21-5-29 Elkvalitetsanalys av VBG Groups maskinhall Tommy Keränen Jakob Magnusson EXAMENSARBETE Elektroingenjör med inriktning mot elkraft Institutionen för ingenjörsvetenskap
EXAMENSARBETE Elkvalitetsanalys av VBG Groups maskinhall Sammanfattning Examensarbetet har utförts på uppdrag av NEA Gruppen och är en elkvalitetsanalys av VBG Groups maskinhall. Målet med analysen var att uppvisa elkvaliteten i maskinhallen. Perfekt elkvalitet kan definieras som total frånvaro av elektriska störningar. Av elektriska störningar är det framförallt spänningsstörningar, såsom kortvariga spänningsvariationer, spänningsosymmetrier, spänningstransienter och likspänningskomponnenter, som orsakar mest besvär för elnät och anslutna laster. Även övertoner, som kan delas i spännings- och strömövertoner, påverkar elsystem på ett negativt sätt. Analysen visar att maskinhallens spänning är stabil. Detta var väntat då kortslutningseffekten är hög jämfört med anläggningens storlek. Det matande nätet kan alltså anses starkt. Maskinhallens laster alstrar strömövertoner av framförallt ordningstalen 5 och 7 men eftersom det matande nätet är starkt ger dessa inte upphov till några spänningsövertoner som ligger utanför rekommenderade gränser. I maskinhallens ena inmatningspunkt, T1A15, finns ett kondensatorbatteri anslutet för reaktiv effektkompensering. Vid den andra inmatningspunkten, transformatorstation T3, finns idag ingen kompenseringsutrustning. Behovet är inte heller stort då belastningsgraden av T3 idag är under 1%. Man kan dock se att den reaktiva effekten redan nu är lika stor som den aktiva vilket medför att effektfaktorn är ca,7 och inom en nära framtid kommer fler laster att anslutas till T3 vilket innebär att ett kondensatorbatteri kan vara en lönsam investering. Maskinhallens belysning alstrar strömövertoner av framförallt ordningstal tre. Övertoner av detta ordningstal har egenskapen att de ger upphov till strömmar i neutralledaren, i värsta fall så stora att neutralledaren blir överbelastad. Någon risk för överbelastning av neutralledaren för maskinhallens belysningsgrupp finns dock inte. Totalt sett är anläggningens elkvalitet god och inga akuta åtgärder behöver vidtas. Datum: 21-5-29 Författare: Tommy Keränen, Jakob Magnusson Examinator: Lars Holmblad Handledare: Åke Larsson Högskolan Väst Per Magnusson NEA Gruppen Program: Elektroingenjör med inriktning mot elkraft Huvudområde: Elektroteknik Utbildningsnivå: Grundnivå Poäng: 18 högskolepoäng Nyckelord: Elkvalitet, övertoner, spänningsstörningar Utgivare: Högskolan Väst, Institutionen för ingenjörsvetenskap, 461 86 Trollhättan Tel: 52-22 3 Fax: 52-22 32 99 Web: www.hv.se i
Power quality analysis of VBG Groups machine hall Summary This bachelor s thesis has been done on request by NEA-Gruppen and consists of a power quality analysis of the VBG Group s machine hall. Perfect power quality can be defined as a total absence of electrical disturbances. The electrical disturbance which causes most problems for electrical systems mainly involve disturbances regarding voltage. Harmonics also has a negative effect on the electrical systems. Harmonics can be divided into voltage harmonics and current harmonics. The analysis of the VBG Group s machine hall shows that the voltage variations are minimal. This was expected because the short-circuit power in the origin of the electrical installation was high compared to the size of the VBG Group s electrical facility. The loads in the machine hall generate current harmonics mainly of ordinal numbers 5 and 7. But because of the high short-circuit power the current harmonics do not result in dangerous levels of voltage harmonics. The machine hall is fed by two transformer stations, T1 and T3. A capacitor bank is connected to switchgear T1A15 for reactive power compensation. Switchgear T3A does not have any equipment for reactive power compensation but so far there is little need for it since the power level is very low. The analysis shows that the power factor in T3A is already as low as,7 and considering that more loads are going to be added to T3A there might be a future need for a capacitor bank. The lighting system in the machine hall generates current harmonics mainly of ordinal number 3. These harmonics have the ability to cause currents in the neutral conductor. In the worst case the currents become so high that there is a risk of overloading the neutral conductor. However in VBG Group s lighting system there is no risk of overloading the neutral conductor. In total the power quality of the VBG Group s machine hall is good and no immediate measures are needed. Date: May 29, 21 Author: Tommy Keränen, Jakob Magnusson Examiner: Lars Holmblad Advisor: Åke Larsson Högskolan Väst Per Magnusson Nea Gruppen Programme: Electrical Engineering, Electric Power Technology Main field of study: Electrical Engineering Education level: First cycle Credits: 18HE credits Keywords Power quality analysis, harmonics, voltage variations Publisher: University West, Department of Engineering Science, S-461 86 Trollhättan, SWEDEN Phone: + 46 52 22 3 Fax: + 46 52 22 32 99 Web: www.hv.se ii
Förord Projektgruppen vill tacka följande personer. Yngve Bohlin, filialchef NEA Installation Trollhättan Per Magnusson, handledare NEA Installation Urban Eriksson, NEA Installation Jan-Erik Tengström, NEA Installation Peter Westman, NEA Installation Åke Larsson, handledare Högskolan Väst Gunilla Brännman, Vattenfall AB Magnus Eriksson, Trinergi AB Ett stort tack även till VBG Group. iii
Innehåll Sammanfattning... i Summary... ii Förord... iii Nomenklatur... vi 1 Inledning... 1 1.1 Uppdragsgivare... 1 1.2 Bakgrund... 1 1.3 Syfte och mål... 1 1.4 Översikt över tidigare arbeten... 1 2 Förutsättningar... 2 2.1 Avgränsningar... 2 2.2 Metod... 2 2.3 Mätinstrument och programvaror... 3 3 Elkvalitet... 3 3.1 Elektriska störningar... 3 3.1.1 Kortvariga spänningssänkningar... 4 3.1.2 Kortvariga avbrott... 4 3.1.3 Kortvariga spänningshöjningar... 5 3.1.4 Spänningstransienter... 5 3.1.5 Spänningsosymmetri... 6 3.1.6 Likspänningskomponent... 6 3.2 Övertoner... 7 3.2.1 THD och klirrfaktor... 8 3.2.2 Strömövertonernas inverkan på spänningen... 1 3.2.3 Övertonernas inverkan på effektsambanden... 1 3.2.4 Tredjetonsfenomenet... 12 3.3 Resonans... 12 4 VBG-Groups elsystem... 13 4.1 Befintliga lasttyper... 15 4.2 Frekvensomriktarens funktion och nätpåverkan... 15 5 Mätningar och resultat... 16 5.1 Mätningar på laster i maskinhallen som matas från ställverk T1A15 och resultat från mätningarna... 17 5.1.1 Induktionshärdugn EFD... 18 5.1.2 Svarv Weisser Univertor... 19 5.1.3 Fleroperationsmaskin Integrex... 2 5.1.4 Svarv Nexus... 21 5.1.5 Fleroperationsmaskin Schmid 2... 22 5.1.6 Mätning vid ställverk T1A15... 23 5.2 Mätningar och analyser på laster i maskinhallen som matas från ställverk T3A... 25 5.2.1 Svarv Magdeburg... 25 5.2.2 Fleroperationsmaskin DMG1... 26 5.2.3 Mätningar vid ställverk T3A (Trafostation T3)... 27 5.3 Mätning och analys av maskinhallens belysning... 28 6 Analys och slutsatser... 29 iv
