2. Teori ______________________________________________________ 4
2.9 Konsekvenser av övertoner
2.10.1 Passivt finavstämda filter _________________________________ 15
Ett finavstämt filter kan tillämpas som ett faskompenserande filter. Filtret utgörs av en spole i serie med en kondensator. Filtret dimensioneras så att dess resonansfrekvens avstäms vid samma frekvens som den störande övertonen. På grund av att filtret vid resonansfrekvensen får en väldigt låg impedans kommer filtret att suga åt sig övertonsströmmarna och stoppa dem från att sprida sig vidare i elnätet. Figur 2.14 visar två filter som är avstämda för överton fem och sju.
Figur 2.14. Två serieresonansfilter parallellt med lasten.
2.10.2 Passivt snedavstämt filter
En nackdel med finavstämda filter är att de är känsliga för förändringar i nätet. Utökad användning av frekvensomriktare och värmeutveckling i komponenter är faktorer som kan medföra att resonansfrekvensen kan öka till en högre frekvens. För att undvika det går det att snedavstämma filtrets resonansfrekvens till att ligga något under övertonen som ska dämpas. Filtreringen blir inte lika effektiv men sänker övertonsnivån betydande. Figur 2.15 visar ett snedavstämt filter för överton fem. Det går att se att filterimpedansen 𝑍mƒ„F…•ƒ†•…G‡1ˆ har sitt minimum vid resonansfrekvensen 𝑓o och att den punkten är avstämd vid en lägre frekvens än vid femte övertonen. För att undvika parallellresonans dimensioneras filtret så att punkten där belastningsimpedansen och filterimpedansen skär varandra, hamnar vid en frekvens utan övertonsströmmar.
2.10.3 Aktiva filter
Aktiva filter kan tillämpas då det finns krav på väldigt låga övertonshalter som till exempel sjukhusmiljöer. Ett aktivt filter mäter kontinuerligt lastströmmens övertoner och genererar övertonsströmmar i motfas, vilket medför att summan av övertonsströmmarna blir teoretiskt noll.
Filtertekniken bygger på PWM styrda IGBT transistorer som genererar sinusformade strömkurvor med olika frekvens [3]. Aktiva filter är väldigt effektiva men också förhållandevis dyra. För en industri är det ofta svårt att motivera installation av ett aktivt filter då det går att uppnå ett fullgott resultat med ett passivt filter till en lägre kostnad.
2.10.4 12-pulslikriktare
För att förse en frekvensomriktare med likspänning är en metod att likrikta trefasig växelspänning med en 6-pulskopplad likriktarbrygga, se figur 2.16. Likriktarbryggan nyttjar diodernas egenskap att enbart leda ström i en riktning, vilket medför att en växelspänning kan omriktas och filtreras till en likspänning.
Figur2.16. D/Y kopplad 6-pulslikriktare.
En konsekvens med metoden är att dioderna i likriktarbryggan genererar övertoner som distorderad strömmen, vilket påverkar spänningen från matande nät, se kap 2.5. Figur 2.17 visar en typisk fasström för en 6-pulskopplad likriktarbrygga och figur 2.18 visar strömmens
övertonskomponenter.
Figur 2.17. Strömkurva 6-pulslikriktare. Figur 2.18. FFT 6-pulslikriktare. För att minska strömmens distorsion är en bättre metod att likrikta
spänningen med en 12-pulskopplad likriktare. Ett sätt att konstruera denna är att seriekoppla två 6-pulskopplade likriktare till en trefastransformator där
sekundärsidan är uppdelad på en D respektive Y kopplad 3-faslindning, se figur 2.19.
Figur 2.19. 12-pulslikriktare med D kopplad primärsida och D-respektive Y kopplad sekundärsida. Kopplingen medför att sekundärsidan får 6 huvudspänningar med 60 graders fasförskjutning. Likriktarbryggorna kommuterar sedan huvudspänningarna med 30 graders intervall till ett system med 12 huvudspänningar[4]. Som en konsekvens av konstruktionen kommer överton 3 och 5 att dämpas vilket övertonsspektrat i figur 2.21 visar. Figur 2.20 visar fasströmmen på transformatorns primärsida, fasströmmen är nu mindre distorderad jämför med 6-pulskopplad likriktare.
