overharmoniske strømme - aarhus maskinmesterskole...

Overharmoniske strømme

Side 0 af 72

Overharmoniske strømme En praktisk undersøgelse af spændingskvalitets- og effekt-tabsmæssige udfordringer ved harmoniske strømmes til-stedeværelse i lavspændingsinstallationer. Lasse Møller Sørensen Aarhus Maskinmesterskole Juni 2014

Rapport


Forfatter: Lasse Møller Sørensen (A11046)

Titel: Overharmoniske strømme

Projekttype: Bachelorprojekt

Fagområde: Elektroteknik

Uddannelsesinstitution: Aarhus Maskinmesterskole

Vejleder: Poul Høgh

Afleveringsdato: 2. juni 2014

Antal normalsider á 2400 tegn: 36

Underskrift: _____________________________________________ Lasse Møller Sørensen


Abstract

This report deals with challenges about electrical installations that suffer from power

electronics. In these kinds of installations, items like a variable speed drive that has a

non-linear current draw will cause the sinusoidal voltage curve to deform. In this sense,

the terms THDu og THDi becomes important.

The report has examined the issue in relation to the company AarhusKarlshamn (sited

in Aarhus). Hence, the report has made power quality measurements on the largest non-

linear load. The results of these measurements showed relatively high levels of THDu of

up to 8 % and THDi about 35 %. However, these results did not exceed the DS/EN

61000-2-4 class 3 standard.

Furthermore, the report has examined the influence of harmonic currents on a compres-

sor installation’s cables and supply transformer. The report has found that harmonic

currents results in increased power loss. It has been calculated that the increased loss

due to harmonic currents is around 10-20 %. This is however not significant in this in-

stallation.

Finally, the report made an experiment that examines whether there is coherence be-

tween directly connected asynchronous motors input power and the level of THDu on

the supply it is connected to. The experiment showed a significant increase in the input

power when it was connected to supply of high levels of THDu. However, it turned out to

be difficult to conclude whether THDu was the cause of the increase because the results

were related to errors and uncertainties which also is explained in the report.


Indholdsfortegnelse

FORORD ....................................................................................................................................... 1

DEL 1 INDLEDNING ................................................................................................................. 2

DEL 2 PROBLEMFORMULERING .............................................................................................. 3

2.1 BAGGRUND FOR VALG AF EMNE .................................................................................................... 3

2.2 SPØRGSMÅL .............................................................................................................................. 3

2.3 METODE ................................................................................................................................... 4

2.4 AFGRÆNSNING .......................................................................................................................... 4

DEL 3 LÆSEVEJLEDNING ......................................................................................................... 5

3.1 NOMENKLATURLISTE ................................................................................................................... 6

DEL 4 TEORI ........................................................................................................................... 7

4.1 OVERHARMONISKE STRØMME ...................................................................................................... 7

4.1.1 Harmoniske sekvenser ..................................................................................................... 10

4.1.2 Definitioner ...................................................................................................................... 11

4.2 SPOLE MED JERNKERNE.............................................................................................................. 14

4.2.1 Hvirvelstrømstab ............................................................................................................. 14

4.2.2 Hysteresetab .................................................................................................................... 14

4.2.3 Harmoniske overtoners betydning for jerntabet ............................................................. 16

4.3 DEN 3-FASEDE ASYNKRONMOTOR ............................................................................................... 17

4.4 FREKVENSOMFORMEREN. .......................................................................................................... 19

4.4.1 Ensretter .......................................................................................................................... 20

4.4.2 Mellemkredsløb ............................................................................................................... 21

4.4.3 Vekselretteren ................................................................................................................. 22

4.5 TAB I DEN 3-FASEDE TRANSFORMER............................................................................................. 23

4.6 STRØMVARMETAB I KABLER. ....................................................................................................... 24

DEL 5 METODE ..................................................................................................................... 25

5.1 DATA INDSAMLING ................................................................................................................... 25

5.2 INTERVIEW VED DANFOSS D 4. FEBRUAR 2014 .............................................................................. 25

5.2.1 Formål med interview ...................................................................................................... 25

5.2.2 Udvælgelse af informanter .............................................................................................. 26

5.2.3 Udarbejdelse af interviewguide ....................................................................................... 26

5.2.4 Interviewets udførelse ..................................................................................................... 27

5.2.5 Transskription .................................................................................................................. 27

5.3 SPÆNDINGSKVALITETSMÅLINGER PÅ KØLERANLÆG ......................................................................... 27

5.3.1 Formål .............................................................................................................................. 27

5.3.2 L-AUS ............................................................................................................................... 27

5.3.3 Anvendt måleudstyr ........................................................................................................ 28 5.3.3.1 Usikkerhed ...........................................................................................................................................28

5.3.4 Spændingskvalitetsmålingernes udførsel ........................................................................ 29

5.4 MOTORFORSØG ....................................................................................................................... 30

5.4.1 Formål .............................................................................................................................. 30

5.4.2 L-AUS ............................................................................................................................... 30


5.4.3 Anvendt måleudstyr. ....................................................................................................... 31 5.4.3.1 Andet udstyr .........................................................................................................................................32

5.4.4 Motorforsøgets udførsel .................................................................................................. 32

5.5 VALIDITET OG RELIABILITET ......................................................................................................... 33

DEL 6 ANALYSE AF KØLEKOMPRESSORANLÆG PÅ AARHUSKARLSHAMN ................................ 34

6.1 BAGGRUND ............................................................................................................................. 34

6.2 ANLÆGSBESKRIVELSE ................................................................................................................ 34

6.3 ANALYSE AF KØLEKOMPRESSOR K110 .......................................................................................... 35

6.3.1 Måling 1 torsdag d. 13-2-2014 ........................................................................................ 35

6.3.2 Måling 2 tirsdag d. 18-2-2014 ......................................................................................... 36



6.6 KOMMENTARER TIL INDIVIDUELLE MÅLERESULTATER PÅ K110, K120 OG K130.................................. 38

6.7 ANALYSE AF DEN SAMLEDE KØLEKOMPRESSORINSTALLATION............................................................ 39

6.8 DELKONKLUSION ...................................................................................................................... 43

DEL 7 ANALYSE AF EFFEKTTAB .............................................................................................. 44

7.1 EFFEKTTABSBEREGNINGER ......................................................................................................... 44

7.1.1 Kabler ............................................................................................................................... 44 7.1.1.1 Hovedledning .......................................................................................................................................44 7.1.1.2 K110 .....................................................................................................................................................46 7.1.1.3 K120 .....................................................................................................................................................47 7.1.1.4 K130 .....................................................................................................................................................48

7.1.2 Transformeren ................................................................................................................. 49 7.1.2.1 Kobbertabet .........................................................................................................................................51 7.1.2.2 Jerntabet ..............................................................................................................................................51

7.1.3 Delkonklusion .................................................................................................................. 54

7.2 ANALYSE AF MOTORFORSØG ...................................................................................................... 56

7.2.1 Uddrag af måleresultater ................................................................................................ 56

7.2.2 Vektor diagram ................................................................................................................ 57

7.2.3 Motorforsøgenes watt-time diversitet ............................................................................ 58

7.2.4 Fejlkilder og usikkerheder ................................................................................................ 58

7.2.5 Perspektivering ................................................................................................................ 63

7.2.6 Delkonklusion .................................................................................................................. 64

DEL 8 KONKLUSION .............................................................................................................. 65

DEL 9 LITTERATURLISTE ........................................................................................................ 66

9.1 BØGER .................................................................................................................................... 66

9.2 LINKS...................................................................................................................................... 67

9.3 FIGURER ................................................................................................................................. 69

BILAGSOVERSIGT ........................................................................................................................ 72


Side 1 af 72

Forord

Denne rapport er udgivet i forbindelse med min afsluttende bachelorpraktik på Aarhus-

Karlshamn A/S i foråret 2014

I løbet af min studietid er jeg blevet gjort opmærksom på, og fået inspiration til, at un-

dersøge de udfordringer, der følger med effektelektronikkens stadig større indtog i det

moderne samfund. Deraf opstod idéen til mit bachelorprojekt.

Rapportens formål er, på baggrund af spændingskvalitetsmålinger på et kølerkompres-

soranlæg, at synliggøre hvilke konsekvensker frekvensomformer kan forårsage på elin-

stallationer med hensyn til effekttab og spændingskvalitet. Derudover kan rapportens

teoriafsnit benyttes som et værktøj til at få en grundliggende viden, om det i analyseaf-

snittene, behandlede fagområde.

Rapporten er blevet til med hjælp fra en række kompetente folk og herunder skal lyde

særligt tak til:

Electrical Maintenance Manager, AarhusKarlshamn A/S: Henrik Haun Kofoed-

Moth

Key account manager, VLT drives Danfoss A/S: Claus Balle Thomsen

Application supporter, VLT drives Danfoss A/S: Anders Eriksen

Lektor ved Aarhus Maskinmesterskole: Poul Høgh


Side 2 af 72

Del 1 Indledning

Igennem det seneste årti har energioptimering, ikke bare i Danmark men i store dele af

verden, været af stigende interesse for såvel private som i erhvervslivet. For erhvervsli-

vet vedkommende kan dette skyldes, at virksomheder, ved at energioptimere deres pro-

duktionsapparat, kan minimere deres energimæssige omkostninger og dermed øge de-

res konkurrenceevne. Ydermere benyttes effektelektronik, der er et centralt begreb, når

man taler om elektrisk optimering, i bl.a. el-produktionsindustrien til solceller og vind-

møller, hvor net tilslutning er nødvendig. For private er effektelektronik installeret i alt

fra styringer til pumper, ventilatorer og belysning, hvorfor dette også her har betydning.

I industrien benyttes det i høj grad i frekvensomformere. Disse har vundet ekstrem stor

udbredelse grundet deres store energibesparelsespotentiale (ABB, n.d). Imidlertid ska-

ber effektelektronik ofte ulineære strømtræk, som skaber overharmoniske strømme, der

vil forvrænge spændingskurven og dermed skabe en forringet spændingskvalitet

(Schneider, 1999 s.9). Heraf følger en række uheldige konsekvenser som fx øget tab og

temperaturstigning i asynkronmotor og transformere (Engineering, n.d s.13). På bag-

grund af disse udfordringer følger herunder en problemformulering.


Side 3 af 72

Del 2 Problemformulering

2.1 Baggrund for valg af emne

I løbet af min tid som studerende og i forbindelse med min afsluttende bachelorpraktik

på AarhusKarlshamn har jeg stiftet bekendtskab med problematikken omkring effekt-

elektroniks indvirkning på spændingsforurening. En problematik, som den tekniske chef

på AarhusKarlshamn har udtalt, at virksomheden med jævne mellemrum oplever udfor-

dringer med.

Overraskende nok synes der dog ikke, at findes en udbredt viden omkring udfordringen

i branchen, til trods for at fænomenet kan føre til adskillige gener for de virksomheder,

hvori spændingsforureningen eksisterer. Blandt generne kan nævnes;

Forøget energiforbrug

Mindsket levetid på diverse udstyr

Driftsforstyrrelser

På baggrund af ovenstående har jeg besluttet mig for at undersøge problematikken

nærmere for herved at bidrage til emnet og skabe en større forståelse herfor. I den an-

ledning vil rapporten undersøge AarhusKarlshamns største frekvensstyret motorinstal-

lation, der indeholder tre styk kølekompressorer på hhv. 160, 250, 400 kW. Disse er

udvalgt, fordi de er virksomhedens største. Derfor vil de danne et godt grundlag for at

undersøge problemstillingen.

2.2 Spørgsmål

”Har overharmoniske strømme indflydelse på spændingskvalitet samt effekttab i

elinstallationen til kølekompressorerne på AarhusKarlshamn? Hvis ja, hvordan?”

Ovenstående problemformulering vil blive besvaret ved hjælp af følgende under-

spørgsmål:

Bidrager de tre omtalte motorinstallationer på AarhusKarlshamn til spændings-

forurening med hensyn til THDu?

Lever den totale harmoniske spændingsforstyrrelse op til gældende standarder?

Hvilke effekttab giver de eventuelle ikke lineære strømoptag anledning til i kab-

ler, transformer, og motorer?


Side 4 af 72

Hvordan kommer indvirkning fra THDu til udtryk med hensyn til forskelle i ef-

fektoptaget på en motor tilsluttet en forsyning med forskellige niveauer af spæn-

dingsforurening?

2.3 Metode

Til at undersøge ovenstående problemformulering tages der i rapporten udgangspunkt i

empiriske målinger på kølekompressorinstallationen. Herudfra vil måledataene blive

analyseret og resultaterne vurderet for herved at kunne danne grundlag for teoretiske

beregninger for effekttab samt en undersøgelse af spændingskvaliteten. Overordnet set

vil rapporten søge information dels ved at konferere med kompetente folk på området

via interview, e-mail og telefonsamtaler dels gennem research på internettet. Derudover

vil rapporten indsamle egen empiri gennem spændingskvalitetsmålinger på køleranlæg-

get samt et simpelt empirisk forsøg med en elmotor. Således kombineres den kvalitative

og den kvantitative tilgang i indsamlingen af data. Den konkrete undersøgelsesmetode

vil blive uddybet i de enkelte afsnit, hvor der vil være en beskrivelse af, hvilke metoder

der er brugt for at besvare problemformuleringen.

2.4 Afgrænsning

Rapporten afgrænser sig til kun at behandle den omtalte kølekompressorinstallations

indvirkning på lavspændingenssidens spændingskvalitet af den transformer, den er til-

sluttet. Det vil sige, at undersøgelsen afgrænser sig fra og med installationens forsy-

ningspunkt og frem mod diverse komponenter på 400/230V niveau.

Ved effekttabsberegninger, på transformer og i kabler, som følge af harmoniske overto-

ner forudsætter rapporten statiske forhold i el-nettet.

Med hensyn til det omtalte empiriske motorforsøg forgår forsøget som en undersøgelse

af konsekvenserne ved overharmoniske spændingers indvirkning på en direkte tilsluttet

motor af størrelsen 0,375 kW.


