Allt eftersom en mer sofistikerad och optimerad elektronik utvecklas går även mer störningar ut i elnätet som påverkar annan elektronik, som även den har blivit mer känslig för störningar. För att beskriva och kontrollera hur mycket störningar som påverkar ett elsystem används benämningen elkvalité. Elkvalitén beskriver kvalitén på elen efter bestämda gränsvärden när den påverkas av störningar. De vanligaste störningarna som förekommer i ett elnät är övertoner, transienter och spänningsvariationer. Det här projektet grundar sig i en transformator som man tror går varm på grund av störningar, den ligger ute på reningsverket på Rönnskär. Transformatorns uppgift är att koppla spänningen från ett IT-isolerat system till ett direktjordat system för att kunna driva den allmänna kraften. Målen med projektet var att mäta och utreda vilka störningar som förekom samt komma upp med åtgärder för att lösa problemet. För att erhålla en djupare kunskap inom området störningar på elnätet genomfördes en fördjupad inläsning av de olika störningar som ansågs vara potentiella källor till varmgången hos transformatorn. De störningar som behandlades var övertoner, transienter och spänningsvariationer. Den mest sannolika störningen som förekom bedömdes vara övertoner, därav genomfördes mätningar mot övertoner. Övertoner är störningar på ström– och spänningskurvan vilket bland annat kan leda till effektförluster, vagabonderande strömmar och resonansproblem. Ursprunget av övertoner genereras av olinjära laster som t ex. frekvensomriktaren. Vid mätningarna användes mätinstrumentet Fluke 1735 specialiserat för övertoner. Mätningarna visade på höga strömövertoner i fas 1 på primärsidan, men på övriga faser samt sekundärsidan kunde inga bevis på övertonshalter som var skadande redovisas. Därför kunde slutsatsen dras att det var en olinjär last utifrån som skickade ut störningarna. Vid ett av mätningstillfällena utfördes även en grundlig genomgång av anläggningen samt transformatorn. Där konstaterades det att det fanns en luftspalt i transformatorns kärna, orsakat av ett fel vid tillverkningen av transformatorn. Teorin kring konsekvenserna vid ett sådant problem medförde att slutsatsen drogs att huvudkällan till varför transformatorn gick varm var luftspalten i kärnan. Eftersom det även fanns övertoner på fas 1 konstaterades att det fanns två källor till värmeökningen i transformatorn där luftspalten i kärnan anses vara mer förödande. Rekommendationerna blir därför till en början att byta ut den nuvarande transformatorn mot en ny, se över frekvensomriktarna i anläggningen samt eventuellt installera ett aktivt filter mot övertoner om prioritering är att eliminera alla övertoner.

Inom Bolidens industriella nät förekommer övertonsströmmar med sådan amplitud att de förorsakar en övertonshalt i spänningen av 12%. Inom nätet finns ett stort antal olinjära laster som kan vara orsak till förekomsten av dessa övertonsströmmar, dessutom finns faskompenseringsutrustning ansluten vilket sannolikt orsakar förstärkning av övertoner genom resonans. För att kartlägga utbredningen av övertoner inom Bolidens industriella nät så utförs mätningar vid fyra olika driftfall. Inledningsvis görs omfattande mätningar vid normal drift vilket ger en tydlig överblick av problemet i dagsläget. därefter utförs mätningar på strategiska platser i nätet i samband med att kondensatorbatterierna kopplas bort. Avsikten är då att undersöka om faskompenseringsutrustningen ingår i en resonanskrets som påverkar övertonsströmmarna i nätet. Slutligen genomförs en mätning under tiden som kvarnarna i anrikningsverket tas ur drift för reparation och underhåll samt ett antal mätningar under tiden som dessa står stilla. När resultatet från dessa mätningar sedan vägs samman så kan man se att det sannolikt är så att de fyra kvarnarna vid anrikningsverket, vilka regleras med hjälp av frekvensomriktare, genererar stora övertonsströmmar. En övervägande stor andel av problemens ursprung kan alltså avgränsas till ett litet antal maskiner. Mätningar indikerar dessutom att övertonsströmmarna förstärks genom resonans till följd av de kondensatorbatterier som finns anslutna till nätet. Slutligen visar också resultatet att övertonshalten inom nätet är så stor att störningar fortplantar sig till överliggande nät och vidare till intilliggande nät. Eftersom övertonsströmmar kan förorsaka haverier i roterande