Figur 2.20 Strömkurva 12-pulslikriktare. Figur 2.21. FFT 12-pulslikriktare.
2.11 Mätstandarder för övertoner
Det finns ett antal utformade nätstandarder med normer och föreskrifter för vad som anses vara god elkvalitet. De vanligaste standarderna vid
elkvalitetsmätning är europastandarden EN50160 och
Energimarknadsinspektionens standard EIFS 2013:1. Generellt har EIFS 2013:1 en hårdare bedömning då den kräver godkända mätvärden under 100% av en veckas mätperiod, jämfört med EN50160 som kräver 90%. Båda standarderna anger enbart gränser för spänningsövertoner. För
strömövertoner finns det idag ingen standard att vikta mätningarna mot, utan enbart rekommendationer.
Södra Cell har en egen standard för övertoner på lågspänningssidan. Standarden används som kravspecifikation för under vilka driftsvillkor komponenter i anläggningen ska fungera.
För att bedöma elkvalitet, och i det här fallet övertoner är det viktigt att inte enbart utvärdera dem mot en standard. En elkvalitetsrapport ger en
indikering om hur det ser ut på elnätet, men avhjälper inte per automatik övertonsproblem Det kan förekomma störningar i en anläggning trots att en rapport visar godkända värden. Elkvalitetsmätning får inte ersätta ett analytiskt arbete utan bör ses som en vägledning till god elkvalitet [3].
2.11.1 EN50160
Europastandarden EN50160 med den officiella svenska språkversionen EN50160:2010 anger gränser för spänningens egenskaper i
anslutningspunkten till en elanvändare. Standarden avser allmänna
distributionsnät för låg-, mellan- och högspänning. Två nyckelformuleringar är.
”Under normala driftförhållanden ska, under varje period av en vecka, 95 % av antalet 10-minuters medelvärden för effektivvärdet för varje enskild överton i spänningen vara mindre än eller lika med värdena i tabell 1. Resonanser kan orsaka högre spänningar hos en enskild överton.
Dessutom ska den totala övertonshalten (THD) hos matningsspänningen (inklusive alla övertoner upp till och med den 40:e) vara mindre än eller lika med 8 % [7].” 1
Tabell 2.3. Gränsvärden för övertoner enligt EN50160.
Udda övertoner Jämna övertoner
Ickemultipler av 3 Multipler av 3 Ordning h Relativ spänning (𝑢g) Ordning h Relativ spänning (𝑢g) Ordning h Relativ spänning (𝑢g) 5 6,0 % 3 5,0 % 2 2,0 % 7 5,0 % 9 1,5 % 4 1,0 % 11 3,5 % 15 0,5 % 6…24 0,5 % 13 3,0 % 21 0,5 % 17 2,0 % 19 1,5 % 23 1,5 % 25 1,5 % 2.11.2 EIFS 2013:1
Energimarknadsinspektionens standard EIFS 2013:1 anger allmänna råd och krav som ska vara uppfyllda för att överföring av el ska vara av god kvalitet. Standarden ställer generellt högre krav än EN50160 på övertoner.
Mätningarna måsta lika inom angivna gränser under 100% av tiden. Vid spänning över 36kV är gränserna även lägre.
”För referensspänningar upp till och med 36 kilovolt gäller följande. Under en period motsvarande en vecka ska förekommande tiominutersvärden för varje enskild överton vara mindre än eller lika med värdena i tabell 1 och varje tiominutersvärde av den totala övertonshalten ska vara mindre än eller lika med åtta procent [2].”
Tabell 2.4 Gränsvärden för övertoner under 36kV enligt EIFS 2013. Ej multiplar av 3 Multiplar av 3 Övertone r (n) Relativ övertonsha lt (%) Övertone r (n) Relativ övertonsha lt (%) Övertone r (n) Relativ övertonsha lt (𝑢g) 5 5,0 % 3 3,0 % 2 1,9 % 7 4,0 % 9 1,3 % 4 1,0 % 11 3,0 % 15 0,5 % 6…24 0,5 % 13 2,5 % 21 0,5 % 17 2,0 % 19 1,5 % 23 1,5 % 25 1,5 %
2.11.3 Standard Södra Cell
Södra Cells egna standard har följande formulering.
