أثر عدم توازن الجهد

إذا كنت تستخدم أنظمة ثلاثية الطور ، فيجب أن تكون على دراية بالجهود غير المتوازنة ، وهي واحدة من أكثر مشكلات الطاقة الكهربائية شيوعًا للمنشآت الصناعية. تكون فرص حدوث اختلالات في مصنعك مرتفعة عندما لا يكون لديك تدابير لمنعها. يعد اكتشاف الاختلالات قبل أن تتسبب في أضرار جسيمة لمعداتك أمرًا مثاليًا.

أدناه، اكتشف ما هي حالات عدم توازن الجهد، وأسبابها، وكيف يمكنك منعها واختبارها لحماية أنظمتك الكهربائية.

ما هو عدم توازن الجهد ثلاثي الأطوار؟

يكون نظام القدرة ثلاثي الطور متوازنًا أو متماثلًا عندما يكون للجهود التيارات ثلاثية الطور والتيارات السعة نفسها. يعني النظام غير المتوازن أن جهود المرحلة غير متساوية.

يقيس هذا الخلل الفرق بين أطوار الجهد في نظام ثلاثي الطور. مشكلة الطاقة الكهربائية هذه شائعة في محطات الطاقة الصناعية أو أي مصنع يدير آلات كبيرة بمحركات قوية.

يمكن أن تؤثر اختلالات الجهد في العديد من جوانب عملياتك ، بما في ذلك كفاءة المحرك والتكاليف والأضرار.

ما الذي يسبب الفولتية غير المتوازنة؟

ينص ANSI C84.1 على أنه يجب تصميم أنظمة الإمداد الكهربائي وتشغيلها للحد الأقصى من عدم توازن الجهد إلى 3% عند قياسه على عداد الكهرباء في ظل ظروف عدم التحميل. هذا يعني أنه من مسؤولية المستخدم التحقق من حالة توازن جهد المصنع الخاص به.

عندما يكون الجهد غير متوازن ، فعادةً ما يكون ذلك بسبب توزيع حمل النظام. يمكن أن تحدث هذه الاختلالات في أي نقطة في النظام ، ويمكن أن تحدث أنظمة الطاقة غير المتوازنة لأسباب عديدة.

فيما يلي بعض الأسباب الأكثر شيوعًا للجهود غير المتوازنة:

• عدم التناسق في خطوط النقل
• أحمال كبيرة أحادية الطور ، مثل أفران القوس أو عمال اللحام
• البنوك مكثف تصحيح عامل القدرة الخاطئ
• افتح محولات دلتا أو واي
• ناتج عزم دوران منخفض يسبب ضغوطًا ميكانيكية
• التيار العالي في المقومات والمحركات ثلاثية الطور
• عدم التوازن الحالي يتدفق في الموصلات المحايدة
• التشغيل الخاطئ لمعدات تصحيح عامل القدرة
• توريد المرافق غير متوازن أو غير مستقر
• بنك المحولات غير المتوازن يوفر حمولة ثلاثية الطور كبيرة جدًا بالنسبة للبنك
• أحمال أحادية الطور موزعة بشكل غير متساو على نفس نظام الطاقة
• أخطاء أحادية الطور إلى الأرض غير محددة
• الموصلات أو الموصلات المفكوكة والمتآكلة والمنقورة

حتى ظروف النبات يمكن أن تسبب أو تساهم في عدم توازن الجهد. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي المحولات ذات التحميل الزائد، وأجهزة تصحيح معامل القدرة المعطلة، وأدوات التحكم الدورية، والمفاعلات المفككة إلى اختلال التوازن. حتى ما يحدث في المصنع المجاور أو أبعد من خط الكهرباء يمكن أن يؤثر على عدم توازن الجهد في منشأتك.

آثار عدم توازن الجهد

يمكن أن يؤدي عدم توازن الجهد إلى الإضرار بالمحركات. يتسبب الاختلاف في جهد الطور في حدوث تيارات متداولة في محركات ثلاثية الطور ، مما يؤدي إلى عدم اتزان تيار أعلى من ستة إلى 15 مرة من عدم اتزان الجهد. يساهم التيار الإضافي في زيادة تسخين المحرك ، والتي يمكن أن تكون شديدة مع عدم توازن كبير بدرجة كافية. تؤدي درجة حرارة المحرك المرتفعة هذه إلى تدهور العزل المحيط ، مما يقصر من عمر المحرك ويؤدي إلى احتراق المحرك.

تشمل التأثيرات الأخرى للتيار والجهد غير المتوازن زيادة النبض ، والضغط الميكانيكي ، والاهتزاز ، والخسائر. بالإضافة إلى ذلك ، تعد مشكلات الصيانة مثل جهات الاتصال البالية والوصلات المفكوكة أمرًا شائعًا. يمكن أن تتسبب هذه المشكلات في تشغيل المحرك بصوت عالٍ، وتشغيله في درجات حرارة مرتفعة، وفشله قبل الأوان.

