Skip to main content

Lätt att missa brytpunkt till ny standard vid inkoppling av större fläktar på nätet

Pressmeddelande   •   Mar 13, 2019 09:44 CET

Foto: Lumppini, fotolia

Bristande elkvalitet, som till exempel kan orsakas av övertoner, är ett gissel i ett modernt samhälle. Inte bara så att de kan förkorta livslängden och orsaka skador på elanslutna utrustningar och apparater. När det gäller övertoner kan de även leda till prestandaförsämringar och oönskade stopp och avbrott. Det finns en undersökning gjord för några år sedan som visar att brister i elkvalitet på grund av övertoner kostar svensk industri flera hundra miljoner kronor varje år på grund av bland annat oönskade driftstopp. Även privatpersoner drabbas av elstörningar i form av övertoner även om man kanske inte kopplar ihop det med att en TV eller stereo krånglar, glödlampor ständigt går sönder och jordfelsbrytare löser ut lite oförklarligt.

Den snabba teknikutveckling som skett under en lång följd av år har lett till att elmiljö och elkvalitet allt mer hamnat i fokus, och det gäller inte minst problem som uppstår på grund av övertoner. Teknikutveckling är givetvis något positivt men den leder också till att allt mer övertoner går ut på elnätet samtidigt som olika utrustningar och apparater blir allt mer känsliga för störningar. För att minimera utbredningen av övertoner har det tagits fram standarder som anger gränsvärden för övertoner orsakade av apparater och utrustningar med bl a olika matningsström.

Två av dessa är viktiga att känna till vid inkoppling av större axial- och radialfläktar på elnätet. Vi ska strax förklara varför men först ska vi försöka reda ut vad övertoner är, varför de uppstår, ge ett exempel från sjukhusvärlden för att visa hur komplext elkvalitet kan vara och vi ska även titta på vem det är som har ansvaret för en bra elkvalitet i elnätet.

Övertonsproblem vid ett lasarett visar hur svårt det kan vara att hitta felkällan
Om ett elnät enbart består av strömmar och spänningar med en enda frekvens, till exempel 50 Hz som i Sverige, kommer ström – och spänningskurvorna vara sinusformade. Denna frekvens på 50 Hz kallas för elnätets grundfrekvens eller grundton. Finns det däremot överlagrad spänning och ström som har andra frekvenser än grundtonen betyder det att det finns övertoner i nätet . Genom att övertoner förekommer i elnätet förvrängs spänningens och strömmens vågform och ursprungliga sinusform. Övertoner är heltalsmultiplar av grundfrekvensen 50 Hz. Det betyder att överton nummer två har en frekvens på 100 Hz, överton nummer tre har en frekvens på 150 Hz osv.

Det är olinjära belastningar, ofta benämnda icke-linjära laster, som ger upphov till övertoner genom att förhållandet mellan ström och spänning inte är konstant under en viss period. Om en olinjär belastning ansluts till elnätet kommer den att dra en ström som avviker från sinusformen vilket orsakar övertoner. Strömmen kommer sedan att orsaka ett motsvarande spänningsfall vilket förvränger spänningskurvans sinusform och ger motsvarande övertoner i spänningen. Anordningar som innefattar kraftelektronik är typiska icke-linjära laster. I Figur 1a och 1b kan man se ett exempel på skillnaden mellan en linjär last och en icke-linjär last.

Figur 1a. (till vänster). Linjär last. Konstant förhållande mellan ström och spänning
Figur 1b. Icke - linjär last. Inte konstant förhållande mellan ström och spänning.

I Figur 1a kan man se att grundtonen på 50 Hz inte blir påverkad av den linjära lasten. Det beror i detta fall på att de linjära lasterna är resistiva och därmed kommer strömmen passera genom lasten utan att den påverkas. Sinuskurvan behåller därför sin form och följer spänningskurvan. Har man däremot en icke-linjär last kommer strömmen dras i korta pulser och beroende på nätets utformning så kommer detta att påverka strömmen i intervaller. Därmed alstras fler och nya strömmar i andra frekvenser än grundtonen. Ström – och spänningskurvan kommer inte längre följas åt. Detta är övertoner. Några exempel på icke-linjära laster är industriell utrustning så som svetsmaskiner, ljusbågsugnar, induktionsugnar och likriktare. Vidare frekvensomriktare för asynkron – och likströmsmotorer, kontorsutrustningar som datorer och kopieringsmaskiner samt hushållsmaskiner som till exempel tv-apparater och mikrovågsugnar.

Vi är medvetna om att denna beskrivning inte är helt lätt att ta till sig för en lekman, men även för elproffs kan detta med övertoner och bristande elkvalitet vara riktigt komplext och svårutrett. Övertoner i elnätet vid Skellefteå Lasarett för några år sedan får illustrera det. Med målsättningen att hitta och eliminera övertonerna startades en utredning för att spåra övertonsgenererande utrustning. För lasarettet var det ett prioriterat projekt då det fanns en risk att övertonerna kunde orsaka störningar på känslig medicinsk utrustning. Noggranna undersökningar och mätningar utfördes men ändå kunde man inte exakt fastställa vilka installationer eller apparater det var som orsakade övertonerna. Arbetet med att eliminera övertonsproblemen har sedan fortsatt vid sjukhuset och även hos elleverantören.

