support for Low Voltage & Products Guenther Goesswein SIEMENS AG Infrastructure &Cities Sector 1

116 Phone : +49 (911) Fax: +49 (911) mailto: support.automation@siemens.com Internet: New Support Request: Siemens Aktiengesellschaft: Chairman of the Supervisory Board: Gerhard Cromme; Managing Board: Joe Kaeser, Chairman, President and Chief Executive Officer; Roland Busch, Klaus Helmrich, Barbara Kux, Hermann Requardt, Siegfried Russwurm, Peter Y. Solmssen, Michael Suess, Ralf P. Thomas; Registered offices: Berlin and Munich, Germany; Commercial registries: Berlin Charlottenburg, HRB 12300, Munich, HRB 6684; WEEE-Reg.-No. DE Please use for your reply only the "reply button". This enables us to have the reference between the support case and your reply Forwarded message From: Automation & Drives Technical Support <support.automation@siemens.com> Date: 2013/11/19 Subject: RE: SR= Harmonics, current detection To: holmgaard.anders@gmail.com Dear Mr. Holmgaard, There are no official documents which we could send you, we have got following information: - 3WL Sampling rate is 1,6 khz ---> about 600 microseconds ---> 33 per cycle - VL Sampling rate is 16 samples per cycle - 3VF Electronic trip unit for motor protection calculates RMS value, so it should not be used with frequency converters or softstarters. The other ETUs (for 3VF5 and larger) detect true RMS, however, we have no information about the sampling rate. Best regards Guenther Goesswein -----Original Message----- From: holmgaard.anders@gmail.com Sent: 18.Nov.13 10:51:56 To: Automation & Drives Technical Support <support.automation@siemens.com> Subject: Re: SR= Harmonics, current detection Thank you for your answer, Mr. Goesswein Can you please send me some information about how MCCBs detects the current - if you have some. I can t find any of that on your homepage. And do you have information/documentation about your first electronic trip unit, describing the fact, that they always have used a lot sampling to calculate the current, so I am 100% sure that an old electrical installation is correct protected. 2

117 Bilag 1.4 Dear Mr Beer We are two technical engineer students how are about to do our bachelor report. The problem statement is concern on how the engineers is handling the problem of harmonic distortion. There is no exact problem there have to be solved. I hope that you will answer the questions with your own words and afterwards refer to a wab-page Miniature Circuit Breakers. 5SY and 5SL 1) In terms of THD-I, should you derate the 5SY and 5SL series? if Yes: how do you do it? 2) Do the 5SY and 5SL series measure the currents as True-RMS? 3) In terms of THD-U, how immune is the 5SY a 5SL series? BR. Kristian Førby Pedersen Dear Mr. Pedersen Miniature Circuit Breakers. 5SY and 5SL 1) In terms of THD-I, should you derate the 5SY and 5SL series? if Yes: how do you do it? 2) Do the 5SY and 5SL series measure the currents as True-RMS? 3) In terms of THD-U, how immune is the 5SY a 5SL series? short-circuit protective device Circuit breakers are electromechanical components which do not react particularly sensitively to such interference from outside. The release in the overload range is controlled by a special bimetallic strip. Of course it is only active energy is converted into heat, no reactive power. The short time overload is monitored with a current coil. The triggering of the circuit breaker is caused by the magnetic field which is caused by a high short-circuit current. Only very unusual negative impacts like very strong magnetic fields or interference from outside could have an effect on the functioning of the MCBs in the overload range as well as in case of short-circuit. These are system states which may not occur in practice, when the system was installed according to the recognized rules of technology, and the requirements of your network operator are considered. For electromechanical shutter or protection devices: According to the standards and are only essential requirements for this topic required and will be checked. The exact test, please refer to the standard. We are not authorized to give such information to the outside. Best regards Your Technical for Low Voltage & Products Franz Beer SIEMENS AG Infrastructure & Cities Sector 1

118 Bilag 1.5 From : Siemens AG -- Low Voltage & Products Technical Support Name: Manfred Troglauer Date: 24.Oct.13 13:57:49 ************************************************************** Casenumber: To: Mr. Holmgaard *************************************************************** Your question to: 5SM1 from: 24.Oct.13 12:38:04 Your reference: *** Harmonic distortion, incorrectly measureing *** Can RCCB measure incorrecty, if the electrical installation contains harmonic voltages and currents? And I don t mean the leakage currents from frequency drives, but if the the RCCB detects correct even though the current in a isolation fault contains harmonic current (150Hz, 250Hz... I just want to know: Can there be any problem with the RCCB with respect to harmonic distortion? Do you recommend another type that can handle fault currents containing harmonics? ************************************************************** Our recommendation: Dear Mr. Holmgaard, Many thanks for your enquiry to the technical support. There are not any RCCB's available which can contain harmonic frequency. As long as there is no error, the RCCB will not trip when the network is loaded with harmonics. In a case of mistake can be happend that RCCB does first tripped a little bit with higher fault current. But the normaly harmonics of the electricity supplier hasn't any affect of the performance of the tripping. If you have further questions don't hesitate to contact me again. Best regards Your Technical Assistance for Low Voltage & Products Manfred Troglauer SIEMENS AG Infrastructure & Cities Sector Phone : Fax: mailto: support.automation@siemens.com Internet: New Support Request: 1

119 From : Siemens AG -- Low Voltage & Products Technical Support Name: Manfred Troglauer Date: 24.Oct.13 15:36:46 ************************************************************** ************************************************************** Casenumber: To: Mr. Holmgaard *************************************************************** Your question to: 5SM1 from: 24.Oct.13 12:38:04 Your reference: *** Harmonic distortion, incorrectly measureing *** Can RCCB measure incorrecty, if the electrical installation contains harmonic voltages and currents? And I don t mean the leakage currents from frequency drives, but if the the RCCB detects correct even though the current in a isolation fault contains harmonic current (150Hz, 250Hz... I just want to know: Can there be any problem with the RCCB with respect to harmonic distortion? Do you recommend another type that can handle fault currents containing harmonics? ************************************************************** Our recommendation: Dear Mr. Holmgaard, Many thanks for your enquiry to the technical support. No, we haven't any documention to this enquiry. The fault current is If you have further questions don't hesitate to contact me again. Best regards Your Technical Assistance for Low Voltage & Products Manfred Troglauer SIEMENS AG Infrastructure & Cities Sector Phone : Fax: mailto: support.automation@siemens.com Internet: New Support Request: 2