علاوة على ذلك ، سيؤدي عدم توازن الجهد إلى التخلص من نسبة تيار لف الدوار المقفل ، والذي يعد مرتفعًا نسبيًا بالفعل ، وسيتم تقليل سرعة التحميل الكاملة بشكل طفيف وسيتم تقليل عزم الدوران. إذا كان عدم توازن الجهد كبيرًا بما يكفي ، فقد لا تكون قدرة عزم الدوران المنخفضة كافية للتطبيق ولن يصل المحرك إلى سرعته المقدرة.

ينص معيار NEMA MG-1 على أن المحركات متعددة الأطوار يجب أن تعمل بنجاح في ظل ظروف التشغيل عند الحمل المقنن عندما لا يتجاوز عدم توازن الجهد في أطراف المحرك 1٪. علاوة على ذلك، لا يُنصح بتشغيل محرك به حالة عدم توازن تزيد عن 5%، ومن المحتمل أن يؤدي ذلك إلى تلف المحرك.

على الرغم من أنه غير مرغوب فيه بشكل عام ، فقد يكون الإجراء التصحيحي الآخر هو تقليل سرعة المحرك. عندما يتجاوز عدم توازن الجهد 1٪ ، يجب إيقاف تشغيل المحرك حتى يعمل بنجاح. يشير منحنى خفض الانحدار ، الموضح أدناه ، إلى أنه عند حد 5٪ الذي حددته NEMA لعدم الاتزان ، سيتم سحب المحرك بشكل كبير ، إلى حوالي 75٪ فقط من تصنيف القدرة الحصانية الخاص به.

يمكن أن يؤدي عدم توازن الجهد إلى إتلاف محولات التيار المباشر ثلاثية الطور المستخدمة في محركات التردد المتغير (VFD). محركات التردد المتغير الإشكالية (VFD) التي لها تعثر مزعج ، والتي تظهر جميع علامات الحمل الزائد للدائرة ، على الرغم من أن القياسات تظهر خلاف ذلك ، قد يكون لها تيارات طور غير متوازنة. قد تصبح تيارات خط VFD غير متوازنة للغاية بسبب التيار الزائد في مرحلة أو مرحلتين. يحدث هذا على الرغم من أن متوسط ​​التيار للمراحل الثلاثة أقل بكثير من التصنيف الحالي لـ VFD.

تستخدم الواجهة الأمامية لـ VFD ترتيبًا من الثنائيات عالية الطاقة لتحويل طاقة إدخال التيار المتردد ثلاثية الطور لإنشاء ناقل التيار المستمر كخزان لقسم عاكس الطاقة. يتم رسم التيار من خلال قسم مقوم الإدخال في نبضات. من الناحية المثالية، يتم تقسيم تدفق التيار عبر كل صمام ثنائي بالتساوي، ومع ذلك، فإن عدم توازن الجهد الموردة إلى مدخل VFD يسبب طاقة غير متساوية من خلال الثنائيات الفردية مما يؤدي إلى فشل سابق لأوانه ومتكرر لثنائيات الطاقة. سيؤدي الإخراج غير المتوازن للديودات الحالية إلى إنشاء محتوى متناسق متزايد. عندما تصبح نبضات الخرج غير متوازنة بشكل أكبر، ستزداد أيضًا توافقيات التيار الثلاثي.

لماذا هذا مهم؟

الأسباب الأكثر وضوحًا للاهتمام بعدم توازن الجهد هي انخفاض كفاءة المحرك وأدائه – وكلاهما يؤثر على ربحية شركتك. ستختلف كفاءة أي محرك معين اعتمادًا على عوامل مثل نوع التطبيق والحمل وجهد الإمداد.

سيؤدي التشغيل على مصدر طاقة مع عدم اتزان جهد أكبر إلى زيادة خسائر I ² R – أي تربيع التيار مرات المقاومة – في الدوار والجزء الثابت ، مما يعني أن المزيد من الطاقة الموردة سيتم تحويلها إلى حرارة وأقل للعمل. سوف يعمل المحرك أكثر سخونة ، وبالتالي أقل كفاءة. لاحظ أن الخسائر المتزايدة للدوار ستزيد من “الانزلاق” ، وبالتالي فإن المحرك سوف يدور بشكل أبطأ قليلًا ويقوم بعمل أقل في وقت معين.

تنص معادلة أرينيوس الأساسية على أن المعدل الكيميائي يتضاعف مع كل زيادة درجة مئوية في درجة الحرارة. ومن خلال تطبيق هذه المعادلة على عزل المحرك، من السهل أن نرى أن أي زيادة في درجة الحرارة سوف تقلل بشكل كبير من عمر المحرك. يوضح الجدول التالي تأثيرات درجة حرارة اللف الناتجة عن عدم توازن الجهد.

نظرًا لأن الاختلالات تلحق الضرر بالمعدات الخاصة بك ، فإن مصنعك سيتعرض لوقت تعطل لأن المحركات لا تعمل بكفاءة كما ينبغي. بالإضافة إلى الأموال المفقودة خلال فترة التعطل ، ستتطلب محركاتك التالفة عمليات استبدال أو إصلاحات مكلفة

كيفية منع نظام الطاقة غير المتوازن

لمنع عدم توازن الجهد ، يجب توزيع الأحمال بالتساوي عبر مراحل اللوحة. عندما تصبح إحدى المراحل محملة بشكل أكبر من الأخرى ، فإن الجهد في تلك المرحلة سيكون منخفضًا ، مما يؤدي إلى عدم التوازن. يساعد التوزيع المتساوي للأحمال على منع زيادة التحميل على مرحلة واحدة.