7 Åtgärder och förslag till fortsatt arbete... 32 Källförteckning... 33 Bilagor A. Grafer och figurer från mätningar på maskiner som matas från ställverk T1A15 B. Grafer och figurer från mätningar på maskiner som matas från ställverk T3A C. Grafer och figurer för mätning på belysningsgrupp T1A3 v
Nomenklatur I rapporten förekommer följande förkortningar och begrepp. Fleroperationsmaskin En maskin som kan göra flera olika arbetsmoment såsom svarvning, borrning, fräsning, etc. Intermittent Ojämnt återkommande, oregelbunden. - Likströmskomponent. - Strömövertonernas sammanlagda effektivvärde. - Strömöverton där n anger övertonens ordningstal. - Strömmens effektivvärde. - Likströmskomponent. - Power Factor, effektfaktor då övertoner förekommer i systemet. - Likspänningskomponent. - Spänningsövertonernas sammanlagda effektivvärde. - Spänningsöverton där n anger övertonens ordningstal. - Spänningens effektivvärde. - Likspänningskomponent. vi
1 Inledning 1.1 Uppdragsgivare Examensarbetet gjordes på uppdrag av NEA Installation i Trollhättan. NEA Installation har kontrakt på drift- och underhåll av elanläggningen på VBG Group i Vänersborg som tillverkar släpvagnskopplingar och andra komponenter till lastbilar. 1.2 Bakgrund VBG Group har lagt ned produktionen i sin fabrik i Krefeldt, Tyskland, där man tillverkade komponenter till släpvagnskopplingar för lastbilar. Nedläggningen har inneburit att verksamheten har flyttats från Krefeldt till VBG Groups lokaler i Vänersborg. Verksamheten består till större delen av konstruktion och bearbetning av stålkomponenter med hjälp av fleroperationsmaskiner. De nya maskinerna har installerats i VBG Groups befintliga maskinhall där det sedan tidigare finns ett antal induktionshärdugnar samt fleroperationsmaskiner och svarvar. Maskinerna i maskinhallen är nästan uteslutande varvtalsstyrda asynkronmaskiner, vilka ger upphov till övertoner som påverkar elkvaliteten. 1.3 Syfte och mål Syftet med examensarbetet var att göra en elkvalitetsanalys på maskinhallens elsystem. Målet med elkvalitetsanalysen var att genom mätning och analys kunna lokalisera eventuella störkällor samt att lämna förslag på fortsatt arbete och åtgärder för att förbättra elkvaliteten. 1.4 Översikt över tidigare arbeten Det har gjorts många examensarbeten i ämnet elkvalitet. De flesta av dessa examensarbeten har gjorts för eller i samarbete med olika nätbolag och är därför inriktade på att undersöka elkvaliteten i distributionsnäten. När det gäller elkvalitetsanalyser inriktade mot industrin och liknande anläggningar har två examensarbeten studerats mer ingående. Det ena är ett examensarbete för Högskolan Trollhättan/Uddevalla, numera Högskolan Väst, i form av undersökning av elkvaliteten i tre olika typer av tillverkningsindustrier. Examensarbetet har framförallt fokuserat på att kartlägga övertoner och övertonshalter i de tre industrierna. Alla mätningar har gjorts vid matande transformatorer vilket innebär att någon djupare analys av vilka enskilda laster som orsakar övertoner inte har gjorts. [1] 1
Det andra examensarbetet är från Chalmers Tekniska Högskola och är i form av en undersökning av elkvaliteten på reningsverket GRYAAB i Göteborg. Mätningarna som ligger till grund för detta examensarbete har genomförts på anläggningens inkommande 1kV centralställverk, ett underliggande högspänningsställverk samt en induktionsmotor. I examensarbetet undersöks bland annat spänningsvariationer, spänningsobalans, spänningstransienter, övertoner och flimmer. [2] Den stora skillnaden dessa examensarbeten emellan är att den förstnämnda omfattar mätningar från många olika mätpunkter i tre olika anläggningar. Av den anledningen är inte analyserna speciellt detaljerade, utan ger en mer övergripande bild av elkvaliteten. Antalet mätpunkter i det andra examensarbetet är begränsat till tre stycken, vilket gör att flera olika typer av elektriska störningar analyserats. Dessutom är analyserna i det andra examensarbetet mer detaljerade. 2 Förutsättningar 2.1 Avgränsningar De delar som behandlas i rapporten är reaktiv effekt, effektfaktor samt elektriska störningar. De elektriska störningar som fokuseras på är ström- och spänningsövertoner samt spänningsstörningar i form av transienter, kortvariga spänningsvariationer, osymmetri och likspänningskomponenter. De flesta av VBG Groups maskiner är samlade i en maskinhall. Därför har man valt att koncentrera analysen till den delen av fabriken. Maskinhallen matas av transformatorstationerna T1 och T3 och i rapporten behandlas enbart dessa transformatorstationer. Alla mätningar är gjorda på nätsidan av maskinen vilket innebär att ingen hänsyn har tagits till hur maskinerna och dess drivsystem är uppbyggda. 2.2 Metod I syfte att få fördjupade kunskaper i ämnet elkvalitet har litteratur dels från internet och dels från Högskolan Västs bibliotek studerats. För att kunna välja lämpliga mätpunkter gjordes en genomgång av VBG Groups maskinhalls elsystem. Manualer för mätinstrument och analysprogram studerades för att mätningar skulle kunna göras och analyseras. Mätningarna genomfördes på så sätt att det ena mätinstrumentet under minst en vecka var anslutet för att mäta vid inmatningspunkten och det andra mätinstrumentet 2