120 From : Siemens AG -- Low Voltage & Products Technical Support Name: Manfred Troglauer Date: 28.Oct.13 08:52:10 ************************************************************** Casenumber: To: Mr. Holmgaard *************************************************************** Your question to: 5SM1 from: 24.Oct.13 12:38:04 Your reference: *** Harmonic distortion, incorrectly measureing *** Can RCCB measure incorrecty, if the electrical installation contains harmonic voltages and currents? And I don t mean the leakage currents from frequency drives, but if the the RCCB detects correct even though the current in a isolation fault contains harmonic current (150Hz, 250Hz... I just want to know: Can there be any problem with the RCCB with respect to harmonic distortion? Do you recommend another type that can handle fault currents containing harmonics? ************************************************************** Our recommendation: Dear Mr. Holmgaard, Many thanks for your enquiry to the technical support. After consulting with our developer could I give you following information to the fault current by harmonic current. The fault harmonic currents can't simply be added. The tripping-behavior changes with increasing frequency. By a frequency increases, can only detected a part of the faul current (50Hz the proportion is 1:1; 150Hz the proportion is ca. 1:0,9...) t The course at higher frequencies is not only depending on the fault current, but also on the rated current and the RCD type. The type A can not detect more errors currents at higher frequencies. In a mixing frequencies to 1000Hz Tyop F FI should be used. See technical primer. If you have further questions don't hesitate to contact me again. Best regards Your Technical Assistance for Low Voltage & Products Manfred Troglauer SIEMENS AG Infrastructure & Cities Sector Phone : Fax: mailto: support.automation@siemens.com Internet: New Support Request: 3

121 Bilag 1.6 Sendt: 15. november :00 Til: Per Rafn Crety Emne: kontra Hej Per Crety Til en start vil vi starte med at sige tak, fordi du vil bruge tid på at hjælpe os. Vi er to maskinmesterstuderende, der er gang med at ligge sidste hånd på vores bachelor projekt. Vi er dog kommet i tvivl om hvorvidt vi skal brugen den ene eller den anden standart. Det drejer sig om DS/IEC og DS/EN Hvilken standard skal man bruge hvis man nu f.eks. skal bestemme det maksimale THDi niveau for en maskine på 50A, tilsluttet det offentlige net? Problemet ligger i at begge standard dækker fra 16A og op efter, men "-12" går kun til 75A Jeg håber du forstår vores problem, ellers er du meget velkommen til at ringe. På forhånd tak for hjælpen. Venlig hilsen Kristian Førby Pedersen og Anders Holmgaard Fra: Per Rafn Crety <prc@ds.dk> Dato: 18. nov Emne: SV: kontra Hej, Jeg vil som udgangspunkt sige, at I skal bruge , idet denne standard er til almindelig brug uden særlige accept fra elværket bruges i særtilfælde hvor elværket accepter øget emission. Hilsen Per 1

122 Bilag 1.7 Hej Lilliane Vil du sende denne mail videre til rette person. Det omhandler et spørgsmål om garanti. Jeg er i gang med at skive mit bachelorprojekt som maskinmester omhandlende spændingskvalitet. Til det har jeg et spørgsmål, som jeg håber I har tid og lyst til at svare på. Hvordan forholder I jer, hvis man tilslutter jeres maskine (pumpe og motor) til et net, hvor spændingskvaliteten er dårlig i forhold til harmoniske overtoner? Frafalder jeres garanti, eller er det ikke en faktor I kigger på? Jeg kan oplyse om, at hvis der er harmoniske overtoner i installationen (spændingskvalitetsproblmer) kan det medføre tab i motorer, og rotoren kan blive varm. F.eks. vil en temperaturforøgelse på 10 C som tommelfingerregel halvere driftstimerne. Venlig hilsen Anders Holmgaard Maskinmesterstuderende tlf Hej Anders, Som udgangspunkt er det ikke noget vi stiller som krav overfor kunderne, blot at spændingsforsyning skal være indenfor +/- 10 %, og at man ikke kontinuerligt må ligge og køre med motoren/pumpen udenfor den specificerede spændings-range. Hvis kunder så indenfor 2 år vender tilbage med et produkt der er fejlet, så vil vi ikke umiddelbart igangsætte den store undersøgelse af hans spændingsforsyning, men blot ombytte motoren. Hvis han så gentagne gange vender tilbage med et fejlet produkt og kræver ombytning jf. garanti bestemmelser, så vil vi højest sandsynligt sætte en netanalysator på, og undersøge hans spændingskvalitet, og hvis den ikke er god nok, så frafalder garantien selvfølgelig. Nu er det ikke det helt store problem med vores motorer, idet de er designet til at kunne håndtere store temperatur stigninger i viklingerne (Class B), så 10 gr. vil ikke betyder det store. Yderligere skal man passe lidt på med den tommelfingerreglen, normalt henholder vi os til den når man snakker om elektronik, men ved norm motorer tror jeg ikke på at levetiden forriges i lige høj grad. Håber dette hjælper dig videre med projektet. Med venlig hilsen Nicolai Kjær Madsen Global Product Specialist MGE Motors 1

