Dampak Ketidakseimbangan Tegangan

Jika Anda menggunakan sistem tiga fase, Anda harus mewaspadai tegangan yang tidak seimbang, salah satu masalah daya listrik yang paling umum terjadi pada pabrik industri. Kemungkinan pabrik Anda mengalami ketidakseimbangan tinggi ketika Anda tidak memiliki langkah-langkah untuk mencegahnya. Menangkap ketidakseimbangan sebelum menyebabkan kerusakan parah pada peralatan Anda adalah hal yang ideal.

Di bawah ini, cari tahu apa itu ketidakseimbangan tegangan, apa penyebabnya, dan bagaimana Anda dapat mencegah dan mengujinya untuk melindungi sistem kelistrikan Anda.

Apa Itu Ketidakseimbangan Tegangan 3-Fase?

Sistem daya tiga fase seimbang atau simetris ketika tegangan dan arus tiga fase memiliki amplitudo yang sama. Sistem yang tidak seimbang berarti tegangan fasa tidak sama.

Ketidakseimbangan ini mengukur perbedaan antara fase tegangan dalam sistem tiga fase. Masalah daya listrik ini biasa terjadi di pembangkit listrik industri atau pabrik yang menjalankan mesin besar dengan motor yang kuat.

Mengalami ketidakseimbangan tegangan dapat berdampak pada berbagai aspek operasi Anda, termasuk efisiensi motor, biaya, dan kerusakan.

Apa yang Menyebabkan Tegangan Tidak Seimbang?

ANSI C84.1 menyatakan: Sistem suplai listrik harus dirancang dan dioperasikan untuk membatasi ketidakseimbangan tegangan maksimum hingga 3% ketika diukur pada meteran listrik dalam kondisi tanpa beban. Ini berarti pengguna bertanggung jawab untuk memverifikasi kondisi keseimbangan tegangan pabrik mereka sendiri.

Ketika tegangan tidak seimbang, hal ini sering kali disebabkan oleh distribusi beban sistem. Ketidakseimbangan ini dapat terjadi di titik mana pun dalam sistem, dan sistem daya yang tidak seimbang dapat terjadi karena berbagai alasan.

Berikut ini beberapa penyebab paling umum dari tegangan yang tidak seimbang:

• Kurangnya simetri pada saluran transmisi
• Beban fase tunggal yang besar, seperti tungku busur atau tukang las
• Bank kapasitor koreksi faktor daya yang rusak
• Trafo delta atau wye terbuka
• Output torsi rendah yang menyebabkan tekanan mekanis
• Arus tinggi pada penyearah dan motor tiga fase
• Ketidakseimbangan arus yang mengalir dalam konduktor netral
• Pengoperasian peralatan koreksi faktor daya yang salah
• Pasokan utilitas yang tidak seimbang atau tidak stabil
• Bank trafo tidak seimbang yang memasok beban tiga fasa yang terlalu besar untuk bank
• Beban fase tunggal yang tidak terdistribusi secara merata pada sistem daya yang sama
• Gangguan satu fasa ke tanah yang tidak teridentifikasi
• Konektor atau kontaktor yang longgar, berkarat, dan berlubang

Bahkan kondisi pabrik dapat menyebabkan atau berkontribusi pada ketidakseimbangan tegangan. Sebagai contoh, trafo yang kelebihan beban, perangkat koreksi faktor daya yang tidak berfungsi, kontrol siklus, dan reaktor yang tidak selaras, semuanya dapat menyebabkan ketidakseimbangan. Bahkan apa yang terjadi di pembangkit listrik di sebelah atau lebih jauh di atas saluran listrik dapat memengaruhi ketidakseimbangan tegangan di fasilitas Anda.

Efek Ketidakseimbangan Tegangan

Ketidakseimbangan tegangan dapat merusak motor. Perbedaan tegangan fasa menyebabkan arus yang bersirkulasi pada motor tiga fasa, mengakibatkan ketidakseimbangan arus enam hingga 15 kali lebih tinggi daripada ketidakseimbangan tegangan. Arus ekstra berkontribusi pada peningkatan pemanasan motor, yang bisa menjadi parah dengan ketidakseimbangan yang cukup besar. Suhu motor yang lebih tinggi ini menurunkan insulasi di sekitarnya, memperpendek usia motor dan menyebabkan motor terbakar.

Efek lain dari arus dan tegangan yang tidak seimbang termasuk peningkatan denyut, tekanan mekanis, getaran, dan kerugian. Selain itu, masalah pemeliharaan seperti kontak yang aus dan sambungan yang longgar adalah hal yang umum terjadi. Masalah-masalah ini dapat menyebabkan motor beroperasi dengan keras, bekerja pada suhu tinggi, dan gagal sebelum waktunya.

Selanjutnya, ketidakseimbangan tegangan akan membuang proporsi arus belitan rotor yang terkunci, yang sudah relatif tinggi, kecepatan beban penuh akan sedikit berkurang dan torsi akan berkurang. Jika ketidakseimbangan tegangan cukup besar, kemampuan torsi yang berkurang mungkin tidak memadai untuk aplikasi dan motor tidak akan mencapai kecepatan pengenalnya.

Standar NEMA MG-1, menyatakan bahwa motor polifase harus beroperasi dengan baik dalam kondisi berjalan pada beban pengenal ketika ketidakseimbangan tegangan pada terminal motor tidak melebihi 1%. Lebih lanjut, pengoperasian motor dengan kondisi ketidakseimbangan di atas 5% tidak disarankan dan mungkin akan mengakibatkan kerusakan pada motor.