”Kopplingsutrustning, enheter apparater och kabelnät skall dimensioneras för en spänningsgodhet enligt nedanstående tabell eller sämre.”
Det ska nämnas att standarden primärt tillämpas för att ställa hårda krav på tillverkare av elkraftskomponenter.
Tabell 2.5. El/Instrument standard Södra Cell
p-kraft
690V 400V
Övertonshalt UTHD 10 % 10 %
3. Metod och genomförande
3.1 Kvantitativ mätning
Studien kommer baseras på ett antal övertonsmätningar som genomfördes i fabriken. Mätdata kommer analyseras och utvärderas utifrån projektets olika delmål. För att vikta mätresultatet mot en branschstandard måste
mätningarna genomföras med en godkänd elnätsanalysator. Till projektet valdes elnätsanalysatorn Unilyzer 902 från Unipower AB, vilket är ett klass A instrument som uppfyller normen för referensmätning enligt IEC 61000-4-30. Val av instrument påverkades av att kurslitteratur hänvisade till Unipower AB och att företaget erbjöd att låna ut instrument och ge support under projektets gång.
Unipowers mätsystem består av den fysiska elnätsanalysatorn samt programvarorna PQ Online och PQ Secure. Programvaran PQ Online används till att med uppkopplad dator konfigurera mätparametrar i instrumentet innan påbörjad mätning. Efter avslutad mätning överförs mätdata till datorn och analyseras med PQ Secure mot önskade
elkvalitetsparametrar. Programvaran kan sedan automatiskt sammanställa all mätdata i en rapport mot önskad branschstandard.
3.1.1 Övertonshalter
Södra Cells kraftförsörjs med två inkommande 130kV matningar och fabrikens fyra generatorer G2, G3, G4 och G5. Figur 3.1 visar de två inkommande 130kV matningar som transformeras ner till 10kV via T1 och T2. Transformatorerna spänningsmatar tre huvudställverk S73, S71 och S75. Från huvudställverken transformeras spänningen sedan ner ytterligare till ett helt isolerat 690V nät som spänningsförser underliggande procesställverk (visas ej i figur). Sekundärsida av procesställverken spänningsförser sedan fabrikens olika processdrifter.
Utvärdera övertonshalter och spridning för hela fabriken är ett betydande arbete som inte ryms inom tiden för examensarbetet. Istället kommer det utföras mätningar vid två procesställverk och ett huvudställverk vilka får representera typiska lastsituationer för fabriken. Mätpunkterna har valts utifrån belastande effekt av frekvensstyrda drifter och mätpraktiska aspekter, se tabell 3.1 och 3.2. För fullständig information om ställverkens laster och effekter, se bilaga 7.
Tabell 3.1. Utvalda procesställverk med antal frekvensomriktare och frekvensomriktarnas totala märkeffekt.
Procesställverk Spänning Antal Total märkeffekt från frekvensomriktare
705-P716F 690V 12 700,5kW
455-P417F 690V 5 3,4MW
Tabell 3.2. Huvudställverk S73.01A.
Huvudställvek Spänning
S73.01A 10kV
Övertonsmätningarna genomfördes över tid enligt tabell 3.3 och
utvärderades mot Energimarknadsinspektionens standard EIFS 2013:1 [2]. Tabell 3.3. Mätperioder för studiens mätningar.
Procesställverk Period start Period slut 705-P716F 2017-05-22 15:00:00 2017-05-29 09:09:59 455-P417F 2017-05-29 11:40:00 2017-06-07 08:29:59
Huvudställverk Period start Period slut
S73.01A 2017-05-04 15:00:00 2017-05-11 09:29:59
Figur 3.2 visar ett urklipp från systemöversikten på huvudställverket och procesställverken som projektets mätningar genomfördes på. För fullständig systemöversikt se bilaga.