maskiner, transformatorer och kondensatorbatterier så undersöks om sådan risk föreligger. Enligt beräkningar så kan transformatorn som utsätts för de största övertonsströmmarna endast belastas till 95,5% av märkeffekt under rådande omständigheter. Denna drivs dock i dagsläget vid en mycket lägre belastning varpå inga risker bedöms föreligga. Kondensatorbatterierna utsätts för stora övertonsströmmar. Mätningarna visar också att dessa ingår i en resonanskrets varpå det finns en risk för överbelastning och haveri. I anrikningsverket finns en 630kW motor ansluten till nätspänning. Denna utsätts för stora övertonsströmmar vilket förorsakar ökade förluster i lindningar och järn men eftersom inte heller denna drivs vid märkeffekt så anses ingen risk för överbelastning föreligga. När det gäller roterande maskiner kan dock slitage till följd av övertonsströmmar förekomma utan att maskinen överbelastas och här kan ytterligare undersökningar vara motiverade. I dagsläget finns planer på att installera nya kondensatorbatterier med övertonsfilter i nätet vilket med stor sannolikhet minskar övertonshalten i enlighet med vad mätningarna visar. Mätningarna visar dock också att mer högfrekventa övertoner i spänningen ökar kraftigt när kondensatorbatterierna kopplas bort vilket kan behöva beaktas vid val av filter. Ett antal alternativa eller kompletterande lösningar till övertonsproblematiken finns i rapporten. / Inside the industrial grid located in Boliden the presence of harmonic current is so high that It causes a total harmonic distortion of 12% in the voltage.  There is a large number of non-linear loads that can cause this distortion connected to the grid, furthermore there is phase compensating equipment connected that may enhance harmonic currents due to resonance. To investigate the cause and the consequences of harmonics in the grid measurements are conducted during four different modes of operation. Initially a large number of measurements are performed during normal operation to show the harmonic distribution. Then measurements at strategic places in the grid are performed while the phase compensating equipment is disconnected with the objective to show if this equipment is part of a resonance circuit. Finally, measurements are performed while the mills in the dressing plant are taken out of production and additional measurements while they are at standstill. The results of all these tests show that there is a high probability that the four mills at the dressing plant, regulated by inverters, causes large harmonic currents. A predominantly large portion of the harmonic current sources has been isolated in a small number of loads. The result also show that these harmonic currents are enhanced by resonance between the phase compensation equipment and inductive elements of the grid. The resulting distortion is of such gravity that it propagates to adjacent grids via the main grid. Since harmonics can cause breakdowns in rotating machinery, transformers and phase compensating equipment, the risk of this is investigated. Calculations show that at current levels the transformers connecting the industrial grid to the main grid can only be operated at 95,5%. The transformer is currently operating at a far lower rate and no risk of damage is at hand. The phase compensation equipment is exposed to large harmonic current. They are also part of a resonance circuit and the assessment is that they are at risk of breakdown. In the dressing plant, there is a 630kW induction motor connected directly to the grid. This motor Is subjected to large harmonic currents causing losses in copper wiring and the iron core but since this machine runs below rated power the assessment is that this does not put it at risk of breakdown. However, there are other ways that a machine of this kind can be damaged due to harmonics and further investigation into this may be warranted. There are plans of installing new, filtered, phase compensating equipment to the grid which most likely will reduce the harmonic content in accordance with the measurements in this report. However, the measurements also show that higher frequency harmonics in the voltage are enhanced when the phase compensation is disconnected, this may have to be taken in to account when the filters are designed. A number of alternative or additional solutions to the harmonic problem is presented in the report.

