utregning av overharmoniske spenninger

[eydybdal]

Heisann,

 

Jeg har brydd hodet mitt over lengre tid med noe som heter "over harmoniske spenninger" som dannes blandt f.eks. datamaskinens strømforsyning. Disse over harmoniske spenningene oppstår i 400 volts nett, og skader og ødelegger andre elektroniske komponenter i strømnettet.

 

Referanse til Sintef info-blad:

http://www.infoblad.no/INFOblad/gen/PDF/Blad%2025-1.pdf

 

På bunnen av side 13, under 1.4.10 Overharmoniske spenninger, forklarer Sintef hvordan man skal kunne beregne slike spenninger.

 

Jeg føler meg ganske flau siden jeg er elektrikker og skal kunne dette, men jeg forstår ikke hva jeg leser og hvordan jeg skal håndtere formelen, og hvilke faktorer som skal inn i den. Det må da finnes bedre måter og forklare denne utregningen på, da Sitefs forklaring er nokså gresk etter min mening.

 

Er det noen som har beregnet slike spenninger før? Eller kanskje en dyktig matematiker med god forståelse kan klare å forklare utregning av formelen på en bedre måte.

 

Takker for alle fornuftige svar, det ser ikke ut for at noen av dem jeg har spurt til nå har peiling på dette her ...

 

 

-Egil-

[Hårek]

Man kan vel ikke beregne noe uten å måle først. Og har du først utstyr for å måle overharmoniske så er nok den formelen innebygget i utstyret slik at du kan lese ut THD direkte.

Den kurven som er tegnet viser bare tidsdomain, slik du ser på et oscilloscop. Overharmoniske vises best i frekvensdomain, da bruker man en spektrumanalysator.

Men jeg er ikke elektriker, og har ikke så mye greie på dette.

[eydybdal]

Enig i hva du sier. Problemet her et at vi skal opp med 500 datamaskiner på én og samme 400 volt TN trafo, og spørsmålet er hva som skjer da... Vil dette få konsekvenser for resten av nettet i bygget, eller vil alt gå bra.

 

På vanlige 230V IT og TT trafoer er ikke dette noe problem da 230V nett ikke inneholder null leder. Det er ikke "sikring" på null lederen i 400 volt nett, så dersom vi får overbelastninger i null lederen pga de overharmoniske strømmene så brenner kablene våre opp. Derfor må vi beregne hvor stort omfanget er før vi skal rigge i gang dette her slik at vi vet hvilke forhåndsregler vi må ta.

 

Alternativet er jo selvsagt å måle THD etter hvert, men jeg ser for meg at slikt utstyr er relativt dyrt og lite brukt, så det kan bli vanskelig å skaffe. Det vil også medføre forsinkelser i prosjektet vårt dersom målingene av THD etter hvert viser at vi begynner å nerme oss grensene allerede ved 250 maskiner.

 

Håper flere har gode forslag =)

[perpyro]

For meg ser det ut som det er snakk om støy på nettet både ut fra sinuskurvene det vises til og forklaringene som blir gitt.

F.eks ved bruk av enkle motorstyringer med triakker som benytter fase på prinsippet.

Med en slik belastning blir bare deler av sinuskurven belastet og man får spennings og strømvariasjoner på sinuskurven akkurat som man får ved å slå av og på last men forskjellen her er at triakken gjør dette.

Tror du skal la saksbehandlerne sitte å regne på dette, til vanlig husbruk er ikke dette noe problem.

 

Hilsen en annen elektriker.

 

EDIT:

Ta en titt her på side 9.

Overbelastning av nullederen forhindres ved å ha jevn fordelig mellom fasene og er således ikke et problem ved jevn fasefordeling i TN nettet.

Står også noen gode forslag på hvordan hindre overharmoniske spenninger på side 11.