användes till att göra kortare mätningar vid utvalda laster som låg under samma inmatningspunkt. Den här mätmetoden användes för att kunna lokalisera eventuella störningskällor. 2.3 Mätinstrument och programvaror För mätningarna användes två stycken elkvalitetsanalysatorer modell Dranetz Power Platform 43 BMI. För analys av mätresultaten användes en PC med programvaran Dran-View 6 [3]. 3 Elkvalitet Begreppet elkvalitet används för att beskriva den tekniska kvaliteten på en elleverans. Perfekt elkvalitet kan definieras som total frånvaro av störningar på den sinusformade strömmen och/eller spänningen. Elkvalitet kan sägas bestå av två delar, leveranssäkerhet och spänningsgodhet. Leveranssäkerheten innefattar graden av elleveransens ständiga tillgänglighet. Spänningsgodhet i sin tur innefattar stabiliteten i spänningsnivån som levereras. [4] För att uppnå god elkvalitet på de publika elnäten är det viktigt att alla tre parterna, nätägarna, leverantörerna av elektrisk utrustning, samt elanvändarna, gemensamt tar sitt ansvar. Nätägarna ska naturligtvis leverera el av god kvalitet. Det är dock lika viktigt att leverantörer av elektrisk utrustning tar ansvar för att deras produkter inte genererar störningar utanför godkända gränser till omgivningen. Elanvändarna måste även de ta ansvar för att installationerna i de egna anläggningarna är utförda på sådan sätt att störningar som uppstår inte sprider sig vidare till elnäten.[4] 3.1 Elektriska störningar Det här kapitlet behandlar elektriska störningar av olika slag som förekommer i de publika elnäten men också inom privata anläggningar som t.ex industrier. I detta kapitel behandlas speciellt störningar som orsakar variationer i spänningen samt övertoner. Störningarna som ger upphov till kortvariga spänningsvariationer, framförallt spänningsfall, orsakar de största problemen inom industrier.[5] I distributionsnätet måste spänningen vara inom av den nominella spänningen enligt SS-EN 516 [6]. Detta är en standard som är framtagen för låg- och mellanspänningsdistributionen och industrier är inte tvingade att följa den. För att kunna referera till gränsvärden har dock denna standard valts att användas i rapporten. 3
3.1.1 Kortvariga spänningssänkningar Kortvarig spänningssänkning definieras som en sänkning av spänningen som är större än 1 % av den nominella spänningen och har en varaktighet som är minst 1 ms och högst 9 s. Kortvariga spänningssänkningar orsakas ofta av åska som gör att ledningars och isolatorers isolation tillfälligt försvagas. Förekomsten av kortvariga spänningssänkningar orsakade av åska eller jordfel är oregelbundna och varierar även under året. Jordfel och skador i kablar orsakade av grävmaskiner kan också ge kortvariga spänningssänkningar. Inom industrier kan start av stora maskiner orsaka kortvariga spänningsfall. Maskinens storlek i förhållande till matande nätets kortslutningseffekt är avgörande för hur stora och långvariga spänningssänkningarna blir. Andra belastningar som ljusbågsugnar och svetsutrustningar som varierar sitt uttag av reaktiv effekt snabbt orsakar även de spänningssänkningar.[7] Kortvariga spänningssänkningar tillsammans med kortvariga spänningsavbrott är de störningar som orsakar mest besvär inom industrier. De mest känsliga utrustningarna inom industrier är frekvensstyrda drivsystemen till elmaskiner.[4] För att eliminera kortvariga spänningssänkningars påverkan finns det ett antal åtgärder som kan göras. Genom att höja kortslutningseffekten i inmatningspunkten kan man se till att spänningssänkningarna inte blir så stora. Omstrukturering av den elektriska anläggningen så att de störningskänsliga lasterna separeras från de störande lasterna är en annan åtgärd. Störningskänslig utrustning som t ex datoranläggningar kan matas via UPS- aggregat som gör att spännigen kan upprätthållas. Kompensering för det snabba reaktiva effektbehovet som en del belastningar har är en åtgärd som motverkar uppkomsten av de kotvariga spänningssänkningarna.[4] 3.1.2 Kortvariga avbrott Kortvarigt avbrott definieras som en sänkning av spänningen ned till V och har en varaktighet som är minst 1 ms och högst 9 s. De kortvariga avbrotten har oftast sitt ursprung i elnäten och orsakas i regel av övergående fel såsom tillfälliga jordfel eller kortslutningar.[4] Störningarna orsakade av kortvariga avbrott har samma påverkan på elektriska anläggningar som de kortvariga spänningssänkningarna. UPS- aggregat är ett sätt att skydda störningskänslig utrustning. 4
3.1.3 Kortvariga spänningshöjningar Kortvariga spänningshöjningar innebär en kortvarig höjning av spänningen som överstiger 3% av den nominella spänningen. Urkoppling av reaktorer och inkoppling av kondensatorer kan ge upphov till kortvariga spänningshöjningar framförallt då det matande nätet är svagt. De kortvariga spänningshöjningarna orsakar isolationsfel i elektriska apparater och kan leda till apparathaveri. Lindningskopplare för transformatorer samt höjd kortslutningseffekt vid inmatningspunkten är två åtgärder som kan göras för att undvika kortvariga spänningshöjningar. [7] 3.1.4 Spänningstransienter Spänningstransienter är övergående, mycket snabba spänningsstörningar. Varaktigheten varierar från mikrosekunder till några millisekunder. Skillnaden mellan spänningstransienter och kortvariga spänningsvariationer är, förutom varaktigheten, att spänningstransienter har en ytterst liten påverkan på spänningens amplitud. [5]. Elektronik av olika slag är känslig mot transienter. Datorer, styrsystem, telesystem och frekvensomriktare är exempel på utrustning inom industrin som kan skadas av transienter och därmed orsaka kostsamma och allvarliga störningar i verksamheten. Orsaken till spänningstransienters uppkomst kan vara åsknedslag och omkopplingar i elnäten. Till- och frånslag av tunga elutrustningar i industrinäten kan också vara en orsak till spänningstransienter. Brytning av exempelvis motorer och andra induktiva laster är vanliga transientkällor i lågspänningsnäten. Det finns två typer av spänningstransienter, icke oscillerande och oscillerande transienter. Icke oscillerande transienter kan ses som spikar överlagrade på spänningens positiva eller negativa halvperioder. Blixtnedslag är den allra vanligaste källan till icke oscillerande transienter. Bästa sättet att skydda sig mot transienter orsakade av blixtnedslag är att installera ventilavledare vid ingången till en anläggning. Oscillerande transienter har sitt ursprung fråmst vid kopplingar av elektriska utrustningar som ger snabba strömförändringar. Karaktären på en oscillerande transient är att dess polaritet snabbt förändras ett antal gånger innan den dämpas. Oscillerande transienter kan elimineras med hjälp av synkroniserade brytare som kopplas in vid källan till transienter. En synkroniserad brytare ser 5