Figur 3.2. Huvudställverk och procesställverk som mätningarna genomfördes på. Elnätanalysatorn kopplades enligt samma princip vid samtliga procesställverk för mätning av fasspänning. Testsladdar för spänningsmätning anslöts till uttagen L1, L2, L3 och jord på
ställverksskåpets framsida, se figur 3.3. Sladdarna drogs sedan genom golvet till underliggande kabelkällare.
I kabelkällaren anslöts sedan testsladdarna och strömtängerna till
elnätsanalysatorn. Strömtängerna monterades runt L1, L2 och L3, se figur 3.4. På grund av att ställverken matas med fem parallellkopplade 400𝑚𝑚C
kablar per fas och strömtängernas begränsande diameter monterades de runt en av de fem kablarna. För att kompensera för kopplingen konfigurerades elnätsanalysatorn med skalfaktor fem.
Figur 3.4. Elnätsanalysatorns placering i kabelkällaren och strömtängernas montering. Vid huvudställverket kopplades elnätsanalysatorn in för mätning av huvudspänningar. Tre testsladdar för spänningsmätning anslöts till plint i ställverksskåp. Två testsladdar för strömmätning av L1 och L3 byglades över plint och två strömtänger monterades runt respektive byglad testsladd. Figur 3.6 visar hur strömtängernas montering runt de byglade testsladdarna i mitten av skåpet, samt spänningens testsladdar längst ner till höger i bilden.
Figur 3.6. Inkopplad elnätsanalysator vid huvudställverket S73.01A.
3.1.2 Spridning övertoner
För att utvärdera om övertonerna sprider sig i nätet kommer metoden för att riktningsbestämma övertoner tillämpas, enligt avsnitt 2.7. Visar analysen att övertonerna genereras från överliggande nät, ger det en indikation på att övertonerna sprider sig i fabrikens elnät.
3.1.3 Mätnoggrannhet strömtransformator
Mätnoggrannheten på strömtransformatorn Holec HF6 741F0029 bestäms genom att utföra en övertonsmätning med strömtransformatorerna i procesställverk 705-P716F. Mätvärdena jämföras sedan med en mätning som utförts med elnätsanalysatorns strömtänger vid samma procesställverk. Mätningarna med elnätsanalysatorns strömtänger blir således en
referensmätning som övriga mätningar viktas mot. Mätningarna genomförs under en vecka med respektive mätmetod, se tabell 3.4. Mätanalysen begränsas av att projektets elnätsanalysator endast kan hantera tre
fasströmmar. På grund av begränsningen genomförs respektive mätning vid olika tillfällen. Belastningen av procesställverket bedöms vara jämn över tid.
Tabell 3.4. Mätsekvenser för utvärdering av mätnoggrannhet av strömtransformatorn Holec HF6 741F0029.
Holec HF6 741F0029 Period start Period slut
705-P716F 2017-04-21 11:30:00 2017-04-28 11:30:00
Strömtänger Period start Period slut
4. Resultat och analys
4.1 Övertonshalter
4.1.1 Procesställverk 705-P716F
I tabell 4.1 och 4.2 redovisas mätresultatet på spänningsövertoner som utvärderats mot EIFS 2013:1. Resultatet visar godkända värden på THD-F och enskilda spänningsövertoner. Procesställverket medeleffekt under mätsekvensen var 0,3MW, se figur 4.1. Mätresultat för strömövertoner presenters i bilaga 6.
