Elektrisk støj og EMC-støj: sådan opstår det, og sådan fjerner du det

Elektrisk støj er uønskede højfrekvente signaler, der lægger sig oven på den rene 50 Hz-spænding. EMC-støj er den samme støj set ud fra reglerne om elektromagnetisk kompatibilitet: udstyr må ikke forstyrre andet udstyr, og det skal selv kunne tåle forstyrrelser. Støjen kommer typisk fra frekvensomformere og switch-mode strømforsyninger og fjernes med korrekt installation, jording og det rigtige filter.

En PLC, der genstarter uden grund. En HFI-afbryder, der slår fra, når en ny frekvensomformer starter. En netværksforbindelse, der falder ud på samme tidspunkt hver dag. Symptomerne er forskellige, men forklaringen er ofte den samme: elektrisk støj.

Mange kalder alle forstyrrelser i elnettet for "støj". Det er forståeligt, men det kan føre til det forkerte filter. Harmoniske strømme, supraharmoniske forstyrrelser og højfrekvent EMC-støj ligger i hver sit frekvensområde. De har forskellige kilder og kræver forskellige løsninger.

I denne artikel får du forklaret, hvad EMC-støj er, hvordan elektrisk støj opstår, og hvordan du måler den. Du får også forskellen på et EMC-filter og et harmonisk filter, så du kan vælge den løsning, der faktisk virker på dit problem. Vil du først have styr på de lavfrekvente forstyrrelser, så læs vores guide til harmoniske strømme.

Hvad er EMC-støj?

EMC står for elektromagnetisk kompatibilitet. EMC-støj er elektromagnetiske forstyrrelser, som udstyr sender ud i nettet eller i luften, og som kan få andet udstyr til at fejle. Reglerne har to sider: udstyr må kun udsende begrænset støj (emission), og det skal kunne tåle en vis støj fra omgivelserne (immunitet).

I EU er kravene samlet i EMC-direktivet 2014/30/EU. I Danmark er det gennemført i lov om radioudstyr og elektromagnetiske forhold og bekendtgørelse nr. 1710 af 12. december 2023. Produkter skal CE-mærkes. Faste installationer skal udføres efter "god teknisk praksis", så ansvaret for støjen ligger også hos den, der projekterer og installerer.

Ledningsbåret og udstrålet støj

Elektrisk støj bevæger sig på to måder:

• Ledningsbåret støj løber gennem kabler, skinner og jordforbindelser. Den rammer alt udstyr på samme forsyning.
• Udstrålet støj sendes ud i luften fra kabler og udstyr. Den rammer typisk signal-, data- og radioforbindelser i nærheden.

Ledningsbåret støj kan igen være differential mode (mellem faserne eller mellem fase og nul) eller common mode (fra alle ledere mod jord). Common mode-støj er ofte den sværeste at finde, fordi den løber i jord, kabelskærme og bygningskonstruktion.

Hvor i frekvensområdet ligger støjen?

Grænserne er ikke skarpe, og de industrielle emissionskrav i EN 61000-6-4 dækker fra 9 kHz og op. Men tabellen viser den vigtigste pointe: "støj" kan ligge i tre forskellige områder, og ét filter dækker ikke dem alle.

Hvordan opstår elektrisk støj?

Elektrisk støj opstår, når effektelektronik tænder og slukker for strømmen tusindvis af gange i sekundet. Hvert skift giver en stejl spændingsflanke, og den sender højfrekvente strømme ud i kabler, jord og luft. Jo flere af disse enheder, og jo dårligere skærmning og jording, desto mere støj.

De mest almindelige kilder i erhverv og industri er:

Installationen kan forstærke støjen

Kilden er kun halvdelen af forklaringen. Den anden halvdel er vejen, støjen tager. Typiske fejl i installationen er:

• Kabelskærme, der kun er forbundet i den ene ende eller med en lang "pigtail" i stedet for 360 grader rundt om skærmen.
• Motorkabler og signalkabler, der føres tæt og parallelt i samme kabelbakke.
• Lange motorkabler, som øger den kapacitive lækstrøm mod jord.
• Jordsløjfer, hvor udstyr er jordet flere steder med forskelligt potentiale.

Derfor peger TEKNIQ på, at installatøren skal følge producentens monteringsvejledning og anvende foranstaltningerne i DS/HD 60364-4-444. Det er den danske udgave af installationsstandardens afsnit om beskyttelse mod elektromagnetiske forstyrrelser.