Side 5 af 72

Del 3 Læsevejledning Rapporten er opbygget på den måde, at der umiddelbart efter indledning og problem-

formulering vil være et teoriafsnit. Dette afsnit har til formål at introducere læseren til

det i analyseafsnittet behandlede fagområde. Herefter vil metodeafsnittet fremgå, og

heri er beskrevet hvilken fremgangsmåde rapporten har benyttet for at besvare pro-

blemformulering. Dernæst undersøger analyseafsnittet først spændingskvaliteten på tre

kølerkompressor på AarhusKarlshamn, og sidenhen, på baggrund af måleresultaterne,

bliver der foretaget effekttabs beregninger på køleranlæggets elinstallation. Sidst i rap-

porten er der beskrevet og udført et praktisk forsøg, der har til formål at undersøge ef-

fektoptaget på en elmotors tilbøjelighed til at blive påvirket af THDu. Der vil indgå en

delkonklusion ved hvert delafsnit i analysen. Rapporten kan læses uden bilag, men for

mere specifikke detaljer er de nødvendige at anvende. Eftersom, at der anvendes en

række tekniske begreber igennem rapporten forudsætter læsningen heraf et vist kend-

skab til det el tekniske område.


Side 6 af 72

3.1 Nomenklaturliste

Aams Aarhus Maskinmesterskole

AAK AarhusKarlshamn

Irms Strømmens middelværdi (root mean square)

Ifund Strømmens middelværdi ved grundtonen

Pcu Strømvarmetab

Pfe Jerntab

PCC Point of common coupling

THDu Total harmonic distortion (voltage)

THDi Total harmonic distortion (current)

Uh Overtonens størrelse i volt

Upk Spændingens peakværdi

I rapporten benævnes overharmoniske strømme og spændinger også som: Overtoner,

harmoniske overtoner, og harmoniske forvrængning. Dette skal opfattes som synonym

for hinanden. Efter overnævnte synonymer kan der typisk være nævnt enten ”strøm”

eller ”spænding”.

Betegnelserne ”forurening” og ”støj” er i rapporten synonym med elektrisk forurening

eller støj i relation til forvrængning af spænding eller strømkurven.

Betegnelsen ”motor” er i rapporten synonym med en elektrisk 3-faset asynkron motor.


Side 7 af 72

Del 4 Teori

Dette afsnit er skrevet for at give læseren en grundlæggende viden omkring emnepro-

blematiseringen, der bliver behandlet i analysedelen. Således vil overharmoniske-

strømme, spole med jernkerne, Den 3-fasede asynkronmotor, frekvensomformeren og

Transformeren blive belyst.

4.1 Overharmoniske strømme

Inden for elektroteknikken er den grundlæggende teoretiske opfattelse af

vekselspænding, at den er sinusformet, og man tager udgangspunkt i denne illusion, når

man skal udføre diverse eltekniske beregninger. I praksis er virkligheden en anden og

der findes forskellige fænomener, der kan have indvirkning på en forringet

spændingskvalitet, som det vises på billedet nedenunder.

Et af disse fænomener er harmoniske overtoner.

Overharmoniske spændinger vil opstå ved enhver

last, der ikke trækker en liniærer strøm. Det vil

sige at en given brugsgenstand laver et strømtræk,

der ikke er ligedannet med spændingens

sinusform. Når dette uliniære strømtræk så

multipliceres med netimpedansen fås en

forvrænget spændingskurve. Det betyder også, at

jo svagere net en komponent med uliniært strømtræk er tilkoblet, jo mere vil

spændingkurven blive deformeret. En af årsageren til et ikke sinusformet strømtræk er

brugen af effektelektronik som i dag benyttets i større og større grad.

Af eksempler på brugsgenstande, der trækker en uliniær strøm, og dermed vil

deformere spændingskurven, kan nævnes (Dansk energi analyse, 2009 s.7):

Figur 1. Forskellige årsager til forringet spændingskvalitet. (Danfoss PowerPoint , 2014 s 8)

Figur 2. Eks. på et ulineært strømoptag. (Schneider, 1999 s.9)


Side 8 af 72

Energisparepærer, lysrør

PC udstyr

Alle former for ensretterudstyr og DC svejseanlæg

UPS anlæg

Frekvensomformere (omdrejningsregulering) inkl. DC anlæg

En måde hvorpå man kan analysere en spænding

for overtoner bygger på Fourier transformations-

formel, opkaldt efter franskmanden Joseph Fourier

(Den store danske, n.d). Fouriers transformation

er en matematisk model, der kan anvendes til at

omskrive enhver type bølgeform til summen af

sinusformede funktioner. Det vil sige, at man kan

opløse en spændingskurve med harmoniske over-

toner, til en grundtone og de forskellige overhar-

moniske delkomponenter, som det er illustreret i

figur 3.

Ud fra nedstående formel kan det anskueliggøres, hvilke harmoniske overtoner der vil

opstå i et bestemt system.

hvor:

h = det harmoniske ordens-

tallet

H = et heltal (1,2,3,4,5…)

p = anlæggets pulstal

Det harmoniske ordenstal referer til forholdet imellem den fundamentale frekvens og

det harmoniske ordenstal. Det vil sige, at en harmonisk overtone af 3 orden har frekven-

sen 150Hz (ved nominel frekvens 50 Hz), 5’te harmoniske 250 Hz og så videre.

Hvis der tages udgangspunkt i en 6-puls-koblet ensretter, som er den type der sidder i

frekvensomformerne, der forsyner skruekompressorerne på AAK, og man kigger på hel-

tallet 1, vil der fremkomme:

Figur3. Eksempel på en strøm indeholdende overtoner, opdelt I grundtonen og dens indhold af overharmoniske strømme. (Schneider 2008 s.5)


Side 9 af 72

Det vil sige, at en 6-pulskoblet ensretter vil frembringe harmoniske strømme af ordenen

Af formelen ovenfor ses det, at det er muligt at eliminere de harmoniske strømme af la-

vere orden ved at anvende ensretter med større pulstal, for eksempel en 12-puls koblet

ensretter.

Under normale omstændigheder er det imidlertid ikke en mulighed, man kan benytte sig

af ved såkaldte retro-fit installationer, fordi det kræver en ny transformer installation,

og vil derved blive en økonomisk dyr løsning. Det kan anskueliggøres ved at kigge på

nedstående figur.

Har ses det, at man i projekteringsfasen af f.eks. en ny industrielinstallation, indehol-

dende frekvensomformer der forsyner brugsgenstande med store effekter, med fordel

kan overveje, om der ønskes at benytte en transformer af typen Y/yd. Dette skyldes, at

man hvorved kan komme eventuelle problemer med overharmoniske strømme af lavere

orden i forkøbet. En 12-puls ensretter består af to stk. parallelle 6-puls ensretter, der

bliver forsynet fra hver deres sekundære vikling, som er forskudt 30 grader i forhold til

hinanden. Det betyder, at visse af de overharmoniske strømme (5’te og 7’ende) er i mod-

fase på forsyningssiden, hvorved de bliver elimineret. (ABB, 2013 s 23).

Figur 4. Forskellige konstruktioner af forsyningstransformeren for reduktion af overharmoniske strømme af laver orden. (ABB , 2013 s 21)


Side 10 af 72

4.1.1 Harmoniske sekvenser

Udover at kunne inddele de harmoniske overtoner i forskellige ordner, kan de også ind-

deles efter deres sekvens. De opdeles i positiv sekvens, negativ sekvens og nul sekvens.

En positiv sekvens har samme fasefølge som den fundamentale frekvens. Negative se-

kvenser har modsat fase følge. En nul sekvens vil, som navnet antyder, ikke give anled-

ning til at ændring på fasefølgen, men vil i stedet på ikke lineære last med symmetrisk

belastning (1F+N eller 3F+N) opsummere sig i nullederen (Thesis-on, 2011 s.11). På

figur 5 herunder er vist, hvilke konsekvenser de forskelige sekvenser kan have.

På figur 6 er vist et eksempel på en negativ

sekvens. Fase L1 er rød, L2 er blå og L3 er

grøn, og de fundamentale kurver er fasefor-

skudt 120 grader. Derved har vi fasefølgen

L1-L2-L3. Det ses, at ved en 5’te harmoniske

overtone, som eksemplet viser, vil den 5’te i

L3 ”overhale” L2. Derved bliver fasefølgen for

overtonerne L1-L3-L2. Dette vil i en elektro-

motor skabe modmoment og forøge moto-

rens temperatur, som betyder forøget strøm-

varmetab, hvilket ikke er ønskeligt (ABB,

2011 s. 39)

Figur 5. Konsekvenser ved harmoniske overtoner (ABB, 2011 s. 39)

Figur 6. Eksempel på negativ sekvens, 5'te harmoniske (Forfatterens eget arkiv)


Side 11 af 72

På figur 7 er vist et eksempel på en

positiv sekvens. Fase L1 er rød, L2 er

blå og L3 er grøn, og de fundamentale

kurver er faseforskudt 120 grader.

Derved har vi fasefølgen L1-L2-L3. Det

ses, at ved en 7’te harmoniske overto-

ne, som eksemplet viser, ligger overto-

nerne i samme fasefølge som grundto-

nen. Dette vil i en elektromotor skabe

”medmoment”, men vil samtidig forøge

motorens temperatur, som betyder

forøget strømvarmetab (ABB, 2011 s 39).

4.1.2 Definitioner

Dette afsnit belyser nogle grundliggende definitioner der gør sig gældende ved tilstede-

værelsen af harmoniske overtoner.

Total harmonic distorsion

Den totale harmoniske forvrængning af henholdsvis spænding og strøm er defineret

som vist.

√

√

Som det vises er overtonerne udtrykt i forhold til grundtonen. Derfor kaldes denne defi-

nition også for THDu-F (fundamental), og det kan vises, at THD, på denne form, kan give

et resultat på over 100%.

Figur 7. Eksempel på positiv sekvens 7'te harmoniske (Forfatterens eget arkiv)


Side 12 af 72

RMS værdier

Den totale strøm en brugsgenstand med et ulineært strømtræk optager er givet efter

formelen.

√

På lignende måde er den totale spænding givet efter formelen.

√

Crestfactor

Crestfactoren er defineret som forholdet imellem maks og effektiv værdien. For en si-

nusformet kurve vil crestfactoren være lig med √ . For en ikke si-

nusformet kurve kan den enten være større eller mindre end √ . Derfor kan man

ud fra crestfactoren danne sig et indtryk af spændingens eller strømkurvens deformati-

on. Crestfactoren for henholdsvis spænding og strøm er givet ved:

Crestfactoren ligger typisk mellem 1,5-2 ved ikke lineære strømtræk men kan nå værdi-

er op i mod 5, i særlige situationer

Harmonisk effekt

Under ideelle forhold, det vil sige ved sinusformet spænding og strøm, ved man fra elek-

troteknikken, at effektfaktoren er defineret som forholdet imellem aktiv og reaktiv ef-

fekt:

. Følgelig er defineret som den vinkel

strømmen er faseforskudt efter spænding . Det betyder, at


Side 13 af 72

og er lig med hinanden, men denne sammenhørighed gør sig ikke gældende, når

spænding og/eller strømkurven er deformeret af overtoner.

Af figur 8 ses, at når en brugsgenstand optager en forurenet spænding kommer der en

ekstra dimension på den velkendte effekttrekant. Det ses, at der, på grund af komposan-

ten Dharmonics , er en forskel imellem den tilsyneladende effekt S og den sande tilsynela-

dende effekt ST. Det betyder, at:

√

Den sande effektfaktor er givet ved:

Figur 8 En ekstra dimention på den velkendte effekt trekant grundet tilstedeværelsen af overtoner. Schneider, n.d s 10


Side 14 af 72

4.2 Spole med jernkerne

Vekselstrømsmaskiner, herunder asynkronmotorer og transformere, indeholder spoler

med jernkerne. Grunden til dette er, at den magnetiske ledeevne stiger ved indsættelse

af en jernkerne i spolen. Det vil sige, at det magnetiske felt ved en given strømstyrke er

større i en spole med jernkerne end en spole uden jernkerne. Det er ønskeligt, da man

derved opnår en mere effektiv vekselstrømsmaskine. Når der indsættes en jernkerne i

en spole, bliver den optagende effekt imidlertid større end strømvarmetabet, hvilket

skyldes, at der afsættes effekt i jernkernen på grund af den stadige ommagnetisering,

der forekommer i et vekselfelt (Petersen, 2006 bog 1 s. 174). Den ekstra afsatte effekt

kaldes jerntabet og består af hvirvelstrømstab og hysteresetab.

4.2.1 Hvirvelstrømstab

Når jernet i spolen udsættes for et vekslende magnetfelt fremkaldes der hvirvelstrøm-

me, hvilket kan give anledning til kraftig opvarmning af jernkernen (Petersen, 2006 bog

1 s. 88). Tillige er hvirvelstrømstabet proportionelt med frekvensen i anden potens

(Petersen, 2006 bog 1 s. 171), hvilket indikere at tilstedeværelsen af høj-

frekvente overtoner kan medvirke til en kraftig forøgelse af hvirvelstrømstabet. For at

begrænse hvirvelstrømme fremstiller man typisk vekselstrømsmaskinernes jernkerne i

et lag af tynde plader, som er elektrisk isoleret fra hinanden. På den måde gøres strøm-

vejen for hvirvelstrømmene lang og med et lille tværsnitsareal (Petersen, 2006 bog 1 s.

88).

4.2.2 Hysteresetab

Lige som med hvirvelstrømstabet er hysteresetabet et fænomen, der opstår, når jernet i

en spole udsættes for et vekselende magnetfelt. Ved 50 Hz bliver jernkernen ommagne-

tiseret 100 gange i sekundet. ”Når spolestrømmen ændres, er de magnetiske domæner i

Figur 9. Effekttrekanten, spole med jernkerne (Petersen, 2006 bog 1 s 174)


Side 15 af 72

jernet kun med forsinkelse i stand til at følge ændringen. Dette fænomen kaldes hysterese”

(Petersen, 2006 bog 1 s. 171)

I Figur 10 vises en hysteresesløjfes forløb. Den stiplede linie med start i origo, viser hy-

steresesløjfens opstart og kaldes jomfrukurven. Ved at følge kurvens forløb kan man se,

at der er en omtrent lineær sammenhæng imellem feltstyrken H og fluxtætheden B indtil

en vis fluxtæthed, hvorefter kurven afbøjes. Når kurven afbøjes, falder permeabiliteten,

som er givet ved , fordi der opstår en magnetisk mætning (Petersen, 2006

bog 1 s. 77). Dette betyder, at den magnetiske modstand, reluktansen

, stiger. Da den magnetiske flux er givet ved

, vil denne pludselige stigning af reluktansen betyde en

væsentlig forringelse af fluxtætheden.