Tabell 4.1. THD-F för spänningen vid procesställverk 705-P716F. Tid inom
gränsen Max värde Min värde 95% värde Resultat
THDF U1 100% 1,59% 0,84% 1,14% Godkänd
THDF U2 100% 1,62% 0,87% 1,16% Godkänd
THDF U3 100% 1,61% 0,85% 1,14% Godkänd
Tabell 4.2. Värden på enskilda spänningsövertoner vid procesställverk 705-P716F. # Gräns [%] MaxU21 [%] 95% U21 [%] MaxU23 [%] 95% U23 [%] MaxU31 [%] 95% U31 [%] Resultat 2 2 0,07 0,06 0,10 0,09 0,10 0,10 Godkänd 3 5 0,06 0,06 0,07 0,07 0,11 0,11 Godkänd 4 1 0,03 0,02 0,03 0,02 0,03 0,02 Godkänd 5 6 1,24 0,87 1,25 0,89 1,25 0,88 Godkänd 6 0,5 0,02 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 Godkänd 7 5 0,81 0,64 0,84 0,65 0,80 0,61 Godkänd 8 0,5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Godkänd 9 1,5 0,02 0,02 0,03 0,02 0,03 0,03 Godkänd 10 0,5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Godkänd 11 3,5 0,43 0,26 0,42 0,27 0,45 0,28 Godkänd 12 0,5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Godkänd 13 3 0,24 0,23 0,24 0,23 0,23 0,22 Godkänd 14 0,5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Godkänd 15 0,5 0,02 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 Godkänd 16 0,5 0,02 0,01 0,02 0,01 0,02 0,01 Godkänd 17 2 0,40 0,33 0,41 0,34 0,41 0,34 Godkänd 18 0,5 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,01 Godkänd 19 1,5 0,15 0,14 0,14 0,13 0,14 0,13 Godkänd 20 0,5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Godkänd 21 0,5 0,01 0,01 0,02 0,01 0,02 0,02 Godkänd 22 0,5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Godkänd 23 1,5 0,14 0,08 0,13 0,09 0,13 0,08 Godkänd 24 0,5 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Godkänd 25 1,5 0,11 0,08 0,10 0,07 0,10 0,08 Godkänd
4.1.2 Procesställverk 455-P417F
I tabell 4.3 och 4.4 redovisas mätresultatet på spänningsövertoner som utvärderats mot EIFS 2013:1. Resultatet visar ett godkänt THD-F men ett underkänt värde på femte spänningsöverton. Procesställverket medeleffekt under mätsekvensen var 1,76MW, se figur 4.2. Mätresultat för strömövertoner presenters i bilaga 6.
Tabell 4.3. THD-F för spänningen vid procesställverk 455-P417F. Tid inom
gränsen Max värde Min värde 95% värde Resultat
THDF U1 100% 7,69% 5,62% 7,52% Godkänd
THDF U2 100% 7,51% 5,55% 7,34% Godkänd
THDF U3 100% 7,6% 5,61% 7,42% Godkänd
Tabell 4.4. Värden på enskilda spänningsövertoner vid procesställverk 455-P417F. # Gräns [%] MaxU21 [%] 95% U21 [%] MaxU23 [%] 95% U23 [%] MaxU31 [%] 95% U31 [%] Resultat 2 2 0,08 0,07 0,11 0,11 0,12 0,11 Godkänd 3 5 0,29 0,28 0,11 0,10 0,36 0,34 Godkänd 4 1 0,04 0,04 0,03 0,03 0,04 0,04 Godkänd 5 6 6,30 6,14 6,11 5,96 6,16 6,01 Underkänd 6 0,5 0,04 0,03 0,03 0,02 0,04 0,04 Godkänd 7 5 2,09 2,06 2,13 2,11 2,18 2,15 Godkänd 8 0,5 0,03 0,03 0,03 0,03 0,02 0,02 Godkänd 9 1,5 0,12 0,12 0,07 0,06 0,16 0,15 Godkänd 10 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 Godkänd 11 3,5 2,65 2,61 2,55 2,50 2,53 2,50 Godkänd 12 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 Godkänd 13 3 1,63 1,56 1,66 1,59 1,75 1,68 Godkänd 14 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 Godkänd 15 0,5 0,14 0,14 0,03 0,03 0,15 0,14 Godkänd 16 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 Godkänd 17 2 1,43 1,39 1,35 1,32 1,30 1,27 Godkänd 18 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 Godkänd 19 1,5 1,20 1,16 1,24 1,20 1,30 1,27 Godkänd 20 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 Godkänd 21 0,5 0,13 0,12 0,04 0,03 0,14 0,13 Godkänd 22 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 Godkänd 23 1,5 0,80 0,76 0,74 0,70 0,70 0,67 Godkänd 24 0,5 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 Godkänd 25 1,5 0,76 0,72 0,82 0,78 0,86 0,82 Godkänd
4.1.3 Huvudställverk S73.01A
I tabell 4.5 och 4.6 redovisas mätresultatet på spänningsövertoner som utvärderats mot EIFS 2013:1. Resultatet visar på godkända värden på THD-F och enskilda övertoner. Låga värden på högspänningsställverk är att vänta då strömmen transformeras ner och distorderar spänningen mindre. Mätresultat för strömövertoner presenters i bilaga 6.
