DEBATT
Ökningen av mängden kraftelektronik i elnäten, exempelvis i solceller och elbilsladdare, påverkar elkvaliteten, skriver Martin Lundmark. Ett aktuellt, svårförklarat exempel med fel på jordfelsbrytare på ett sjukhus illustrerar utmaningen. Vi måste lära oss mer om konsekvenser av switchbrus, menar han.
Det pågår en förändring i elnäten, och dess egenskaper, när vi ersätter passiva laster som glödlampor, elelement och traditionella elmotorer med dess ersättare baserade på kraftelektronik. Dessutom tillför vi solceller och elbilsladdare samt strävar till en ökad effektivitet och styrbarhet.
Samtidigt som vi glatt noterar dessa positiva förbättringar, så sker det en förändring gällande att dessa apparater kan störa varandra och påverka varandras driftsegenskaper negativt. Detta område handlar om elkvalité och elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Även om området kan vara svårt att begripa, så påverkar det oss ändå.
En incident vid provning av jordfelsbrytare på ett sjukhus i Västra Götalandsregionen, har skapat ett dilemma för ägaren av elanläggningen. Vilka jordfelsbrytare skall man välja så att man vet att jordfelsbrytaren fungerar i anläggningen? Man har provat 4 olika jordfelsbrytaren men ingen klarar normenligt test i anläggning. Switchbrus genereras i de flesta av dagens kraftelektronikbaserade produkter som vi köpt och installerat i mer än ett decennium. Det handlar om produkter som mobilladdare, ljuskällor, solcellsanläggningar, elbilsladdare, varvtalsstyrda motorer etc.
Nivån av switchbruset som genereras i en apparat kan variera. Vi saknar fortfarande produktnormer som sätter gränser för hur mycket en enskild apparat får generera.
Det finns hos Elsäkerhetsverket en incidentrapport med diarienummer 23EV2449 som handlar om jordfelsbrytare som inte fungerar vid test (3 typ A och en typ B testades). Misstanken är att jordfelsbrytaren ”somnar in” vid höga nivåer i av switchbrus (i frekvensområdet för Supraharmonics, 2–150 kHz).
Det verkar som om något blockerar att jordfelsbrytare kan lösa ut för läckström vid driftsfrekvens (50 Hz) inom stipulerad tid, om det samtidigt förekommer switchfrekvenser i frekvensområdet 2–150 kHz i nivåer över ca 50 mA.
En möjlig hypotes är, att det transientskydd som skall undvika ”falskutlösning” vid inkopplingsströmmar i jordfelsbrytaren, ”tolkar” switchbruset som upprepade transienter och därmed förhindrar utlösning av jordfelsbrytaren.
I incidentrapportens sammanfattning kan vi läsa; ”Vid periodisk kontroll av jordfelsbrytare på ett sjukhus hittades ett antal jordfelsbrytare som inte blev godkända vid funktionstest.” Felet bestod i att brytarna inte löser ut inom de tider som fordras enligt SS-EN 61008–1. För att hantera problemet på ett systematiskt sätt bestämdes att felsökning skulle inledas på en av jordfelsbrytarna.
Jordfelsbrytaren (nr.1) byttes ut och nya funktionstest genomfördes med samma resultat, den nya jordfelsbrytaren (nr.2) blev inte godkänd. Även den nya jordfelsbrytaren (nr.2) ersattes av en ny jordfelsbrytare (nr.3) fast av ett annat fabrikat än dom två föregående, inte heller denna gång klarade jordfelsbrytaren (nr.3) funktionsprovet. Alla tre jordfelsbrytarna som hittills provats var av typ A. Vid ett fjärde och sista försök ersattes jordfelsbrytaren (nr.3) av en jordfelsbrytare typ B (nr.4) med samma resultat som de tre föregående jordfelsbrytarna.
De tre jordfelsbrytarna av Typ A (nr.1, nr.2 och nr.3) togs med till elverkstaden och kontrollerades i provbänk. Det kunde konstateras att jordfelsbrytarna med god marginal uppfyllde funktionskraven vid proven i elverkstaden.”
Proven på sjukhuset, genomfördes bland annat, vid normal drift. Läser man i instruktioner för instrumenten så kan det stå att man skall koppla bort (slå av) inkopplade elapparater vid prov. Detta kan då innebära att det switchbrus som normalt alstras av apparaterna i elanläggningen minskar i nivå när provet genomförs.
Anläggningsägaren har ett ansvar för sin anläggning när det gäller EMC/EMI. Här uppstår ett dilemma för anläggningsägaren, om det fortfarande saknas apparatnormer som begränsar nivån av switchbrus som genereras i de apparater som erbjuds på marknaden. och om anläggningsägaren inte kan hitta jordfelsbrytare som klarar funktionstest enligt SS-EN 61008–1. ”Jordfelsbrytare utan inbyggt överströmsskydd för bostadsinstallationer och liknande (RCCB) – Del 1: Allmänna regler”
Switchbrus förekommer ofta i spänningsamplitudnivåer 100–1000 gånger lägre än nätfrekvensens 230 V och dessutom i frekvensområdet 2–150 kHz där många saknar lämpliga mätinstrument.