123 Bilag 1.8 Hej Anders Se mine kommentarer herunder med rødt Held og lykke med afleveringen og jeres endelige præsentation og forsvar. Med venlig hilsen / Regards Peter Hansen Dansk Energi Danish Energy Association Fra: Anders Holmgaard [mailto:holmgaard.anders@gmail.com] Sendt: 5. december :53 Til: Peter Hansen Emne: Re: Spørgsmål vedr. spændingskvalitet Hej Peter. Vi talte i telefon sammen d.26/9 omkring harmoniske forstyrrelser, da jeg, sammen med min skrivemakker, skriver bachelorprojekt omkring emnet. I den forbindelse vil vi gerne have dig til at godkende udtalelser som benyttes i rapporten. Du har selvfølgelig frie hænder til at rette udtalelserne til. Problem eller ej? Peter Hansen fra Dansk Energi er kontaktet for at undersøge, om overtonegenerende belastninger forringer spændingskvaliteten i en sådan grad, at det giver problemer i det offentlige elnet. Peter Hansen udtaler i interviewet: "Mig bekendt har man ikke stødt på egentlige problemer endnu (med harmoniske forstyrrelser red.), men dermed ikke sagt at de aldrig kommer, for det gør de nok." (Hansen, 2013 b.1.8.1) PHA: OK Ansvar for spændingskvalitet i forsyningspunktet "Hvis man overholder DEFU rekommandation 16 og standarden (DS/EN red.), så har man sådan set gjort, hvad man skulle. [ ] hvis de begge to (netkunderne red.) overholder grænseværdierne, men summen af forstyrrelserne ikke overholder grænseværdierne et tredje sted i nettet, eksempelvis, så har man juridisk ikke taget stilling til, hvordan man skal fordele den der straf eller byrde. Hver dråbe i sig selv udgør ikke nødvendigvis en trussel, men hvis der pludselig er 100 eller 1000 af dem, ja så begynder det pludselig at give problemer. Og så på et eller andet tidspunkt skal man ud og pålægge kunderne nogle ændringer, eller forstærke elnettet. Det er så der man siger, at det ikke er rimeligt, at den sidst tilkomne kunde - som får bægeret til at flyde over - skal pålægges hele udgiften." (Hansen, 2013, b.1.8.1)

124 PHA: Nja Afhænger af hvem man er? J Indholdet og værdierne i REK16 og EN50160 er værdier, som Netselskaberne siges at skulle overholde. Det er IKKE værdier, som siger, hvor meget kunden må forstyrre. Vær OBS på det! Det er korrekt, at man endnu ikke juridisk har taget stilling til byrdefordelingen mht. summen af flere kunders forstyrrelser. Man taler dog i den sammenhæng pt. om, hvad der er almindeligt, og at hvis kunden blot har aggeret almindeligt og som kunder normal gør, så vil netforstærkning formentlig kun være eneste løsning. Så kan kunden ikke afkræves eller pålægges noget. Fremtiden: Peter Hansen fra Dansk Energi udtaler i forbindelse med den forventede udvikling og grænseværdier for harmonisk forvrængning i forsyningspunktet: "Det er svært at spå om udviklingen. Det afhænger også af lovgivningen og fremtidig standardisering [ ]. Det handler jo om, hvilke krav der bliver stillet til produkterne; switchmode, frekvensomformer og invertere. Man kan gøre kvaliteten af produkterne høje, og det har dermed en pris. Men alternativet er, at elnettet skal forstærkes, og det har jo også en pris. Vi (Dansk Energi red.) forventer at grænseværdierne i EN50160 fastholdes. Men viser det sig, at de komponenter man kan lave i fremtiden er væsentlig bedre, ja så er det da ikke utænkeligt at grænseværdierne vil følge med." (Hansen, 2013 b.1.8.1) "[ ] på nuværende tidspunkt er det sådan lidt en handel i porten med produktstandarderne man sætter nogle emissionsgrænser som kunden, kundens produkter og kundens installation skal overholde, og omvendt så har man også nogle grænseværdier, som netvirksomheden tilstræber at overholde så alle kunder i nettet ved hvad de kan blive mødt med, når de slutter noget til elnettet." (Hansen, 2013)

125 Bilag 1.9 Den 2. dec Hej Preben Anders og jeg vil høre om du vil godkende disse to uddrag af rapporten?: Problem eller ej: Hverken Henrik Dahl fra DME eller Preben Nielsen fra Lomborg installationsforretning havde ikke oplevet konkrete eksempler på problemer med overharmonisk forvrængning [...] Det kan derfor være, at både Lomborg installationsforretning og Dansk Miljø- & Energistyring havde oplevet konkrete eksempler med harmoniske overtoner; men som de selv fortæller, har ingen af dem udstyr til at måle et eventuelt indhold af harmoniske overtoner Delkonklusion: Det kan give en indikation på, at Preben Nielsen (2013) og Henrik Dahl i realiteten kan have oplevet problemer med det, men bare ikke har vidst det Venlig hilsen Kristian Førby Pedersen og Anders Holmgaard Godkendt Hilsen Preben Nielsen Lomborg Inst.forr 1

126 Bilag 1.10 Sendt: 2. december :49 Til: Henrik Dahl, D.M.E. A/S Emne: Godkendelse af interview Hej Henrik Kristian og jeg vil høre om, du vil godkende disse to uddrag af rapporten? Du må selvølgelig meget gerne tilføje eller rette deri. Problem eller ej: Hverken Henrik Dahl fra DME eller Preben Nielsen fra Lomborg installationsforretning havde ikke oplevet konkrete eksempler på problemer med overharmonisk forvrængning [...] Det kan derfor være, at både Lomborg installationsforretning og Dansk Miljø- & Energistyring havde oplevet konkrete eksempler med harmoniske overtoner; men som de selv fortæller, har ingen af dem udstyr til at måle et eventuelt indhold af harmoniske overtoner Delkonklusion: Det kan give en indikation på, at Preben Nielsen (2013) og Henrik Dahl i realiteten kan have oplevet problemer med det, men bare ikke har vidst det På forhånd tak. Venlig hilsen Anders Holmgaard Maskinmesterstuderende tlf Hej drenge Ja i fyrer den bare af. ;) Med venlig hilsen / Best regards Henrik Dahl Elinstallatør hd@dme.as TLF: Mobil:

127 Bilag 1.11 Hej Bruno Vi har talt sammen for små to måneder siden angående bachelorprojek omhandlende overharmonisk forvrængning. Jeg vil derfor spørge om din godkendelse af denne sætning i vores rapport: Den sidste virksomhed, Dansk Industri Kompensering, fortalte at de havde set konkrete eksempler herpå. De havde oplevet at komponenter og processer ikke fungerede fordi der var overharmoniske forstyrrelser. De havde dog ikke nogen dokumenter på disse sager, der kunne gives agtindsigt i. Med venlig hilsen Kristian Førby Pedersen og Anders Holmgaard Hej Kristian Der er vist ikke noget vi kan blive hængt op på i forbindelse, så ok med os. Held og lykke med projektet. Mvh. Bruno Nielsen, DIK. 1

128 Bilag 1.12 Hej Knud Mange tak for svaret! Jeg har et spørgsmål til svaret på spørgsmål nr. 6: 6. Grænseværdierne i forsyningspunktet er fast sat i forhold til EN 50160, og overført til DEFU rek. 16. Forventes disse grænseværdier at blive strammere? >>>på sigt ja da antallet af elektriske apparater med stor grad af fleksibilitet og regulerbarhed forventes at stige Hvor meget de vil blive strammet? Hvornår vil dette eventuelt ske? Venlig hilsen Kristian Førby Pedersen og Anders Holmgaard Hej Kristian & Anders Mht. de fremtidige krav til harmoniske det er umulig at udtale sig om hvad de fremtidige krav bliver da standarder udvikles i konsensus dvs. det ofte er laveste fællesnævner man benytter. Det som man vil se er lokale / nationale krav som vil være strengere end det der specificeres i EN Horisonten for sådanne krav vil være år ude i fremtiden- efter min vurdering det vil efter min opfattelse følge udviklingen af Smart Grid. Best regards / Venlig hilsen Knud Johansen 1

129 Hej Knud Endnu engang, Mange tak for hjælpen! Jeg vil høre om jeg må bruge dit svar i rapporten? - Vi vil ikke "hænge dig op" på det, men bruge det som en indikering på hvordan fremtiden måske kommer til at se ud. det som vi ønsker at bruge: Mht. de fremtidige krav til harmoniske det er umulig at udtale sig om hvad de fremtidige krav bliver da standarder udvikles i konsensus dvs. det ofte er laveste fællesnævner man benytter. Det som man vil se er lokale / nationale krav som vil være strengere end det der specificeres i EN Horisonten for sådanne krav vil være år ude i fremtiden- efter min vurdering det vil efter min opfattelse følge udviklingen af Smart Grid. Venlig hilsen Kristian Førby og Anders Holmgaard Hej Kristian, Jo, hvis du angiver det som et citat så der det OK fra min side har tilrettet teksten lidt markeret med gult. Mht. de fremtidige krav til harmoniske det er umulig at udtale sig om hvad de fremtidige krav bliver da standarder udvikles i konsensus dvs. det ofte er laveste fællesnævner man benytter. Det som jeg forventer at man vil se, er lokale / nationale krav som vil være strengere end det der specificeres i EN Man skal også være opmærksom på at EN kun er en Europæisk Norm og har dermed ikke gyldighed uden for EU. Den internationale standardisering som vil være gældende for området vil blive specificeret i IEC serien af standarder. Best regards / Venlig hilsen Knud Johansen 2

130 Bilag nov Hej Cheminova Vi er to maskinmesterstuderende, der er i gang med at udfærdige vores afsluttende bachelor rapport. Vi vil i den forbindelse høre om i kan give mig kontaktoplysningerne på en person der var med i en undersøgelse vedrørende harmoniske overtoner i elektriskeinstallationer. - Det drejer sig om en person der var med i målinger på overharmoniske toner på "trafo 7" og "trafp 19", udført i Vi kender til målingerne fra rapporten "Forundersøgelse af muligheder for energibesparelser i erhvervslivet ved reduktion af overharmoniske strømme" udfærdiget af Dansk Energi Analyse. Håber i kan hjælpe os - På forhånd tak Venlig hilsen Kristian Førby Pedersen og Anders Holmgaard Hej Igen Nu med lidt mere forsinkelse, da det kræver at jeg skal tænke lidt. Vi har ikke normalt nogen problemer med harmoniske, når man ser bort fra lidt støj på signalkabler, primært når installationer er lavet for ringe eller der er købt en omformer som ikke er designet til at leve sammen med andet el-udstyr. Vi har for mange år siden +15 brændt nogle fasekompenserings kondensatorer af, som ikke var forsynet med spoler som var nødvendig på dette sted. Mange af vores installationer er i EX område (eksplosions farlig område) dette stiller ekstra krav til potential udligning (jord) og jeg tror det gør at vi ikke oplever problemer med hensyn til støj. Men at harmoniske overtoner sådan i forhold til elforsyning har skabt større problemer er jeg ikke vidende om. Vi har Vores egen 60/10 kv forsyning, og et 10 kv forsyningsnet intern med ca. 40 transformere, det giver en god separation mellem de forskellige hovedtavler. Venlig hilsen/mfg/best regards Steen Møller Cheminova A/S Electrical Engineer, B.Sc.E.E. 1