Endret 12. september 2005 av perpyro

[eydybdal]

Jeg fant noe mer informasjon på nettet:

 

Harmoniske strømmer og spenninger:

I økende grad benyttes apparater og utstyr som forvrenger spenningens kurveform fordi strømmen som disse apparatene opptar fra nettet, ikke er sinusformet. Den forvrengte spenningen vil bestå av en grunnharmonisk (50 Hz) og et antall harmoniske. Det er ofte 3-, 5- og 7-harmoniske som er fremtredende. Kraftelektronikk i apparater, f.eks. PC'er og annet datateknisk utstyr, avbruddsfrie strømforsyninger (UPS'er) osv. er slike ulineære laster som genererer støy på nettet. Et stort innslag av harmoniske i nettet kan gi støyproblemer for annet elektronisk utstyr.

 

Jeg har kontaktet to elektrikker firmaer og kraftlaget som leverer strøm til byggningen, men ingen vet hvordan man beregner slike spenninger.

 

Det er som du sier at i den daglige husholdning er ikke dette noe problem. Vanligvis ligger det kun et visst 20-talls hus pr e-verks trafo i gata, og hver husholdning har sjeldent over 2 datamaskiner i snitt. Men når vi her snakker om 500 datamaskiner i tillegg til vanlig utstyr som frekvensomformerer i ventilasjonsanlegg, TV apparater, nettverksutstyr og belysning så er jeg redd dette begynner å få omfang. Jeg ble gjort OBS på dette med 3 harmoniske spenninger av en gammel arbeidsgiver, men han får jeg desverre ikke kontakt med.

 

Men jeg har kommet til den konklusjon at dette skal beregnes ut fra grunn harmoniske som er 50Hz, og spenningen som er enten 400V 3-fas eller 230V 1-fas, og et visst antall harmoniske. Spørsmålet nå er, hvor mange harmoniske er en datamaskin.

 

Takker for alle gode tips og synspunkt =)

[perpyro]

Alle PCene som skal på det nette vil til sammen bli ca. 150KVA pluss alt det andre bygget skal inneholde.

Mest sansynlig ender du opp med et effektbehov opp mot 300KVA på vinterstid og da er det like greit å få seg egen trafo.

 

Hvilket bygg er det dette er snakk om?

[eydybdal]

Bygget har egen trafo på 800kVA (1100A 3-fas 400V TN), men problemet her er dersom de overharmoniske strømmene kan ødelegge andre komponenter i bygget.

 

Vi har beregnet vårt effektbehov til 300kVA, dette er da kun datamaskiner, nettverk, server utstyr, lyd og lys anlegg, crew osv.

 

Bygget forøvrig: www.bygdatunet.no , plassert på Langevåg på Bømlo i Hordaland.

 

Vi snakker her og om høsten år 2006, så vi må regne en del effekt til oppvarming av bygg og vann, samt kapasitet til andre forbrukerer i samme byggning da den inneholder blandt annet kinosal, dagligvarebutikk, kafe, treningssenter, legesenter, ungdomslokaler, kontorer og en god del annet.

 

www.discoverylan.net dersom noen lurte på hva dette skal brukes til =)

[perpyro]

Hva med å kontakte de som arrangerer TG og høre hvordan de løser dette?

Det skulle jo ikke være noe umulighet.

[eydybdal]

Jeg regner med TG kjører vanlig 230V IT / TT nett, og da er jo alle problemer bortevekk da det ikke er noen N-leder i IT / TT nett.

[perpyro]

Bruker ikke de det eksisterende nettet i vikingeskipet?

I såtilfelle så er det nok 400V TN nett der.

[eydybdal]

Det står ingen ting på nettsidene til Vikingsskipet ang hvilket strømnett som benyttes i hallen. Alternativet her blir nok å kontakte TG-crew om vi skal få tak i den informasjonen. Men jeg regner med TG kjører mer enn byggets primære transformator ettersom dem krever ganske stor kapasitet på sine arrangement.

 

Det er nokså lenge siden Vikingsskipet ble bygget, og dette med 400 volt i bygg har jo ikke vore fullt utbredt tidligere. Slik som Stavanger har hatt dette i flere tiår tilbake, mens Haugesund / Bergen har først begynnt med dette i senere tid. Så jeg er veldig usikker på hva Vikingsskipet har.

Endret 12. september 2005 av eydybdal

[ragstian]

Hei.

