Tredje harmoniske strømme, også kaldet 3. harmoniske, er strømme ved 150 Hz, som især kommer fra enfasede belastninger som IT-udstyr og LED-belysning. I et trefaset anlæg ophæver de ikke hinanden i nullederen. De lægges sammen, og derfor kan strømmen i nullederen blive større end i faserne. Resultatet er overbelastning og overophedning af nullederen, selv om faserne ikke er fuldt belastet.
En nulleder, der er varmere end faserne. Misfarvede klemmer i tavlen. En lugt af varm isolering i el-rummet. Det er klassiske tegn på tredje harmoniske strømme, og de ses oftere og oftere i kontorer, skoler, butikker og datacentre.
Forklaringen er, at moderne bygninger er fyldt med enfasede elektroniske belastninger. Hver enkelt trækker kun lidt strøm, men tilsammen giver de en stor mængde 3. harmoniske. Mange installationer er dimensioneret efter, at nullederen ikke bærer ret meget strøm. Den antagelse holder ikke længere.
I denne artikel får du forklaret, hvorfor 3. harmoniske lægges sammen i nullederen, hvordan du opdager problemet, og hvad du kan gøre ved det. Læs også vores guide til harmoniske strømme.
Hvad er 3. harmoniske strømme?
Tredje harmoniske strømme er den del af strømmen, der svinger med tre gange nettets frekvens, altså 150 Hz. De opstår, når enfasede belastninger med en ensretter trækker strøm i korte pulser i stedet for i en jævn sinuskurve. 3. harmoniske hører til de såkaldte triplen-harmoniske sammen med 9., 15., 21. osv.
De typiske kilder er:
- Pc'er, skærme og servere
- LED-belysning og andre lysdrivere
- Printere, kopimaskiner og andet kontorudstyr
- Enfasede UPS-anlæg og opladere
- Små enfasede frekvensomformere, fx til ventilation
Store trefasede frekvensomformere giver derimod især 5. og 7. harmoniske. Læs mere om harmoniske fra frekvensomformere og om andre kilder til harmoniske. De belaster ikke nullederen på samme måde.
Hvorfor lægges 3. harmoniske sammen i nullederen?
I et trefaset anlæg er de tre fasestrømme forskudt 120 grader i forhold til hinanden. Er belastningen lige fordelt, ophæver 50 Hz-strømmene hinanden i nullederen, som derfor bærer næsten ingen strøm. For 3. harmoniske er det anderledes: når grundsvingningen er forskudt 120 grader, er 3. harmoniske forskudt 3 × 120 = 360 grader. De er altså i fase og lægges sammen.
Det betyder, at strømmen i nullederen kan blive op til tre gange den 3. harmoniske strøm i hver fase. Ifølge en guide fra Leonardo Power Quality Initiative, skrevet af professorerne Jan Desmet og Angelo Baggini, kan nulstrømmen typisk blive op til ca. 170 % af fasestrømmen ved belastninger som computere.
| Belastning | Strøm i nullederen |
|---|---|
| Lige fordelt, rene sinusstrømme | Næsten nul |
| Ubalance mellem faserne | Svarer til ubalancen |
| Mange enfasede elektroniske belastninger | Kan blive højere end fasestrømmen |
Eksempel: En fasestrøm på 39 A indeholder 50 % 3. harmoniske. Strømmen i nullederen bliver så 3 × 0,50 × 39 A = ca. 59 A, altså væsentligt mere end i hver fase. Eksemplet er fra Leonardo-guiden.
Tegn på overbelastet nulleder
En overbelastet nulleder giver sjældent en udkobling, fordi der normalt ikke er en sikring i nullederen. Problemet udvikler sig derfor i det skjulte, indtil det giver skader. Det er en reel brandrisiko.
Hold øje med disse tegn:
- Nullederen er varmere end faserne, fx ved termografi af tavlen.
- Misfarvede eller løse klemmer og misfarvet isolering på nullederen.
- Høj strøm i nullederen, målt med en tængeampermeter, der viser ægte RMS.
- Spænding mellem nul og jord, som kan give fejl i følsomt udstyr.
- Varme transformere, fordi 3. harmoniske cirkulerer i transformerens trekantsvikling.
- Brummen eller ekstra støj fra transformere og tavler.
Bemærk, at en almindelig tængeampermeter uden ægte RMS kan vise for lav en strøm, når den er forvrænget. Brug altid et instrument, der måler ægte RMS, eller bedre en elkvalitetsmåler, der også viser de harmoniske. Læs mere om harmoniske i transformere.