يساعدك فهم أسباب عدم التوازن أنت والفنيون في البحث عن العلامات والعمل على منعها. أفضل طريقة لمنع الاختلالات هي اختبار اختلالات الجهد وتحديد السبب المحتمل لها. حتى إذا كان هناك خلل طفيف في مكان ما في النظام ، فإن اختباره الآن يمكن أن يساعدك في اكتشافه قبل أن تكون التأثيرات ضارة. يمكن لجهاز اختبار ATPOL III ™ Energized Electrical Signature Analysis (ESA) مع برنامج ATPOL 8.0 المصاحب قياس وحساب عدم اتزان الفولتية الموردة إلى وحدات العمل الصناعية هذه كجزء من الاختبارات الروتينية للمحرك النشط التي تستغرق أقل من دقيقة واحدة. يقوم برنامج ATPOL 8.0 بحساب النسبة المئوية لعدم توازن الجهد ويوفر عامل تخفيض الجهد المناسب.

يمكن توصيل ATPOL III™ المحمول بسرعة باستخدام موصل خاص لموصلات ALL-SAFE © المثبتة مسبقًا أو باستخدام أجهزة مقطعية قابلة للإزالة ومسبارات الجهد في أي وحدة تحكم في المحرك يمكن الوصول إليها بسهولة أو فصلها. لتوفير حماية إضافية لـ VFD ذات الشعبية المتزايدة، يمكنهم أيضًا اختبار طاقة الإدخال لوحدات التحكم باهظة الثمن هذه لضمان عدم وجود ظروف عدم توازن الجهد التي يمكن أن تؤدي إلى عدم توازن التيار من خلال أقسام المقوم.

كيفية حساب التيار غير المتوازن

لحساب النسبة المئوية للجهد غير المتوازن يدويًا ، تحتاج أولاً إلى تحديد متوسط ​​التيار أو الجهد وأكبر انحراف. بعد ذلك ، ستقسم الانحراف على متوسط ​​الجهد وتضرب هذا الرقم في 100 لتحصل على النسبة المئوية.

نسبة عدم اتزان الجهد:

على سبيل المثال: V1 = 469

ع 2 = 478

ع 3 = 461

متوسط ​​الجهد = 469.33 V2 وله أقصى انحراف 8.66667

% VUB = 100(8.66667/469.33) = 1.84%

ATPOL هي الأداة المثالية للإضافة إلى مجموعة أدوات الصيانة التنبؤية الخاصة بك لاختبار المحرك النشط. يسمح إجراء اختبار محرك ESA بشكل روتيني باستخدام ALL-SAFE PRO © للمصانع بإجراء فحص كامل لنظام المحرك بأكمله بسرعة.

يستخدم ATPOL III ™ جهد المحرك والتيار للوصول إلى:

• الحالة من القوة الواردة
• الحالة الكهربائية والميكانيكية للمحرك وعدم الاتزان
• المحاذاة غير الصحيحة
• شروط تحمل
• رخاوة
• فرك الحمل
• الحالات الشاذة في العملية ، مثل التجويف

يمكن إجراء القياسات المحمولة بسهولة من أي محركات لا تحتوي على جميع الخزائن باستخدام أجهزة مقطعية محمولة أو مثبتة أو مرنة.

يقوم ATPOL III™ بإجراء التقاط بيانات متزامن لجميع المراحل الثلاث للجهد والتيار لإنشاء الرسوم البيانية والجداول وشاشات العرض لاستخدام جودة الطاقة كأداة صيانة تنبؤية ضرورية لوضع أجهزتك في أعلى مستوى عالمي مرافق. استخدم عدم الاتزان V للتنبؤ بفشل عزل الملف السابق لأوانه لتحديد انخفاض عمر المحرك الناتج عن عدم توازن الجهد.

اختبر محركاتك بدقة مع ALL-TEST PRO

يعد اختبار المحرك أمرًا بالغ الأهمية لضمان عمل المعدات الخاصة بك بشكل صحيح والعثور على أي أخطاء أو مشكلات محتملة حتى يمكن حلها. لضمان الدقة عند اختبار محركاتك ، استخدم منتجات ALL-TEST. سواء كنت تقوم باختبار عدم توازن الجهد الكهربي أو إجراء اختبار إلغاء الطاقة ، يمكن أن تساعدك منتجاتنا في تحديد حالة المحرك الخاص بك.

ATP يعرف المحركات. ATP متخصص في الحلول النشطة وغير النشطة للاختبار الميداني. تتميز منتجات ATP بأنها محمولة في الميدان، وخفيفة الوزن، وسهلة الاستخدام، ودقيقة، وتوفر الكشف المبكر عن المشكلات المحتملة، للحفاظ على تشغيل المصنع بكفاءة وأمان.