Syftet med studien var att undersöka de ekonomiska vinster som kan erhållas vid byte av belysningsarmaturer i en byggnad. Studien omfattar de energi- och ekonomiska besparingar som möjliggörs via ett byte från gamla T8-armaturer till LED-armaturer. Dessutom skulle kunskap kring armaturernas påverkan på elnätet i form av övertoner tas fram. Målet var därmed att ta fram en tydlig redogörande jämförelse mellan de två armaturtyperna. Studien ”Energieffektivisering av belysningsarmaturer” utfördes på uppdrag av Caverion Sverige AB men i B&B-Tools vägnar och dess lokal belägen i Ulricehamn. För att uppfylla syftet krävdes information om armaturtyperna och hur de fungerar och därmed också god kunskap kring det berörda ämnet. Armaturerna som jämförs i denna studie är en lysrörsarmatur med T8-lysrör som installerades för ca 25 år sedan samt en modern LED-armatur från leverantören Waldmann med produktnamnet Taureo. Med hjälp av ett elkvaltitetsinstrument från företaget Metrum, som är anpassat för att utföra tillförlitliga kontroller av olika elkvalitetsparametrar, bestämdes armaturernas effekt. Dessutom uppmättes armaturernas övertonshalter som visade betydligt högre övertonshalter hos lysrörsarmaturen än för LED-armaturen. Eftersom övertoner kan medföra negativa konsekvenser på såväl enskilda komponenter som på självaste elnätet, eftersträvas så låga övertonshalter som möjligt. Genom de mätningar av effekt som gjordes under studien påvisas att ett armaturbyte skulle innebära en kraftig effektminskning motsvarande en tredjedel av det nuvarande effektuttaget. Därigenom kan större energimängd sparas, cirka 52 000 kWh/år, vilket innebär en årlig kostnadsbesparing på cirka 43 000 kr. Enligt de gjorda beräkningarna erhålls en återbetalningstid på cirka 8,5 år vilket kan bedömas som god lönsamhet i och med LED-armaturernas långa livslängd.

Rapporten behandlar en elkvalitetsutredning vid Metsä Boards fabrik i Husum. Utredningen ska utföras eftersom fabriken har genomgått en förändring då kartong tillverkas istället för papper. Detta påverkar hur konsumtionen av el ser ut både vad gäller mängd men även hur den konsumeras. Exempelvis har många strömriktare ersatts av frekvensomriktare. Någon sammangripande bild av hur läget innan såg ut finns inte så en elkvalitetutredning kommer utföras på hela fabriken, även på massabruket där processen är lika som innan omvandlingen. Störningarna i elkvaliten som rapporten kommer behandla är, övertoner, spänningsdippar, flimmer och transienter med extra fokus på THD. Nivåerna på dessa störningar kommer jämföras med de avtal som finns med elleverantören samt med standarder och föreskrifter inom området. Efter att enlinjeschemat på huvudfördelningen av el har granskats, samt genomgång om var befintlig mätutrustning finns installerad sätts en plan upp om hur utredningen skall utföras. Detta leder till att mätningar utförs på inkommande linjer från Gideåbacka transformatorstation som distribueras av Vattenfall, men även på underliggande mellanställverk inne i fabriken. Resultatet ger dels en helhetsbild men också en aning om var eventuella störningskällor kan vara placerade i fabriken. Utredningen visar att elkvaliteten överlag är god, de störningar som ligger i närheten av de gränsvärden som finns är 7e övertonen på inkommande linjer HSM1 och HSM2. Utredningen visar att Metsä Boards fabrik i Husum inte är orsaken till uppkomsten av den höga övertonhalten. Problemet uppstår från det kondensatorbatteri som är anslutet till 44 kV-skenan i Vattenfalls transformatorstation i Gideåbacka, vilket skapar resonans med lasten som är ansluten. / This report contains an investigation on the quality of the distributed electricity to Metsä Board Mill in Husum. Because the Mill has gone through large changes in the process, the end product is nowadays cardboard instead of paper and an investigation is needed. These changes have lead to a different consumption of electricity, both of the amount and the way it is consumed. There’s no summarizing image of how the electricity quality looked like before therefore a full investigation of the whole factory is needed. That includes an investigation of the pulp mill that hasn’t gone through any changes. The report investigates disturbances such as THD, voltage dips, flicker and transients with extra focus on THD. The result of the measurements is compared to agreement that’s been signed with Vattenfall but also to regulations and standards that exist. After the schedule of the main distribution of electricity for the factory has been studied, a plan is set for how the work should be done. Measurements is going to be taken at the incoming lines that are distributed by Vattenfall, but also at lower voltage transformers in the factory to be able to see where sources of disturbances might be.   The result shows that the quality of the electricity overall is good, the only thing is that the 7th harmonic on the incoming lines sometimes is higher that the acceptable limits. Further the investigation shows that the factory itself isn’t the source of these distortions. The distortion comes from a VAr (reaktiv effect) capacitor bank that is installed at Vattenfalls transformer station in Gideåbacka. The capacitor bank creates resonance with the connected load and that leads to amplification of certain harmonics.