Det der er skyld i hysteresetabet er dog det faktum, at det magnetiske felt og strømmen

ikke er i fase, hvilket ses af figur 10 ovenfor. Når strømmen i spolen sænkes til nul falder

B kun lidt. Det vil sige, at strømmen skal øges ”den modsatte vej” for at få B reduceret til

nul. Dette fænomen skaber hysteresesløjfens og dens areal er dermed et mål for effekt-

tab (Petersen, 2006 bog 1 s. 172).

Yderligere kan det også vises, at hysteresesløjfe optager en ulinær strøm og derfor med-

virker til forvrængning af spændingskurven. En spoles reaktans er givet ved

Figur 10. Hysteresesløjfen (Petersen, 2006 bog 1 s. 173)


Side 16 af 72

. Hvis man derefter kigger på spolens selvinduktionskoefficient, som er givet ved

, ses det, at den er afhængig af permeabiliteten.

Som det tidligere er vist vil permeabiliteten ændre sig med hældningen af hysteresesløj-

fen. Derfor vil den samlede impedans af spolen hele tiden variere og dermed give for-

vrængning af strømkurven.

4.2.3 Harmoniske overtoners betydning for jerntabet

Når en vekselstrømsmaskine er påtryks en spænding fra et net forurenet af overharmo-

niske strømme ophører overnævnte teori om jerntab imidlertid. Det er herfra en meget

kompleks problemstilling, der er svær at svare på entydigt. Der vil i analyseafsnittet i

denne rapport omkring effekttab på transformere blive beskrevet mere herom.

Figur 11. Eksempel en forvrænget strømkurve (Petersen, 2006 bog 1 s. 181)


Side 17 af 72

4.3 Den 3-fasede asynkronmotor

En 3-faset asynkronmotor er opbygget af to primære komponenter, som er en stator og

en rotoren. I en asynkronmotor er rotoren forsynet med viklinger. Typisk er disse vik-

linger kortsluttet, derfor kaldes asynkronmotoren også ofte for en kortslutningsmotor.

I figur 12 er vist en tegningen der kan illustrere kortslutningsmotorens virkemåde. I sta-

toren er der placeret tre fasevinklinger som frembringer et drejefelt. Dette drejefelt vil

inducere en spænding e, i rotorviklingen, og fordi denne er kortsluttet vil den inducere-

de spænding drive en strøm i rotoren. Den strømførende leder vil nu blive påvirket af en

kraft som har størrelsen:

Af overstående formel for kraften F bemærkes det, hvorledes den kraft, rotoren bliver

påvirket med, er afhængig af magnetfeltets tilstedeværelse, idet at

. Dette kan

yderligere belyses ved hjælp af nedstående formel for det indre moment Mi. Igen ses det,

at indre moment er afhængig af det resulterende felt og dermed magnetiseringsstrøm-

styrken.

Figur 12. Asynkromotorens virkemåde (Petersen, 2005 bog 3 s 192)


Side 18 af 72

Ovenfor ses en asynkronmotorers ækvivalentskema. R1 og X1 ækvivalere statoren R2 og

x2 ækvivalere rotoren. Rfe er indsat som tværimpedans, fordi de ikke vil ændre sig ved

varierende belastning, det samme kan siges om det resulterende felt Xh der er konstant

så længe spændingen holdes konstant. Til sidst kan den mekaniske belastning indsættes

som en slipafhængig resistansen R2, det vil sige jo større belastning, jo større slip, jo

mindre resistans som dermed vil resultere i større strøm. Men det, der er interessant

ved at kigge på ækvivalentskemaet ovenover, med problematikken omkring overhar-

moniske strømme i baghovedet, hvordan de vil skabe ekstra strømvarme tab i resistan-

serne, og hvordan reaktanserne som er afhængig af net frekvensen vil blive påvirket.

Under ideel drift er en motor tilsluttet en fast spænding og frekvens. Forholdet mellem

spænding og frekvensen bestemmer motorens magnetisering. Så det vil sige, hvis spæn-

ding/frekvens forholdet stiger, bliver motoren overmagnetiseret. Hvis forholdet falder,

bliver motoren undermagnetiseret.

I en undermagnetiseret motor vil magnetfeltet være svækket. Som tidligere vist, har

dette negativ indflydelse på det drejningsmoment som motoren kan yde.

En overmagnetiseret motor overbelastes ved normal drift i det effekten til den ekstra

magnetisering omdannes til varme i motoren (Danfoss, 1998 s. 25).

Figure 13 Asynkronmotorens ækvivalentskema. (Petersen, 2005 bog 3 s. 195)


Side 19 af 72

4.4 Frekvensomformeren.

Frekvensomformer anvendes i stadig stigende grad i industrien, typisk med henblik på

at forbedre driftsøkonomien på anlæg samt at opnå større virkningsgrad/ydeevne f.eks.

ved opstart.

En frekvensomformers virkemåde bygger på den sammenhæng, der er imellem frekvens

og omdrejningstal som vises i nedstående formel. Da polparret på en almindelige asyn-

kronmotor er konstant, er omdrejningstallet udelukkende afhængig af frekvensen.

Som tidligere nævnt kræves det at spænding/frekvens forholdet er konstant, for at mo-

toren kan opretholde sit nominelle moment. Det er netop det, som er frekvensomforme-

rens styrke, at den er i stand til at opretholde nominelt moment stort set fra nul til no-

minel omdrejningstal. I nedstående formel vises hvorledes sammenhængen mellem

spænding/frekvens forholdet og momentet forholder sig.

√

Det ses ud af overstående formel, at hvis man forøger frekvensen ud over nominel værdi

vil momentet falde, fordi spænding/frekvensforholdet må falde grundet det faktum, at

motorens mærkeplade sætter en grænse for største tilladelige udgangsspænding fra

frekvensomformeren.

Momentet kan desuden også skrives som afhængig af spændingen i anden potens.

Denne Formel afslører, at direkte sluttet motorer vil blive påvirket af en pulserende

spænding, som derved vil forårsage et pulserende moment, hvilket kan være problema-

tisk.


Side 20 af 72

Opbygning af frekvensomformerens enkelte komponenter findes i forskellige variatio-

ner. Der vil derfor i det følgende blive gennemgået frekvensomformerens virkemåde

generelt set med udvalgte principper på de enkelte delkomponenter:

1. Ensretter (Styret)

2. Mellemkredsløb (U-omformer)

3. Vekselretter (PWM)

4.4.1 Ensretter

Ensretteren er det første trin i processen for at ændre netfrekvensen til en variable fre-

kvens. Ensretteren er påtrykt forsyningsspændingen, i Danmark typisk 400V og 50 Hz. I

ensretteren ændres den sinusformet spænding til en pulserende jævnspænding.

Figur 14. Princip diagram for grundlæggende opbygning frekvensomformeren (Danfoss, 1998 s. 52)

Figur 15. Den styrede 3 faset ensretter (Danfoss,1998 s. 57)


Side 21 af 72

Den styrede ensretter er opbygget på samme måde som den ustyrede, men forskellen

består i at den styrede ensretter er opbygget med tyristorer i stedet for dioder. Lige som

en diode tillader en tyristor kun at strømmen løber fra anoden til katoden. I tillæg til

dette har tyristoren desuden også en tredje forbindelse kaldet ”gate”. Med denne port er

man i stand til at bestemme, hvornår tyristoren skal lede en strøm. Hvis der flyder en

strøm gennem tyristoren leder den strøm, indtil den bliver nul (Danfoss, 1998 s. 56). Det

betyder, at jævnspændingens middelværdi med en styret ensretter kan ændres, da ud-

gangsspændingen på den styret ensretter antager værdien

1,35*netspændingen*cos(phi). En ulempe ved den styret ensretter er, at den kan forår-

sage store tab og forstyrrelser i netspændingen, fordi den trækker en stor blindstrøm,

hvis tyristoren leder i kort tid (Danfoss, 1998 s 57-58).

4.4.2 Mellemkredsløb

I mellemkredsløbet udglattes den pulserende jævnspænding som modtages fra ensret-

teren. Dette gøres ved hjælp af en kondensator, hvis kapacitet beregnes ud fra rippel

spændingens størrelse, der er forskellen imellem den laveste og højeste værdi af den

pulserende jævnspænding.( Ensretterbro, 1999 s 59).

Figur 16. Mellemkredsløbets virkemåde (Danfoss,1998 s. 59)


Side 22 af 72

4.4.3 Vekselretteren

I vekselretteren skal den relative udglattet jævnspænding konventers til vekselspæn-

ding. Hovedkomponenterne i vekselretteren, er ligesom i ensretteren, halvleder. Før i

tiden blev der typisk benyttet tyristor, men man er i de senere år gået over til mere

avanceret komponenter som f.eks. IGBT’er (Insulated Gate Bipolar Transistor). Fordelen

ved disse mere moderne komponenter er, at de er i stand til at operere med en langt

højere switchfrekvens. Dette giver en renere sinuskurve, fordi de overharmoniske

spændinge af lavere orden stort set bliver elimineret. Derved bliver de tilstedeværende

overtoner ”skubbet” opad i frekvensdomæneområdet, dvs. de bliver langt mere højfre-

kvente (Danfoss, 1998 s. 62).

Puls-bredde-modulation er en udbredt metode at frembring trefaset spænding og fre-

kvens. På figur 18 nedenfor ses et styringsprincip, kaldet sinusstyret puls-bredde-

modulation. Der bruges en referencespænding (Us) som har en periodelængde, der svare

til den ønskede udgangsfrekvens og derfor styres referencespændingen af styrekredslø-

bets indgangssignal. Skæringspunkterne mellem referencespændingen og delta spæn-

dingen bruges af styrekredsløbet til at fastlægge tænde- og slukke tidspunkterne af halv-

lederne (Danfoss, 1998 s. 71). Sagt på en anden måde styres spænding nu ved at påtryk-

ke udgangsklemmerne den fulde spænding i kortere eller længere tid, der af navnet puls

bredde modulation.

Figur 17. Vekselretteren (Danfoss, 1998 s. 64)


Side 23 af 72

4.5 Tab i den 3-fasede transformer

En transformer er ligesom en asynkronmotor en vekselstrømsmaskine og grundprin-

cipperne bag er derfor meget ens. Der vil derfor i dette afsnit kun i begrænset omfang

blive redegjort for transformerens virkemåde.

Transformeren består af to eller flere induktiv koblede spoler. På den måde er største-

parten af det magnetiske felt fælles for spolerne. Det vil betyde, at en ændring af strøm-

men i den ene spole vil overføres gennem magnetfeltet til den/de andre spoler. (Peter-

sen, 2005 s. 16)

Når primærviklingen tilsluttes en konstant vekselspænding og frekvens vil der i pri-

mærviklingen løbe strømmen I1, som fremkalder et vekselfelt i jernkernen. Største-

parten af feltet, som løber i begge spoler, kaldes hovedfeltet . Vekselfeltet inducere i

hver af spolerne en elektromotorisk kraft , hvor det ses af overstående formel at

Figur 18. Sinus styret puls bredde modulation (PWM) (Danfoss, 1998 s. 71)

Figur 19. Ækvivalentskema for transformer under belastning (Petersen, 2005 bog 3 s. 37)


Side 24 af 72

denne elektromotoriske kraft er afhængig af spolerens vindingstal. På den måde frem-

bringes et omsætningsforhold af transformerens spænding på primær og sekundær si-

den (Petersen, 2005 bog 3 s 17).

Transformerens effekttab består strømvarmetabet Pcu og af jerntabet Pfe, som udgøres af

hysterese -og hvirvelstrømstab.

Jerntabet Pfe kan måles ud fra et tomgangsforsøg og kan yderligere beregnes som følger:

(Petersen, 2005 bog 3 s. 48).

Strømvarmetabet er afhængig af strømmen i anden potens og beregnes som følger:

(Petersen, 2005 bog 3 s. 48).

I forbindelse med effekttabet som følge af overharmoniske strømme er det imidlertid

knapt så simpelt, fordi resistansen vil variere i forhold til frekvensen på de enkelte har-

moniske overtoner. Hvis man henføre de primær resistanser til sekundærsiden kan

formelen for de overharmoniske strømmes bidrag til strømvarmetabet beregnes på føl-

gende måde:

4.6 Strømvarmetab i kabler.

På lignende måde kan de overharmoniske strømmes bidrag til strømvarme tab i kabler

beregnes ud fra formelen:


Side 25 af 72

Del 5 Metode

Følgende afsnit har til hensigt at give læseren en forståelse for de metodemæssige over-

vejelser.

5.1 Data indsamling

Til at undersøge problemformuleringen har jeg benyttet mig af såvel primær som se-

kundære data. De primære data udgør det empiri, jeg selv har indsamlet, mens de se-

kundære data udgør de kilder, jeg har fundet andet steds fx artikler på internettet (An-

dersen, 2008 s. 151). Jf. Andersen (2008 s. 26) bruges de primære kilder til at undersøge

det konkrete problemområde i opgaven, mens de sekundære kilder jf. Rienecker og Jør-

gensen (2012 s. 174) bruges til at udbygge forståelsen for området.

Som primær empiri har jeg foretaget såvel kvantitative som kvalitative undersøgelser.

Formålet hermed har været at skabe en så god forståelse for emnet så muligt og samti-

dig være i stand til at sige noget reelt ud fra de talbaserede data. Andersen (2008, s. 211)

siger da også, at valget af metode ofte vil afspejle en kombination af både kvalitative og

kvantitative data. Denne kombination har gjort det muligt, at udligne de ulemper, der er

ved hver enkelt metode og således at øge kvaliteten af dataene (Andersen, 2008 s. 165).

Herved har de kvantitative data kunnet give en mere generaliser bar forståelse, mens de

kvalitative data har kunnet give en mere dybdegående forståelse (Andersen, 2008 s. 27).

Den kvalitative metode er anvendt til interviews, eftersom disse ikke bygger på tal, mens

den kvantitative metode er anvendt i målinger og forsøg, eftersom disse bygger på tal

(Andersen, 2008 s.150).

