Eliminer spændingsubalance

Spændingsubalance forringer ydeevnen og forkorter levetiden for en trefaset motor. Spændingsubalance ved motorterminalerne kan forårsage strømubalance, der er langt ude af proportioner med spændingsubalancen. Ubalancerede strømme fører til momentpulseringer, øgede vibrationer og mekaniske belastninger, øgede tab, hvilket resulterer i lavere effektivitet, og overophedning af motoren, hvilket reducerer viklingernes isoleringslevetid.

Procentvis spændingsubalance er defineret af National Electrical Manufacturers Association (NEMA) som 100 gange den absolutte værdi af den maksimale afvigelse af linjespændingen fra den gennemsnitlige spænding på et trefaset system, divideret med den gennemsnitlige spænding. Hvis de målte ledningsspændinger f.eks. er 462, 463 og 455 volt, er gennemsnittet 460 volt. Spændingsubalancen er:

(460 – 455) /460 x 100 = 1.1%

Det anbefales, at spændingsubalancer ved motorterminalerne ikke overstiger 1%. Ubalancer, der overstiger 1%, kræver neddrosling af motoren i henhold til figur 20-2 i NEMA MG-1-2011, og vil ugyldiggøre de fleste producenters garantier. Almindelige årsager til spændingsubalance omfatter:

– Fejlbetjening af udstyr til effektfaktorkorrektion

– Ubalanceret eller ustabil strømforsyning

– Ubalanceret transformerbank, der forsyner en trefaset belastning, som er for stor til banken.

– Ujævnt fordelte enfasede belastninger på det samme elsystem

– Uidentificerede enfasede jordfejl

– Et åbent kredsløb på distributionssystemets primære

Virkningsgraden for en motor med 1.800 omdrejninger pr. minut (RPM) og 100 hestekræfter (hk) er angivet som en funktion af spændingsubalance og motorbelastning i tabel 1 nedenfor. Den generelle tendens til reduktion af effektiviteten med øget spændingsubalance observeres for motorer ved alle belastningsforhold.

Spændingsubalance er sandsynligvis det største problem med elkvaliteten, som resulterer i overophedning af motoren og for tidlige motorsvigt. Hvis der opdages ubalancerede spændinger, skal der foretages en grundig undersøgelse for at finde årsagen. Energi- og omkostningsbesparelser opstår, når der træffes korrigerende foranstaltninger.

Foreslåede handlinger

• Overvåg jævnligt spændingerne ved motorens terminaler for at kontrollere, at spændingsubalancen holdes under 1%. Overvej at installere sensorer, der sender alarmer ved uacceptable værdier eller ændringer i værdier. ISA100 trådløse sensornetværk kan være af interesse.
• Tjek dit elsystems enkeltledningsdiagrammer for at verificere, at enfasede belastninger er jævnt fordelt.
• Installer jordfejlsindikatorer efter behov, og udfør årlige termografiske inspektioner. En anden indikator for, at spændingsubalance kan være et problem, er 120-hertz (Hz)-vibrationer. Hvis man finder en 120 Hz-vibration, bør man straks kontrollere spændingsbalancen.

Eksempel på energibesparelser ved spændingsubalance

Antag, at den 100 hk motor, der blev testet som vist i tabel 1, var fuldt belastet og kørte i 8.000 timer om året (hrs/yr) med en ubalanceret spænding på 2,5 %. Med en energipris på 0,08 $/kilowatt-time (kWh) er de årlige energi- og omkostningsbesparelser, efter at de korrigerende handlinger er foretaget, følgende:

Årlig energibesparelse = 100 hk x 0,746 kW/hk x 8.000 timer/år x (100/93 – 100/94,4) = 9.517 kWh

Årlige omkostningsbesparelser = 9.517 kWh x $0,08/kWh = $760

Den samlede besparelse kan være meget større, fordi en ubalanceret forsyningsspænding kan drive mange motorer og andet elektrisk udstyr.

Yderligere overvejelser

Spændingsubalance forårsager ekstremt høj strømubalance. Størrelsen af strømubalancen kan være 6 til 10 gange så stor som spændingsubalancen. For 100 hk-motoren i det foregående eksempel var ledningsstrømmene (ved fuld belastning med 2,5 % spændingsubalance) ubalancerede med 27,7 %.

En motor bliver varmere, når den kører på en strømforsyning med spændingsubalance. Den ekstra temperaturstigning estimeres med følgende ligning1 :

Samlet temperaturstigning = Balanceret temperaturstigning x (1 + 2 x (% spændingsubalance)2 /100)

For eksempel vil en motor med en temperaturstigning på 80 °C forårsaget af modstand opleve en temperaturstigning på 6,4 °C, når den drives under forhold med 2 % spændingsubalance. Vindingens isoleringslevetid reduceres med halvdelen for hver 10°C stigning i driftstemperaturen.2

Ressourcer

National Electrical Manufacturers Association (NEMA) – Besøg www.nema.org for yderligere oplysninger om spændingsubalance.

U.S. Department of Energy (DOE) – For mere information om motorers og motordrevne systemers effektivitet og for at downloade softwareværktøjet MotorMaster+, besøg webstedet Advanced Manufacturing Office (AMO) på manufacturing.energy.gov.

Referencer

Reliance Electric, “Strømforsyning”, september 1998.

2 “At stoppe en kostbar lækage: Effekten af ubalanceret spænding på levetiden og effektiviteten af trefasede elektriske motorer.” Energispørgsmål. Det amerikanske energiministerium. Vinter 2005.

Yderligere referencer

Oplysningerne i dette tipark er hentet fra NEMA Standards Publication MG-1-2011, Motors and Generators, som kan købes på www.nema.org.