Yliaaltojen suodatus laboratorio- ja toimistorakennuksessa

Abstract

Yliaallot heikentävät sähkön laatua ja vääristävät sähkölaitteiden saamaa jännitettä epäsinimuotoiseksi. Epälineaariset sähköjärjestelmän ja -verkon osat tuottavat yliaaltoja käyttämäänsä sähköjärjestelmään. Ilmiöstä käytetään myös nimitystä särö, sillä sinimuotoinen aalto vääristyy eli säröytyy yliaaltojen vaikutuksesta.

Yliaallot yleistyvät jatkuvasti kaikissa sähköverkoissa ja ikäännyttävät sähkölaitteita. Vaihtosähköllä toimivat sähkölaitteet on suunniteltu käytettäväksi sinimuotoisella jännitteellä, minkä vuoksi yliaallot voivat aiheuttaa ongelmia. Lisäksi on huomattava, että erilaiset ohjaus- ja viestisignaalit saattavat häiriintyä yliaalloista. Joissakin tapauksissa yliaallot ovat myös läsnä oleville ihmisille häiriöksi: sähkölaitteiden mekaaniset osat voivat resonoidessaan aiheuttaa melua ja valonlähteissä voi ilmetä silmin nähtävää välkyntää.

Tässä opinnäytetyössä käsitellään yliaaltoihin liittyvä teoria, selvitetään yliaaltojen haittavaikutuksia ja tarkastellaan erilaisia suodatusratkaisuja. Työn edetessä tuodaan esille kuhunkin osa-alueeseen liittyvät standardit ja säädökset.

Tutkimuskohteena toimi Tampereella sijaitseva laboratorio- ja toimistorakennus. Rakennuksessa oli ennen työn aloittamista havaittu sähkölaitteista peräisin olevaa häiritsevää särinää, jonka arveltiin johtuvan heikkolaatuisesta sähköstä. Johtopäätöksenä syntyi tarve kartoittaa sähkön laatu rakennuksen sähköjärjestelmässä. Räätälöidyn ratkaisun etsimistä käsittelevä prosessi esitetään vaihe vaiheelta tässä opinnäytetyössä. Vian kohdentamismenettelyjä ja laskelmia voidaan soveltaa yleisesti yliaaltojen hallintaan kuluttajan päässä.

Distortion in the field of electrical engineering is a concept that weakens the quality of electrical power. Some electrical equipment generate wave overtones that corrupt both current and voltage waveforms. AC voltage is supposed to be as close to sine wave form as possible to ensure good power quality. The overtones are also called harmonics.

Harmonics are getting more and more common in all electrical grids due to the increased unlinear loads and the use of power electronics. Distorted voltage strains electrical equipment, corrupts and disturbs electrical control signals and causes resonance and flickering that may disturb the personnel working in the area.

This thesis includes theory on harmonics, study on the harmful effects caused by distortion and possible solutions on how to filter these overtones. All applicable standards and regulations are brought up in the thesis.

A laboratory and office building was used as a research subject during this thesis. The personnel had asked for a power quality analysis due to some abnormal behavior of electrical devices. The goal was to measure and analyze power quality in the mentioned building’s electrical network and find a filtering solution if needed.

The whole process from analyzing power quality to finding an applicable filtering solution is presented step by step in this thesis. The procedure can be applied to manage harmonics at the end users’ facilities in common power supply systems.