Supraharmoniske forstyrrelser: forvrængning mellem 2 og 150 kHz

Supraharmoniske forstyrrelser er forvrængning af strøm og spænding i frekvensområdet fra 2 til 150 kHz. De ligger over de klassiske harmoniske og under det område, der normalt kaldes EMC-støj. De kommer især fra moderne effektelektronik som solcelleinvertere, ladestandere, LED-drivere og frekvensomformere med høj switchfrekvens, og de kan få elektronik, styringer og fejlstrømsafbrydere til at fejle.

I mange år var der to verdener i elkvalitet. Harmoniske op til ca. 2 kHz, som man målte med en elkvalitetsmåler. Og højfrekvent EMC-støj fra 150 kHz og op, som producenterne testede i laboratoriet. Området imellem fik ikke meget opmærksomhed.

Det har ændret sig. Solceller, batterier, ladestandere og LED-belysning bruger effektelektronik, der skifter ved frekvenser på flere kHz. Det sender forstyrrelser ud i netop dette mellemområde. Samtidig er der kommet langt mere af den slags udstyr i nettet.

I denne artikel får du forklaret, hvad supraharmoniske forstyrrelser er, hvor de kommer fra, hvilke problemer de giver, og hvad du kan gøre ved dem.

Hvad er supraharmoniske forstyrrelser?

Supraharmoniske forstyrrelser, også kaldet supraharmoniske, er ledningsbårne forstyrrelser i frekvensområdet 2 til 150 kHz. Navnet betyder "over de harmoniske". Hvor harmoniske ligger ved faste multipla af 50 Hz, er supraharmoniske ofte spredt ud over et bredere frekvensbånd omkring udstyrets switchfrekvens.

Området har fået stigende opmærksomhed i forskningen, fordi emissionen er stigende og standardiseringen ikke har fulgt med. Det beskriver blandt andet en forskningsoversigt fra Chalmers og en række europæiske universiteter.

Læs mere om harmoniske strømme og om elektrisk støj og EMC-støj.

Hvor kommer supraharmoniske forstyrrelser fra?

Supraharmoniske forstyrrelser kommer fra effektelektronik, der tænder og slukker for strømmen ved frekvenser fra et par kHz og op. Jo mere af den slags udstyr der er i en installation, og jo tættere det sidder, desto større bliver forstyrrelserne.

De vigtigste kilder er:

• Solcelleinvertere og batterianlæg, der omdanner jævnstrøm til vekselstrøm.
• Ladestandere til elbiler og elbilernes indbyggede ladere. Et forskningsprojekt fra Eindhoven University of Technology og den hollandske videnplatform ElaadNL peger på, at elbilopladning forventes at få stor betydning på grund af den høje effekt og det store antal biler.
• LED-belysning med elektroniske drivere.
• Frekvensomformere med aktiv indgang eller høj switchfrekvens.
• Switch-mode strømforsyninger i IT-udstyr, servere og styringer.

Mange af disse kilder er netop det udstyr, der skal gøre bygninger og virksomheder mere energieffektive og grønne. Supraharmoniske forstyrrelser er derfor et problem, der vokser i takt med den grønne omstilling. Se også vores overblik over kilder til harmoniske og om harmoniske fra frekvensomformere.

Hvilke problemer giver supraharmoniske forstyrrelser?

Supraharmoniske forstyrrelser kan få elektronik til at fejle, belaste komponenter og give fejludkoblinger. Problemerne er ofte svære at forklare, fordi de ikke viser sig i en almindelig måling af harmoniske.

Typiske problemer er:

• Fejl i elektronik og styringer, fx udstyr, der genstarter, eller lysstyring, der opfører sig uforudsigeligt.
• Fejludkoblinger af fejlstrømsafbrydere (HFI/RCD). TU/e og ElaadNL nævner både fejl i elektronisk udstyr og fejlstrømsafbrydere som mulige følger.
• Forstyrrelse af anden opladning. Ifølge samme projekt kan supraharmoniske fra én elbil forstyrre opladningen af andre elbiler i nærheden. Det er relevant for flådeejere, der lader mange biler af samme model side om side.
• Ekstra opvarmning af kondensatorer i elektronisk udstyr, fx i indgangsfiltre, som kan forkorte levetiden.
• Hørbar støj fra udstyr, fordi en del af området ligger inden for det, mennesker kan høre.

Fordi forstyrrelserne ofte opstår mellem udstyr, der sidder tæt på hinanden i samme installation, er det typisk inde i installationen, problemerne viser sig.