 

Kanskje det kan være noe nyttig informasjon her:

 

http://www.nelfo.no/elsikkerhet/FEL/EMC/EM...jektrapport.pdf

http://www.reo.co.uk/files/kbase/Power_Qua...eets_1_-_10.pdf

http://www.eg.abb.com/global/egabb/egabb10...al+Products.pdf

http://www.nve.no/FileArchive/278/Dok%20nr...ngskvalitet.pdf

http://www.stem.se/WEB%5CSTEMFe01.nsf/V_Me...kvalitet%20.pdf

http://www.controltechniques.com/data/issu...des/HARM_IS.PDF

http://www.aelgroup.co.uk/pdf/wp_powqal.pdf

 

 

 

Good Luck.

[eydybdal]

Takker for masse nyttig informasjon. Har lest gjennom en del av disse PDF filene og når det sant skal sies så forstår jeg litt mer for hver gang.

 

Jeg har kommet frem til at 3 harmoniske frekvens kan enkelt beregnes ut.

f = grunn harmoniske frekvens (50Hz i Norge)

h = antall harmoniske

fh = overharmonisk frekvens

 

fh = f x h --> 50Hz x 3 harmoniske = 150Hz

fh = f x h --> 50Hz x 5 harmoniske = 250Hz

 

Etter som jeg har forstått så er det 3 og 5 harmoniske som er mest utvilket av datamaskiner. Så en datamaskin lager en 3 og 5 harmonisk frekvens på 150 og 250Hz inn på strømnettet.

 

Men så har det seg jo slik at jeg her opererer med la oss si 500 datamaskiner for å sette et rundt tall. Hvordan skal jeg nå legge disse faktorene sammen? Visst jeg legger dette sammen med ren gangetabell: 3 harmoniske x antall maskiner, 150Hz x 500 maskiner = 75000Hz 3 harmoniske frekvens, og 5 harmoniske x antall maskiner, 250Hz x 500 maskiner = 125000Hz. Her begynner vi da å snakke om sinnsyke verdier, og er dette reelt?

 

3 og 5 harmoniske vil da ha en prosent økning på 500%

 

Dersom disse utregningene er korrekte så snakker vi om ganske drastiske økninger.

 

Men så kommer spørsmålet hva dette har av betydning, og hvordan man skal forholde seg til strøm og spenning, og hvordan vi regner ut THD.

 

Flere gode forslag til utregning av dette her?

Endret 13. september 2005 av eydybdal

[Mr Burns]

Du har desverre regnet grundig feil!

 

 

Uansett, så har det ikke så mye å si, for sannsynligheten for at 500 PCer lager den samme forstyrrelsen i fase er så lik null at det må vi bare godta.

 

Men , slik jeg forstår artikkelens side 13-15, så beregnes THD slik:

 

1. Finn Un, der U1 er grunnfrekvensens spenning, og Un en n-te overharmoniske tilhørende spenning. Alle verdier er relative til U1. Un er vel 400V eller 230V.

 

2. Summer opp disse kvadrerte spenningene.

 

3. Ta kvadratrot. Dette er THD-verdien. Hvis den er over 8% er den for høy.

 

Eksempel med tenkte verdier:

 

U3 = 5%, U5 = 3% og U7 = 1%

 

Summerer:

Sum = 0.05*0.05 + 0.03*0.03 + 0.01*0.01 = 0.0035

Tar kvadratrot: sqrt(0.0035) = 0.059

 

Dvs at THD = 5.9%

 

Med forbehold om feil! Dette er ikke mitt fagfelt!

Endret 13. september 2005 av Mr Burns

[perpyro]

Vil det ikke være slik at 3. og 5. harmoniske vil bli paralell i nettet uavhengig av hvor mange maskiner som er på ettersom alle maskinene får tilført samme frekvensen?

Mener også at disse overharmoniske spenningene vil gjevne seg ut en del dersom de blir fordelt på mange kurser over et større el-anlegg.

[Hårek]

Frekvensen på harmoniske er jo enkelt nok, 150 og 250 Hz her. Det som gjelder er amplituden av disse frekvensene. Det er det du vil se i en spektrumanalysator.

