القضاء على عدم توازن الجهد

يؤدي عدم توازن الجهد إلى تدهور الأداء وتقصير عمر المحرك ثلاثي الطور. يمكن أن يؤدي عدم توازن الجهد في أطراف المحرك إلى عدم توازن التيار الذي لا يتناسب كثيرًا مع عدم توازن الجهد. تؤدي التيارات غير المتوازنة إلى نبضات عزم الدوران، وزيادة الاهتزازات والضغوط الميكانيكية، وزيادة الخسائر مما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة، وارتفاع درجة حرارة المحرك، مما يقلل من عمر عزل الملفات.

يتم تعريف نسبة عدم توازن الجهد من قبل الرابطة الوطنية لمصنعي الكهرباء (NEMA) على أنها 100 ضعف القيمة المطلقة للحد الأقصى لانحراف جهد الخط عن متوسط ​​الجهد في نظام ثلاثي الطور، مقسومًا على متوسط ​​الجهد. على سبيل المثال، إذا كانت جهود الخط المقاسة هي 462، 463، و455 فولت، فإن المتوسط ​​هو 460 فولت. عدم توازن الجهد هو:

(460 – 455) /460 × 100 = 1.1%

يوصى بألا يتجاوز عدم توازن الجهد عند أطراف المحرك 1%. تتطلب حالات عدم التوازن التي تتجاوز 1% خفض قدرة المحرك، وفقًا للشكل 20-2 من NEMA MG-1-2011، وسوف تُبطل معظم ضمانات الشركات المصنعة. تشمل الأسباب الشائعة لعدم توازن الجهد ما يلي:

• التشغيل الخاطئ لمعدات تصحيح معامل القدرة

• إمدادات المرافق غير متوازنة أو غير مستقرة

• بنك المحولات غير المتوازن الذي يوفر حملًا ثلاثي الطور وهو كبير جدًا بالنسبة للبنك

• عدم توزيع الأحمال أحادية الطور بالتساوي على نفس نظام الطاقة

• أحادية الطور غير محددة لأعطال الأرض

• دائرة مفتوحة على نظام التوزيع الأساسي

يتم إعطاء كفاءة محرك 1800 دورة في الدقيقة (RPM) وقوة 100 حصان (hp) كدالة لعدم توازن الجهد وحمل المحرك في الجدول 1 أدناه. لوحظ الاتجاه العام لتقليل الكفاءة مع زيادة عدم توازن الجهد في المحركات في جميع ظروف الحمل.

من المحتمل أن يكون عدم توازن الجهد هو المشكلة الرئيسية في جودة الطاقة والتي تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المحرك وفشل المحرك المبكر. إذا تم الكشف عن الفولتية غير المتوازنة، ينبغي إجراء تحقيق شامل لتحديد السبب. تحدث وفورات في الطاقة والتكلفة عند اتخاذ الإجراءات التصحيحية.

الأعمال المقترحة

• قم بمراقبة الفولتية بشكل دوري عند أطراف المحرك للتأكد من الحفاظ على عدم توازن الجهد أقل من 1٪. فكر في تركيب أجهزة استشعار ترسل إنذارات للقيم غير المقبولة أو معدلات تغير القيم. قد تكون شبكات الاستشعار اللاسلكية ISA100 ذات أهمية.
• تحقق من المخططات أحادية الخط للنظام الكهربائي لديك للتحقق من توزيع الأحمال أحادية الطور بشكل موحد.
• قم بتثبيت مؤشرات الخطأ الأرضي كما هو مطلوب وإجراء عمليات الفحص الحراري السنوية. مؤشر آخر على أن عدم توازن الجهد قد يكون مشكلة هو اهتزاز 120 هرتز. يجب أن يؤدي اكتشاف اهتزاز 120 هرتز إلى إجراء فحص فوري لتوازن الجهد.

مثال على توفير الطاقة وعدم توازن الجهد

افترض أن المحرك بقوة 100 حصان الذي تم اختباره كما هو موضح في الجدول 1 تم تحميله بالكامل وتشغيله لمدة 8000 ساعة سنويًا (ساعة/عام)، مع جهد غير متوازن قدره 2.5%. مع سعر الطاقة عند 0.08 دولار أمريكي/كيلوواط/ساعة (kWh)، فإن التوفير السنوي في الطاقة والتكلفة بعد اتخاذ الإجراءات التصحيحية هو:

توفير الطاقة السنوي = 100 حصان × 0.746 كيلووات/حصان × 8000 ساعة/عام × (100/93 – 100/94.4) = 9517 كيلووات ساعة

توفير التكلفة السنوية = 9,517 كيلووات في الساعة × 0.08 دولار أمريكي/كيلووات في الساعة = 760 دولارًا أمريكيًا

قد يكون التوفير الإجمالي أكبر بكثير لأن جهد الإمداد غير المتوازن قد يؤدي إلى تشغيل العديد من المحركات والمعدات الكهربائية الأخرى.

مزيد من الاعتبارات

يؤدي عدم توازن الجهد إلى عدم توازن التيار العالي للغاية. قد يكون حجم عدم توازن التيار أكبر من 6 إلى 10 أضعاف عدم توازن الجهد. بالنسبة للمحرك بقوة 100 حصان في المثال السابق، كانت التيارات الخطية (عند التحميل الكامل مع عدم توازن الجهد بنسبة 2.5%) غير متوازنة بنسبة 27.7%.

سوف يعمل المحرك بشكل أكثر سخونة عند التشغيل على مصدر طاقة مع عدم توازن الجهد. يتم تقدير الزيادة الإضافية في درجة الحرارة بالمعادلة التالية:

ارتفاع درجة الحرارة الإجمالي = ارتفاع درجة الحرارة المتوازن x (1 + 2 x (% عدم توازن الجهد)2/100)

على سبيل المثال، المحرك الذي ترتفع درجة حرارته بمقدار 80 درجة مئوية بسبب المقاومة سيواجه زيادة في درجة الحرارة بمقدار 6.4 درجة مئوية عند تشغيله في ظل ظروف عدم توازن الجهد بنسبة 2%. يتم تقليل عمر العزل المتعرج بمقدار النصف لكل زيادة بمقدار 10 درجات مئوية في درجة حرارة التشغيل.2

موارد

الرابطة الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية (NEMA) – قم بزيارة www.nema.org للحصول على معلومات إضافية حول اختلال توازن الجهد.

وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) — لمزيد من المعلومات حول كفاءة المحرك ونظام التشغيل المحرك وتنزيل أداة برنامج MotorMaster+، قم بزيارة الموقع الإلكتروني لمكتب التصنيع المتقدم (AMO) على Manufacturing.energy.gov.

مراجع

ريلاينس إلكتريك، “إمدادات الطاقة”، سبتمبر 1998.

2 “وقف تسرب مكلف: آثار الجهد غير المتوازن على حياة وكفاءة المحركات الكهربائية ثلاثية الطور.” مسائل الطاقة. وزارة الطاقة الأمريكية. شتاء 2005.

مراجع إضافية

المعلومات الواردة في ورقة النصائح هذه مستخرجة من منشور معايير NEMA MG-1-2011، المحركات والمولدات، وهو متاح للشراء من www.nema.org.