Processelektronik och reglersystem är stora och komplicerade system som är känsliga för störningar i strömförsörjningen. Övertoner i elnäten är en typ av störning som oroar både elleverantörer och processindustrier.
Men hårdare lagar och nya kontraktsvillkor är på väg. Elleverantörerna vill börja ta extra betalt av företag som har övertonsalstrande utrustningar.
I USA och Japan har övertoner blivit ett plågoris. Nästan alla elutrustningar, från malmkrossar till nätaggregat i datorer, har strömförsörjning som bygger på kraftelektronik. De här halvledarkretsarna, vare sig de är uppbyggda med tyristorer, transistorer eller dioder, är olinjära kretsar som alstrar övertonsströmmar.
Kraftelektronik bov och offer
Problemets kärnpunkt är att övertonerna alstras av kraftelektronik och att kraftelektroniken samtidigt är känslig för övertoner. Boven och offret är alltså identiska. Ju mer kraftelelektronik som används, desto större blir övertonshalterna och därmed risken för störningar.
Höga övertonshalter gör att elektroniken drabbas av "oförklarliga" störningar eller i värsta fall driftavbrott. Transformatorer och andra apparater i elnäten blir upphettade av de övertonsströmmar som passerar genom dem.
Det här växande problemet måste stävjas, anser elleverantörerna. I ett stort upplagt projekt har de kartlagt övertonsproblemet.
- Nivån är inte alarmerande hög, säger Gösta Bengtsson vid Göteborg Energi.
- Men på en del ställen har vi mätt upp övertonshalter som ligger nära den övre gränsen i normerna.
Projektet har pågått i två år i regi av kraftbranschens forskningsbolag Elforsk. Mätningarna har gjorts av fyra stora energiverk - i Göteborg, Helsingborg, Malmö och Stockholm. Hos 260 elkunder har man loggat spänning och ström under ett dygn, och för varje kund har man analyserat runt 40 000 mätvärden. Analyserna visar bland annat att tidningstryckerier smutsar ned elnäten mer än annan industri.
Skogen reviderar egen norm
I skogsindustrin, full av stora elmaskiner och processelektronik är man sedan länge medveten om riskerna med övertoner. Just nu revideras branschens egen norm SSG-41-01 för spänningsnivåer och spänningskvalitet .
- Vi uppdaterar den del av normen som handlar om övertoner, säger Rolf Mattsson på Skogsindustrins Teknik AB i Sundsvall.
- Frekvensomriktare och instrumenteringssystem är speciellt känsliga för övertoner, men det är också den elektronik som kommer in i alltfler andra utrustningar.
Det är framför allt femtetonen, 250 Hz, som orsakar problem, liksom tredjetonen som alstras av belysningsanläggningar. Övertonerna orsakar felfunktion hos elektronikutrustningar samt varmgång och överbelastning i industriernas elnät. Om elnäten blir överbelastade hotas ju samtidigt elförsörjningen till bland annat processelektroniken.
Ett krux är att det behövs specialister för att spåra övertonskällorna och att föreslå bra motåtgärder. En del motåtgärder är rena döbelnsmedicinen.
- Det är mycket vanligt att övertonsfiltren utformas så att de bara skyddar en enda sak genom att skicka övertonerna till en annan plats i nätet. Då flyttar man bara problemen, säger Rolf Mattsson.
Skogsindustriernas reviderade normer ska också tjäna som handbok för dem som arbetar med elsystem och processelektronik. Med bättre kunskaper hos de egna teknikerna kan industrin ställa högre krav på leverantörerna. De kan lättare utvärdera störningstålig elektronik och utrustningar som inte alstrar för mycket övertoner.
Nya krav på förbrukarna
Elleverantörerna har ett produktansvar - de är skyldiga att leverera el med en viss kvalitet.
Däremot har de knappast några möjligheter att ställa krav på förbrukarna, något som lär ändras om den nya ellagen som väntat träder i kraft vid årsskiftet.
- Då kan vi kräva att stora förbrukare får betala extra om de går över en viss övertonsgräns, säger Rolf Bengtsson vid Göteborg Energi.
- Principen bör rimligen vara att övertonerna reduceras vid källan. Det innebär också att arbetet med att se över normerna för olika apparater intensifieras.
Slutsatserna från Elforsks övertonsprojekt är visserligen bara förslag. Men med tanke på projektets uppbackning av branschen så torde förslagen vara väl förankrade.
Per Stymne
Simulator hittar övertoner
Vid årsskiftet träder nya europeiska regler i kraft som begränsar de övertoner som elektrisk utrustning får tillföra de allmänna elnäten.Här har företaget Analogy hittat en nisch. Nyligen lanserades Saber Power Correction Simulation Package, eller kort och gott Saber PFC, ett verktyg som hjälper konstruktören att hålla övertonerna inom tillåtna gränser. Målgruppen är konstruktörer av hushållsmaskiner och kraftelektronik.
Med Saber PFC kan man analysera de övertoner en konstruktion genererar utan att behöva bygga en prototyp. Konstruktören får veta huruvida de nya gränserna har överskridits. Övertoner som inte höll måttet visas, liksom hur mycket över gränsen man hamnade. Sedan är det "bara" att se till att strömmen blir sinusformad och ligger i fas med spänningen.
Charlotta von Schultz
Analogy har kontor i Stockholm, 08-761 50 65