Den som önskar en ytterligare beskrivning av switchbrus i kombination med jordfelsbrytare så kan man till exempel läsa artikeln; “Behavior of Residual Current Devices at Frequencies up to 50 kHz”. Jag ser det som absolut nödvändigt att vi snarast får produktnormer gällande switchbrus på samma sätt som vi en gång fick produktnormer gällande övertoner (upp till 2kHz).
Vi måste lära oss mer av vad konsekvensen av switchbrus är i elnät. Jag ser det dessutom som nödvändigt att öka kunskapen framför allt till de elektriker och ingenjörer som utbildas idag men även till övriga som verkar i elbranschen.
3 comments
3 Comments
Nils-Åke Sandberg
17 november, 2024, 3:34 e mKänner igen problemet, som uppstod på präglad likströmssignal mellan två apparater matade från varsin transformator. Nivåskillnaden mellan jordarna orsakade störningar i mätströmmen. Problemet löstes med ett 100 Mohm motstånd texten löd “ansluten till jord” i bestämmelsen och det är den ju via motståndet också. Galvaniska skiljningen blev i princip överkörd av det sätt man jordat sekundärlindningen i apparaten på.
I jordfels brytar fallet kommer flera av de högre frekvenserna i resonans och motfas med 50 hz och släcker strömmen som ska utlösa brytningen, genom sk. Stående våg förhållande i ledningen. Behövs ett känsligt oscilloskop för att kunna se fenomenet.
I alla apparater jag undersökt har jag noterat samma fel som ovan och då kan digitala signaler läcka ut i jord och skapa problem med jordfelbrytaren som inte fungerar.
Har dessutom nollan och jord kopplats ihop innan jordfelsbrytaren blir det inte bättre av det. Följa bestämmelser in absurdum och på fel sätt, leder alltid till problem.
Har exempel på bristfällig efterhantering (glättning) efter likriktning som störde ut flygradion från en bagagevåg som också var lätt att lösa. (Hörde 50 hertzen via telefon, antenninduktion.)
I nollan går utjämningsströmmar från ojämna fasbelastningar. Vikarierade som ellärare på elprogrammet i ett halvår och eleverna var det absolut minsta problemet. Skolmiljön ligger 50 år efter sin tid och jag skulle inte stått ut på den skolan, de 7 år i yrkeslivet som då återstod. (Rektorn hade biologisk bakgrund och var helt ute och cyklade, dylika skolledare måste gallras bort.)
REPLYSabine A
14 november, 2024, 5:35 e mDet låter ju helt horribelt att utrustning skall slås av innan test? Det är ju inte ett normalt driftfall? Jag kan samtidigt förstå att det är svårt för dem att ta ansvar för helheten men vad gäller en säkerhetsfunktion som en jordfelsbrytare utgör kan jag inte se annat än att produkten måste tåla en relativt normal modern elmiljö med allt vad det innebär.
Det skall bli intressant att se vad den nya tidens kraftelektronikhalvledare som tål betydligt högre switchfrekvenser kommer göra åt dessa störningar. Kanske blir det då mer störningar som spiller över i de frekvensområden där det idag är betydligt mer reglerat.
REPLYMarcus Eklund
13 november, 2024, 6:24 f mTack Martin för din artikel!
Det du skriver om tror jag att vi lätt kan missa vid ett jordfelsbrytartest.
I fallet på sjukhuset testades jordfelsbrytarna med instrument.
Instrumentet avbröt testerna när jordfelsbrytarna inte klarade av att lösa ut inom tidsramen som gäller för personskydd vid en felström på 5x märkfelströmmen (30mA).
Om jordfelsbrytarna däremot provades med testknappen löste de ut.
Vid en närmare kontroll mättes strömmen i nollan via ett högpassfilter.
Mätningen kunde då påvisa en obalansström i ett frekvensområde på ca 5 -10 kHz.
Tester i labbänk visade ett en ström i det här frekvensområdet inledningsvis gör jordfelsbrytarens utlösningsfunktion långsammare för att med stigande strömstyrka till slut blockera den helt.
När jordfelsbrytaren väl blockerats av en obalansström i frekvensområdet 1kHz -100kHz fungerade inte testknappen längre.
Fallet på sjukhuset indikerar att det kan uppstå problem med jordfelsbrytare som utsätts för obalansströmmar som innehåller komponenter i frekvensområdet 1kHz – 100kHz, jag utesluter inte att även högre frekvenser har samma påverkan, men det är inte undersökt.
Det här är ett problem som vi inte upptäcker så lätt, än mindre kanske har resurser att utreda.
Om det inträffar en olycka på grund av att en jordfelsbrytare blockerats av switchbrus är det inte osannolikt att det i efterhand är omöjligt att klargöra orsaken och därför kommer vi inte heller få se några rapporter som pekar ut sambandet mellan switchbrus och jordfelsbrytare.
Vad vi vet om fallet på sjukhuset var anläggningen i ett normalt driftläge och vi hade inga indikationer på fel i anläggningen.
REPLYMen vad händer om till exempel ett filter går sönder i en switchad nätdel?
Kan man hamna i ett läge där nätdelen fortfarande fungerar som den ska, bortsett från filtreringen, och att vi riskerar få höga halter av obalansströmmar i ett frekvensområde som kan blockera utlösningsfunktionen hos jordfelsbrytare?