Tabell 4.5. THD-F värden för S73.01A Tid inom
gränsen Max värde Min värde 95% värde Resultat
THDF U1 100% 1,06% 0,65% 0,92% Godkänd
THDF U2 100% 1,01% 0,62% 0,88% Godkänd
THDF U3 100% 1,08% 0,67% 0,91% Godkänd
Tabell 4.6. Värden på enskilda spänningsövertoner vid procesställverk 455-P417F. # Gräns [%] MaxU21 [%] 95% U21 [%] MaxU23 [%] 95% U23 [%] MaxU31 [%] 95% U31 [%] Resultat 2 2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 3 5 0,18 0,07 0,23 0,05 0,14 0,10 Godkänd 4 1 0,08 0,00 0,07 0,00 0,07 0,00 Godkänd 5 6 0,67 0,57 0,62 0,57 0,67 0,61 Godkänd 6 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 7 5 0,80 0,62 0,76 0,59 0,83 0,61 Godkänd 8 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 9 1,5 0,05 0,00 0,02 0,00 0,02 0,00 Godkänd 10 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 11 3,5 0,44 0,42 0,42 0,39 0,40 0,38 Godkänd 12 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 13 3 0,17 0,15 0,16 0,13 0,18 0,14 Godkänd 14 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 15 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 16 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 17 2 0,19 0,18 0,19 0,18 0,19 0,18 Godkänd 18 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 19 1,5 0,09 0,07 0,09 0,08 0,10 0,08 Godkänd 20 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 21 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 22 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 23 1,5 0,13 0,11 0,15 0,10 0,13 0,10 Godkänd 24 0,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Godkänd 25 1,5 0,10 0,08 0,09 0,07 0,10 0,07 Godkänd
4.2 Spridning övertoner
4.2.1 Procesställverk 705-P716F
Figur 4.3 visar lastströmmen och THD-F för spänningen för procesställverk 705-P716F. Det går att se vissa likheter men också olikheter mellan
kurvorna. Eftersom att det inte är en tydlig korrelation mellan kurvorna indikerar det att procesställverket störs av spänningsövertoner från överliggande nät.
Figur 4.3. Lastströmmen (nedersta kurvorna) och THD-F för spänning (översta kurvorna) för procesställverk 705-P716F.
4.2.2 Procesställverk 455-P417F
Figur 4.4 visar lastströmmen och THD-F för spänningen för procesställverk 455-P417F. Det går att se en tydlig korrelation mellan spänningsövertonerna och lastströmmen, vilket betyder att spänningsövertonerna genereras från lasten.
Figur 4.4 Lastströmmen (nedersta kurvorna) och THD-F för spänning (översta kurvorna) för procesställverk 455-P417F.
4.2.3 Huvudställverk S73.01A
Figur 4.5 visar lastströmmen och THD-F för huvudställverk S73.01A. Det går inte att se några korrelationer mellan kurvorna, vilket är ett väntat resultat då huvudställverket blir en sammanlagring av samtlig
spänningsövertoner och lastströmmar.
Figur 4.5 Lastströmmen (nedersta kurvorna) och THD-F för spänning (översta kurvorna för huvudställverk S73.01A.