Som sekundær data har jeg anvendt fagbøger samt rapporter fundet via internettet. Dis-

se data er, som nævnt, valgt for at udbygge forståelsen af problemområdet.

5.2 Interview ved Danfoss d 4. februar 2014

5.2.1 Formål med interview

Interviewet ved Danfoss Sales skete meget tidligt i rapportskrivningsprocessen og det

blev derfor brugt til at forøge min baggrundviden omkring overharmoniske strømme og

spændinger. Derfor var formålet med dette interview at få skabt en større forståelse for

emnet og at få afklaret en masse grundlæggende spørgsmål.


Side 26 af 72

5.2.2 Udvælgelse af informanter

Jeg valgte tidligt i rapportskrivningen, at lave et interview med Danfoss Sales A/S, der

blandt andet lever af at sælge udstyr som skaber problemer med overharmoniske

strømme herunder frekvensomformer, men samtidig også sælger udstyr til at udbedre

den problemet. Derudover benytter AarhusKarlshamn A/S også udelukkende frekvens-

omformer fra Danfoss. En sælger fra Danfoss der har solgt frekvensomformerne til køle-

kompressorerne i SF3 hjalp mig med at få kontakt til en teknisk supporter, der hver dag

hjælper kunder med praktiske såvel som teoretiske problemstillinger vedrørende fre-

kvensomformer. Derfor var det disse to personer der var med til mødet, altså en sælger

og den primært interviewede person, den tekniske supporter.

5.2.3 Udarbejdelse af interviewguide

En interviewguide er et vigtigt værktøj inden man skal interviewe personer. Når to

mennesker med forskellig baggrund og tilgang taler sammen, kan der let opstå en usik-

kerhed eller en uoverensstemmelse imellem den interviewede person og intervieweren.

Populært sagt kan intervieweren stille et spørgsmål i øst og få et svar i vest. Derfor er

det vigtigt med en interviewguide, så man har forberedt spørgsmål og derved på bedst

muligt vis får reduceret disse eventuelle usikkerheder og uoverensstemmelser som kan

forekomme. Med tanke på det forgående havde jeg valgt en delvist struktureret tilgang

til interviewet med Danfoss (Andersen, 2008 s.169) Det vil sige, at jeg udarbejdede en

løs interviewguide ud fra min forhåndsviden om emnet, men også at jeg gennem inter-

viewet ønskede at få indsigt i nye synsvinkler og informationer om emnet. Herved var

der en ramme for interviewet, som dog kunne ændres lidt undervejs. Min interview-

guide, der er vedlagt i bilag 1, består af en række spørgsmål, som jeg på daværende tids-

punkt mente kunne være medvirkende til at besvare min problemformulering. Derud-

over består den af en række mere specifikke spørgsmål som måske ikke har direkte re-

levant i forhold til min problemformulering, men som jeg stillede grundet nysgerrighed

og for at få en større forståelse for emnet.


Side 27 af 72

5.2.4 Interviewets udførelse

For at skabe en ramme for interviewet havde jeg inden interviewets begyndelse via mail

korrespondance informeret interviewpersonerne om formålet med interviewet, samt

gjort det klart at interviewet ville blive optaget på diktafon. På den måde har interview-

personerne fra start vidst, hvorfor de skulle interviewes.

5.2.5 Transskription

Efter at have foretaget selve interviewet er det blevet delvist transskriberet. Dette er

gjort for at gøre interviewet klar til analyse (Kvale og Brinkmann, 2009, s. 199). Inter-

viewet er delvist transskriberet, hvilket vil sige, at alle mine spørgsmål er transskriberet

samt relevante pointer er medtaget. Smalltalk, viden jeg var informeret om på trans-

skriptionstidspunktet, og snak omkring en PowerPoint præsentation i første halvdel af

interviewet er ikke medtaget. Det fulde interview kan dog høres på den vedlagte CD.

5.3 Spændingskvalitetsmålinger på køleranlæg

5.3.1 Formål

Formålet med spændingskvalitetsmålingerne på de tre køleranlæg er, at dokumentere

og vurdere spændingskvaliteten derpå. På den måde er muligt at kortlægge om køle-

kompressorernes bidrager til spændingsforurening på det offentlige elnet, primært med

hensyn til THDu og i givet fald i hvor stort et omfang. Derudover vil målingerne muliggø-

re at lave beregninger på størrelsen af strømvarmetab i kabler, transformer og motorer.

5.3.2 L-AUS

Målingerne på tilgangen til hver af de tre frekvensomformere plus målingen på hoved-

kniven, der forsyner elinstallationen til kølerkompressoranlægget er, jf. stærkstrømsbe-

kendtgørelsens afsnit 6 § 633.1, defineret som L-AUS arbejde, specifikt er målinger defi-

neret i § 635.1.1. Herunder skal der tages nogle særlige forholdsregler for at udføre ar-

bejdet sikkerhedsmæssigt korrekt. § 634.2 fortæller, at ” arbejde på installationer under

spænding skal udføres af sagkyndige personer, der har kendskab til og erfaring i de ar-

bejdsoperationer, der skal udføres”. Derfor var det elektriker med daglig gang på AAK og

med kendskab til installationen, som tilsluttede måleudstyret ved hver måling. Dette

skyldes, at jeg ikke har gyldigt L-AUS kursus bevis samt forsikringsmæssige grunde fra

AAKs side. Yderligere skal der, jf. 634.6.1, benyttes særligt værktøj og udrustning til L-

AUS arbejde. Til spændingskvalitetsmålingerne blev der således benyttet: Isolerende


Side 28 af 72

værktøj, handsker, sikkerhedshjelm, ansigtsskærm og isolerende beskyttelsesmåtte

(SB6 2011, kap. 63).

5.3.3 Anvendt måleudstyr

Til de udførte spændingskvalitetsmålin-

ger er anvendt instrumenttypen:

FLUKE 435 PQA serie nr.:DM9631038

Sidst kaliberet: 7 marts 20081.

Som det ses er det benyttede målein-

strument ikke kalibreret inden forsøget,

men i samarbejde med min vejleder er det

blevet vurderet, at det for et digitalt instru-

ment som dette ikke har væsentlig betydning. Man skal dog stadig huske, at målingerne

kan være behæftet med en større usikkerhed, hvilket vil blive belyst i følgende afsnit.

For måling af strøm er der brugt I430flex strømprober som vist på figur 19. Der kan ses

kalibreringsdokumentation i bilag 3.

5.3.3.1 Usikkerhed

Empiriske målinger vil altid i et eller andet omfang afvige fra den faktiske størrelse af

det målte. Derfor vil der fremkomme usikkerheder på måleinstrumentets resultaterne,

hvilket kan ses i nedstående tabel.

1 E-mail korrespondance omkring ikke kalibreret måleinstrument (bilag 4).

Figur 20. Fluke 435 PQA (Testequipment, n.d)


Side 29 af 72

Måleusikkerhed

Irms

Upk 5 % af nominel spænding

PF

Crestfaktor

Uh5-17

THDu

THDi

1 Strømprobens usikkerhed skal tilføjes(I430flex). Iflg. (bilag 5) er den af aflæsningen.

2 Iflg. (bilag 5) kan der yderligere opstå en unøjagtighed på såfremt at den strømførende leder ikke

har været placeret nøjagtigt i midten af måleproben, hvilket kan være svært at efterkomme i praksis.

Tabel 1. Viser de målte parameters usikkerheder ifølge producenten af instrumentets anvisninger (Fluke 435, n.d s.23-1 til 23-10)

5.3.4 Spændingskvalitetsmålingernes udførsel

Køleranlægget består af tre styk køler kompressor på med en effekt på 410, 250 og 155

kW, altså en samlet effekt på 815kW. Det er imidlertid sjældent, at industriinstallationer

i almindelighed er fuldt ud belastet, lige som der ved et køleranlæg er forskel på belast-

ningsgraden i forhold til hvilket tidspunkt på året, man kigger på. Det er klart, at anlæg-

get skal arbejde hårdere en sommerdag med omgivelsestemperaturer på 30 grader cel-

sius, end en vinter dag med omgivelsestemperaturer på minus 10 grader celsius. Derud-

over er der forskel i temperatur i forhold til, hvilket medie køleranlægget behandler,

hvilket også har indflydelse på anlæggets optagende effekt. Derfor kan det være proble-

matisk at være sikker på at en måling er repræsentativ, da de ofte bliver fortaget i et be-

grænset tidsrum.

Målingerne blev foretaget i perioden 13-26. februar 2014 – altså i en vintermåned. I

ugerne op til udførelsen af målingerne fik jeg en person fra automationsafdeling på AAK

til at oprette et belastnings/tids-diagram på hver af de tre kølekompressorer i deres sty-

resystem, kaldet DeltaV. Den metode der blev brugt var, at der først blev lavet målinger

på tilgangen til hver af frekvensomformer af en varighed på to timer, for at få et indblik i

om der er forskel i den THD frekvensomformerne på hver kølekompressor udsender,


Side 30 af 72

fordi frekvensomformerne ikke var af samme type. Det kunne f.eks. være interessant at

have viden om, hvis anlæggets spændingskvalitet skulle optimereres ved hjælp af et

passivt filter. Herved er det vigtigt at vide, hvilken forbruger der eventuelt forurener

mest, idet at passivfiltre placeres foran den enkelte brugsgenstand (bilag 1). Ved hjælp

af det oprettede diagram i DeltaV var det nu muligt at verificere om målingerne var rea-

listiske ved at sammenligne den periode, målingerne er blevet udført i, med diagrammet

for belastningen af den pågældende kompressor for den sidste måneds drift. Der er

nemlig stor forskel på belastningen af køleranlæggene, som det eksempelvis ses af bilag

2, lige som der relativt ofte er produktionsskifte, hvor kompressorerne kan køre mere

eller mindre i tomgang i timer. I sådan en periode er det selvsagt ikke ønskeligt at lave

en måling. Opsummerende vil det sige, at der på hver af kompressorerne blev lavet en

datalogning med Fluke Powerlog af to timers varighed (målingerne blev gentaget, hvis

jeg ikke mente de var repræsentative for den generelle drift). Endeligt blev der foretaget

en måling i forsyningspunktet (indgangsafbryderen) til de tre frekvensomformere. Her

blev lavet en datalogning over en arbejdsuge (mandag-fredag). Grunden til forskellen i

måletiden fra målingerne på de enkelte kompressorer og på forsyningspunktet er, at der

i forsyningspunktet findes harmoniseringer for, hvilken forureningen der må forekom-

me tilbage på forsyningsnettet. Derfor ansås det for vigtigere, at få en mere præcis og

repræsentativ måling på dette punkt end ved afgangen til hver af de tre motorer, som

udelukkende var for at få et billede af fordeling af forurening.

5.4 Motorforsøg

5.4.1 Formål

Formålet med dette forsøg er, at undersøge hvorledes den optagende effekt, på en elmo-

tor belastet med en centrifugalblæser, som er koblet direkte på nettet to forskellige ste-

der med hver deres forureningsgrad af THDu, vil blive påvirket af denne forskel i THDu.

Ifølge den i teoriafsnittet gennemgået teori burde der kunne måles en forskel i den opta-

gende effekt, fordi THDu, som tidligere nævnt, kan give anledning til både overmagneti-

gering, modmoment, og forøget strømvarmetab.

5.4.2 L-AUS

Ligesom det var tilfældet med spændingskvalitetsmålingerne er motorforsøget på AAK,

jf. stærkstrømsbekendtgørelsens afsnit 6 § 633.1, defineret som L-AUS arbejde, fordi

forsøgsmotoren er nødt til at tilsluttes en tavle under spænding, herunder skal dæk-


Side 31 af 72

ningspladen fjerens for at det er muligt at tilslutte motoren til den disponible gruppe.

Specifikt er målinger defineret i § 635.1.1. Herunder skal der tages nogle særlige for-

holdsregler for at udføre arbejdet sikkerhedsmæssigt korrekt. § 634.2 fortæller at ” ar-

bejde på installationer under spænding skal udføres af sagkyndige personer, der har kend-

skab til og erfaring i de arbejdsoperationer, der skal udføres”. Derfor var det elektriker

med daglig gang på AAK og med kendskab til installationen som tilsluttede måleudstyret

ved måling, til dels på grund af at jeg ikke har gyldigt L-AUS kursus bevis og dels af for-

sikringsmæssige grunde fra AAKs side. Ved L-AUS arbejde skal der, jf. 634.6.1, benyttes

særligt værktøj og udrustning. Til motorforsøget blev der derfor benyttet: Isolerende

værktøj, handsker, og beskyttelsesmåtte (SB6, 2011 kap. 63).

5.4.3 Anvendt måleudstyr.

Forsøg på AAK:

Til det udførte motorforsøg er der for måling af spændingskvalitet anvendt:

Instrumenttypen:

FLUKE 435 PQA serie nr.: DM9631038

Sidst kalibreret: 7. marts 20082. Som det ses er det benyttet måleinstrument ikke ka-

libreret, men i samarbejde med min vejleder er det blevet vurderet at det for et digitalt

instrument som dette ikke har væsentlig betydning. Man skal dog stadig erindre at må-

lingerne kan være behæftet med en større usikkerhed en det er vist i følgende afsnit.

Kalibreringsdokumentation er vedlagt i bilag 3.

Forsøg i EL-laboratorie:

Til det udførte motorforsøg i el laboratoriet er der

for måling af spændingskvalitet ligeledes anvendt:

Instrumenttypen:

FLUKE 435 PQA serie nr.: DM9631038. Ka-

libreringsdokumentation kan tilgås i bilag

3.

Sidst kaliberet: 7 marts 20083

2 E-mail korrespondance omkring ikke kalibreret måleinstrument (bilag 4). 3 E-mail korrespondance omkring ikke kalibreret måleinstrument (bilag 4).

Figur 20. Fluke i5s strømprobe (Fluke i5s, n.d)


Side 32 af 72

For begge målinger af strøm er der brugt I5s strømtransformer som vist i figur 20 ne-

denfor.

Forsøgsmotorens mærkeplade

Strømberg Model:1639 MR

TYPE:HXUR/E145CL B3/B5

50Hz P2= 0,37kW

D: 380V 1A

Y:220V 1A

Cos :0,84 2840 omdr/min

Tabel 2. Oplysninger fra forsøgsmotorens mærkeplade.