Hvordan dimensioneres nullederen ved 3. harmoniske?
Når strømmen indeholder meget 3. harmoniske, skal kablet dimensioneres efter det. Installationsstandarden IEC 60364-5-52, som i Danmark gælder som DS/HD 60364-5-52, indeholder reduktionsfaktorer for firlederkabler med harmoniske. Leonardo-guiden gengiver dem sådan:
| 3. harmoniske i fasestrømmen | Reduktionsfaktor | Kablet dimensioneres efter |
|---|---|---|
| 0 til 15 % | 1,00 | Fasestrømmen |
| 15 til 33 % | 0,86 | Fasestrømmen |
| 33 til 45 % | 0,86 | Strømmen i nullederen |
| Over 45 % | 1,00 | Strømmen i nullederen |
Ved mere end 33 % 3. harmoniske er det altså nullederen, der bestemmer kablets størrelse. Det kan betyde et større kabel end ellers.
Guiden anbefaler desuden:
- Gør aldrig nullederen mindre end faselederne, hvor der forventes harmoniske.
- Brug separate nulledere for hver fase i gruppeinstallationer med mange elektroniske belastninger.
- Fordel belastningen jævnt mellem faserne, så ubalance ikke lægger ekstra strøm i nullederen.
Sådan løser du problemer med 3. harmoniske
Der er tre veje til at løse problemer med 3. harmoniske: større nulleder, bedre fordeling af belastningen eller et filter, der fjerner de harmoniske. I eksisterende installationer er et filter ofte den løsning, der kræver mindst ombygning.
| Løsning | Hvad den gør | Hvornår den passer |
|---|---|---|
| Større eller dobbelt nulleder | Kablet kan bære den højere strøm | Nyinstallationer og større ombygninger |
| Bedre fordeling mellem faserne | Fjerner strøm fra ubalance | Når ubalance bidrager til problemet |
| Aktivt filter til firlederanlæg | Kompenserer 3. harmoniske og strømmen i nullederen | Eksisterende installationer med mange enfasede belastninger |
| Belastninger med lav harmonisk emission | Mindre 3. harmoniske fra kilden | Ved indkøb af nyt udstyr |
Et aktivt filter, der er bygget til firlederanlæg, måler strømmen i alle tre faser og i nullederen og sender en modsat strøm ud. Det fjerner både 3. harmoniske og andre harmoniske og kan samtidig udligne ubalance. Det er særligt velegnet i kontorbygninger, datacentre og andre bygninger med mange enfasede belastninger, som skifter over døgnet.
Læs mere om forskellen på aktivt og passivt filter. Se vores harmoniske filtre.
Sådan måler du 3. harmoniske og strømmen i nullederen
En måling viser, om nullederen faktisk er overbelastet, og hvor meget 3. harmoniske der er. Mål over en hel driftsperiode, typisk mindst en uge, så du får både dag, nat og weekend med. Belastningen i kontorer og datacentre svinger meget over døgnet.
Mål især:
- Strømmen i nullederen sammenlignet med fasestrømmene.
- Andelen af 3. harmoniske i fasestrømmene i procent.
- THDi og THDu på alle tre faser.
- Ubalance mellem faserne.
- Temperaturen i tavlen, fx med termografi.
En elkvalitetsanalyse giver dig de data, du skal bruge til at vurdere risikoen og vælge løsning. Vil du følge udviklingen løbende, kan en fast elkvalitetsmåler i hovedtavlen give besked, før nullederen bliver overbelastet. Læs mere om måling af harmoniske.
Hvornår skal du have hjælp?
Kontakt en specialist i elkvalitet, hvis du ser tegn på varme i nullederen, eller hvis bygningen har fået mange nye enfasede elektroniske belastninger. En overbelastet nulleder er en sikkerhedsrisiko og bør undersøges hurtigt.
Det gælder især, hvis:
- Strømmen i nullederen er tæt på eller højere end fasestrømmen.
- Du har skiftet store mængder belysning til LED.
- Bygningen har fået flere servere, arbejdspladser eller ladestandere.
- Nullederen er dimensioneret mindre end faselederne.
Hos Eluminate måler vi de harmoniske og strømmen i nullederen, vurderer risikoen og anbefaler den løsning, der passer til din installation. Vi leverer harmoniske filtre og følger op med en ny måling, så du kan se effekten.
Se vores harmoniske filtre eller book en elkvalitetsanalyse.
Ofte stillede spørgsmål om 3. harmoniske og nullederen
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