4.3 Mätnoggrannhet strömtransformator
Tabell 4.7 och figur 4.6 visar det 95% värdet av resultatet från
övertonsmätningarna på strömmen som genomfördes under en vecka med strömtransformatorerna Holec HF6 741F0029 och strömtängerna till
elnätsanalysatorn. Mätningarna genomfördes vid procesställverk 705-P716F. Procesställverket hade vid respektive mätsekvens olika
belastningssituationer. Figur 4.7 och 4.8 visar hur procesställverket belastades över tid för respektive mätsekvens.
Resultatet visar på likheter mellan mätmetoderna, se figur 4.6.
Strömtransformatorerna från Holec detekterar enskilda strömövertoner med liknande karakteristik som strömtängerna till elnätsanalysatorn, dock med ett generellt lägre THD-F värde. Det lägre THD-F värdet kan härledas till att mätningarna genomfördes vid olika tidpunkter med olika
Tabell 4.7. Medelvärdet för enskilda strömövertoner för respektive mätmetod vid 100% av tiden.
Strömtång Holec Strömtång Holec Strömtång Strömtång 95% I1 [%] 95% I1 [%] 95% I2 [%] 95% I2 [%] 95% I3 [%] 95% I3 [%] 2 0,2222 0,3819 0,219 0,3858 0,2318 0,3812 3 0,4844 0,5011 0,7079 0,8025 0,4245 0,4419 4 0,1102 0,1592 0,1086 0,167 0,1233 0,1602 5 7,4621 8,0711 7,0422 8,1237 7,3163 7,9495 6 0,0813 0,1167 0,079 0,1203 0,0864 0,1204 7 3,6895 4,4654 3,4128 4,3699 3,5688 4,2731 8 0 0,0852 0 0,0832 0 0,0859 9 0,0977 0,1129 0,1253 0,1316 0,0909 0,0934 10 0 0,0641 0 0,0647 0 0,0684 11 1,6872 1,565 1,6603 1,6126 1,711 1,6031 12 0 0,0598 0 0,059 0 0,0609 13 0,8037 0,9243 0,7374 0,91 0,7735 0,8547 14 0 0,0462 0 0,047 0 0,0484 15 0 0,0619 0 0,0717 0 0,0629 16 0 0,0528 0 0,0537 0 0,0552 17 0,9485 1,067 0,9195 1,0888 0,9557 1,0981 18 0 0,053 0 0,0545 0 0,0557 19 0,4319 0,4952 0,3954 0,4796 0,4239 0,4585 20 0 0,0359 0 0,0361 0 0,0375 21 0 0,039 0 0,0427 0 0,0355 22 0 0,0264 0 0,0278 0 0,0297 23 0,2364 0,2855 0,2389 0,3039 0,2483 0,3105 24 0 0,0232 0 0,0231 0 0,0247 25 0,1805 0,2129 0,1643 0,1912 0,1791 0,1908
Figur 4.6. Jämförelse av mätresultatet på strömövertoner som genomförts med Holec HF6 741F0029 och strömtängerna till elnätsanalysatorn.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 % Övertonsnummer
Enskilda strömövertoner
Strömtång L1 Holec L1 Strömtång L2 Holec L2 P716 Strömtång L3Figur 4.7. Belastningseffekt av procesställverk 705-P716F vid övertonsmätning med strömtänger till elnätsanalysatorn.
Figur 4.8. Belastningseffekt av procesställverk 705-P716F vid övertonsmätning med Holec strömtransformatorer.
5. Diskussion och slutsatser
5.1 Övertonshalter
Mätningarna visade på variation av övertonshalter mellan procesställverken. Det går att se en tydlig koppling mellan övertonshalter och lasteffekt från frekvensstyrda drifter. Båda ställverken uppfyller kraven på THD-F enligt EIFS 2013:1. Procesställverk 455-P417F visade dock ett underkänt värde på femte övertonen.
Från transformatorns perspektiv låg spänningens THD-F på primärsida trafo under den generella rekommendationen på 8%. Dock uppfyller inte de enskilda strömövertoner de generella rekommendationerna på 1-2% för jämna respektive 5% för udda, se avsnitt 2.9.1. Där visade procesställverk 705-P716F runt 8% på överton fem och 455-P417F visade ungefär 21% för överton fem respektive 6,5% för sjunde övertonen.