5.4.3.1 Andet udstyr

1 stk. spændingsregulator nr. Lok. A Gulv 4

1 stk. prøvetavle

5.4.4 Motorforsøgets udførsel

Tirsdag den 22-04-2014 blev motorforsøget udført. Første betingelse for at forsøget

kunne udføres var, at køleranlægget i SF3 var under drift, så det var sikkert, at der var

en realistisk forekomst af THDu på dette sted. Derfor havde jeg på forhånd kordineret

med drift personalet af SF3, at forsøget skulle foretages på et sådan tidspunkt. Om for-

middagen blev første del af forsøget udført, som var det på AAK. Motoren blev tilsluttet

en disponibel gruppe i den samme tavle, som den der forsyner køleranlægget (se evt.

bilag 8), hvorefter måleudstyr blev tilsluttet. Selve forsøget forgik sådan, at motoren blev

startet op og herefter fik den lov at være tændt i 10 minutter for at opnå en rimelig

driftstemperatur, hvorefter dataloggerfunktionen blev aktiveret med logning hvert 30

sekund i 30 minutter (Bilag 31). Forsøget blev gentaget på Aams, hvor en spændingsre-

gulator blev indsat i forsøgsopstillingen (bilag 31) for at kunne frembringe det spæn-

dingsniveau, der var tilstede på AAK. Igen blev motoren startet op, hvorefter den fik lov

at være tændt i 10 minutter for at opnå driftstemperatur, hvorefter dataloggerfunktio-

nen blev aktiveret med logning hvert 30 sekund i 30 minutter. I laboratoriet blev forsø-


Side 33 af 72

get dog gentaget én gang med en spændingsforøgelse på ca. 2,5 V. Under datalogning på

både AAK og Aams blev omgivelsestemperaturen noteret.

5.5 Validitet og reliabilitet

Ifølge Andersen (2008 s. 83) ”dækker validitet over begreberne gyldighed og relevans”. I

henhold til dette udsagn har rapporten i de empiriske målinger og forsøg hele tiden haft

for øje at undersøge det, der skal undersøges. Det vil f.eks. sige, at når der i analyseaf-

snittet skal undersøges udbredelsen af THDu så bliver måleinstrumentets logge funktion

programmeret til også at måle THDu. Ligeledes har interviewet haft øje for at undersøge

overharmoniske strømme og ikke andre emner via den udarbejdede interviewguide.

Ifølge Andersen (2008 s. 83) ”angiver reliabiliteten hvor sikkert og præcist vi måler, det vi

faktisk måler, herunder i hvor høj grad resultaterne fra et måleinstrument eller en måle-

metode bliver påvirket af tilfældigheder”. Der vil således i rapportens analyseafsnit blive

taget højde for fejlkilder og usikkerheder i de pågældende empiriske målinger og forsøg.


Side 34 af 72

Del 6 Analyse af kølekompressoranlæg på AarhusKarlshamn

6.1 Baggrund

AarhusKarlshamn er en virksomhed beliggende på havnen i Aarhus, som raffinerer ve-

getabilske olier til brug i blandt andet kosmetik, ernæring og chokolade industrien. Rå-

olien bliver behandlet igennem en række komplicerede processer, og de ønskede del-

komponenter udvindes ved solvent fraktionering, hvor man udnytter at råoliens forskel-

lige bestanddele fryser ved forskellige temperaturer. Til denne proces benyttes køleran-

læg, og det er et af disse anlæg som jeg, i samarbejde med den tekniske ledelse på AAK,

har besluttet mig for at fortage en spændingskvalitetsmåling på. Årsagen til, at der blev

valgt at fortage spændingskvalitetsmåling på køleranlægget i område SF3 er den, at det

er virksomhedens største motorinstallation, som er styret med frekvenskontrol. Derved

må der være en vis sandsynlighed for at denne installation er en af de største synder til

spændingsforurening på fabrikken.

6.2 Anlægsbeskrivelse

Det omtalte køleranlæg er beliggende i en relativ ny fabriksbygning, der på AAK i daglig

tale omtales som SF3 (solvent fraktionering 3). På SF3 området findes to bygninger; en

produktionsbygningen, og en teknikbygning, hvor køleranlæg, transformer, hoved el-

tavler og frekvensomformer er placeret. Produktionsområdet SF3 forsynes fra to stk.

10/0,4 kV transformer (se evt. bilag 6), hvoraf den ene transformer udelukkende forsy-

ner køleranlægget i SF3. De er begge af størrelsen 1000 KVA (bilag 7). Selve elinstallati-

onen til køleranlægget forsynes fra transformer T2 og er opbygget som vist på bilag 8.

De tre primære brugsgenstande, der er koblet på transformer T2, er asynkronmotorer,

der er styret via frekvenskontrol og driver hver deres køleanlæg som er af skruekom-

pressor typen. I den el-tekniske dokumentation benævnes kompressorerne K110, K120

og K130, og motorernes afgivende mærkeeffekter er på henholdsvis 410, 155 og 250kW

(bilag 9). Da elinstallationen til køleranlægget blev dimensioneret, blev alle motorer for-

synet fra frekvensomformer af typen Danfoss VLT 5000 series, ligesom at der foran mo-

tor K130 på 250 kW var monteret to passive filtre parallelt. Under spændingskvalitets-

målingerne var passivefilterne dog taget ud af drift grundet overbelastning ligesom fre-

kvensomformeren til K110 er blevet skiftet til typen Danfoss FC302. Disse to forskellige

typer af frekvensomformer har dog samme opbygning (bilag 10).


Side 35 af 72

6.3 Analyse af kølekompressor K110

Måletidspunkter Torsdag d. 13-2-2014 kl 11:40-13:40

Tirsdag d.18-2-2014 kl 11:52- 13:52

Motorens fuldlast effekt 410 kW

Frekvensomformer Danfoss FC302

Mærkeplade Bilag 9

Tabel 3. Information om målinger

På denne kølerkompressor er der lavet to målinger. Hvis man kigger på trend diagram-

met i bilag 11 ses det, at kølekapaciteten i dagene omkring første måling ligger på ca. 70

%, hvorefter den falder de følgende dage til ned omkring 40 %. Derfor var det, efter den

første måling, hensigtsmæssigt at foretage yderligere en måling for at få et så repræsen-

tativt billede af den daglige drift som muligt.

6.3.1 Måling 1 torsdag d. 13-2-2014

Uddrag af måleresultater

Alle resultater er taget fra fase L1 og er gennemsnitsværdier for måleperioden.

Irms 378A (55 % af fuldlaststrøm)

Upk 363 V

PF 0,94

Crestfaktor 1,51

Uh5 4,7 %

Uh7 3,0 %

Uh11 2,3 %

Uh13 1,17 %

Uh17 1,31 %

THDu 6,62 %

THDI 31,77 %

Tabel 4. Tallene er udtaget fra Fluke Powerlog og kan findes i bilag 12. Uh5-Uh17 er omregnet til procent.


Side 36 af 72

6.3.2 Måling 2 tirsdag d. 18-2-2014




Upk 361 V

PF 0,93

Crestfaktoren 1,52

Uh5 3,9 %

Uh7 2,94 %

Uh11 2 %

Uh13 0,8 %

Uh17 0,9 %

THDu 5,65 %

THDI 42,58 %



Måletidspunkt Fredag d. 14-2-2014 kl 10:54-12:54


Frekvensomformer Danfoss VLT 5000

Mærkeplade Bilag 9

Tabel 6. Information om måling.

Målingerne af denne kølekompressor blev fortaget ved en kølekapacitet på ca. 40 % (bi-

lag 14). Som det ses af bilag 15, der viser kapaciteten over en periode på en uge, variere

kapaciteten utrolig meget, men målingen ligger inden for den genneralle drift. Derfor er

det kun foretaget en måling på K120.


Side 37 af 72




Upk 363,86 V

PF 0,89

Crestfaktor 1,51

Uh5 4,84 %

Uh7 2,8 %

Uh11 2,7 %

Uh13 1,46 %

Uh17 1,3 %

THDu 7,51 %

THDI 45 %



Måleperiode Fredag d. 14-2-2014 kl 08:37-10:37


Frekvensomformer Danfoss VLT 5000

Mærkeplade Bilag 9

Målingerne af denne kølekompressor blev fortaget ved en kølekapacitet på ca. 65 %.

(bilag 17). Som det ses af bilag 18 har der været kortvarige driftsstop i måleperioden,

men overordnet set ligger den kapacitet, der har været på anlægget under målingen in-

den for det normale, som det også fremgår af bilag 18. Derfor er det vurderet, at denne

ene måling har været tilstrækkelig til at nedstående måleparametre er realistiske.



Side 38 af 72



6.6 Kommentarer til individuelle måleresultater på K110, K120 og K130

Generelt kan det konkluderes, at ingen af de tre motorinstallationer skiller sig væsentligt

ud fra de andre, og tallene er desuden meget forventelige på komponent niveau. Af inte-

ressante data kan næves den høje Upeak værdi, der ligger på et niveau omkring 362 V.

Under forekomst af sinusformet spænding ville den kun have en værdi af 325V, så det vil

utvivlsom have en negativ indvirkning på isolationen af forskellig elektrisk materiel så

som motorviklinger, kabler osv., hvis ikke der er taget højde for det under dimensione-

ringen af komponenterne. Upk fortæller derfor, sammen med crestfaktoren, på 1,52 som

teoretisk set burde være 1,41 (Petersen, 2006 s. 106), at spændingskurven er deforme-

ret. Det er dog en relativ lav grad af deformation, da crestfaktoren ifølge Schneider

(2008 s. 10) kan ligge imellem 1,5 og helt op til 5.

Desuden bemærkes, hvordan THDi, ved motorinstallation K110 i måling 2 i forhold til

måling 1, er steget relativt kraftigt ved en lavere belastningsgrad, hvilket stemmer godt

overens med et forsøg udført af Danfoss (Danfoss Powerpoint, 2014 s. 14). Derfor kan

man uddrage, at THDi er af en relativ størrelse, idet procentandelen godt nok stiger ved

lavere belastningsgrad, men at den samlede forurenende strøm stadigvæk er større ved


Irms 134 A (32 % af fuldlaststrøm)

Upk 363,8 V

PF 0,90

Crestfaktor 1,52

Uh5 4,5 %

Uh7 2,9 %

Uh11 2,36 %

Uh13 1,18 %

Uh17 1,22 %

THDu 6,39 %

THDI 43 %


Side 39 af 72

høj last. Derfor vil den bidrage til større spændingsforvrængning ved høj last end ved lav

last. Herved kan man få et indtryk af, hvor meget hvert enkelt komponent forurener med

hensyn til THDi, og dermed hvordan hver komponent bidrager med til at forringe spæn-

dingskvaliteten.

6.7 Analyse af den samlede kølekompressorinstallation

Måletidspunkter Fra mandag d. 24-2-2014 kl 07:48 til fre-

dag d. 28-2-2014 kl 11:00

Anlæggets fuldlast effekt 815 kW

Frekvensomformer 1 stk. Danfoss FC302 2 stk. Danfoss

VLT5000

Kortslutningsniveau 30KA (bilag 20)


Målingen på tilgangen til el-tavlen, hvor

de tre kølekompressorers motorer er til-

sluttet, er fortaget over en uge, fordi der

her stilles krav til forureningen fra elek-

trisk udstyr imellem kunden og distribu-

tionssystemet, som DS/EN 61000-2-4

”miljø-kompatibilitetsniveauer i industriel-

le anlæg for lavfrekvente ledningsbårne

forstyrrelser” er gældende for.

Den standard fortæller, at punktet, hvor

kravene gælder i denne rapports tilfælde, er på indgangsafbryderen på lavspændingssi-

den af transformeren (Danfoss, 2014 s. 4). Fordi forbrugeren skal leve op til denne stan-

dard, er det vigtigt at lave en måling over en længere periode, så målingen med størst

sandsynlighed bliver så repræsentativ for driften over et helt år som muligt.

Det ses af bilag 21, at kølekapaciteten, i den uge målingen er foretaget, har ligget på ca.

60 % på hver kompressor. Tidligere på måneden har denne ligget oppe på 80 % og igen i

Figur 21. Måling på indgangsafbryderen til de tre kølekompressorer. (forfatterens eget arkiv)


Side 40 af 72

midten af måneden på ca. 40 %. Således giver dette anledning til en smule usikkerhed

for om målingens repræsentativitet er for den genneralle drift.

Målingen er delt op i to som det fremgår af overstående tabel 10. I tabel 11 ”uddrag af

måleresultater” bliver der kun refereret til målingerne ”mandag til onsdag”, fordi driften

lå stille i store dele af målingen ”onsdag til fredag”, og i de perioder der var drift var må-

lingerne belastningsmæssigt meget ensartet med ”mandag til onsdag”. Der vil dog blive

henvist til den i delkonklusionen.



Irms 549 A (40 % af fuldlaststrøm)

Upk 361 V

PF 0,93

Crestfaktor 1,52

Uh5 4,4 %

Uh7 3 %

Uh11 2,46 %

Uh13 1,16 %

Uh17 1,2 %

THDu 6,40 %

THDI 34,2 %

Tabel 11. Tallene er udtaget fra Fluke Powerlog og kan findes i bilag 22 Uh5-Uh17 er omregnet til procent.

Note: På tidpunktet 24-2-2014 22:23-22:33 (10 minutters periode) er der registreret THDu

på over 8 % (Bilag 23).


