Høyfrekvent støy og interferens: Hvordan en enkelt vifte veltet nettstasjons-kommunikasjonen
I dette caset ble kommunikasjonen til en nettstasjon forstyrret av høyfrekvent støy. Støyen var generert av en liten frekvensomformer som drev en vifte i nettstasjonen, men var stor nok til å hindre kommunikasjon mellom nettstasjonen og sentralen.
Caset
I et nylig fullført infrastrukturprosjekt var det bygd en rekke nettstasjoner som skulle ha kommunikasjon med en sentral. Driftstester mot slutten av prosjektet viste at det oppstod interferens når viftene som regulerte luften i stasjonene gikk, og at en ikke fikk tilstrekkelig kontakt mellom sentralen og nettstasjonene. Installatøren var ikke sikker på hvorfor det oppstod interferens, men mistenkte at sikkerhetsbrytere i nærheten av RTU-skapene kunne skape problemer. Disse viste seg å ikke overholde relevant EMC-standardisering. Å bytte alle bryterne i alle stasjonene ville bli tid- og kostnadskrevende, og kunne gjøre at leveringsfristen på prosjektet sprakk. De hyret derfor PQA for å finne årsak og løsning på interferensproblemene, før de begynte å implementere tiltak som kanskje ikke fungerte.
Undersøkelser
Det første PQA gjorde etter å ha fått beskrevet problemet, var å planlegge og utføre målinger i stasjonene. Det ble gjort to sett med målinger:
- Måling av strålt støy i nettstasjonene. Det ble her målt med en spektrumanalysator fra Tektronix, som kan måle mellom 9 kHz og 6,2 GHz. Det ble målt ved felles ledningsføring med signalkabler, ved sikkerhetsbrytere, ved RTU-skap, og ved frekvensomformere.
- Måling av ledningsbundet støy i kursen som forsynte frekvensomformeren. Det ble her målt med en spenningskvalitetslogger fra A-Eberle, som kan logge kontinuerlig opp til 200 kHz.
Målingene ble utført både mens frekvensomformerene var på, og når de var av.
Årsaken til interferensen
Det ble raskt synlig at problemet var ledningsbundet støy generert av frekvensomformerne. Disse var levert med styrte brytere (IGBTer) heller enn klassiske seks-puls likerettere. Dette gjør at påvirkningen på «normale» overharmoniske spenninger blir liten, men det blir generert støy på høyere frekvenser. Etter oppfølging mot leverandøren ble det klart at disse ikke hadde blitt levert med filter. Dette gjorde at høye støynivåer ved multiplum av svitsjefrekvensen på 8 kHz ble generert. Denne ledningsbundne støyen genererte så strålt støy ved de samme frekvensene. Det ble derfor målt moderat høye verdier nær felles ledningsføring med signalkablene, og lavere verdier i resten av rommet.
Mulige løsninger på problemet
Undersøkelsene viste at å bytte ut sikkerhetsbryterne ikke ville bidra til å løse problemet, siden det var høye nivåer av strålt støy over hele stasjonen. Å sette inn et EMC-filter ville kunne løse problemene, og burde kanskje vært gjort av leverandøren i utgangspunktet.
Leverandøren var nå blitt involvert og tilbød å levere et filter til produktet. Her gjorde imidlertid leverandøren en grov feil – og anbefalte kunden å sette inn spoler (reaktor), heller enn EMC-filter. Spoler vil være effektive for å dempe lavere ordens harmoniske (under 2 kHz). For eldre typer likerettere vil dette derfor normalt være en god løsning. Disse er basert på thyristorer, og leveres oftest som seks-puls likerettere (eller 12- og 24-puls, avhengig av størrelsen). Støy blir da generert ved 6n+-1 overharmoniske (hvor n er et heltall, altså 5. og 7. harmoniske, 11. og 13. harmoniske, osv.). Men i dette tilfellet var det benyttet likerettere med IGBTer, som generer høyfrekvent støy, dvs. støy med frekvens over 2 kHz. Høyfrekvent støy dempes i liten grad av spoler, men heller ved bruk av EMC-filter. Det ble derfor også hentet inn tilbudet på dette i regi av PQA.
En alternativ løsning
I dette tilfellet var det også en annen mulig løsning. For mange typer frekvensomformere er det mulig å endre svitsjefrekvensen på bryterne i omformeren. Ettersom generert støy avhenger av svitsjefrekvensen, vil en kunne endre hvilken støy som genereres ved å variere svitsjefrekvensen.
PQA utførte derfor målinger mens svitsjefrekvensen ble endret manuelt i omformerne, og disse viste at å redusere svitsjefrekvensen til 2 og 4 kHz kraftig reduserte generert støy (å øke den opp til 16 kHz gjorde at støyen økte kraftig).
Samtidig som dette ble utført, ble også ethernet-svitsjen som forsynte RTUen byttet om til en med industriell standard. Disse to tiltakene, som ikke krevde endring i det elektriske anlegget, førte til sammen at problemet ble løst. Dette gjorde at installatøren ikke trengte å kjøpe, installere og tegne inn ekstra komponenter, som reduserte kostnadene deres kraftig. Siden løsningen også var rask å implementere, så unngikk de stressende overtidsarbeid og fikk ferdigstilt anlegget sitt i tide.
Dette hadde ikke vær tilfelle om installatøren hadde prøvd den først antatte løsningen eller hørt på leverandøren!
For mer informasjon om PQAs tilbud innen problemløsning, se også her.