Elektricitet blir allt vanligare i hemmet och idag är stora delar av samhället beroende av en avbrottsfri elförsörjning. När transistorn gjorde sitt intåg runt 1950-1960-talet skedde en förändring i de elektriska lasterna på nätet; från att vara mestadels linjära resisistiva laster tillkom flera olinjära laster i form av till exempel radio och TV.Med dessa olinjära laster uppstod problem med elkvaliteten som tidigare inte funnits i större utsträckning. Umeå kommun har de senaste åren satsat på helelektriska bussar som en del av en lösning på de problem man haft med buller och dålig luftkvalitet i centrala Umeå. För att driva dessa elbussar används snabbladdare, vilket är en kraftigt olinjär last. I en tidigare studie påvisades att under tider när laddning skedde hos dessa snabbladdare kunde det förekomma höga övertonshalter, där elkvalitetsnormen EIFS 2013:1 emellanåt överskreds. Syftet med det här arbetet är att utröna vilka krav Umeå Energi bör ställa vid nya bussladdare och vilka krav som borde ställts vid de första bussladdarna, gällande elkvalitetsstörningar. Målet är att föreslå planeringsnivåer som Umeå Energi kan använda för att ställa krav och fördela störutrymme för kunder. Det finns flera olika modeller för att fördela störutrymme där målet är att föreslå en som passar Umeå Energis nät. Endast planeringsnivåer för övertoner föreslås då övertoner visade störst problematik i den tidigare studien. För att bestämma planeringsnivåer gjordes trendanalyser på övertonsdata från fyra nätstationer och fem transformatorer under fyra års tid. Trendlinjer plottades upp med minsta kvadratmetoden och planeringsnivåer bestämdes utifrån hur mycket övertonshalten hade ökat relativt elkvalitetsnormen EIFS 2013:1. De planeringsnivåer som föreslogs ligger mellan 85 % till 100 % av de krav som EIFS 2013:1 ställer. Metod för fördelning av störutrymme föreslås följa metoden i ”Fördelning av störutrymme” som publicerades i en energiforskrapport. Slutsatser från det här projektet är att det är svårt att bestämma generella planeringsnivåer på lågspänningsnätet och det saknas metoder som beskriver hur det ska göras. Vidare har det visat sig att de flesta övertoner, upp till 25:e övertonen,ökar på Umeå Energis elnät, på de punkter som undersökts. Framförallt uppvisar den 7:e övertonen en större ökning än de andra.