Er elektrisk støj det samme som harmoniske?

Nej. Harmoniske strømme er forvrængning ved multipla af 50 Hz, typisk op til ca. 2 kHz. Elektrisk støj i EMC-forstand ligger langt højere i frekvens. Begge dele kommer ofte fra det samme udstyr, fx en frekvensomformer, men de skader på forskellige måder og kræver forskellige filtre.

På engelsk ser du ofte "EMC harmonics", fordi begge emner hører under EMC-standarderne. I praksis er det en god idé at holde dem adskilt:

Har du både varme tavler og uforklarlige fejl, har du sandsynligvis begge problemer. Så skal begge løses, og rækkefølgen afhænger af, hvad en måling viser. Læs også om supraharmoniske forstyrrelser, som ligger i området mellem harmoniske og EMC-støj.

Hvilke problemer giver elektrisk støj?

Elektrisk støj giver sjældent én tydelig fejl. Den giver mange små, uforklarlige fejl, som kommer og går. Det gør støj dyr: der bruges tid på fejlfinding, komponenter skiftes uden grund, og produktionen står stille.

Typiske tegn på elektrisk støj:

• HFI- og RCD-udkoblinger. EMC-filtre i frekvensomformere har kondensatorer mod jord, som giver en lækstrøm i normal drift. Flere omformere på samme relæ lægger strømmene sammen. En type A-afbryder kan slå fra ved opstart, og til trefasede omformerkredse kræves generelt en type B-afbryder.
• Fejl i styringer og sensorer. PLC'er genstarter, analoge signaler hopper, og encodere giver forkerte værdier.
• Kommunikationsfejl. Bussystemer og netværk mister pakker eller forbindelsen.
• Overophedede komponenter. Højfrekvente strømme kan overophede kondensatorer og forkorte levetiden på strømforsyninger.
• Lejeskader i motorer. Common mode-strøm fra frekvensomformeren kan finde vej gennem motorens lejer til jord.

Elektrisk støj i et dataanlæg

Datacentre og serverrum er særligt udsatte, fordi de både skaber og er følsomme over for støj. Hundredvis af switch-mode strømforsyninger, UPS-anlæg og køleanlæg med frekvensomformere deler den samme forsyning.

Fejlene viser sig ofte som sporadiske netværksfejl, servere der genstarter, eller UPS'en, der skifter til batteri uden synlig årsag. I et dataanlæg skal du derfor se på hele kæden: jordingssystemet, adskillelse af kraft- og datakabler og elkvaliteten på forsyningen. Planlægger du et nyt UPS-anlæg, er det en god idé at måle elkvaliteten før og efter installationen.

Hvordan måler du elektrisk støj?

Du måler elektrisk støj ved at logge spænding og strøm over tid med en elkvalitetsmåler og sammenholde hændelserne med fejlene i driften. En stikprøve med et multimeter er ikke nok. Støj er ofte kortvarig og knyttet til bestemte driftssituationer, så du skal fange den, mens den sker.

Der findes to slags målinger, og de svarer på forskellige spørgsmål:

• EMC-test i laboratorium viser, om et produkt overholder emissions- og immunitetskravene. Den laves af producenten før CE-mærkning.
• Måling i installationen viser, hvad der faktisk sker i din forsyning. Det er den måling, du har brug for, når du skal finde årsagen til fejl.

Sådan griber du målingen an

1. Beskriv symptomerne. Notér hvilke fejl, hvor og hvornår. Tidsstempler er guld værd.
2. Mål både ved forsyningen og ved det berørte udstyr. Så kan du se, om støjen kommer udefra eller opstår internt.
3. Log i en hel driftsperiode. Typisk en uge, så du får både nat, dag og weekend med.
4. Sammenhold hændelser med driften. Fx opstart af en bestemt maskine, ladning af elbiler eller skift til UPS.
5. Mål lækstrøm, hvis HFI-afbrydere slår fra. Mål med frekvensomformerne både stoppet og kørende, ved lav og høj hastighed.

En elkvalitetsmåler med høj samplingsfrekvens kan vise harmoniske, transienter og højere frekvenser på samme tidslinje. Det gør det muligt at se, om problemet er harmoniske, supraharmoniske forstyrrelser eller noget tredje. Læs mere om elkvalitetsmålere, eller få en elkvalitetsanalyse, hvor vi måler og tolker data for dig.