131 Bilag 1.14 Hej Anders Tak for jeres mail. Vi har forsøgt at svare så godt som muligt på jeres spørgsmål. Vi har haft meget travlt her på det sidste og derfor beklager jeg den lange responstid. Mange af svarene er måske lidt løse, da det er vanskeligt at opstille firkantede regler, da hvert enkelt tilfælde er specielt. 1. Hvilke konsekvenser har det for jer som forsyningsselskab, at flere og flere overtonegenerende belastninger installeres på nettet? Svar: Vi er forpligtet til, som forsyningsselskab at overholde de grænseværdier som er fastlagt i EN Det kan have den konsekvens at vi skal reducere net-impedansen. Vi har startet et projekt op, hvor vi installerer Power Quality målere i nettet for at kunne følge nøje med i udviklingen af bl.a. harmoniske forstyrrelser. a. Hvordan forventer I udviklingen deraf? Svar: Der findes sikkert nogle forskrifter, som har adresseret denne problematik. Det er dog ikke usandsynligt,at selvom der bliver installeret flere og flere overtonegenerende belastninger, så følger f.eks. filter teknologien også med, hvilket reducerer overtoner. 2. Har I eksempler, hvor der har været problemer med spændingskvaliteten i forbindelse med overtoner? Her påtænker vi, om I har været nødsaget til at bede en netkunde om at installere et filter pga. grænseværdier i DEFU rek. 16, forstærke nettet eller generelt er blevet kontaktet af en kunde pga. stort indhold af overtoner som har oplevet gener heraf? Svar: Vi har f.eks. haft problemer med defekte filtre for frekvensomformer, hvilket har haft konsekvenser for elektriske ure i boligområder. I andre tilfælde isolerer vi problemet og flytter delpunkter i nettet lavspændingsnettet. 3. I DEFU rek. 16 (2. note 3) står der: Ligeledes må grænseværdierne (punkt 4.7) ikke udnyttes af den enkelte netkunde som grænseværdier for emission. a. Hvilke grænseværdier må netkunden da benytte som grænseværdier? Svar: Det er afhængigt af hvor i nettet kunden er tilsluttet, hvilke specifikke krav vi stiller. Vi stiller forskellige krav afhængig om kunden er tilsluttet i kabelskab eller direkte i 20/0,4 netstation. 4. Har installatøren et ansvar for spændingskvaliteten (i forbindelse med harmoniske) i forsyningspunktet ved installation af overtonegenererende belastning større end beskrevet i fællesregulativet punkt ? Her påtænker vi, om installatøren kan drages til ansvar, hvis han installerer overtonegenerende belastninger, som forstyrrer "naboen" så meget, at der forekommer udkoblinger og elektrisk materiel svigter. 1

132 Svar: Installatøren skal udfylde en tilmeldingsblanket når han tilslutter spændingsforstyrrende apparater. Elforsyningen vil efterfølgende vurdere om det er acceptable eller ej. 5. Hvis man som installatør måler spændingskvaliteten som anbefalet i DEFU rek. 16 (1 uge, og 10min. gennemsnit), og vil beregne det forventede overtone niveau efter installering af f.eks. frekvensomformer har I da en anbefaling til hvordan dette beregnes (hvilken metode)? a. Hvis dette gøres ved hjælp af strømemissionen fra den nye belastning, hvordan skaffes disse oplysninger da fra producenten? Svar: Der findes ikke nogen simpel beregningsmetode, som kan lave prognoser for tilslutning af spændingsforstyrrende apparater. 6. Grænseværdierne i forsyningspunktet er fast sat i forhold til EN 50160, og overført til DEFU rek. 16. Forventer I, at disse grænseværdier bliver strammere? Svar: Det ved vi ikke. 7. Hvis en installatør skal installere en overtonegenererende belastning, skal han så søge tilladelse eller rådføre sig på nogen måde hos jer? Her tænker vi på FR11 kap , hvor der er angivet størrelsen af overtonergenerende belastninger i installationen. a. Hvilke informationer beder I om ved tilladelse til tilslutning af overtonegenererende belastning? b. Hvordan vurderer/undersøger I spændingskvaliteten i forsyningspunktet? Svar: Se følgende definition: Programmet TINE danner grundlag for beregning af særlig investeringsbidrag. Det er vigtigt, at investeringsbidragets størrelse svarer til omkostningerne ved alternative løsninger f.eks. frekvensomformere. Det betyder, at bidraget pristalsreguleres. Ved tilslutning af større motorer skal der som udgangspunkt foretages beregning med direkte start. Her ud fra gives rådgivning vedr. evt. alternative løsninger. I mere komplekse tilfælde inviteres kunden til forhandling omkring løsnings muligheder og investeringsbidragets størrelse. Screenshot som viser det data som skal opgives: 2

133 Jeg håber at I kan bruge det til noget og ønsker jer samtidigt held og lykke med jeres projekt. Hvis I har flere spørgsmål kan I altid prøve at skrive. Venlig hilsen HEF Net A/S Daniel Olason projektingeniør 3

134 Bilag 1.15 Hej Mads Kristian og jeg vil høre om du kan godkende disse citater fra vores samtale?: Overtoner ved projektering og installation: Mads Skov Petersen (Petersen, 2013) skriver i forbindelse med projektering og harmoniske forstyrrelser: Det kan dog i en projekteringsfase være svært at gennemskue fuldstændig, og dermed få klarlagt problemet helt, da der kan være variationer i det endelige udstyr som gør det svært at beregne den samlede %-del af overharmoniske strømme / spændinger. (Petersen, 2013 b ) Derfor skriver Mads Skov Petersen også, at der på Det Nye Universitetshospital i Aarhus i hovedtavler er forberedt til tilslutning af aktive filtre (Petersen, 2013 b ). Venlig hilsen Anders Holmgaard og Kristian Førby Pedersen Dato: 4. dec Hej Anders Undskyld det sene svar, men har lige haft nogle kursusdage i Frankfurt. Men jeres afsnit omkring harmoniske strømme kan jeg godt godkende. Hvis i skulle få brug for det er ABB en stor spiller markedet for aktive og passive filtre. Med venlig hilsen Mads Skov Petersen El-installatør Electrical Engineering Aarhus 1