Ett uppmärksammat problem i elnätet är den ökande halten av övertoner. I ett elnät som är fritt från övertoner förekommer enbart en grundton men i vissa fall förekommer strömmar, och spänningar, med andra frekvenser och då innehåller nätet en viss halt övertoner. När anslutna belastningar är olinjära uppstår övertoner. Det är huvudsakligen ökningen av dessa typer av belastningar i elnätet, till exempel elbilsladdning och datorer, som ger upphov till den ökande övertonshalten. Med anledning av ovannämnda problem med övertoner utförs detta examensarbetet på uppdrag av Megger Sweden AB i Stockholm. Syftet är att studera övertoners inverkan på relätripptiden hos ett elektromekaniskt överströmrelä som finns installerad i kraftnätets kontrollanläggningar. Testerna utförs med testinstrumentet Sverker 900 och med ett elektromekaniskt överströmsrelä, ett RI-relä av märket ASEA. För testning av RI-reläet följs en svensk standard, en kommande internationell standard och instruktioner från uppdragsgivare. Resultaten från testerna visar på skillnader mellan tripptiden med övertoner och tripptiden för enbart grundtonen. Slutsatser baserade på studiens resultat är dels att överströmsreläet är långsammare vid svaga strömmar, det vill säga 2,8 A och 3 A, eller har för långa tripptider i förhållande till beteendet utan övertoner. Dels att det är svårt att säkerställa ett signifikant samband mellan närvaron av övertoner och påverkan av relätripptiden vid medel och starka strömmar, det vill säga 4 A till 8 A, eller vid kortare tripptider. Baserat på studiens resultat skulle det vara intressant att testa med flera övertonsnivåer. En rekommendation för liknande framtida studier är att bara testa vid låga strömmar, långa tripptider och långsamma diskhastigheter, eftersom detta skulle underlätta möjligheten att uppnå en mer överskådlig resultatanalys. / A problem that has been noticed in the electricity grid is the increase in level of harmonics. In some cases, there may also be currents or voltages with frequencies that differ from the fundamental tone and this leads to the grid having harmonics meaning that when loads and components in the electricity grid are not sinusoidal, harmonics occur. For example, an increase in these types of loads e.g. charging an electric car or computers, in the electricity grid gives rise to an increasing harmonic content. In view of the aforementioned, this thesis has been carried out in collaboration with the Megger Sweden AB, Stockholm, as the official client for this study. The purpose here is to study the effect of harmonics on the relay trip time of an electromechanical overcurrent relay that is installed in the power grid's control facilities. The tests are performed with the test instrument Sverker 900 and an electromechanical overcurrent relay, ASEA RI. For testing the RI relay, a Swedish standard, an upcoming international standard as well as instructions from the client have been thoroughly followed and applied. The results of the tests shows the difference between the trip time with harmonics and the trip time for the fundamental tone. Conclusions based on the results are partly that the overcurrent relay is slower at weak currents, that is 2.8A and 3A respectively, as well as for long trip times in relation to the behavior without harmonics. According to the findings conducted herein, there is no significant correlation between the presence of harmonics and the influence of the relay trip time on medium and strong currents, between 4A-8A, or on shorter trip times. By reason of the time constraint experienced in conducting this study, the results and findings reached leaves a sound potential and promise for future tests conducted at different harmonic levels. A future recommendation for similar studies will be to test only at low currents, long trip times and slow disk speeds as this would facilitate the possibility of fulfilling a more robust result analysis.