Side 41 af 72

Uddrag af måleresultater på tidspunktet 24-2-2014 22:23-22:33 (10 minutters pe-

riode iht. 61 000-2-4)

Uh5 6 %

Uh7 3 %

Uh11 3,63 %

Uh13 1,18 %

Uh17 1,16 %

THDu 8,57 %

Tabel 12. Tallene er udtaget fra Fluke Powerlog og kan findes i bilag 23. Uh5-Uh17 er omregnet til procent


Side 42 af 72

De i tabel 12 målte resultater sammenholdt med DS/EN 61 000-2-4

DS/EN 61 000-2-4 ”miljø-kompatibilitetsniveauer i industrielle anlæg for lavfrekvente

ledningsbårne forstyrrelser” stiller krav til forureningen fra elektrisk udstyr imellem

kunden og distributionssystemet (Danfoss powerpoint, n.d s. 4), og gælder for harmoni-

ske overtoner op til den halvtredsindstyvende overtone (CENLEC, 2002 s. 7). Der tages

udgangspunkt i ”electromagnetic enviroment class 3”, fordi der beskrives at denne klas-

se skal vælges, hvis hovedparten af installationen bruger frekvensomformer (CENLEC,

2002 s. 12). Kompatibilitetsniveauerne i tabel 2 og 5 (CENLEC, 2002 s. 17-18) refererer

til PPC ”point of common coupling”, hvilket betyder, at målingen skal foretages det sted i

elinstallationen, hvor andre brugsgenstande kan blive tilsluttet. I dette tilfælde er det på

indgangsafbryderen til tavlen. Endelig skal målingen foretages over mindst 10 minutter

ifølge (CENLEC, 2002 s. 14).

I nedstående tabel bliver tallene fra tabel 12 ”uddrag af måleresultater på tidspunktet

24-2-2014 22:23-22:33 (10 minutters periode iht. 61 000-2-4 s 14)” sammenholdt med den

gældende standard, da dette er det værst målte tilfælde i en periode på minimum 10 mi-

nutter, som standarden forskriver, sammenholdt med klasse 3 kravene.

Orden h Klasse 3 Uh % krav målt

5 8 6 %

7 7 3 %

11 5 3,63 %

13 4,5 1,18 %

17 4 1,16 %

Klasse 3

THDu 10 8,57 %

Note: klasse 3 kravene over den markerede streg referer til tabel 2,kravet under den mar-

keret streg referer til tabel 5 i DS/EN 61 000-2-4

Tabel 13. Måleresultater fra tabel 12 sammenholdt med DS/EN 61 000-2-4


Side 43 af 72

6.8 Delkonklusion

Ud fra målingerne på kølekompressoranlæggets motorer konkluderes det, at spæn-

dingsforureningen i point of common coupling (PCC) i fabriksbygning SF3 umiddelbart

overholder gældende krav i DS/EN 61 000-2-4. Dette er, ”set i bakspejlet”, forventeligt,

da installationen er yderst transformernær og dermed har et højt kortslutningsniveau.

Hvis man sammenholder resultaterne med simulationsværktøjet MCT31 udarbejdet af

Danfoss, der kan simulere, hvilke niveauer af THDI/U, der kan forventes i en given instal-

lation, ses det, at særligt, det i denne rapport målte THDi , stemmer meget godt overens

med programmet. Programmet vurderer dog THDu til at være noget lavere end det målte

(bilag 30). Dette kan skyldes flere faktorer, særligt impedansforholdene der er blevet

oplyst til programmet ikke stemmer overens med virkeligheden.

Efter spændingskvalitetsmålingerne blev udført har jeg dog fundet ud af, at fordi Aar-

husKarlshamn er af en sådan størrelse med et stort antal 10/0,4 kV transformer, driver

de selv en del af højspændingsnettet. Derfor er PCC i forhold til Energiforsyningen NRGI

ikke ved Transformer Tr2 i SF3, men i stedet i T42 (bilag 6 og 25), som er højspændings-

fordelingssløjfen på AAK område. Kontaktperson ved NRGI Brian Christensen udtaler

desuden; "Grundet det høje kortslutningsniveau hos AAK har vi ikke oplevet, at de har for

høj THDu ”(bilag 25). I dette punkt (T42) er der, af hensyn til rapportens afgrænsning,

valgt ikke at udførespændingskvalitetsmålinger, da der her er tale om hele fabrikkens

samlede udledning af THDu. Derudover ville det også have krævet en anden type måle-

udstyr, samt der ville have været en forøget sikkerhedsmæssig risiko ved at foretage

målinger på 10 kV niveau.

Yderligere skal det tilføjes, at kølekompressorinstallationen, jf. bilag 24, er underlagt en

vis baggrundsforurening, idet det ses, at THDu ligger i størrelsesordenen 2-3 % under

totalt produktionsstop på køleanlægget. THDi, som er målt til 34,2 % er forventeligt og

ikke synderlig højt, idet der er kørt med relativ lav last i måleperioden, som er foretaget i

februar måned (40% af fuldlast strømmen). Derfor må det forventes, at belastningen er

højere i sommermånederne under forudsætning af, at køleranlægget stadig opererer

med samme køletemperaturer. Dette vil dermed bevirke en lavere THDi.

Opsummerende kan det konstateres, at der i målepunktet PCC ved kølekompressoran-

lægget i SF3, ikke direkte stilles krav til THDu herfra i henhold til DS/EN 61 000-2-4,

men at den i stedet er gældende i bygning T42.


Side 44 af 72

Det betyder dog ikke, at der ikke skulle være noget incitament for at minimere THDu i

SF3 på AarhusKarlshamn. Et eksempel her på kunne være for at minimere effekttab som

vil blive behandlet i de følgende afsnit.

Del 7 Analyse af effekttab

7.1 Effekttabsberegninger

I dette afsnit vil det blive undersøgt om de overharmoniske strømme fra de tre køle-

kompressorer i SF3 bidrager til forøget effekttab i diverse kabler samt forsyningstrans-

formeren, og i givet fald, i hvilket omfang.

7.1.1 Kabler

Forudsætninger for beregningerne

I det følgende er facit af beregningerne vist. Hvis de samlede udregninger ønskes læst

kan der henvises til bilag 28.

Ved beregningen af de harmoniske strømmes andel af det samlede strømvarmetab er

der op til 400 Hz taget højde for resistansens frekvens afhængighed grundet strømfor-

trængning (Petersen og Kringlum, 2011 s. 113-114). Da de strømme, der bruges til be-

regningerne er målte strømme skal der også her tages forbehold for usikkerheder som

det er vist i afsnit 5.3.3.1.

7.1.1.1 Hovedledning

Længde = 10 m

Kabel dimensioner: 4x1x185cu pr. fase (bilag 8)

Irms 549 A

Ifund 520 A

Ih5 157,54 A

Ih7 48,69 A

Ih11 39,94 A

Ih13 19,14 A

Ih17 17,66 A

Tabel 14. Målte resultater der danner baggrund for beregninger (Bilag 22).


Side 45 af 72

Det harmoniske effekttab

∑

…..

∑

Det bedes bemærkes, at beregningen kun medtager de første 5 overtoner. Den 19’ende,

23’ende, 25’ende osv. vil også give et bidrag, om end yderst begrænset. Derfor er de også

er undladt.

Effekttab ved den fundamentale strøm

∑

Det totale effekttab i hovedledningen

∑ ∑ ∑

Effekttabsforøgelsen som følge af overharmoniske strømme

∑ ∑ ∑

∑


Side 46 af 72

7.1.1.2 K110

Længde = 10 m

Kabel dimensioner: 3 stk. parallelle 4x95cu (bilag 8)

Note:Den fundamentale strøm Ifund er fundet manuelt, da denne ikke blev logget under

denne måling. Det vil sige, at der er brugt formelen for THDi, som vist i teoriafsnittet. Da

THDi samt de harmoniske overtoner er kendte, kan Ifund beregnes.


∑

…..

∑



er undladt.


∑

Det totale effekttab

∑ ∑ ∑

Irms 378 A

Ifund 354,24 A

Ih5 102,11 A

Ih7 30,77 A

Ih11 29,86 A

Ih13 13,86 A

Ih17 14,65 A



Side 47 af 72


∑ ∑ ∑

∑

7.1.1.3 K120

Længde = 10 m

Kabel dimensioner: 1 stk. 4x95cu (bilag 8)

Irms 59 A

Ifund 54,56 A

Ih5 21,5 A

Ih7 10,16 A

Ih11 4,23 A

Ih13 3,46 A

Ih17 1,96 A

Tabel 16. Målte resultater der danner baggrund for beregninger (Bilag 16)

Note: Den fundamentale strøm Ifund er fundet manuelt, da denne ikke blev logget under

denne måling. Det vil sige, at der er brugt formelen for THDi, som vist i teori afsnittet, og da



∑

…..

∑



er undladt.


Side 48 af 72


∑


∑ ∑ ∑


∑ ∑ ∑

∑

7.1.1.4 K130

Længde = 10 m

Kabel dimensioner: 2 stk. 4x95cu (bilag 8)

Note: Den fundamentale strøm Ifund er fundet manuelt, da denne ikke blev logget under

denne måling. Det vil sige, at der er brugt formelen for THDi, som vist i teori afsnittet, og da



∑

…..

Irms 134 A

Ifund 124,6 A

Ih5 40,86 A

Ih7 15 A

Ih11 9,87 A

Ih13 5,65 A

Ih17 4,51 A



Side 49 af 72

∑



er undladt.


∑


∑ ∑ ∑


∑ ∑ ∑

∑

7.1.2 Transformeren

Tekniske oplysninger

SN Bilag 7 1000 KVA

U Bilag 7 10000/400V

I Bilag 7 57,7/1443,4A

R0 Bilag 7 1,328mΩ

X0 Bilag 7 7,053 mΩ

Uk Bilag 29 5,57 %

Er Bilag 29 0,82 %

Pcu1/1 Bilag 29 8240 W

PFe Bilag 29 930 W

Tabel 18. Teknisk data på transformer tr2 i SF3 på AAK.


Side 50 af 72

Forudsætninger

På lignede måde som beregningerne for kablerne er lavet, er strømvarmetabet i trans-

formeren beregnet. I det følgende er facit af beregningerne vist, hvis de samlede udreg-

ninger ønskes læst, henvises der til bilag 28. Det antages, at R0 stiger procentuelt, med

hensyn til frekvensens indvirkning på resistansen, med samme forhold, som det var til-

fældet for 95 kvadrat kablerne i forgående afsnit om effekttab på kabler (Petersen og

Kringlum, 2011 s. 114).

Da de strømme, der bruges til beregningerne, er målte strømme, skal der også her tages

forbehold for usikkerheder, som det er vist i afsnit 5.4.3.1.

Forudsætninger omkring beregningen af transformerens eventuelle stigning jerntab kan

ses i afsnittet omkring jerntab.

I tabel 19 ses de målte strømme som danner baggrund for beregningerne.

Irms 549 A

Ifund 520 A

Ih5 157,54 A

Ih7 48,69 A

Ih11 39,94 A

Ih13 19,14 A

Ih17 17,66 A



Side 51 af 72

7.1.2.1 Kobbertabet


∑

…..

∑



er undladt.


∑


∑ ∑ ∑


∑ ∑ ∑

∑

7.1.2.2 Jerntabet

Der findes en stor mængde litteratur, der forsøger at beskrive, hvorledes jerntabet i ek-

sempelvis en transformer vil stige som følge af overharmoniske strømme. En stor del af

denne litteratur er dog yderest teoretisk og på et matematisk niveau, der overstiger ma-

skinmesterprofessionen. Til den læser der ønsker at fordybe sig i teorien omkring jern-

tab på det omtalte niveau, henvises der til ABB, 2007).

Der findes dog også en noget mere simpel måde at anskue det på. Ifølge Cubus (2006)

kan de overharmoniske strømmes bidrag til det samlede jerntab beskrives som vist i

nedstående formel. I formelen for hvirvelstrøms tab ses det eksempelvis, at den 5’te


Side 52 af 72

harmoniske strøm vil give anledning til 25 gange større tab end grundtonen, hvis dens

strøm har samme størrelse.

Disse to nedstående formeler vil blive anvendt for at give et overslag over, hvor meget

jerntabet vil stige i transformer Tr2 i SF3 på AarhusKarlshamn ved den målte belast-

nings situation.

Note: Ifølge kilde (Cubus, 2006) skal de imidlertid bemærkes, at formlerne kun er realistisk

op til den 15’ende harmoniske, hvorefter de vil overdrive det faktiske tab.

For at beregne jerntabet, som følge af overharmoniske strømme, er det nødvendigt, at

vide hvorledes jerntabet ved grundtonen fordeler sig i mellem hvirvelstrømstabet og

hysteresetabet. Derfor er der taget udgangspunkt i Hammond (n.d), der fortæller, at

hvirvelstrøms tabet ved lineær last typisk ligger på cirka 5 % af det samlede tab. For

transformer Tr2 betyder det at:

∑

For at kunne beregne effekttabene ved overtonerne bliver det antaget, at forholdet imel-

lem de målte strømmes fundamentale strøm og de forskellige målte overtoner (bilag 28)

er det samme forhold, der gør sig gældende imellem den fundamentale strøm, der gen-

nemløber tværimpedansen Pfe og de tilsvarende overtoner. Yderligere antages, at tvær

impedansen Pfe kan deles i to parallelle modstande hhv. Phvirvelstrøm og Physterese. Derved

er det teoretisk muligt, at der vil løbe forskellig strøm i de to impedanser. Dette vil nem-

lig blive tilfældet ved at bruge de to førnævnte formeler.


Side 53 af 72

Hvirvelstrømstabene

Den fundamentale strøm, der gennemløber hvirvelstrøms impedansen, beregnes såle-

des.

√

Med kendskab til og forholdet mellem de målte strømme beregnes overtonernes bi-

drag til effekt forøgelsen nu på følgende måde.

(

)

For yderligere forklaring henvises til beregningerne i bilag 28.

Transformerens samlede hvirvelstrømstab

∑

Hysteresetabene

Den fundamentale strøm der gennemløber hysterese impedansen beregnes således.

Med kendskab til og forholdet mellem de målte strømme beregnes overtonernes bi-

drag til effekt forøgelsen nu på følgende måde.

For yderligere forklaring henvises til beregningerne i bilag 28.

Transformerens samlede hysteresetab

∑


Side 54 af 72

Jerntabet under påvirkning af overharmoniske strømme.

∑ ∑ ∑

Jerntabets stigning i procent

∑ ∑ ∑

∑

Transformerens samlede tabsforøgelse i procent

∑ (∑ ∑ ) (∑ ∑ )

(∑ ∑ )

∑

7.1.3 Delkonklusion

Ud fra forfatteren af rapportens forudsætninger for beregningen af strømvarmetab i

kølekompressorinstallationens forsyningskabler må det konkluderes, at de overharmo-

niske strømmes bidrag giver anledning til en relativ stor effekttabsstigning, idet de er

blevet beregnet til en forøgelse på imellem 10-20 %. I det store perspektiv er det dog

forsvindende små og ganske ubetydelige tabsforøgelser, når man tænker på størrelsen

af de brugsgenstande kablerne er tilsluttet og dermed strømmen, der gennemløber dem.