135 Bilag 1.16 ( ) Hej Anders, Danfoss producere og sælger et stort antal af forskellig løsninger til reduktion af harmonisk forvrængning. Vi tilbyder både installations simulering og on-site målinger til at vurdere og bekræfte harmoniske problemer. Ud fra førnævnte kan vi rådgive vores kunder og hjælpe dem med at finde en løsning som overholder gældende standarder herunder bl.a. EN/IEC Harmonisk netforvrængning opstår blandt andet på grund af industriens øgede brug af frekvensomformere, UPS anlæg, belysningsanlæg med mere, samt andre elektriske komponenter som har en switchmode strømforsyning. I ovennævnte elektriske komponenter sidder der ensrettere i indgangstrinnet og i samspil med mellemkredsen (Kondensatoren), bliver det ellers forventelige kontinuere strømoptag omdannet til strømpulser. Da nettet forventer en sinusformet belastning belastes det derfor af strømpulserne hvorved netforvrængningen opstår. Ved at reducerer den harmoniske forvrængning øges forsyningskvaliteten og herved sikres blandt andet: øget oppetid, reduceret slid og skader på systemkomponenter mm.. Danfoss har i denne sammenhæng ingen erfaringer med eller dokumentation der understøtte at der kan opnås energibesparelser ved reduktion af den harmoniske forvrængning. I Danfoss sælger vi derfor ikke vores harmonisk reducerende produkter med henblik på energibesparelser. Håber ovenstående besvarer dine spørgsmål Best regards Venlig hilsen David Kølbæk Application Support Danfoss A/S - Salg Danmark Danfoss VLT Drives Jegstrupvej Hasselager CVR nr Tel.: Fax: dak@danfoss.com 1

136 Bilag 1.17 Hej ABB Vi er to maskinmesterstuderende som er i gang med at udfærdige vores bachelor rapport. I den forbindelse vil vi spørge om i (stadig) mener at en reduktion af overharmoniske strømme kan føre til energibesparelser ved brug af aktive filtre. Vi har læst rapporten Forundersøgelse af muligheder for energibesparelser i erhvervslivet ved reduktion af overharmoniske strømme som i har været med til at lave, hvori skriver at der er mulige besparelser at hente. Mvh. Anders Holmgaard Hej Anders. Jeg har set dit spørgsmål vedr. besparelser når man anvender aktive filtre. Vi har meget erfaring med dette og alt efter sagen, så er det ikke utænkeligt at der kan ligge besparelser på 5-10%, det er dog meget forskelligt fra sag til sag, men når vi snakker motorer og tung industri plejer det at være her vi ligger besparelses mæssigt. Problemet er lidt at man ikke kan beregne denne besparelse på forkant, det er derfor ikke det primære salgs argument, men er en ekstra fordel der kan medfølge. Mvh. Rasmus Theill Product manager Power Conversion ABB A/S Meterbuen , Skovlunde, DENMARK Phone: Mobile: rasmus.theill@dk.abb.com 1

137 Hej Rasmus. Tak for svaret. Er der et overtoneniveau som kan "garantere"/stor mulighed for energibesparelse. Jer har før hørt, at reduktion fra 5-6% THDu kan give energibesparelser? Grunden til at jeg skriver til jer, er at jeg har været i kontakt med en af jeres konkurrenter (Danfoss), som mener, at der ikke er energibesparelser ved at reducere overtoneniveauet med udelukkende drifts- og sikkerhedsmæssige fordele. Er det noget du kan uddybe - måske jeres filtre er mere effektive? Eller I har større erfaring på området? Mvh Anders Holmgaard Det er korrekt at filtret skal sælges på baggrund af driftsikkerhed. Vi garantere heller aldrig en besparelse, da dette ikke kan lade sig gøre. Vi har dog meget erfaring for at der er energi besparelser ved at fjerne THDI/V, Det er typisk på motor installationer der styres af 6- puls frekvensomformere, de sager vi har på sådanne installationer giver som regel 5-10% besparelser, men dette er kun erfaringstal. Jeg vil dog mene at besparelsen vil være der om det er en Danfoss eller ABB løsning der vælges, alt efter eget tab selvfølgelig. Mvh. Rasmus Theill Product manager Power Conversion ABB A/S Meterbuen , Skovlunde, DENMARK Phone: Mobile: rasmus.theill@dk.abb.com 2

138 Bilag 2.1 Apparater der ikke er indbefattet af DS/EN er: Udstyr som bruger mindre end 75W 1 Professionelt udstyr som bruger mere end 1kW Symmetrisk styrede varmeelementer med en effekt større end 200W Lysdæmpere med en effekt på mindre end eller lig med 1kW (CENELEC, 2006 s. 17) Grænseværdierne er klasse A opgivet i absolutte strømværdier, hvilket betyder, at apparater med små strømoptag, må have en relativ højere emission. Materiellet i klasse B, bruger samme værdier som klasse A, dog med en faktor 1,5 i forskel. Klasse B må derfor støje 1,5 gange så meget som klasse A. (CENELEC, 2006 s. 17) Lysapparater er omfattet af klasse C. Her er der ingen nedre grænse for optaget effekt, der er dog specielle forhold alt efter effektoptag. Det skal bemærkes, at værdierne i tabel 2 er relative værdier, hvilket betyder at der er lige krav uanset strømoptag. (CENELEC, 2006 s. 17) I Fejl! Henvisningskilde ikke fundet. fremgår strømemissionsværdierne som klasserne skal opfylde, hvor der tilmed er uddybende forklaring af klasserne. Effekt på mindre end eller lig med 25W skal overholde kravene i den midterste kolonne i tabel 3, eller: - Den 3. harmoniske strøm skal være mindre end eller lig med 86% - Den 5. harmoniske skal være mindre end eller lig med 61%. Der stilles yderligere krav til strømkurvens form, se EN b (CENELEC, 2006 s.17) 1 Grænsen på 75W, sænkes måske i fremtiden til 50W. (CENELEC, 2006 s. 17) 1

139 Effekt på mere end 25W: - Skal overholde kravene i Tabel 2 Kravet for lysdæmper i klasse A gælder for glødelamper med tilknyttet dæmpere. Det vil sige, at de skal overholde kravene i tabel 1. Hvis det er udladningslamper med tilhørende dæmper glæder tabel 2 for hele arrangementet. Det skal bemærkes, at kravene gælder for en hvilken som helt indstilling af lysdæmperen. (CENELEC, 2006 s.17) Den tabel der hører til klasse D er tabel 3. Tabelværdierne er angivet på en anden måde end de andre. I den midterste kolonne definerer, hvor meget apparaterne må emittere i ma/w. Det er altså en relativ værdi, hvor produktet ved multiplikation med en effekt er en absolut strømværdi. Værdierne fra tabel 3, kolonne 2 (den midterste) giver ved en effekt på 600W, en tilnærmet værdi tilsvarende til kolonne 3 (til højre). Tabel 3 må med andre ord være forberedt til en udvidelse af klassen, hvor der ikke er en begrænsning på 600W. Apparaterne må i det tilfælde ikke emittere mere end hvad tabel 3, kolonne 3 angiver. (CENELEC, 2006 s.17) Harmonisk orden n Maximum permissible harmonic current [A] Odd harmonics 3 2,30 5 1,14 7 0,77 9 0, , ,21 15 n 39 0,15 15/n Even harmonics 2