<p>This report is a degree project performed at Freudenberg Household Products AB, (FHP). </p><p>The degree project comprises measurement and analysis of the power net at FHP Basproduction. The content is divided between one theory-part, one document- part with measurements and also conclusions and a list of measures to be taken. </p><p>During the project the purpose and restriction change from a quality investigation to only concentrate on harmonics and finding the reason why they exist, and also to find a solution to the problem with harmonics. </p><p>The measurements shows that the power net contains harmonics of different order and intensity. High harmonic rate is found under the transformer T-7. </p><p>The problem with harmonics was not known earlier and therefore it can be assumed that there are more built-in frequency converters without filter in pumps, compressors and machines in the whole net. After a number of measurements one can suppose that some parts of the FHP power net is unstable. In an unstable weak power net frequency converters produce a large number of harmonics. In all the cases where large numbers of harmonics have been detected the trace has ended in a power central where a pump, compressor or heating element is. </p><p>Worth to be noticed is that under the same transformer there are strip lights, converters and control electronics. </p><p>The conclusion is that measures against harmonics are possible and necessary to do in most cases. The measures should be made local, as close to the disturbing object as possible, to stop the disturbance to get out in the net. The aim is that the current should stay sinus. </p><p>The purpose with the project could not be fulfilled because the report do not tell about how serious the high number of current harmonics are for running the factory. The opinion is that the harmonics should be reduced to a lower level.</p>

<p>Harmonics are a well-known problem that has to be dealt with in the design of thegenerator. Internationally accepted standards limits the amount of harmonics allowedin the no-load voltage. These limits can be difficult to fulfill with integral slot winding,where the number of slots per pole and phase is an integer. The presence of thedamper winding often makes the problem with harmonics even worse and harmonicswith frequencies of order 6q±1 arise with significant amplitude. How the damperwinding is designed affect the content of harmonics in the no-load voltage and the aimwith these … has been to investigate in which extent design of the damper windingaffects the contents of harmonics.Simulations with the 2-D finite element method have showed that if the damper barsis centered in the pole shoe, the amplitude of the harmonics of order 6q±1dependsboth on the ratio between the stator slot pitch and damper bars slot pitch and if thedamper bars are connected between the poles or not.If the damper bars is displaced with ¼ stator slot pitch alternately, the amplitude ofthe harmonics of order 6q±1 is reduced and the influence of the ratio between thestator slot pitch and the damper bars slot pitch will vanish. To minimize the loss inthe damper bars the distance between the damper bars should then be equal thedistance between the stator slots.</p>

Harmonics are a well-known problem that has to be dealt with in the design of thegenerator. Internationally accepted standards limits the amount of harmonics allowedin the no-load voltage. These limits can be difficult to fulfill with integral slot winding,where the number of slots per pole and phase is an integer. The presence of thedamper winding often makes the problem with harmonics even worse and harmonicswith frequencies of order 6q±1 arise with significant amplitude. How the damperwinding is designed affect the content of harmonics in the no-load voltage and the aimwith these … has been to investigate in which extent design of the damper windingaffects the contents of harmonics.Simulations with the 2-D finite element method have showed that if the damper barsis centered in the pole shoe, the amplitude of the harmonics of order 6q±1dependsboth on the ratio between the stator slot pitch and damper bars slot pitch and if thedamper bars are connected between the poles or not.If the damper bars is displaced with ¼ stator slot pitch alternately, the amplitude ofthe harmonics of order 6q±1 is reduced and the influence of the ratio between thestator slot pitch and the damper bars slot pitch will vanish. To minimize the loss inthe damper bars the distance between the damper bars should then be equal thedistance between the stator slots.

This report is a degree project performed at Freudenberg Household Products AB, (FHP). The degree project comprises measurement and analysis of the power net at FHP Basproduction. The content is divided between one theory-part, one document- part with measurements and also conclusions and a list of measures to be taken. During the project the purpose and restriction change from a quality investigation to only concentrate on harmonics and finding the reason why they exist, and also to find a solution to the problem with harmonics. The measurements shows that the power net contains harmonics of different order and intensity. High harmonic rate is found under the transformer T-7. The problem with harmonics was not known earlier and therefore it can be assumed that there are more built-in frequency converters without filter in pumps, compressors and machines in the whole net. After a number of measurements one can suppose that some parts of the FHP power net is unstable. In an unstable weak power net frequency converters produce a large number of harmonics. In all the cases where large numbers of harmonics have been detected the trace has ended in a power central where a pump, compressor or heating element is. Worth to be noticed is that under the same transformer there are strip lights, converters and control electronics. The conclusion is that measures against harmonics are possible and necessary to do in most cases. The measures should be made local, as close to the disturbing object as possible, to stop the disturbance to get out in the net. The aim is that the current should stay sinus. The purpose with the project could not be fulfilled because the report do not tell about how serious the high number of current harmonics are for running the factory. The opinion is that the harmonics should be reduced to a lower level.