Hvorfor er standarderne ikke på plads?

Området 2 til 150 kHz har længe været et hul mellem standarderne for harmoniske og standarderne for EMC. Der er i dag defineret kompatibilitetsniveauer for området i IEC 61000-2-2, men der mangler stadig emissionsgrænser for mange typer udstyr.

TU/e og ElaadNL konkluderer, at der er et hul i standardiseringen af emissionsgrænser for supraharmoniske, især for ladestandere, og at der ikke er formelle produktkrav på området. De anbefaler blandt andet, at grænser indføres i netselskabernes tilslutningskrav, og at man tager højde for, at forstyrrelser fra flere enheder lægges sammen.

For dig som ejer af en installation betyder det:

• Du kan ikke regne med, at udstyret er "godkendt" i dette område, selv om det er CE-mærket.
• Problemerne skal ofte løses i installationen, fordi de ikke er løst i produktet.
• Kravene kan ændre sig i de kommende år, efterhånden som standarderne bliver færdige.

Sådan måler du supraharmoniske forstyrrelser

Supraharmoniske forstyrrelser kræver en elkvalitetsmåler med høj samplingsfrekvens. En almindelig måling af harmoniske stopper typisk ved 40. eller 50. orden, altså 2 til 2,5 kHz, og ser derfor ikke området over. Metoder til måling i området 2 til 150 kHz er beskrevet i den informative del af IEC 61000-4-30.

Når du måler, så:

1. Mål tæt på det udstyr, der fejler, og ved de formodede kilder.
2. Mål over en periode, der dækker de driftssituationer, hvor fejlene opstår, fx opladning, solcelleproduktion midt på dagen eller tænding af belysning.
3. Sammenhold med hændelser, så du kan se, om fejlene falder sammen med høje niveauer.
4. Mål også harmoniske og transienter, så du kan udelukke andre forklaringer.

Læs mere om måling af harmoniske. En elkvalitetsanalyse kan vise, om dine problemer skyldes supraharmoniske forstyrrelser, harmoniske eller noget tredje. Læs også om vores elkvalitetsmålere.

Sådan løser du problemer med supraharmoniske forstyrrelser

Supraharmoniske forstyrrelser løses typisk med et supraharmonisk filter, der fjerner de højfrekvente forstyrrelser i installationen. Et almindeligt harmonisk filter er bygget til frekvenser op til ca. 2 kHz og fjerner ikke supraharmoniske. Et EMC-filter er bygget til højere frekvenser og sidder ved den enkelte enhed.

SineTamer: supraharmonisk filter med overspændingsbeskyttelse

Hos Eluminate leverer vi SineTamer, som er et supraharmonisk filter med indbygget overspændingsbeskyttelse. Filteret fjerner højfrekvente elektriske forstyrrelser og beskytter samtidig mod transienter, fx fra lynnedslag og koblinger i nettet. Det er udviklet til installationer, hvor kommunikations- og automationsudstyr opfører sig uforudsigeligt.

Se mere om SineTamer under vores harmoniske filtre.

Hvornår skal du have hjælp?

Kontakt en specialist i elkvalitet, hvis du har uforklarlige fejl i elektronik, og du har fået mange nye invertere, ladestandere eller LED-armaturer. Supraharmoniske forstyrrelser er svære at finde uden det rette måleudstyr, og de forveksles let med andre problemer.

Det gælder især, hvis:

• Fejlstrømsafbrydere slår fra uden en tydelig isolationsfejl.
• Styringer, sensorer eller lysstyring fejler, når solcellerne producerer eller bilerne lader.
• Elbiler afbryder opladningen, når flere lader samtidig.
• Problemerne fortsætter, selv om de harmoniske er filtreret.

Hos Eluminate måler vi elkvaliteten i hele frekvensområdet, finder kilden til forstyrrelserne og anbefaler den løsning, der passer, hvad enten det er et supraharmonisk filter, et harmonisk filter eller ændringer i installationen.

Se vores harmoniske og supraharmoniske filtre eller book en elkvalitetsanalyse.

Ofte stillede spørgsmål om supraharmoniske forstyrrelser

Hvad er supraharmoniske forstyrrelser?

Hvor kommer supraharmoniske fra?

Hvad er forskellen på harmoniske og supraharmoniske?

Kan et harmonisk filter fjerne supraharmoniske?

Kan supraharmoniske få HFI-relæet til at slå fra?

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