140 2 1,08 4 0,43 6 0,30 8 n 40 0,23 15/n Tabel 1 - Grænseværdier for klasse A (Dansk standard, 2006 s.18) Harmonic order Maximum permissible harmonic current expressed as a percentage of the input current at the fundamental frequency n % λ * n 39 3 (odd harmonics only) *λ is the circuit power factor Tabel 2 - Grænseværdier for klasse C (Dansk Standard, 2006 s. 18) Harmonisk orden Maximum permissible harmonic current per watt Maximum permissible harmonic current n ma/w A 3 3,4 2,30 5 1,9 1,14 3

141 7 1,0 0,77 9 0,5 0, ,35 0,33 13 n 39 3,85/n Se Tabel 1 (odd harmonics only) Tabel 3 - Grænseværdier for klasse D (Dansk Standard, 2006 s.18) 4

142 Bilag 2.2 Tabeller fra DS/EN Harmonic number Admissible harmonic current Harmonic number Admissible harmonic current n I n/i 1 * % n I n/i 1 * % 3 21,6 21 0,6 5 10,7 23 0,9 7 7,2 25 0,8 9 3,8 27 0,6 11 3,1 29 0, ,7 15 0,7 33 0,6 17 1,2 19 1,1 Even 8/n or 0,6 * I 1 = rated fundamental current; I n= harmonic current component. Tabel 1 - Stage 1 emissions niveau (IEC, 1999 s. 11) 1

143 Minimal R sce Admissible harmonic current distortion factors Admissible individual harmonic current I n/i 1 * % % THD PWHD I 3 I 5 I 7 I 9 I 11 I NOTE 1 The relatve value of even harmonics shall not exceed 16/n % NOTE 2 Linear interpolation between successive Rsce values is permitted NOTE 3 In the case of unbalanced three-phase equiptmen, thes evalues apply to each phase. * I 1 = rated fundamental current; I n= harmonic current component. Tabel 2 - Stage 2 emissions niveau for enfaset-, tofaset-, og ubalanceret trefaset udstyr (IEC, 1999 s. 11) 2

144 Minimal R sce Admissible harmonic current distortion factors Admissible individual harmonic current I n/i 1 * % % THD PWHD I 5 I 7 I 11 I NOTE 1 The relatve value of even harmonics shall not exceed 16/n % NOTE 2 Linear interpolation between successive Rsce values is permitted * I 1 = rated fundamental current; I n= harmonic current component. Tabel 3 -Stage 2 emissions niveau for balanceret trefaset udstyr (IEC, 1999 s. 12) 3

145 Bilag 2.3 Kompatibilitetsniveauer fra DS/EN Orden Klasse 1 Uh % Klasse 2 Uh % Klasse 3 Uh % , , < h 49 2,27 * (17/h) 0,27 2,27 * (17/h) 0,27 4,5 * (17/h) 0,5 Tabel 1 - Kompabilitetsniveau for harmoniske spændinger ikke delelig med 3 (CENELEC, 2002 s. 17) 1

146 Orden Klasse 1 Uh % Klasse 2 Uh % Klasse 3 Uh % ,5 1,5 2,5 15 0,3 0, ,2 0,3 1,75 21 < h 45 0,2 0,2 1 Tabel 2 - Kompabilitetsniveau for harmoniske spændinger delelig med 3 (CENELEC, 2002 s. 18) 2

147 Orden Klasse 1 Uh % Klasse 2 Uh % Klasse 3 Uh % ,5 6 0,5 0, ,5 0, ,5 0, < h 50 0,25 * (10/h)+ 0,25 0,25 * (10/h)+ 0,25 1 Tabel 3 - Kompabilitetsniveau for lige ordens harmoniske spændinger (CENELEC, 2002 s. 18) 3

148 Bilag 2.4 Opdeling i stage fra DS/IEC Der er tre niveauer i , som produktet kan indgå under. De benævnes stage 1, stage 2 og stage 3. Stage 1 og stage 2 er opdelt således; hvis der er et kortslutningsforhold mellem 33 og 66 er det stage 1 der er gældende, hvorefter stage 2 tager over. Stage 2 er opdelt i kortslutningsforhold fra 66 til 600. Stage 3 er en klasse, hvor producenten af udstyret ikke kan overholde de to foregående niveauer, samt al materiel med en netstrøm på over 75 A. Der skal ved installation af denne type udstyr laves en unik aftale mellem netselskab og kunden(iec, 1999 ss ). For stage 1 udstyr skal der i instruktionsmanualen stå: Equipment accordig to IEC , provided Rsce min = 33 as verified by the supply authority. (IEC, 1999 s. 12) Og for udstyr i stage 2 skal fabrikanten i instruktionsmanualen anføre: Equipment according to IEC , provided Rsce min = xx as verified by the supply authority. (IEC, 1999 s. 12) Hvis produktet falder ind under stage 3, skal producenten beskrive, at den ikke er indbefattet af hverken stage 1 eller stage 2. Derudover skal producenten også levere en udførlig beskrivelse af hver enkelt overtones strøm (IEC, 1999 s. 12). 1