3.1.5 Spänningsosymmetri Spänningsosymmetri är ett begrepp som används då fasspänningarna i ett trefasigt elsystem inte har samma amplitud sinsemellan eller att den inbördes fasförskjutningen inte är lika stor. Matningsspänningens minusföljdskomponent får inte överskrida 2% av plusföljdskomponenten under 95% av tiden under en vecka enligt SS-EN 516 [6]. Osymmetri i lågspänningsnäten orsakas nästan uteslutande av att stora enfasiga laster inte fördelats symmetriskt över faserna. Dåliga skarvar och defekta trefaslaster kan dock också orsaka spänningsosymmetri [4]. Frekvensomriktare är känsliga för osymmetriska spänningar. Om trefasiga laster som t.ex. asynkronmotorn, som förväntas ge ett konstant vridmoment, matas med spänning vars fasers amplitud varierar kommer även vridmomentet att variera under ett varv. Detta kan leda till att axlar kan utsättas för torsionssvängningar vilket i sin tur leder till vibrationer i maskinen. [5]. Bästa sättet att åtgärda problemen är naturligtvis att koppla om enfaslasterna så att de är i balans. 3.1.6 Likspänningskomponent En ren sinuskurva har en symmetri kring x-axeln vilket gör att de positiva och negativa halvperioderna är lika stora. Om en likspänningskomponent adderas till sinuskurvan blir följden att sinuskurvan inte längre har en symmetri kring x-axeln utan kring likspänningskomponenten amplitud, alltså sinuskurvan förskjuts i y-led. Konsekvensen blir att sinuskurvans positiva och negativa halvperioder inte längre är lika stora. I industrinät kan belastningar som matas via halvvågslikriktning ge upphov till likspänningskomponenter på grund av att den upptar olika stor ström för positiva och negativa halvperioder. Det räcker att likspänningskomponenten är av storleksordningen,5% av nominell spänning för att den ska orsaka problem. Den kan orsaka uppvärmning av transformatorer, då de går i mättning. Den kan dessutom ge felaktiga utlösningar av jordfelsbrytare då dess utlösningsströmmar påverkats.[8] Problem med likspänningskomponenter är mycket sällsynta. 6
3.2 Övertoner I elkvalitetssammanhang är övertoner ett begrepp för att matematiskt förklara hur en distorterad ström eller spänning kan delas in i ett oändligt antal toner av högre frekvens än grundtonen, 5 Hz. Dessa överlagras på sinuskurvans grundton och ger därmed en periodiskt återkommande deformation. [2] Normalt talar man om övertoner med frekvenser som är heltalsmultiplar av grundtonen. Dessa brukar benämnas som harmoniska övertoner. Det är dock viktigt att komma ihåg att det finns ett oändligt antal mellantoner vars frekvenser inte är heltalsmultiplar av grundtonen. Dessa benämns som icke harmoniska övertoner. En deformerad sinusform kan med hjälp av fourieranalys brytas ned enligt ekvation (1) och (2) i en likströms- och likspänningskomponent och ett oändligt antal heltalsmultiplar av grundtonen, 5Hz. [9] Här är = strömmens likkomponent = toppvärde för strömkomponent med ordningstal n = spänningens likkomponent = toppvärde för spänningskomponent med ordningstal n = = vinkelfrekvens = fasvinkeln Övertonerna har förutom varierande frekvenser även olika faslägen gentemot grundtonen. Övertonernas faslägen har en karaktär som liknar plusföljds-, minusföljds- och nollföljdskomponenter, Tabell 3.1. De övertoner vars ordningstal har plusföljdskaraktäristik kan beräknas med hjälp av ekvation (3) där = övertonens ordningstal k = 1,2,3 7
Övertoner med ordningstalen 4, 7, 1, 13 osv. har plusföljdskaraktäristik. På liknande sätt ger ekvation (4) ordningstalen för övertoner med minusföljdskaraktäristik Övertoner med ordningstalen 2, 5, 8, 11 osv. har minusföljdskaraktäristik. Övertoner som har minusföljdskarakteristik bidrar i motorer med ett roterande fält som har motsatt riktning än grundtonens. Detta kan leda till minskat moment och uppvärmning av motorn. Ekvation (5) ger ordningstalet för övertoner med nollföljdskaraktäristik. Övertoner som har nollföljdskaraktär har ordningstal 3, 9, 15, 21 osv. Övertoner med nollföljdskaraktäristik behandlas närmare i kapitel 3.2.4 som handlar om tredjetonsfenomenet.[5] Tabell 3.1 Övertonernas frekvens och fasföljd Ordningstal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Frekvens [Hz] 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Fasföljd Plus Minus Noll Plus Minus Noll Plus Minus Noll Plus Övertoner uppstår då en belastning drar en icke sinusformad ström från matande nätet då den matas med sinusformad spänning. Man säger att strömmen i det här fallet innehåller distorsion. Så länge systemet inte är osymmetriskt så tillvida att kurvformen är olika deformerad på positiv och negativ halvperiod eller inte innehåller någon likspänningskomponent kommer det inte att förekomma några övertoner med jämna ordningstal. [1] Övertonsalstrande belastningar kallas för olinjära. Antalet olinjära laster i elnäten har ökat kraftigt på senare år som en följd av att tekniken inom elektroniken har utvecklats. Den här sortens laster finns idag i stort sett överallt ifrån bostäder till industrier. Exempel på olinjära laster är strömriktarstyrda motorer, lysrörsarmaturer, lågenergilampor och datorer.[1] 3.2.1 THD och klirrfaktor För att få ett mått på avvikelsen från sinusformen kan man använda begreppet total övertonshalt, THD (Total Harmonic Distortion). Det finns två olika definitioner på THD, och. [5] 8
är förhållandet i procent mellan effektivvärdet av summan av ett valt antal övertoner och grundtonens effektivvärde. Här är = summan av ett valt antal strömövertoner = summan av ett valt antal spänningsövertoner = grundtonsströmmens effektivvärde = grundtonsspänningens effektivvärde Noterbart är att kan bli större än 1%., även kallad klirrfaktor, är förhållandet i procent mellan effektivvärdet av summan av ett valt antal övertoner och hela signalens effektivvärde. Här är = summan av ett valt antal strömövertoner = summan av ett valt antal spänningsövertoner = strömmens effektivvärde = spänningens effektivvärde 9