Den primære grund til de små strømvarmetab er selvfølgelig kablernes længde. Derud-

over kan installationen muligvis være meget veldimensioneret i forhold til den normale

belastningsgrad. Det er dog ikke noget jeg som forfatter af rapporten har kendskab til. I

den sammenhæng skal belastningsgraden, som ikke har været særlig høj under målin-

gerne, dog nævnes, fordi strømvarmetabet stiger med strømmen i anden potens. Det

betyder dog ikke, at strømvarmetabene, som følge af overharmoniske strømme i en fuld-

last situation, vil bidrage til nævneværdigt større strømvarmetab end i den beregnede

situation.

Med hensyn til beregningerne på transformerne må især beregningerne på jerntabene

forventes at være behæftet med en stor grad af usikkerhed, fordi det har været nødven-


Side 55 af 72

digt at opstille nogle forudsætninger og gøre nogle antagelser for at benytte de, i jern-

tabs afsnittet, omtalte formeler. Når det er sagt, så falder den voldsomme jerntabsstig-

ning på 404 % ikke uden for, hvad der, ifølge Hammond, n.d, er realistisk, når spændin-

gen er forvrænget af overtoner.


Side 56 af 72

7.2 Analyse af motorforsøg

7.2.1 Uddrag af måleresultater

I tabel 20 nedenfor er vist et uddrag af de loggede måledata. Alle resultater, bortset fra

effekten, er taget fra fase L1 og er gennemsnitsværdier for måleperioden. Effekten er

den totale optagne effekt.

De målinger der tages udgangspunkt i er ”AAK” og ”EL-lab 1”. ”EL-lab 2” blev udeluk-

kende udført som en referencemåling til ”EL-lab 1”, og den var i første omgang tiltænkt

som et forsøg, hvor spændingen ville blive reduceret 1-2 V for at komme nærmere

spændingen på AAK. Efter første forsøg i EL-lab blev det besluttet i stedet at forøge

spændingen 1-2 V, fordi det ikke ville give nogen mening at sænke den, da effekten så

bare ville falde yderligere i forhold til målingen på AAK.

AAK EL-lab 1 EL-lab 2

Urms 239,1 V 240,93 V 241,3 V

Irms 0,933 A 0,895 A 0,906 A

Ifund 0,918 A 0,893 A 0,904 A

cosφ 0,66 0,56 0,56

PF 0,64 0,55 0,55

P 445,85 W 360,14 W 362,20 W

Wh 223,33 Wh 180 Wh 181,66 Wh

Uh3 0 V 0,63 V 0,70 V

Uh5 12,45 V 3,53 V 3,48 V

Uh7 6,95 V 3,45 V 3,22 V

Uh11 6,91 V 1,48 V 1,47 V

Uh13 3,64 V 0,17 V 0,24 V

Uh17 3,15 V 0,36 V 0,38 V

THDu 7,22 % 2,18 % 1 2,17 % 1

Temperatur 19 °C 23 °C 23 °C

1 Spændingskurven er også forvrænget i el laboratoriet.

Tabel 20. Tallene er udtaget fra Fluke Powerlog og kan findes i bilag 26.


Side 57 af 72

7.2.2 Vektor diagram

Hvis man opstiller strømmen(Irms) fra

tabel 20 grafisk, som vist i figur 20, vil

man kunne se, at det i forsøget forven-

teligt er Iw AAK som er størst. Dette kan

skyldes, de harmoniske strømme, pri-

mært 5’te og 7’ende. Noget overrasken-

de er det dog, at det viser sig, at Iwl el-lab1

er større end Iwl AAK. Dette kan ikke for-

klares med cirkeldiagrammet (Peter-

sen, 2005 s. 187), der viser, at en mo-

tors wattløse komposant burde forøges

med stigende belastning.

Det skal dog siges, at denne grafiske fremstilling er

forfatterens egen model for at anskueliggøre pro-

blemstillingen. Tegningen kan, ifølge afsnit 4.1.2

figur 8, ikke tegnes i virkeligheden, da den harmoniske komposant hverken er aktiv eller

reaktiv.

Figur 20 Grafisk illustration af de målte strømme på AAK og el laboratoriet. (forfat-terens eget arkiv).


Side 58 af 72

7.2.3 Motorforsøgenes watt-time diversitet

Nedenfor i figur 21 ses en graf for effektbrug forløbet fra de tre forsøg. Der er en mar-

kant forskel fra forsøget på AAK til de to forsøg i el laboratoriet. Derfor kunne det være

fristende at konkludere, at den forøget THDu på AAK, i dette forsøg, har en så voldsom

indflydelse på effektoptaget, at det bevirker en forøgelse 24 %. I imidlertid vil alle må-

linger selvfølgelig være behæftet med usikkerheder i et eller andet omfang. I tillæg til

det kan der indgå fejlkilder, som vil påvirke et resultat i en bestemt retning, som ikke har

været overvejet inden forsøget gik i gang. Derfor vil der i det følgende blive forsøgt re-

degjort for hvorvidt, at en del af denne effektoptagsforskel skal findes i usikkerheder og

fejlkilder.

7.2.4 Fejlkilder og usikkerheder

Som det ses af tabel 20 er der målt en forskel i effektoptaget på

Temperaturen

Ifølge kilden Ventilationsståbi (2012 s. 234) vil en ventilators effektoptag være omvendt

proportional med temperaturstigningen.

[ ]

Figur 21. Watttime forbruget på de tre malinger. Øverst: AAK 223,33 Wh midten: EL-lab1 180 Wh Nede-rest: EL-lab 2 181,66 Wh (powerlog software)


Side 59 af 72

I forsøget var der en temperaturforskel fra målingerne på AAK til målingerne i EL-lab på

4 grader celsius. Med AAK som reference vil det betyde, at hvis temperaturen i el-

laboratoriet havde været den samme som på AAK burde den have optaget en effekt på:

Heraf ses det, at en del af effektoptagsforskellen kommer som en na-

turlig fejlkilde grundet temperaturforskellen på de to forsøgslokationer. Derfor bliver

den tillagt målingen i El-lab1, som en korrektionsfaktor for forskellen i temperaturfor-

holdene.

Yderligere skal det tilføjes, at også eventuelle forskelle i luftfugtigheden kan have en ind-

flydelse på resultatet. Målingerne blev godt nok udført samme dag, men det kan ikke

udelukkes, at der kan have været lokale forskelle i luftfugtigheden. Dette skyldes, at må-

lingen på foretaget på AAK er beliggende på Aarhus havn og dermed tæt ved vandet,

hvorimod målingerne i El-lab er et lokale med komfortventilation. Luftfugtigheden er

dog ikke blevet målt, så derfor kan dens bidrag til den samlede usikkerhed ikke umid-

delbart udledes.

Spændingen

Der har været en forskel i spændingsgennemsnitværdi på de to målinger på henholdsvis

AAK og EL-lab1 som vist nedenfor.

Men hvad det, isoleret set, nøjagtigt har af betydning for motorens optagende effekt, er

svært at vurdere, da en motors optagende effekt som bekendt også er afhængig af, hvor

stort en modmoment belastning, der ydes, som så vil ændre på motorens slip (Petersen,

2005 bog 3 s. 195). Derfor bliver forskellen i spændingen ikke medtaget som en fejlkilde

i den samlede fejlkilde/usikkerhed over forsøget, da dens indvirkning på forsøget er

svær at sætte tal på. Men derfor skal fejlkilden stadig bemærkes i det samlede billede.


Side 60 af 72

Måleinstrumentet

Det til forsøget benyttede måleinstrument var, som nævnt, en Fluke 435PQA. I det med-

følgende datablad kan der læses med hvilken nøjagtighed, den målte værdi kan forven-

tes at afvige fra den sande værdi (Fluke, n.d 23-1 til 23-10). Og det er ud fra databladets

oplysninger at nedstående tabel er konstrueret.

AAK EL-lab 1

Range 0-500 W 0-500 1W

Opløsning 0,000-500,000 W 0,000-500,000 W

Målt 445,858 W 360,139 W

Præcision: ±

I5s præcision ±1

Total

1 jf. (Fluke, n.d 23-1 til 23-10) skal strøm probens usikkerhed tillægs.

Tabel 21. Fluke 435 unøjagtigheder.

Andre fejlkilder/usikkerheder

Ifølge virksomheden Jens EMC (Bilag 27) ”er det vigtigt at led-

ningen der måles strøm på er udstrakt(lige) i det område, hvor

strømproben sidder (minimum 10 cm lige ledning på hver side

af strømproben)”. “Derudover er det vigtigt at ledningen, der

måles på, ligger centralt i probens åbning”.

Det er klart, at en strømførende leder er omgivet af et mag-

netfelt, som man ønsker, skal være så konstant og præcist ved

strømproben som muligt. Som det ses af billederne til højre

blev ingen af disse nævnte citater fulgt i hverken måling på

AAK (billede øverst) eller måling EL-lab1 (billede nederest).

Begge citater kan dog også være noget problematisk at følge i

praksis.

Figure 22. strøm probernes placering i måleforsøget( for-fatteren eget arkiv)


Side 61 af 72

Sammenfattende må det igen siges at være utrolig svært at vurdere, hvilken indflydelse

disse fejl kan have for effektmålings resultatets udfald. Derfor må usikkerheden blive

medtaget i den samlede usikkerhed som en antagelse.

Ydereligere blev der under første måling på AAK konstateret en utæthed i blæserhuset

på ventilatoren. Denne utæthed vil umiddelbart kunne virke som en stor kilde til usik-

kerhed, men blæserhuset var lavet af stål og ingen dele sad løst. Derfor vil denne fejl

formentlig ikke have ændret sig fra målingen på AAK til målingen i EL-lab, da motoren

blev transporteret fra den ene lokation til den anden uden at blive påvirket at slag eller

lignede, der kunne påvirke blæserhusets utæthed.

Til sidst er der som tidligere nævnt det benyttede måleinstrument FLUKE 435 PQA, ejet

af Aarhus maskinmesterskole som ikke er blevet kalibreret siden det blev indkøbt.

Dettte har dog ikke særlig betydning for et digitalt instrument. En forøget usikkerhed

kan dog ligge i strømproben, hvorfor der vil blive taget højde for den i den samlede usik-

kerhed.


Side 62 af 72

Vurderet samlet usikkerhed

AAK EL-lab1

Måle instrumentets præcisi-

on: ±

I5s præcision ±1

Måleinstrumentets totale

usikkerhed

Tillæg: Forkert4 strømprobe

placering (antaget) ±1

Tillæg: Ikke kalibreret

strømprobe ±0,5 (antaget)

Samlet usikkerhed

Korrektion for temperatur5

Resultat

Tabel 22. Oversigt over samlet usikkerhed for motorforsøgtet

Overstående tabel viser med hvilken nøjagtighed målingerne kan forventes. Den mind-

ste effektoptagsforskel der kan opstå er derfor:

Hvilket giver en procentuel effektforøgelse fra EL-lab1 til AAK på:

Det vil sige at der er en forskel i effektoptaget på 52,34 W, som der ikke umiddelbart kan

redegøres for. Enten er effektforskellen en direkte konsekvens af den forøgede THDu på

AAK eller også spiller en fejlkilde eller unøjagtighed ind, som der ikke er taget højde for.

I det følgende vil disse forsøgsresultater blive sammenlignet med andre lignende forsøg.

4 Forkert i forhold til bilag 27 som vurderes at være valid. Procentsatsen er forfatterens eget skøn. 5 Hvis temperaturen på måling EL-lab 1 havde været den samme som på AAK ville den have brugt 5 W mere.


Side 63 af 72

7.2.5 Perspektivering

Andre folk har igennem tiden lavet tilsvarende forsøg for at undersøge THDu indvirkning

på elmotorers optagende effekt. Eksempelvis udførte Dansk energi analyse (Dansk ener-

gi analyse, 2012 s. 2) i 2012 et laboratorieforsøg med en 5,5Kw motor, der var belastet

med en moment vægt. Her efter frembragte man ved hjælp af en 6-puls koblet ensretter

en spændingsforvrængning på THDu = 7,66 %, hvilket er nogenlunde det samme som

motorforsøget i denne rapport. Omtalte kilde registrerede en forøgelse af strømvarme-

tabene på 1-8 % hvilket svarer til en effektoptags forøgelse på beskedne 0,2 %,. Dette

må siges, at være meget langt fra denne rapports motorforsøg.

Alireza Jalilian udgav i 1997 (Jalilian 1997) en afhandling, hvor han ligeledes har under-

søgte THDus indvirkning på elmotorens optagende effekt. Han benyttede en 7,5 kW mo-

tor og havde forsøgsudstyr, så han var i stand til kun, at påtrykke motorens grundtone

og én af overtonerne ad gangen. Samtidig udførte han motorforsøgene med forskellig

belastnings.

Han kom blandt andet frem til følgende resultater.

Tabel 23. Uddrag af Alireza Jalilians resultater (Jalilian, 1997 s 97-98).

I tabel 23 ses det hvordan Alireza Jalilians forsøg viser en noget større stigning i tabene

end de tab Dansk energi analyse (Dansk energi analyse, 2012) kunne konkludere på 1-8

%. Alireza Jalilians foretog dog forsøgene ved en langt højere THDu end Dansk energi

analyse, og derfor er forsøgene svære at sammenligne. Derudover bemærkes det, hvor-

dan det harmoniske effekttab stiger relativt voldsomt ved stigende belastning, ligesom

at tabet er større ved den 5´te end den 7´ende harmoniske overtone. Denne tendens

Harmonisk

orden

Last

%

THDu

%

Totale tab

W

Harmonisk

tab W

Harmonisk

tabs forøgel-

se i %

5 50 16,2 650 150 30 %

5 100 16,7 1225 210 20,68 %

7 50 17,1 585 85 17 %

7 100 16,4 1160 145 14,28 %

Tabet ved grundtonen var 500 W for 50 % last og 1015 W for 100 % last.