Når man har kun en switchmode PSU så har du en gitt en viss mengde overharmoniske, altså en gitt amplitude (måle spenning eller strøm). Hvis du kobler til 500 slike PSUer så vil amplituden på de overharmoniske øke, men kun hvis de er i fase.

Jeg vil tro at de harmoniske ikke er i fase, dermed vil de spres ut i tid og tildels oppheve hverandre.

[eydybdal]

La meg spørre enklere før hodet mitt eksploderer av overharmoniske strømmer og verdier her Er det noen som vet hvilke 3 og 5 harmoniske verdier en PC har?

 

Mattematikk har aldri vore mitt sterke felt, men dette her var gresk

 

Jeg ser hva du mener Mr Burns.

 

1. Finn Un, der U1 er grunnfrekvensens spenning, og Un en n-te overharmoniske tilhørende spenning. Alle verdier er relative til U1. Un er vel 400V eller 230V.

 

Un - grunnharmonisk spenning = 230 volt

Fn - grunnharmonisk frekvens = 50Hz

Pn - grunnharmonisk effekt = 200W

 

Fh3 - 3 harmonisk frekvens = 150Hz

Fh5 - 5 harmonisk frekvens = 250Hz

 

Dette er de verdier jeg VET om en datamaskin. Er det da noen som har forslag til utreging av Uh3 som er 3 harmoniske spenning til en datamaskin. Jeg kan minne å huske at jeg har lest noe om 690V Uh i en av PDF filene. Kort tankegang:

Uh = Un x h --> 230V x 3 hamoniske = 690V

Noen som er enig i den tankegangen? Eller må Uh regnes ut ved hjelp av ohm's lov med andre verdier?

 

Takker for alle tilbakemeldinger, jeg føler det går litt på frem nå...

[Mr Burns]

Uh = Un x h --> 230V x 3 hamoniske = 690V

Noen som er enig i den tankegangen? Eller må Uh regnes ut ved hjelp av ohm's lov med andre verdier?

Det beregnes nok ikke sånn!

 

La oss si at spenningen til 3. harmoniske er 5% i forhold til U1 (230V). Da blir

U3 = 0.05 * 230 = 11.5V

 

tretaller i 3. harmoniske referer bare til frekvensen, og ikke til selve spenningen. Med andre ord, ikke bruk 3 - 5 - 7 til å gange opp spenningen, bare frekvensen.

 

Eks:

 

7. harmoniske til 50 Hz er 350Hz (7 * 50), og

7. harmoniske til 500 Hz er 3500Hz. (7 * 500)

 

Spenningen har vi ikke sagt noe om enda.

 

Verdien til Un er relativ til grunnspenningen U1.

 

Hvordan beregne Un? Vet ikke helt. Tror du må finne en typisk PC, og måle den.

[eydybdal]

Da får vi se om vi finner ut det du kaller Un og jeg kaller Uh da Ser at i enkelte av PDF filene skriver dem Uh, og enkelte steder står det Un.

 

Un = U (spenning) nominell (altså gitt verdi) som er 230V i norge

Uh = U (spenning) harmonisk (over harmonisk verdi)

 

Det er vel det som er korrekt ut fra normer og paragrafer, men det har ikke så stor betydning her.

 

Det er sikkert mulig å måle Uh (harmonisk) med et instrument, men slikt utstyr har jeg desverre ikke i samlinga mi. Men vi vet effekten til en datamaskin, og det bør være mulig å beregne spenningen til Uh så lenge vi vet at frekvensen Fh = 150Hz.

 

Kom nettopp til å tenke på noe mens jeg satt å lette etter formler i formel samlingen min. Har vi ikke lest noe om amplitude i PDF filene? Dersom det står opplyst forholdet mellom harmonisk verdi og amplitude så vet vi jo spenningen med en gang.

 

Litt eksperimentering med mattematikk:

 

Fh - harmonisk frekvens = 150Hz

c - farten til elektromagnetiske bølger i tomt rom = 300 000km/s

y - bølgelengde

 

y = c : Fh --> 300 000km/s : 150Hz = 2000

 

Det bør vel være mulig å danne en graf av de verdiene av sinus kurven, for så å kunne lese ut amplitudens topp punkt, som da er amplitudens topp spenning.