3.2.2 Strömövertonernas inverkan på spänningen I de allra flesta fall då problem uppstår till följd av övertoner är det framförallt då spänningsövertoner ger upphov till spänningsfall. Spänningsövertonerna uppstår då strömövertonerna ger upphov till en distorsion i spänningen. Det matande nätets kortslutningsimpedans är direkt avgörande för hur stor distorsionen i spänningen blir eftersom spänningsövertonerna är en funktion av strömövertonerna och kortslutningsimpedansen, vilket kan visas med Ohms lag. Förenklat kan det sägas att i ett starkt nät, det vill säga med låg kortslutningsimpedans, blir också spänningsfallet orsakat av spänningsövertoner lågt.[5] Det finns ett standardiserat gränsvärde satt för EN 516 [6]. som är max 8% enligt SS- Det bör dock påpekas att är en hög distorsionsnivå om man betraktar ett 4V industrinät. Det finns en risk för stora problem i känsliga anläggningsdelar vid denna distorsionsnivå. ( ).[4] är ett gränsvärde som rekommenderas för lågspänningsnät 3.2.3 Övertonernas inverkan på effektsambanden För linjära laster gäller effektsambanden där S = kretsens skenbara effekt P = kretsens aktiva effekt Q = kretsens reaktiva effekt U = spänningens effektivvärde då endast grundtonen förekommer I = strömmens effektivvärde då endast grundtonen förekommer = effektfaktor då endast grundtonen förekommer I ett system med olinjära laster som alstrar övertoner gäller inte dessa samband längre, men då varje frekvenskomponent kan behandlas för sig blir de nya sambanden enkla. 1
Den aktiva effekten kan för ett system med övertoner beräknas med formeln Den skenbara effekten kan i ett system med övertoner beräknas med formeln Vad gäller effektfaktorn kan inte heller den längre kopplas ihop med vinkeln, då den endast gäller vid linjära laster där ström och spänning är sinusformade och har samma frekvens. Effektfaktorn brukar i system med övertoner betecknas som PF eller beräknas med formeln och kan Dessa nya effektsamband gör det svårt att ge den reaktiva effekten en fysikalisk tolkning. Om man ska tala om reaktiv effekt i system med övertoner kan man göra det i form av den reaktiva grundtonseffekten vilken fås med hjälp av formeln Det är den reaktiva grundtonseffekten som i allra flesta fall är den dominerande och den som man med hjälp av faskompensering vill få bort. Så länge det matande nätet är starkt ger strömövertonerna inte upphov till några spänningsövertoner. Detta gör att den aktiva effekten ej påverkas. Enligt ekvation (16) bidrar övertonerna ej till den aktiva effekten då spänningsövertonerna är noll. Med tanke på att likspännings- och likströmskomponenter sällan förekommer är det bara grundtonen som påverkar den aktiva effekten. Däremot får vi enligt ekvation (19) en ökning av den skenbara effekten eftersom strömövertonerna i ekvation (12) ger bidrag till en ökning av. Följden blir att PF sjunker, se ekvation (2). Är det matande nätet däremot så svagt att strömövertonerna ger upphov till spänningsövertoner ökar även det aktiva effektuttaget enligt ekvation (18).[1] Det skall dock påpekas att det krävs höga halter av strömövertoner för att ge en betydande ökning av. Detta kan visas med ett enkelt exempel. Ex. Anta att inga jämna övertoner eller likströmskomponenter förekommer, att grundtonen och vilket betyder att.. Med hjälp av ekvation (12) fås då En på 25% kan tyckas hög, men som exemplet visar blir strömövertonernas påverkan på inte speciellt hög jämfört med systemets grundton. 11
3.2.4 Tredjetonsfenomenet I ett symmetriskt trefassystem är strömmen i nolledaren summan av de tre fasströmmarna. Detta innebär att summan teoretiskt ska vara noll eftersom strömmarna är fasförskjutna 12 grader och därmed tar ut varandra i varje ögonblick. Om strömövertoner förekommer i systemet kommer även de övertoner som har minus- eller plusföljdskarakteristik att ta ut varandra. Strömövertoner som har nollföljdskarakteristik tar däremot inte ut varandra. Dessa strömövertoner, som även kallas tredjetonsströmmar, har istället egenskapen att de adderas i neutralledaren. Den strömöverton med nollföljdskaraktäristik som oftast är dominerande är den av ordningstal 3. Följden blir ett strömbidrag på i neutralledaren. Faran med tredjetoner är att de kan överbelasta neutralledaren. Tredjetonsfenomenet bör därför beaktas i beräkningar vid kabeldimensionering. [9] Exempel på laster som bidrar till tredjetonsproblematiken är lysrörsarmaturer, lågenergilampor och datorer. 3.3 Resonans Då ett kondensatorbatteri kopplas in i ett elsystem bildas en resonanskrets av batteriets kapacitans och systemets induktans. Resonanskretsar finns i två varianter, parallell- och serieresonanskretsar. Som namnen antyder handlar det om hur kondensatorbatteriet kopplas in i systemet. Resonans i kretsen uppstår vid den frekvens där den kapacitiva och induktiva reaktansen blir lika stor. Resonansfrekvensen kan beräknas som där L = induktansen i kretsen C = kapacitansen i kretsen För att kunna räkna ut resonansfrekvensen med hjälp av ekvation (22) krävs att elsystemets kapacitans och induktans är känd. Dessa enheter kan dock vara svåra att bestämma. Det finns emellertid en enkel ekvation som kan användas för överslagsräkning av resonansfrekvensen [5]. 12
Här är h = närmaste ordningstalet av övertonen vid resonansfrekvensen = kortslutningseffekten vid inmatningspunkten = kondensatorbatteriets reaktiva effekt Resonanskretsar, beroende på vilken variant, kan ge upphov till ström- eller spänningsförstärkning. Det är i samband med att spänningsövertoner förekommer som resonansen kan ge upphov till problem. Om övertonernas frekvens överstämmer med resonansfrekvensen kan följden bli en förstärkning av strömmen som i sin tur kan leda till att kondensatorbatteriet överbelastas. Resonans kan även ge upphov till stora spänningsdistorsioner som orsakar spänningsfall i elsystemet. [5] Kondensatorbatterier i industrinät är oftast försedda med övertonsfilter av något slag för att förhindra överbelastning till följd av resonans. 4 VBG-Groups elsystem Kortslutningseffekten,, vid inmatningspunkten för VBG Groups anläggning är 25MVA. Anläggningen försörjs av fyra ringmatade 11/,4kV transformatorstationer, T1, T2, T3 och T4, se Figur 4.1. Figur 4.1 Enlinjeschema över VBG Groups matande transformatorstationer. 13