Sådan eliminerer du elektrisk støj

Du eliminerer elektrisk støj ved at starte med installationen og først derefter tilføje filtre. Korrekt skærmning, jording og kabelføring løser mange støjproblemer uden ekstra udstyr. Hjælper det ikke, vælger du filter efter, hvilket frekvensområde målingen viser problemet i.

Trin 1: Ret installationen

• Forbind kabelskærme 360 grader i begge ender med de rigtige forskruninger.
• Adskil motorkabler fra signal- og datakabler, og kryds dem i ret vinkel.
• Hold motorkablerne så korte som muligt.
• Sørg for en lavimpedant potentialudligning, så udstyr ikke står på forskelligt jordpotentiale.
• Følg producentens EMC-vejledning for frekvensomformere og styringer.

Trin 2: EMC-filter

Et EMC-filter er et lavpasfilter, der sidder i forsyningen til en støjende eller følsom enhed. Det lader 50 Hz passere og dæmper de højfrekvente strømme. Filteret består typisk af kondensatorer mellem faserne, kondensatorer mod jord og en common mode-drossel.

Bemærk, at kondensatorerne mod jord giver en lækstrøm i normal drift. Derfor skal valg af EMC-filter og HFI-afbryder ses i sammenhæng.

EMC-filter til frekvensomformer

Frekvensomformere er omfattet af produktstandarden EN 61800-3, som deler dem i kategorier. Ifølge standarden er kategori C1 og C2 beregnet til net, der også forsyner boliger, mens C3 kun er til industrinet. Ofte overholder en omformer kun C1-grænserne, hvis det rigtige EMC-filter er valgt og monteret efter vejledningen.

Mange frekvensomformere har et indbygget EMC-filter, eller producenten tilbyder et som tilbehør. På motorsiden findes desuden du/dt-filtre og sinusfiltre, som dæmper de stejle spændingsflanker og reducerer lækstrøm og belastningen af motoren. Spar ikke på den del: et filter, der ikke er godkendt af omformerens producent, kan give nye problemer.

Omformerne giver også harmoniske strømme på forsyningssiden. Det er et andet problem, som løses med et harmonisk filter. Læs mere om harmoniske fra frekvensomformere.

EMC-filter eller harmonisk filter?

Et EMC-filter fjerner altså ikke harmoniske strømme, og et harmonisk filter fjerner ikke EMC-støj. Ligger problemet i mellemområdet, kan et supraharmonisk filter som SineTamer være løsningen. Er det harmoniske, er et aktivt, passivt eller hybridt harmonisk filter løsningen. Læs mere om valget mellem aktivt og passivt filter.

Hvornår skal du have hjælp af en ekspert?

Du bør få hjælp, når fejlene bliver ved, selv om installationen er i orden, eller når du ikke ved, om problemet er støj eller harmoniske. Et filter valgt på mavefornemmelse er en dyr måde at teste en teori på. En måling viser, hvilket frekvensområde problemet ligger i, og dermed hvilken løsning der virker.

Kontakt en specialist i elkvalitet, hvis:

• HFI-afbrydere slår fra, efter at der er kommet nye frekvensomformere, ladestandere eller solceller til.
• Styringer, sensorer eller netværk fejler sporadisk uden en tydelig årsag.
• Tavler, kabler eller transformere bliver varmere end forventet.
• Du skal tilslutte et større anlæg og vil vide, hvordan det påvirker resten af forsyningen.

Hos Eluminate måler vi elkvaliteten i din installation og finder kilden til forstyrrelserne. Viser målingen harmoniske eller supraharmoniske forstyrrelser, kan vi dimensionere og levere det rigtige filter. Viser den højfrekvent EMC-støj, giver vi dig konkrete anbefalinger til installation og filtrering, som du kan tage videre med din installatør eller leverandør.

Se vores harmoniske filtre eller book en elkvalitetsanalyse.

Ofte stillede spørgsmål om elektrisk støj og EMC

Hvad er forskellen på EMC-støj og elektrisk støj?

Hvordan opstår elektrisk støj?

Fjerner et EMC-filter harmoniske strømme?

Hvorfor slår HFI-afbryderen fra, når frekvensomformeren starter?

Hvordan måler man elektrisk støj?

Skrevet af

Anders Dahl Johnsen

Partner, CCO & Lead Consultant

Anders har mange års erfaring med elkvalitet, harmoniske filtre og måling i industri og energi, og hjælper virksomheder med at finde og løse problemer i elnettet.

anddj@eluminate.dk