149 Bilag 2.5 Grænseværdier fra DEFU rekumendation 16 4.udgave DEFU rekommandation 16, 2011 kapitel 4.7 Harmoniske overtoner, angiver grænseværdier for overharmonisk spænding. Som udgangspunkt er der en øvre grænse for den totale harmoniske spændingsforvrængning, THDu på 8%. Der er, udover grænseværdien for den totale harmoniske spændingsforvrængning, også grænseværdier for enkelte harmoniske overtonespændinger. De er listet i tabel 1. Hver enkelt overtone bør ikke andrage værdier højere den dem i tabel 1, selvom grænsen for den totale harmoniske spændingsforvrængning ikke er overskredet. Ordenstal Frekvens U h Ordenstal Frekvens U h h Hz % h Hz % , , , , , , , ,5 Tabel 1-Maksimale harmoniske overtonespændinger i procent af grundtonespændingen (DEFU Rekommandation udgave, 2011 s.8) 1

150 Måling DEFU rekommandation 16, 4. udgave angiver, at der skal måles over en uge i perioder af 10 minutter. I de 10minutters gennemsnit må af effektivværdien af den enkelte overtone, hvor grænseværdierne i tabel 1 ikke må overskrides. I kapitel 4 står der, at det anbefales at grænseværdierne ikke overskrides. THDu måles op til og med den 40.harmoniske overtone, hvor den i måleperioden ikke må overskride 8%. (Dansk Energi Forskning og Udvikling, 2011 s.7) DEFU har dermed strammet kravene i forhold til EN (Dansk Energi Forskning og Udvikling, 2011 s. 8). 2

151 Bilag 3.1 Interviewguide til Dansk Energi 1) Hvilke konsekvenser har det, at flere og flere ulineære belastninger installeres på nettet? a. Hvordan forventer I udviklingen deraf? 2) Har I erfaring med problemer med spændingskvaliteten i forbindelse med overtoner i installationen og i forsyningspunktet? b. Hvilke problemer har I oplevet? c. Har I en konkret eksempel? 3) I DEFU rek. 16 (2. note 3) står der: Ligeledes må grænseværdierne (punkt 4.7) ikke udnyttes af den enkelte netkunde som grænseværdier for emission. Hvilke grænseværdier skal netkunden da overholde? 4) Har installatøren et ansvar for spændingskvaliteten i forsyningspunktet ved installation af overtonegenererende belastning større end beskrevet i fællesregulativet punkt ) Hvis man som installatør måler spændingskvaliteten som anbefalet i DEFU rek. 16 (1 uge, og 10min. gennemsnit), og vil beregne det forventede overtone niveau efter installering af f.eks. frekvensomformer har I da en anbefaling til hvordan dette beregnes? d. Hvis dette gøres ved hjælp af strømemissionen fra den nye belastning, hvordan skaffes disse oplysninger da fra producenten? 6) Grænseværdierne i forsyningspunktet er fast sat i forhold til EN 50160, og overført til DEFU rek. 16. Forventes disse grænseværdier at blive strammere? 7) Hvis en installatør skal installere en stor overtonegenererende belastning, skal han så søge tilladelse eller rådføre sig på nogen måde? e. Hvis ja, hvad er en stor overtonegenererende belastning f. Hvilke informationer beder I om ved tilladelse til tilslutning af overtonegenererende belastning? g. Hvordan vurderer/undersøger I spændingskvaliteten i forsyningspunktet? 8) Skal installatøren dokumentere at spændingskvaliteten opfylder kravene i DEFU Rek. 16 efter installering? a. Eller tages der stikprøver? 1

152 Bilag 3.2 Interviewguide til Preben Nielsen - el-installatør - Lomborg installationsforretning 1. Er det OK vi optager, og benytter svarene i vores rapport? 2. Hvad gør I, i forbindelse med spændingskvalitet ved projektering? kontrollere i a. Hvad gør i efter installation? 3. Har i et ansvar for spændingskvaliteten i installationen og i forsyningspunktet? 4. Hvor ofte tilslutter I overtonegenererende udstyr, f.eks frekvensomformere a. Hvor store, og hvor mange på års basis cirka? b. kontakter i forsyningsselskabet i den forbindelse? 5. Hvilke overvejelser gør I med hensyn til overharmoniske forstyrrelser? 6. Hvor vil I søge rådgivning, hvis du får mistanke til en stor andel af overtoner 7. Hvor vil I søge rådgivning, hvis der til et projekt bliver stillet krav til harmoniske 8. Kontrollerer I spændingskvaliteten med hensyn til harmoniske forstyrrelser? a. Hvis ja, hvor ofte og hvordan (hvor lang tid, hvor i installationen)? 9. I hvilken grad, mener du at du er klædt på, til de fremtidige udfordringer der 10. Er emnet overharmoniske forstyrrelser noget I har behandlet i virksomheden? a. hvis ja, hvordan? 11. Er I bekendt med nogle af de problematikker der kan være ved harmoniske forstyrrelser? 12. Mener I, at der er et problem med harmoniske forstyrrelser? 13. Har I nogen konkrete eksempler på at der har været problemer, og hvordan? 14. Kender I til udstyr der kan reducere harmoniske forstyrrelser? 15. Har i udstyret til at måle på harmoniske forstyrrelser 1

153 Bilag 3.3 Interviewguide til Per Byskov Uddannelse, og tidligere jobbeskrivelse ved Danfoss? 1. Ved du, hvor man kan finde materiale omkring harmoniske forstyrrelser, som beskriver hvordan installationen påvirkes deraf? 2. Hvordan påvirkes kortslutningsmotorer af at være tilsluttet en installation med overtoner? a. Risikere man så ikke et pulserende moment? b. Reduceres levetiden, som følge af højere driftstemperatur, hvis man ikke tager højde for det? c. Hvordan kan man derate motorer? 3. Ved du om brydere kan udkoble utilsigtet grundet ovetone? Både strømme med også spændinger? 4. Har du eksempler på steder hvor det har været nødvendigt at reducere overtoneindholdet? 5. Hvordan kan man i projekteringsfasen beregne den nye indhold af overtoner i installationen?. 6. Kan du forklare os hvorfor interharmoniske ikke er så interessante, og hvordan fremkommer de? 1

154 . 2