Transformatorstation T1 består av två parallellkopplade transformatorer på vardera 8 kva som matar lågspänningsställverket T1A. T1A består av 16 grupper som försörjer stora delar av VBG Groups anläggning. Grupp 1A15 matar i sin tur lågspänningsställverket T1A15 som försörjer större delen av maskinhallen. Fyra maskiner matas direkt från T1A15. Ytterligare fem maskiner samt ett antal mindre treoch enfaslaster matas av T1A15 via en kanalisskena, avsäkrad med 8A. Två kontaktorstyrda kondensatorbatterier finns installerade, varav det ena vid ställverk T1A och det andra vid ställverk T1A15. För enlinjeschema över T1, se Figur 4.2. Figur 4.2 Enlinjeschema över T1 som även visar valda mätobjekt. De maskiner i maskinhallen som inte matas från transformatorstation T1 matas från transformatorstation T3, som består av en transformator på 8kVA, via en canalisskena. Canalisskenan är avsäkrad med 125 A vid transformatorstationens lågspänningsställverk och passerar ett antal lokaler innan den når maskinhallen. Där är den avsäkrad med 8 A. Canalisskenan matar idag endast fyra maskiner samt ett antal mindre tre- och enfaslaster. Fler laster skall dock anslutas på canalisskenan. För enlinjeschema över T3, se Figur 4.3. Transformatorstation T3 matar även VBG Groups kontorslokaler. 14
Figur 4.3 Enlinjeschema över T3 som även visar valda mätobjekt. 4.1 Befintliga lasttyper De huvudsakliga lasterna i maskinhallen är svarvar, fräsar, induktionshärdugnar och fleroperationsmaskiner. Dessa laster är nästan uteslutande varvtalsstyrda med hjälp av frekvensomriktare. En induktionshärdugn används för att härda komponenter av stål. Det går till så att en högfrekvent växelström skickas genom en spole som då genererar ett starkt magnetiskt fält som snabbt ändrar riktning. När komponenten som ska härdas förs inom spolens magnetiska fält induceras en ström i komponenten och upphettning sker. Därefter kyls komponenten ned. Valet av växelströmens frekvens varierar beroende på hur djupt man vill härda. Ju djupare, desto lägre frekvens.[11] 4.2 Frekvensomriktarens funktion och nätpåverkan Anledningen till att man använder frekvensomvandlare är att man vill kunna styra en asynkronmaskins varvtal genom att variera dess frekvens och spänning. Den första delen är likriktaren som omvandlar växelspänning till likspänning och består av sex eller tolv stycken dioder eller tyristorer. Skillnaden mellan att använda dioder och tyristorer är att tyristorer är styrbara. Den andra delen är mellanledet som med hjälp av ett antal inbyggda kondensatorbatterier har till uppgift att hålla den likriktade spänningen så konstant 15
som möjligt. Ofta innehåller mellanledet även induktanser för att minska störningarna som omriktardelen påverkar nätet med. Den tredje delen är omriktaren som växelriktar den likriktade spänningen igen med önskad frekvens. Detta sker med hjälp av tyristorbryggor. Vid faskompensering av en anläggning med frekvensomriktare bör det beaktas att de inte belastar nätet med reaktiv effekt eftersom mellanledets kondensatorer levererar nödvändig reaktiv effekt till asynkronmotorn. Frekvensomriktare liksom andra strömriktaranläggningar ger upphov till strömövertoner. Vilka övertoner som genereras av frekvensomriktare kan teoretiskt bestämmas [12] med hjälp av ekvationen där n = övertonernas ordningstal p = frekvensomriktarens pulstal, alltså antalet dioder eller tyristorer i bryggan Omriktare med pulstalet 6 är vanligast och då kommer övertonerna med ordningstal 5, 7, 11, 13, 17, 19 osv att uppträda. 5 Mätningar och resultat Följande kapitel behandlar mätningar samt analys av mätningar. Mätningarna genomfördes under tidsperioden 29-11-3 och 29-12-21. Antalet mätningar begränsades av antalet mätinstrument. Dessutom var tillgängligheten till mätinstrumenten begränsad då de samtidigt användes inom NEA:s andra verksamheter. Mätningarna vid maskinerna för kapitel 5.1 och 5.2 varierar i längd eftersom mätinstrumenten som mest kunde registrera 8MB. Målet var att kunna visa en representativ mätning för varje maskin då den är i drift. I analyserna av mätningarna i kapitel 5.1 och 5.2 presenteras inte spänningar, strömmar, effekter, spänningsstörningar och övertoner i form av beräknade medelvärden. Istället har fokus lagts på att analysera extremvärden från mätningarna, det vill säga värden vid tomgång och vid toppvärden. Anledningen är belastningarnas intermittenta karaktär. Att presentera medelvärden för den här typen av belastningar skulle bli missvisande. Värdena för spänningsosymmetrier från mätningarna vid maskinerna kan inte jämföras med standardiserade gränsvärden då mätningarna är kortare än en vecka. 16
Dessa redovisas ändå eftersom de ger en uppfattning om spänningsosymmetrin då maskinerna är i drift. På grund av att mätvärden i Dran-View presenteras i valt att endast använda i rapporten. har projektgruppen Alla grafer och diagram från mätningar har valts att presenteras i bilagor då de skulle ta för mycket plats i rapporten, se bilaga A-C. Skalningen på grafernas och diagrammens axlar varierar, detta bör tas hänsyn till vid granskning och jämförelser av grafer och diagram. 5.1 Mätningar på laster i maskinhallen som matas från ställverk T1A15 och resultat från mätningarna I kapitel 5.1 ingår mätning och analys av fem utvalda maskiner samt ställverket som de matas ifrån. De fem maskinerna valdes framförallt utifrån att de var effektmässigt störts. Ytterligare en fleroperationsmaskin var tilltänkt som mätobjekt, men fick utelämnas på grund av dålig åtkomlighet för anslutning av mätinstrumentet. Data för de utvalda lasterna redovisas i Tabell 5.1. Tabell 5.1 Mätobjekt vid T1A15. Inmatningspunkt Fack Benämning Maskintyp Sn [kva] T1A15 C Integrex Fleroperationsmaskin 8 T1A15 D Nexus Svarv 44 T1A15 E Weisser Univertor Fleroperationsmaskin 96 T1A15 F EFD Induktionshärdugn 31 T1A15 H Schmid 2 Fleroperationsmaskin 118 Mätningarna genomfördes så att det ena mätinstrumentet kopplades in vid ställverket där mätningen pågick i 1 dagar. Under samma period genomfördes kortare mätningar vid de utvalda maskinerna. 17
5.1.1 Induktionshärdugn EFD Induktionshärdugnen kan bearbeta komponenter i upp till 2 olika storlekar. En komponent tar 1,5-2 minuter att färdigställa. Vid härdningsmomenten har härdugnen en lastström på ca 15A i 3-4 sekunder. Strömvärdet kan dock variera beroende på vilken typ av komponent som härdas. Mellan härdmomenten kyls komponenterna ned med hjälp av vatten och då drar den ca 25A. Lastströmmarna kan ses i Figur A.1. Mätningarna visade att spänningsosymmetrierna aldrig översteg,6%. Spänningen överskred aldrig de tillåtna gränserna för spänningsvariation, Figur A.1. Inte heller några likspänningskomponenter registrerades. Vid en mätning registrerades några spänningstransienter med magnituder runt 26V, se Figur A.2. Någon orsak till transienterna har inte hittats. Spänningsövertonerna,, låg runt 4V, det vill säga översteg ej 2%. Spänningsövertonerna av ordningstal tre var dominerande. Vid härdmomenten drog härdugnen en ström som avvek kraftigt från sinusformen, se Figur A.3. Tabell 5.2 visar att strömövertonerna bidrar till en ökning av med ca 4A. Den klart dominerande övertonen var av ordningstal 5, se Figur A.4., se Tabell 5.2 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för EFD vid ett arbetsmoment. Fas 1 146,69 142,22 7,33 34,85 24,5 Fas 2 147,12 142,37-2,95 36,58 25,69 Fas 3 145,64 14,6-3,82 37,31 26,54 Mellan härdmomenten drog härdunen en ström med sinuskaraktär, se Figur A.3. I Tabell 5.3 framgår att är låg och att strömövertonerna inte ger något betydande bidrag till. De dominerande strömövertonerna vid tomgång var av ordningstalen 5 och 7, se Figur A.5. Tabell 5.3 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för EFD vid tomgång. Fas 1 26,28 26,9 2,73 1,58 6,6 Fas 2 25,34 25,28 -,63 1,63 6,45 Fas 3 25,24 25,17 -,71 1,69 6,71 18
