Problemy związane z energią elektryczną, które najczęściej dotykają zakłady przemysłowe, to między innymi chwilowe spadki i wzrosty napięcia, harmoniczne, stany nieustalone oraz asymetria napięcia i prądu.
W symetrycznym układzie trójfazowym napięcia fazowe powinny być sobie równe lub bardzo do siebie zbliżone. Asymetria jest miarą nierówności napięć fazowych. Asymetria napięcia jest miarą różnic napięcia pomiędzy fazami układu trójfazowego. Powoduje ona obniżenie sprawności i skrócenie okresu eksploatacji silników trójfazowych.
Wpływ stanów przejściowych na silniki może być poważny. Może nastąpić przebicie izolacji uzwojenia silnika, co może prowadzić do kosztownej przedwczesnej awarii silnika i nieplanowanego przestoju.
Badanie napięć stanu nieustalonego w silnikach
Napięcia stanu nieustalonego — chwilowe niepożądane skoki lub impulsy napięcia w obwodzie elektrycznym — mogą pochodzić z dowolnej liczby źródeł wewnątrz lub na zewnątrz zakładu przemysłowego.
Włączanie i wyłączanie sąsiednich odbiorników, baterii kondensatorów korygujących współczynnik mocy, a nawet odległe warunki pogodowe mogą generować napięcia stanu nieustalonego w systemach rozdzielczych. Stany nieustalone, które różnią się amplitudą i częstotliwością, mogą powodować erozję lub przebicie izolacji uzwojeń silnika.
Znalezienie źródła tych stanów nieustalonych może być trudne ze względu na częstotliwość ich występowania oraz fakt, że objawy mogą wyglądać w różny sposób. Na przykład w kablach sterowniczych może pojawić się stan nieustalony, który niekoniecznie powoduje bezpośrednie uszkodzenie sprzętu, ale może zakłócać jego działanie.
Dobrym sposobem identyfikacji i pomiaru stanów nieustalonych jest używanie trójfazowych analizatorów jakości zasilania z funkcją obsługi stanów nieustalonych, takich jak analizator jakości zasilania i parametrów silników elektrycznych Fluke 438-II. Funkcja stanów nieustalonych w mierniku jest ustawiona na wartość większą niż 50 V powyżej napięcia normalnego. Na wyświetlaczu miernika będą pokazywane stany nieustalone — potencjalnie problematyczne napięcia o wartości co najmniej 50 V powyżej poziomu normalnego.
Jeśli podczas początkowego pomiaru nie zostaną wykryte żadne stany nieustalone, dobrą praktyką jest pomiar i rejestrowanie jakości zasilania na przestrzeni czasu za pomocą zaawansowanego przemysłowego rejestratora jakości zasilania, takiego jak trójfazowy rejestrator jakości zasilania Fluke 1750.
Jakie są przyczyny napięcia niesymetrycznego?
Asymetryczny układ trójfazowy może powodować, że silniki trójfazowe i inne obciążenia trójfazowe będą miały niską sprawność lub dojdzie do ich przedwczesnej awarii w wyniku wystąpienia następujących czynników:
- Naprężenia mechaniczne w silnikach powstające na skutek wyjściowego momentu obrotowego niższego niż w warunkach normalnych
- Natężenie prądu w silnikach i prostownikach trójfazowych wyższe niż w warunkach normalnych
- Prąd niesymetryczny będzie płynął w przewodach neutralnych w obwodach trójfazowych w układzie gwiazdy
Asymetria napięcia na zaciskach silnika powoduje dużą asymetrię prądu, która może być 6–10 razy większa od asymetrii napięcia. Występowanie prądów niesymetrycznych prowadzi do pulsacji momentu obrotowego, zwiększonych wibracji i naprężeń mechanicznych, większych strat i przegrzewania się silnika. Asymetria napięcia i prądu może również wskazywać na problemy związane z konserwacją, takie jak luźne połączenia i zużyte styki.
Asymetria może pojawić się w każdym punkcie systemu rozdzielczego. Obciążenia powinny być rozłożone równomiernie na wszystkie fazy tablicy rozdzielczej. Jeśli jedna faza będzie zbyt mocno obciążona w porównaniu z innymi, napięcie w tej fazie będzie niższe. Transformatory i silniki trójfazowe zasilane z takiej tablicy mogą się nagrzewać, pracować głośniej, nadmiernie wibrować, a nawet ulec przedwczesnej awarii.
Jak obliczyć asymetrię napięcia?
Asymetrię napięcia oblicza się w prosty sposób. W wyniku otrzymuje się procentową wartość asymetrii, która może posłużyć do określenia dalszych działań z zakresu wyszukiwania i usuwania awarii silników. Obliczenia odbywają się w trzech krokach:
- Określenie średniej wartości napięcia lub natężenia prądu
- Obliczenie największego odchylenia napięcia lub natężenia prądu
- Podzielenie maksymalnego odchylenia przez wartość średnią napięcia lub natężenia prądu, a następnie pomnożenie przez 100%: asymetria = (maksymalne odchylenie od wartości średniej U lub I / wartość średnia U lub I) x 100
Ręczne obliczanie asymetrii polega na określeniu asymetrii napięcia lub natężenia prądu w danym momencie. Analizator napędów silnikowych, taki jak Fluke 438-II, będzie w czasie rzeczywistym wskazywał asymetrię napięcia lub natężenia prądu, w tym wszelkie zmiany w asymetrii.