Även konsulter, totalentreprenörer och fläktinstallatörer har ett ansvar för att det inte uppstår övertoner
Grundregeln är att det är elleverantören som har ansvaret för att upprätthålla en god elkvalitet i elnätet trots att det i de flesta fall är kundanslutna utrustningar som orsakar problem med exempelvis övertoner. Därför krävs det också ett bra samarbete och samverkan mellan elleverantörer, elkonsumenter och apparat- och anläggningsleverantörer för att åstadkomma bra elkvalitet. För exempelvis en anläggningsleverantör är det givetvis viktigt att ha en anläggning som helst inte ger några övertoner alls, eller i alla fall minimerar antalet övertoner. Samtidigt visar exemplet med Skellefteå Lasarett att det inte alltid är lätt att åstadkomma en optimal elkvalitet.

Med tanke på hur viktigt det är med en bra elkvalitet i dagens samhälle arbetar ebm-papst på olika sätt för att bidra med teknik som kan eliminera övertoner, men också informationsmässigt för att göra bl a fläktinstallatörer, konsulter och totalentreprenörer medvetna om vad man måste tänka på vid inkoppling av stora fläktar på elnäten.

Ett exempel på teknik från ebm-papst som hjälper till att minska övertonsproblemen är en lösning där fläktar utrustats med integrerad effektfaktorkorrigering (PFC, Power Factor Correction). Tekniken används ofta i applikationer med fläktar i parallell drift som i exempelvis luftridåer. Här krävdes det för några år sedan åtgärder interferensdämpning för att förhindra störande övertoner. Den stora fördelen med aktiv PFC är att tekniken reducerar övertonerna och säkerställer att kraven i standarder kan uppfyllas utan att det krävs några ytterligare åtgärder. Ny teknik som förhindrar övertonsproblem är givetvis bra, men en bra förståelse för hur problem kan undvikas är minst lika viktigt. Vi ger här några tips och råd inför projekteringen och installationen av stora fläktar som ska kopplas in på elnätet.

1. Om två fläktar med 10 A matningsström installeras är det EMC-standarden för 16-75 A som gäller!
Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) är förmågan hos en apparat, utrustning eller system att fungera i en elektromagnetiska omgivning utan att medföra oacceptabla störningar som exempelvis allt för höga övertoner i denna omgivning. Det finns åtta olika standarder i EMC-regelverket och de två som blir aktuella vid installation av ebm-papst större fläktar är SS-EN 61000-3-2 (högst 16 A per fas) och SS-EN 61000-3-12 (större än 16 A men högst 75 A per fas. Det kan också vara lätt att missa att om det installeras två fläktar med en matningsström på exempelvis 10 A vardera så går det över 16 A per fas och då är det standarden för 16-75 A som är aktuell! Viktigt just i detta fall är att beakta kraven på kortslutningsström till anslutningspunkt och som i sin tur påverkar kabeldimensionering.

2. Kablaget ska vara dimensionerat efter fläktarnas storlek!
När gamla fläktar ersätts med nya kan det finnas tillräckligt grova kablar som gör att övertons-problem inte uppstår. Vid nyinstallationer är det dock inte ovanligt med kablage som har en otillräcklig kabelarea. Detta kan leda till problem med olinjära belastningar och störningar utan att man riktigt inser vad det är som orsakar problemen.

3. Vid projekteringen är det viktigt att dimensionera anläggningen rätt!
En utmaning för bl a ventilationskonsulter är att dimensionera en anläggning korrekt och noga kontrollera strömförbrukningen. När det ibland uppfattas som att det är fläktar som orsakar problem har ebm-papst genom mätningar konstaterat att det är en anläggning som är feldimensionerad.

4. En totalentreprenör ska kunna visa att en installation överensstämmer med EMC-kraven!
Den som utför en fast installation måste kunna dokumentera hus skyddskraven i EMC-direktiven uppfylls. EMC-standarden gör ingen skillnad mellan enskilda apparater och fasta installationer.

5 Kom till ebm-papst i Järfälla för en demonstration i vår testavdelning!
Vid ebm-papst fläktskola i Järfälla finns en testavdelning där vi gärna demonstrerar den effekt övertoner har på spännings- och strömkurvor. Det som låter krångligt i teorin blir betydligt mer lättbegripligt efter en demonstration och information från våra ingenjörer! 

ebm-papst är ett världsledande företag inom utveckling, tillverkning och försäljning av energieffektiva fläktar och elmotorer. Spetskompetens inom avancerad motorteknologi, smart elektronik och aerodynamik har banat väg för det framgångsrika fläkt- och motorsortimentet. Kunderna finns bland annat inom ventilation, kyla, värme, telekommunikation, elektronikindustri och fordonsindustri. Företagets GreenTech strategi innebär ett kontinuerligt arbete för hållbar utveckling och i november 2013 utsågs ebm-papst till Tysklands mest hållbara företag då företaget vann den prestigefyllda utmärkelsen The German Sustainability Award.