5.1.2 Svarv Weisser Univertor Weisser Univertor är en svarv som tillsammans med induktionshärdugnen EFD och en industrirobot bildar en cell. Den bearbetar fyra komponenter åt gången och lämnar en färdig komponent till induktionshärdugnen ungefär en gång i minuten. Maskinen har en tomgångsström på ca 5A och vid de olika arbetsmomenten varierar lastströmmen från 4 till 12A, se Figur A.6. Spänningsosymmetrin översteg aldrig,6%. Spänningen överskred aldrig gränserna för spänningsvariationer,, se Figur A.6. Inte heller några spänningsstörningar i form av transienter eller likspänningskomponenter registrerades. Mätningarna visade att ordningstal 5 var dominerande. aldrig steg över 2%. Spänningsövertonerna av Vid ett typiskt arbetsmoment drog maskinen en ström med sinuskaraktär, se Figur A.7. I Tabell 5.4 framgår det att -komponenten är relativt stor gentemot. Strömövertonen av ordningstal 2 är dominerande och övriga strömövertoners amplituder minskar därefter i stigande ordning, se Figur A.9. Tabell 5.4 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Weisser vid ett arbetsmoment. Fas 1 38,83 37,55 7,6 5,39 14,35 Fas 2 38,76 37,66-7,34 4,4 11,68 Fas 3 39,2 38,2,57 6,95 18,19 Neutralledare,49,13 -,31,33 253,85 Vid tomgång drog maskinen en ström med sinuskaraktär, se Figur A.8. Tabell 5.5 visar tydligt att strömövertonerna inte har någon stor inverkan på. Den dominerande övertonen i tomgång var av ordningsnummer 5, se Figur A.1. Tabell 5.5 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Weisser vid tomgång. Fas 1 5,35 5,5 1,33 1,12 22,18 Fas 2 3,31 3,11 -,27,95 3,55 Fas 3 6,17 6,3 -,32 1,1 18,24 Neutralledare N/A N/A N/A N/A 19
5.1.3 Fleroperationsmaskin Integrex Integrex är en fleroperationsmaskin som svarvar, fräser och borrar. Den bearbetar två komponenter samtidigt och färdigställer en komponent ungefär var tredje minut. Maskinen har en tomgångsström på ca 8A och upp till 8A vid de olika arbetsmomenten, se Figur A.11. Mätningarna visade att spänningsosymmetrin aldrig steg över,7%. Spänningen överskred aldrig gränserna för spänningsvariation,, se Figur A.11. Inte heller några spänningsstörningar i form av transienter eller likspänningskomponenter registrerades. steg aldrig över 2% och den dominerande spänningsövertonen var av ordningstal 5. Vid ett typiskt arbetsmoment drog maskinen en ström som hade en kraftig avvikelse från sinusformen, se Figur A.12. Tabell 5.6 visar att strömmen under det här arbetsmomentet innehåller en stor halt av strömövertoner då vilket ger ett betydande bidrag till. De övertoner som var helt dominerande under det här arbetsmomentet var av ordningstalen 5 och 7, se Figur A.14. Tabell 5.6 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Integrex vid ett arbetsmoment. Fas 1 74,11 61,28,68 41,67 68, Fas 2 7,85 57,79 1,1 4,97 7,89 Fas 3 72,17 59,42-1,23 4,94 68,9 Då maskinen gick i tomgång hade strömmen sinuskaraktär, se Figur A.13. Tabell 5.7 visar att strömövertonernas påverkan på är liten. De dominerande strömövertoner var av ordningstalen 3, 5 och 7,se Figur A.15. Tabell 5.7 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Integrex vid tomgång. Fas 1 7,49 7,26 1,36 1,24 17,8 Fas 2 6,14 6,4 -,25 1,9 18,5 Fas 3 6,36 6,21 -,26 1,3 2,93 2
5.1.4 Svarv Nexus Nexus är en svarv som bearbetar en komponent åt gången. Bearbetningstiden för varje komponent är ca 2,5 minuter. Maskinen har en tomgångsström på ca 6A och de olika arbetsmomenten ger upphov till strömmar på upp till 8A, se Figur A.16. Mätningarna visade att spänningsosymmetrin aldrig steg över,7%. Spänningen överskred aldrig gränserna för spänningsvariationer, A.16., se Figur Inte heller några spänningsstörningar i form av transienter eller likspänningskomponenter registrerades. Mätningarna visade att ordningstal 5 var dominerande. aldrig överskred 2%. Spänningsövertonerna av Vid ett typiskt arbetsmoment drog maskinen en ström som avvek kraftigt från sinusform, se Figur A.17. Tabell 5.8 visar att strömmen under det här arbetsmomentet har en hög halt av strömövertoner då. Detta ger ett betydande bidrag till. De helt dominerande strömövertonerna var av ordningstalen 5 och 7, se Figur A.18. Tabell 5.8 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Nexus vid ett arbetsmoment. Fas 1 68,8 56,5 2, 39,2 69,38 Fas 2 66,43 54,31 -,5 38,24 7,41 Fas 3 66,6 54,2-1,41 38,92 72,5 Neutralledare,58,15 -,35,41 273,33 Vid tomgång drog maskinen en ström som är klart sinusformad, se Figur A.17. Tabell 5.9 visar att strömövertonerna inte bidrar nämnvärt till. Under tomgång var övertoner av udda ordningstal dominerande, se Figur A.19. Tabell 5.9 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Nexus vid tomgång. Fas 1 6,2 5,58 2,1 1, 17,92 Fas 2 6,5 6,25 -,49 1,69 27,4 Fas 3 5,78 5,59 -,71 1,25 22,36 Neutralledare,57,21 -,36,35 166,67 21