Side 64 af 72

fortsætter i øvrigt op til 19´ende harmoniske overtone i forsøget (Jalilian, 1997 s. 98). Et

andet interessant fænomen, han opdagede, var, at der var en tendens til at relative store

motorer tilsyneladende var mere immune overfor overharmoniske spændinger end re-

lative små motorer, og derfor kan tåle højere niveauer af THDu (Jalilian, 1997 s. 124).

I forbindelse med denne rapports motorforsøg er det et interessant input, fordi at moto-

ren her var af størrelsen 0,375kW, altså 15-20 gange mindre end dem, der blev benytte-

de i Dansk energi analyse og Alireza Jalilians forsøg. Derfor kan det måske være med til

at forklare en del af, hvorfor denne rapports forsøg målte en hel del større forøgelse af

effektoptaget som følge af THDu , end Dansk energi analyse og Alireza Jalilians forsøg.

7.2.6 Delkonklusion

I bestræbelserne på at undersøge hvilken indflydelse THDu kan have på en asynkronmo-

tores effektoptag blev der fortaget et forsøg med en 0,375 kW motor belastet med en

centrifugalblæser. Dens optagende effekt blev på AAK målt til 445,85 W med en THDu på

7,22 % og i el-laboratoriet på Aarhus Maskinmesterskole målt til 360,14 W ved THDu på

2,18 %. Efter at have korrigeret for forskellig fejlkilde og usikkerhedsfaktorer blev for-

øgelsen i effektoptaget, som følge af den øget THDu, beregnet til 13,8 %. Efter at have

sammenholdt denne rapports resultater med andre tilsvarende forsøg antydes det, at

validiteten af dette resultat kan formodes at være begrænset. Her skal det dog nævnes,

at ingen af de andre forsøg har været fortaget med en så lille motor som i dette forsøg.

Grunden til denne påmindelse er, at Jalilian (1997, s. 124) har konstateret at relative

små motorer bliver påvirket af THDu i højere grad end relativ store motorer. Opsumme-

rende ville forfatteren af rapporten finde det ønskeligt at gentage forsøget endnu en

gang for at verificere dette forsøgs resultat, men det har af tidsmæssige årsager dog ikke

været muligt.


Side 65 af 72

Del 8 Konklusion

I denne rapport er det blevet undersøgt, om overharmoniske strømme har indflydelse

på spændingskvaliteten samt effekttab i elinstallationen på kølerkompressoranlægget i

SF3 på AarhusKarlshamns, herunder også hvordan.

Spændingskvalitetsmålingerne viste, at de tre motorer på køleanlægget bidrager til

spændingsforvrængning. THDi blev i måleperioden målt til 35 % i PCC. Det medførte en

relativ høj THDu, som i enkelte 10 minutters intervaller lå på over 8 %. Dette overholder

dog kravene iht. DS/EN 61 000-2-4.

Med hensyn til beregningerne af effekttab i kølekompressorinstallationens forsynings-

kabler må det konkluderes, at de overharmoniske strømmes bidrag giver anledning til

en relativ stor effekttabsstigning, idet de er blevet beregnet til en forøgelse på imellem

10-20 %. I det store perspektiv er det dog forsvindende små og ganske ubetydelige tabs-

forøgelser, når det største samlede harmoniske tab på ét af kablerne i denne installation

maksimalt er ca. 35 W.

Forøgelsen af effekttabet på transformeren lå i samme størrelsesorden som ved kabler-

ne (13 %). Ved beregningerne af transformerens jerntab var det nødvendigt at opstille

nogle forudsætninger og gøre nogle antagelser for at udføre beregningerne. Dette kan

betvivle validiteten af effektforøgelsen af jerntabet grundet overharmoniske strømme.

Ikke desto mindre så falder den voldsomme jerntabs stigning på 404 % ikke uden for,

hvad der er realistisk under sådanne konditioner.

Det blev i rapporten også undersøgt, om THDu har en indflydelse på asynkronmotorens

effektoptag vha. et forsøg med en 0,375 kW motor belastet med en centrifugalblæser.

Gennem sammenligninger af forsøg på AAK, hvor THDu var 7,22 %, og Aams, hvor THDu

var 2,18 %, blev effektoptagsforskellen beregnet til 13,8 %. Efter at have sammenholdt

denne rapports resultater med andre tilsvarende forsøg antydes det, at gyldigheden af

dette resultat er begrænset. I den sammenhæng skal det dog nævnes, at ingen af de an-

dre forsøg har været fortaget med en så lille motor som i dette forsøg.

Samlet set kan det således konkluderes, at overharmoniske strømme har indflydelse på

spændingskvaliteten samt effekttab i elinstallationen på kølerkompressoranlægget i

SF3, om end denne indflydelse ikke er signifikant.


Side 66 af 72

Del 9 Litteraturliste

9.1 Bøger

Andersen, I 2008. Den skinbarlige virkelighed. 4 udgave. Frederiksberg: Sl forlagene

CENELEC, 2002. DS/EN 61000-2-4- Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC)- Del 2-4:Miljø-

Kompatibilitetsniveauer i industrielle anlæg for lavfrekvente ledningsbårne forstyrrelser.

Brussels: European Committee for Electrotechnical Standardization.

Danfoss, 1998. Værd at vide om frekvensomformer. 1. udgave. Danfoss A/S. undervis-

ningsmateriale på Aarhusmaskinmesterskole

Ensretterbro, 1999. Undervisningsmateriale på Aarhus Maskinmesterskole

Kvale, S. og Brinkmann, S., 2009. Interview. 2 udgave. København K: Hans Reitzels forlag

Petersen, P. E, 2006. Elektroteknik 1- Elektricitet og magnetisme. 5. udgave. Lyngby: Bog-

fondens forlag A/S

Petersen, P. E, 2005. Elektroteknik 3- Elektriske maskiner. 4.udgave. Lyngby: Bogfondens

forlag A/S

Petersen, C. D. og Kringlum, N. W., 2011. Elektroteknik 6- El-tekniske beregninger. 5 ud-

gave. Lyngby: Bogfondens forlag

Rienecker, L. og Jørgensen, P. S., 2012. Den gode opgave. 4 udgave. Frederiksberg: Sl for-

lagene

SB6, 2011. Stærkstrømsbekendtgørelsen afsnit 6. 1 udgave. Sikkerhedsstyrelsen.

Ventilations ståbi, 2012. Ventilations ståbi. 2 udgave. Valby: Teknisk forlag.


Side 67 af 72

9.2 Links

ABB, n.d. Drives energy efficiency portal. (online). Tilgængelig via:

http://www.abb.dk/product/seitp322/4baf3652f09c994fc125754b0042f15d.aspx

(Tilgået 21-05-2014)

ABB, 2007. Effects of harmonics on iron losses. (pdf). Tilgængelig via:

http://webfiles.portal.chalmers.se/et/MSc/Sohail_thesis_KLAR%20230408.pdf

(Tilgået 25-05-2014)

ABB, 2013. Technical guide No. 6 Guide to harmonics with AC drives. (pdf.). Tilgengælig

via:

http://www05.abb.com/global/scot/scot201.nsf/veritydisplay/cedba3af94239d90c12

57b0f004712c4/$file/ABB_Technical_guide_No_6_REVD.pdf (Tilgået den 08-04-2014)

Cubus, 2006. Hvad er harmonisk strømme? (online). Tilgængelig via:


(Tilgået 25-05-2014)

Danfoss powerpoint, n.d. Harmonisk forvrængning. Tilsendt via email fra Danfoss. Til-

gængelig via: [email protected]

Dansk energi analyse, 2009. Forundersøgelse af muligheder for energibesparelser i er-

hvervslivet ved reduktion af overharmoniske strømme. (pdf.). Tilgængelig via:

http://www.elforsk.dk/ELFORSK/Projekter/ProjectSearch/ProjektInfo.aspx?proji=341-

030 (Tilgået 21-05-2014)

Dansk energi analyse, 2012. Harmoniske overtoners betydning for tabene i elmotorer.

(pdf). Tilgængelig via:

http://www.elforsk.dk/elforskProjects/342-030/342-030_Slutrapport.pdf

(Tilgået 25-05-2014)

Den store danske, n.d. Den store danske. Gyldendals åbne encyklopædi. (online). Tilgæn-

gelig via:

http://www.abb.dk/product/seitp322/4baf3652f09c994fc125754b0042f15d.aspx


http://www05.abb.com/global/scot/scot201.nsf/veritydisplay/cedba3af94239d90c1257b0f004712c4/$file/ABB_Technical_guide_No_6_REVD.pdf



http://www.elforsk.dk/ELFORSK/Projekter/ProjectSearch/ProjektInfo.aspx?proji=341-030

http://www.elforsk.dk/ELFORSK/Projekter/ProjectSearch/ProjektInfo.aspx?proji=341-030

http://www.elforsk.dk/elforskProjects/342-030/342-030_Slutrapport.pdf


Side 68 af 72

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Matematik_og_statistik/

Matematikkens_historie/Joseph_Fourier (Tilgået 26-05-2014)

Engineering, n.d. Principper for EMC. (pdf.). Tilgængelig via:

http://www.engineering.schneider-electric.dk/Attachments/ed/ct/EMC_DK.pdf (Tilgå-

et 21-05-2014)

Fluke 435 PQA, n.d. Brugsanvisning. (pdf.). Tilgængelig via:

http://campus.aams.dk/mod/folder/view.php?id=1914 (Tilgået 22-05-2014)

Hammond, n.d. Harmonic miltigation transformer energy saving analysis.(pdf). Tilgæn-

gelig via:

http://www.hammondpowersolutions.com/files/HPS_article_Harmonic_Mit_Energy_Sa

vings.pdf (Tilgået 25-05-2014)

Jalilian, 1997. Calorimetric measurements of induction motor harmonic losses. (pdf.).

Tilgængelig via:

http://ro.uow.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?article=2943&context=theses (Tilgået 25-05-

2014)

Schneider 2008. Harmonic detection and filtering.(pdf.). Tilgængelig via:

http://www.schneider-

electric.dk/documents/industri/maksimalafbrydere/4/overharmoniske-

svingninger.pdf (Tilgået 21-05-2014)

Schneider 1999. Harmonic disturbances in networks. (pdf.). Tilgængelig via:

http://studiecd.dk/cahiers_techniques/Harmonic_disturbances_in_networks.pdf

(Tilgået 21-05-2014)

Thesis-on 2011. Thesis on harmonic distorsion. (pdf). Tilsendt via mail fra Brian Riis Thø-

gersen. Tilgængelig via [email protected]

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Matematik_og_statistik/Matematikkens_historie/Joseph_Fourier

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Matematik_og_statistik/Matematikkens_historie/Joseph_Fourier

http://www.engineering.schneider-electric.dk/Attachments/ed/ct/EMC_DK.pdf

http://campus.aams.dk/mod/folder/view.php?id=1914

http://www.hammondpowersolutions.com/files/HPS_article_Harmonic_Mit_Energy_Savings.pdf

http://www.hammondpowersolutions.com/files/HPS_article_Harmonic_Mit_Energy_Savings.pdf

http://ro.uow.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?article=2943&context=theses

http://www.schneider-electric.dk/documents/industri/maksimalafbrydere/4/overharmoniske-svingninger.pdf




mailto:[email protected]


Side 69 af 72

9.3 Figurer

Figur 1

Danfoss powerpoint, n.d Harmonisk forvrængning. Tilsendt via email fra Danfoss.

Tilgængelig via: [email protected]

Figur 2

Schneider, 1999. Harmonic disturbances in networks. (pdf.) Tilgængelig

via:http://studiecd.dk/cahiers_techniques/Harmonic_disturbances_in_networks.pdf

(Tilgået 21-05-2014)

Figur 3

Schneider, 2008. Harmonic detection and filtering. (pdf.). Tilgængelig via:

http://www.schneider-

electric.dk/documents/industri/maksimalafbrydere/4/overharmoniske-

svingninger.pdf (Tilgået 21-05-2014)

Figur 4

ABB, 2013. Technical guide No. 6 Guide to harmonics with AC drives. (pdf.). Tilgængelig

via:

http://www05.abb.com/global/scot/scot201.nsf/veritydisplay/cedba3af94239d90c12

57b0f004712c4/$file/ABB_Technical_guide_No_6_REVD.pdf (Tilgået den 08-04-2014)

Figur 5

ABB, 2011. Power quality. (pdf.). Tilsendt via email: Brian Riis Thøgersen. Tilgængelig

via [email protected]

Figur 8

Schneider, n.d. Harmonic miltigation and solutions. (pdf.) Tilgængelig via:

http://www.schneider-electric.cn/medias/solutions/downloads/377-

ed18_harmonics_mitigation_solutions.pdf (Tilgået 21-05-2014)









http://www.schneider-electric.cn/medias/solutions/downloads/377-ed18_harmonics_mitigation_solutions.pdf

http://www.schneider-electric.cn/medias/solutions/downloads/377-ed18_harmonics_mitigation_solutions.pdf


Side 70 af 72

Figur 9


fondens forlag A/S

Figur 10


fondens forlag A/S

Figur 11

Petersen, P.E 2006. Elektroteknik 1- Elektricitet og magnetisme. 5. udgave. Lyngby: Bog-

fondens forlag A/S

Figur 12


forlag A/S

Figur 13


forlag A/S

Figur 14



Figur 15



Figur 16



Figur 17




Side 71 af 72

Figur 18

Danfoss, 1998. Værd at vide om frekvensomformer. 1. udgave. Danfoss A/S. Undervis-


Figur 19


forlag A/S

Figur 20

Test equipment, n.d. Fluke435 PQA. Tilgængelig via:

http://www.testequipmentconnection.com/25881/Fluke_435.php (Tilgået 22-05-

2014)

Figur 21

Fluke i5s, n.d. Fluke i5s strømprobe. Tilgængelig via:

http://www.tme.eu/en/details/flk-i5s/meters-and-ac-clamp-probes/fluke/fluke-i5s/

(Tilgået 23-05-2014)

http://www.testequipmentconnection.com/25881/Fluke_435.php

http://www.tme.eu/en/details/flk-i5s/meters-and-ac-clamp-probes/fluke/fluke-i5s/


Side 72 af 72

Bilagsoversigt

overharmoniske strømme - aarhus maskinmesterskole...

Documents