Matande ABB transformator till 705-P716F har låg belastningsgrad på ca 40% och uppvisar en drifttemperatur på ca 30 grader medans ABB
transformatorn till 455-P417F har en högre belastningsgrad på ca 80% och visade en drifttemperatur på ca 50 grader.
För att utvärdera resultaten ytterligare och bedöma om Södra Cell bör vidta några förbättrande åtgärder, kontaktades ABB för konsultation. ABB samlade bild är att det inte behöver vidtas några explicita åtgärder med rådande övertonshalter, underlaget från mätningarna är dock lämpligt att väga in vid framtida konstruktionsarbete. ABB rekommenderar att vid eventuell installation av faskompenserade utrustning installera snedavstämda kondensatorbatterier som är avstämda på 141Hz, 189Hz eller 189Hz.
Det ska även nämnas att Södra Cell ställer krav på att elkraftskomponenter som installeras i fabriken är dimensionerade för att klara THD på 15%, resultaten visar att det finns en god marginal till den nivån.
Mina rekommendationer till Södra Cell är att kontakta ABB för att reda ut för vilka enskilda strömövertonsnivåer aktuella transformatorer är designade för. Samt att fråga dem vad anser om transformatorernas temperatur i
relation till rådande belastningsgrad. Min kontaktperson för transformatorer på ABB var vid den fasen i projekt inte tillgänglig för att besvara dessa frågor.
5.2 Spridning övertoner
Analysen av mätdata vid procesställverk 455-P417 visar att
spänningsövertonerna korrelerar tydligt med lastströmmen, vilket ger tydlig indikation på att det är ställverkets laster som orsakar spänningsövertonerna i ställverket. Procesställverk 705-P716F visar dock inte på en övertygande
kommer från överliggande nät. THD-F är dock på en sådan låg nivå att det kan härledas till normal spridning, vilket det alltid förekommer i någon nivå. Huvudställverket S73.01A visar på mycket lågt spännings THD-F som ligger under 1%, vilket sannolikt är en effekt av att 10kV-nätet har hög kortslutningseffekt.
Med utgångspunkt från dessa observationer går det att göra analysen att 455-P417F THD-F på spänningen på runt 7-8%, procesställverk 705-P716F matas med en spänning som är distorderad med 1-2% vilket påvisar att spänningsövertonerna inte sprider sig på ett problematiskt vis i elnätet.
5.3 Mätnoggrannhet strömtransformator
Att tillämpa befintliga strömtransformatorer för övertonsmätning i
anläggningar är många gånger både nödvändigt men också problematiskt då det ofta inte finns information om strömtransformatorernas bandbredd. Branschpraxis är dock att det generellt blir ett bra mätresultat på övertonsmätningar upp till 1000Hz.
Resultatet för utvärdering av mätnoggrannheten på strömtransformatorn Holec HF6 741F0029 visar att mätningarna som genomfördes med strömtransformatorerna i procesställverket och strömtängerna till
elnätsanalysatorn uppvisar betydande likheter. På grund av att mätningarna inte genomförde vid samma tillfälle och att belastningseffekten inte var identisk för respektive mätsekvens, blir analysen för komplex för att med säkerhet bestämma strömtransformatorns mätnoggrannhet. Resultat visar dock på sådan likhet att det går att göra slutsatsen att strömtransformatorerna sannolikt går att nyttja till framtida övertonsmätningar. För att med säkerhet utvärdera och bestämma mätnoggrannheten rekommenderar jag att
genomföra övertonsmätningar med respektive mätmetod vid samma tillfälle. Studien begränsades av att elnätsanalysatorn enbart kunde hantera tre
6. Referenser
[1] S.-E. Berglund och J. Åkerlund, ”Elvalitetsguide,” Elforsk, Stockholm, 2004.
[2] G. Móren, ”EIFS 2013:1,” Energimarknadsinspektionen, Eskilstuna, 2013. [3] R. Gustavsson, Praktisk Elkvalitet, vol. 2, Olofström: Norbo kraftteknik AB,
2003-2010.
[4] H. elsäkerhetsverket.