5.1.5 Fleroperationsmaskin Schmid 2 Schmid 2 är en fleroperationsmaskin som svarvar och borrar. Den bearbetar två komponenter parallellt. Vid mättillfället hade maskinen nyligen installerats och var därför under inkörning. Mätningarna blev dock tillräckliga för att kunna analysera störningar. Maskinen har en tomgångsström på ca 1A och de olika momenten ger upphov till strömmar på mellan 1A och 22A, se Figur A.2. Mätningarna visade att spänningsosymmetrin aldrig översteg,7%. De höga strömspikarna gav upphov till synliga sänkningar i spänningen. Spänningssänkningarna var dock väl innanför gränserna för spänningsvariationer,, se Figur A.2. Inga spänningsstörningar i form av transienter eller likspänningskomponenter registrerades. Mätningarna visade att aldrig överskred 2% och att spänningsövertonerna med ordningstal 5 var dominerande. Vid ett typiskt arbetsmoment drog maskinen en ström med sinuskaraktär, se Figur A.21. Tabell 5.1 visar värden för samma arbetsmoment och där framgår det att strömövertonerna inte ger något stort bidrag till men att det finns en likströmskomponent som inte är försumbar. Strömövertonen av ordningstal 2 var dominerande och övriga strömövertoners amplituder minskar därefter i stigande ordning, se Figur A.23. Tabell 5.1 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Schmid 2 vid ett arbetsmoment. Fas 1 221,98 219,69 29,68 1,23 4,66 Fas 2 21,49 29,96-1,83 14,3 6,68 Fas 3 212,48 21,15-26,28 15,79 7,51 Vid tomgång drog maskinen en ström med sinuskaraktär, se Figur A.22. Tabell 5.11 visar att strömövertonerna inte ger något betydande bidrag till. De strömövertoner som var dominerande vid tomgång var av ordningstalen 5, 7 och 13, se Figur A.24. Tabell 5.11 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Schmid 2 vid tomgång. Fas 1 1,61 1,3 1,3 2,1 2,39 Fas 2 1,8 1,67 -,15 1,57 14,71 Fas 3 11,28 11,4,6 2,19 19,84 22
5.1.6 Mätning vid ställverk T1A15 För mätningen vid ställverk T1A15 redovisas analyser från höglasttid, natt och helg. Samtliga analyser visade att spänningsosymmetrierna aldrig översteg,4% samt att aldrig översteg 2%. Spänningsvariationerna överskred under höglasttid aldrig gränserna, se Figur A.25. Några variationer utanför gränserna har inte heller registrerats för under natt och helg. Inte heller några spänningsstörningar i form av transienter eller likspänningskomponenter registrerades. Under höglasttid var samtliga maskiner som matas från T1A15 i drift och strömnivån låg på ca 18A med strömspikar upp mot 45A, se Figur A.25. varierade mellan 15 och 25kW, PF varierade mellan,6ind och,9kap och varierade mellan -25 och 1kVAr, se Figur A.26. Två strömspikar av samma storlekar har analyserats. Analysen av den ena strömspiken visade att kurvformen hade en tydlig sinuskaraktär, se Figur A.27. Tabell 5.12 visar att strömövertonerna inte bidrar nämnvärt till. De dominerande övertonerna var av ordningstalen 5, 7, 11 och 13, se Figur A.29. Tabell 5.12 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter vid ström med sinuskaraktär för ställverk T1A15 under höglasttid. Fas 1 297,18 295,65 -,63 29,73 1,6 Fas 2 294,92 293,5 1,46 3,97 1,57 Fas 3 282,52 281,2-4,3 26,79 9,53 Neutralledare 3,74 29,88-4,87 5,28 17,67 Den andra strömspiken hade en kurvform som avvek från sinusform, se Figur A.28. Tabell 5.13 visar att strömövertonerna ger ett betydande bidrag till. De dominerande strömövertonerna var av ordningstalen 5 och 7, se Figur A.3. Tabell 5.13 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter vid ström som avviker från sinuskaraktär för ställverk T1A15 under höglasttid. Fas 1 3,2 293,13 3,2 64,45 21,99 Fas 2 297,78 29,8 5,43 66,81 23,3 Fas 3 282,38 275,85-3,62 6,9 21,78 Neutralledare 26,83 25,44-5,3 6,86 26,97 23
Under natten var Integrex den enda maskinen som var i drift. De övriga maskiner gick antingen på tomgång eller var avstängda. Strömnivån låg på ca 3A med spikar upp mot 8A, se Figur A.31. varierade mellan 5 och 4kW, PF varierade mellan,8kap och,5kap och varierade mellan -18 och -25kVAr, se Figur A.31. Vid en strömspik avvek strömmen från sinusform, se Figur A.32. Tabell 5.14 visar att strömmen under den här perioden har en hög övertonshalt vilket bidrar till en ökning av. De klart dominerande strömövertonerna var av ordningstalen 5 och 7, se Figur A.33. Tabell 5.14 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter vid ström som avviker från sinuskaraktär för ställverk T1A15 under natt. Fas 1 72,34 65,87 1,97 29,81 45,26 Fas 2 71,31 64,25 3,99 3,66 47,72 Fas 3 67,46 61,46-2,1 28,1 45,57 Neutralledare 13,19 11,48-5,15 3,95 34,41 Under helgen gick ett antal maskiner på tomgång och strömmen låg då på ca 3A, se Figur A.34. och var stabila runt 3kW respektive,96ind och varierade mellan 5 och 7kVAr, se Figur A.34. Lastströmmens kurvform var av sinuskaraktär, se Figur A.35. Tabell 5.15 visar att övertonshalten är låg och inte ger något betydande bidrag till. De dominerande strömövertonerna var av ordningstalen 3, 5 och 7, se Figur A.36. Tabell 5.15 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter vid ström med sinuskaraktär för ställverk T1A15 under helg. Fas 1 27,2 26,6 1,59 4,53 17,3 Fas 2 27,97 27,11 3,9 6,9 22,46 Fas 3 24,96 24,42-1,91 4,75 19,45 Neutralledare 9,88 7,96-5,45 2,9 26,26 24
5.2 Mätningar och analyser på laster i maskinhallen som matas från ställverk T3A I kapitel 5.2 ingår mätning och analys av två utvalda maskiner samt ställverket de matas ifrån, T3A. Valet av mätobjekt föll sig naturligt då transformatorn i dagsläget endast matar tre maskiner, varav två är identiska, samt ett antal mindre trefas- och enfaslaster. Data för de utvalda mätobjekten visas i Tabell 5.16. Tabell 5.16 Mätobjekt vid T3A Benämning Maskintyp Sn [kva] DMG1 Fleroperationsmaskin 89 Magdeburg Svarv 8 Mätningen vid ställverk T3A, som pågick i 8 dagar, genomfördes med det ena mätinstrumentet och samtidigt genomfördes med det andra mätinstrumentet kortare mätningar vid de utvalda maskinerna. 5.2.1 Svarv Magdeburg Magdeburg är en svarv som var under inkörning vid mättillfällena. Mätningarna blev dock tillräckliga för att kunna analysera störningar. Maskinen har en tomgångsström på ca 6A och vid arbetsmomenten uppgår strömspikarna till ca 6A, se Figur B.1. Mätningarna visade att spänningsosymmetrin aldrig överskred,5% Strömspikarna gav upphov till tydliga spänningsvariationer. Variationerna var dock inte över de tillåtna gränserna på, se Figur B.1. Inga spänningsstörningar i form av transienter eller likspänningskomponenter registrerades. Mätningarna visade att aldrig översteg 1%. De dominerande spänningsövertons var av ordningstalen 2, 5 och 7. Vid ett typiskt arbetsmoment drog maskinen en ström med sinuskaraktär, se Figur B.2. I Tabell 5.17 framgår det att strömövertonerna inte ger något betydande bidrag till. Strömövertonen av ordningstal 2 var dominerande och övriga strömövertoners amplituder minskar därefter i stigande ordning, se Figur B.4. Tabell 5.17 Strömmens effektivvärde samt dess komponenter för Magdeburg vid ett arbetsmoment. Fas 1 54,63 54,3 3,41 4,37 8,5 Fas 2 51,76 51,8-3,3 7,26 14,21 Fas 3 51,51 51,5 1,48 6,7 13,12 25