Övertoner i lågfrekventa banmatningssystem

Sammanfattning: Övertonsdistorsionen ökar i hela världen i takt med den ökade användningen av kraftelektronik. De elektroniska enheterna är dessutom mycket beroende av en god spänningskvalitet för att fungera pålitligt och effektivt. Det mesta av all utrustning i kraftnätet är utformade för att fungera för en sinusformad spänning och ström, därför är det viktigt att känna till nivåerna och effekterna av övertoner samt vilka konsekvenser det medför. Övertoner är heltalsmultiplar av grundfrekvensen. Ström- och spänningsövertoner kan förekomma i järnvägsnätet och orsaka störningar. Dessa störningar kommer i allmänhet från olinjära laster. De olinjära lasterna medför att distorsion uppstår. Trafikverket ser ett behov av att analysera och kartlägga övertonsinnehållet i kraftsystemet för att få kunskap om övertonsnivåer i nätet. Arbetet utförs på nationell nivå, med hänsyn till fordonens utbredning och befintliga system. I detta arbete gjordes en kartläggning av spänningsövertoner och THD (Total Harmonic Distorsion) på banmatningssidan vid femton utvalda omformarstationer: Alingsås, Bastuträsk, Boden, Borlänge, Eldsbega, Gällivare, Häggvik, Kalix, Kiruna, Mellansel, Nässjö, Ockelbo, Ånge, Åstorp och Ösmo. De uppmätta nivåerna jämfördes stationerna emellan, avvikelser och likheter i övertonsnivåer beaktades tillsammans med avvikelser och likheter gällande system, trafik och teknik för att undersöka om det fanns återkommande samband. Mätvärdena tillhandahölls av Metrum i form av 10-minutersvärden för tidsperioden 2021-08-01 till 2022-11-30. Det gjordes även en kartläggning av relevanta standarder för övertoner i 16 2/3 Hz-nätet. Ingen relevant standard fanns att tillgå, istället användes immunitetsnivåer för enheter anslutna till 16 2/3 Hz-nätet för att undersöka om de uppmätta nivåerna låg under dessa med en god marginal. Höga nivåer av THD har upptäckts vid Bastuträsk, Borlänge, Mellansel, Nässjö, Ockelbo och Ånge. Det gemensamma för dessa stationer är att de har statiska omriktare av tekniken mellanledsomriktare eller direktomriktare. De är även alla, utom Nässjö, anslutna till 132 kV-nätet. Höga nivåer av jämna övertoner har upptäckts vid stationerna längs malmbanan: Boden, Gällivare och Kiruna. Höga nivåer av tionde övertonen har upptäckts vid stationer som har omriktare av modellerna TGTO, PCS och YOQC. Låga nivåer av både udda och jämna övertoner har upptäckts vid stationer som har roterande omformare eller multinivåomriktare men som samtidigt inte är ansluten till malmbanan. Det har observerats höga nivåer, i förhållande till närliggande övertoner, för övertoner i intervallet 16-24 för stationerna Boden, Eldsberga, Gällivare, Kiruna och Åstorp. Det har även observerats avvikande mönster för de tre första udda övertonerna i förhållande till andra stationer vid stationerna Boden, Kalix, Kiruna och möjligen Gällivare. För dessa observationer har ingen uppenbar förklaring eller tydligt samband kunnat hittas. Detta är ett av många förslag på fortsatt arbete inom ämnet. Nivåerna av övertoner och THD är inte för höga i förhållande till immunitetsgränserna som är satt till anslutna enheter mot 16 2/3 Hz-nätet.