Meskipun pada umumnya tidak diinginkan, tindakan korektif lainnya adalah menurunkan motor. Ketika ketidakseimbangan tegangan melebihi 1%, motor harus diturunkan agar dapat beroperasi dengan baik. Kurva penurunan, yang ditunjukkan di bawah ini, menunjukkan bahwa pada batas 5% yang ditetapkan oleh NEMA untuk ketidakseimbangan, motor akan mengalami penurunan secara substansial, menjadi hanya sekitar 75% dari peringkat tenaga kuda pelat nama.

Ketidakseimbangan tegangan dapat merusak konverter DC 3-fase yang digunakan pada penggerak frekuensi variabel (VFD). Penggerak frekuensi variabel (VFD) bermasalah yang mengalami gangguan-tripping, yang menunjukkan semua tanda kelebihan beban sirkuit, meskipun pengukuran menunjukkan sebaliknya, mungkin memiliki arus fasa yang tidak seimbang. Arus saluran VFD dapat menjadi sangat tidak seimbang karena arus yang berlebihan dalam satu atau dua fase. Hal ini terjadi meskipun arus rata-rata dari ketiga fase jauh di bawah nilai arus VFD.

Ujung depan VFD menggunakan susunan dioda berdaya tinggi untuk mengonversi daya input AC 3-fase untuk membuat bus DC sebagai reservoir untuk bagian inverter daya. Arus yang melalui bagian penyearah input ditarik dalam bentuk pulsa. Idealnya, aliran arus melalui setiap dioda dibagi rata, namun, ketidakseimbangan tegangan yang dipasok ke input VFD menyebabkan daya yang tidak seimbang melalui masing-masing dioda yang mengakibatkan kegagalan dini dan sering terjadi pada dioda daya. Output yang tidak seimbang dari dioda saat ini akan menciptakan konten harmonik yang meningkat. Ketika pulsa output menjadi lebih tidak seimbang, harmonisa arus tiga kali lipat juga akan meningkat.

Mengapa Ini Penting?

Alasan paling jelas untuk peduli terhadap ketidakseimbangan tegangan adalah penurunan efisiensi dan performa motor – yang keduanya memengaruhi profitabilitas perusahaan Anda. Efisiensi motor yang diberikan akan bervariasi, tergantung pada faktor-faktor seperti jenis aplikasi, beban, dan tegangan suplai.

Mengoperasikan catu daya dengan ketidakseimbangan tegangan yang lebih besar akan meningkatkan kerugian ^I2R– yaitu, arus kuadrat dikalikan resistansi – di rotor dan stator, yang berarti lebih banyak daya yang disuplai akan dikonversi menjadi panas dan lebih sedikit untuk bekerja. Motor akan bekerja lebih panas dan, akibatnya, kurang efisien. Perhatikan bahwa peningkatan kerugian rotor akan meningkatkan “slip”, sehingga motor akan berputar sedikit lebih lambat dan melakukan lebih sedikit pekerjaan dalam waktu tertentu.

Persamaan dasar Arrhenius menyatakan bahwa laju kimia menjadi dua kali lipat untuk setiap kenaikan suhu sebesar satu derajat Celcius. Dengan menerapkan persamaan ini pada insulasi motor, mudah untuk melihat bahwa setiap peningkatan suhu akan mengurangi umur motor secara dramatis. Tabel berikut ini menunjukkan efek suhu belitan yang diakibatkan oleh ketidakseimbangan tegangan.

Ketika ketidakseimbangan merusak peralatan Anda, pabrik Anda akan mengalami waktu henti karena motor tidak berjalan seefisien yang seharusnya. Selain uang yang hilang selama waktu henti, motor Anda yang rusak akan membutuhkan penggantian atau perbaikan yang mahal

Cara Mencegah Sistem Daya yang Tidak Seimbang

Untuk mencegah ketidakseimbangan tegangan, beban harus didistribusikan secara merata di seluruh fase papan panel. Ketika satu fasa menjadi lebih banyak dibebani daripada yang lain, tegangan pada fasa tersebut akan menjadi rendah, yang mengakibatkan ketidakseimbangan. Distribusi beban yang merata akan membantu mencegah satu fase mengalami kelebihan beban.

Memahami penyebab ketidakseimbangan akan membantu Anda dan teknisi Anda mencari tanda-tanda dan berupaya mencegahnya. Cara terbaik untuk mencegah ketidakseimbangan adalah dengan menguji ketidakseimbangan tegangan dan menentukan apa yang bisa menyebabkannya. Bahkan jika ada sedikit ketidakseimbangan di suatu tempat dalam sistem, mengujinya sekarang dapat membantu Anda menangkapnya sebelum efeknya merusak. Instrumen Pengujian Energized Electrical Signature Analysis (ESA) ATPOL III™ dengan perangkat lunak ATPOL 8.0 yang menyertainya dapat dengan cepat dan akurat mengukur dan menghitung ketidakseimbangan tegangan yang dipasok ke mesin-mesin industri ini sebagai bagian dari pengujian motor berenergi rutin yang membutuhkan waktu kurang dari 1 menit. Perangkat lunak ATPOL 8.0 menghitung % ketidakseimbangan tegangan dan memberikan faktor penurunan tegangan yang sesuai.

ATPOL III™ portabel dapat disambungkan dengan cepat menggunakan konektor khusus ke konektor ALL-SAFE© yang telah dipasang sebelumnya atau menggunakan CT yang dapat dilepas dan probe tegangan pada pengontrol atau pemutus motor yang mudah diakses. Untuk memberikan perlindungan tambahan pada VFD yang semakin populer, mereka bahkan dapat menguji daya input ke pengontrol yang mahal ini untuk memastikan kondisi ketidakseimbangan tegangan yang dapat menyebabkan ketidakseimbangan arus melalui bagian penyearah tidak ada.

Cara Menghitung Arus Tidak Seimbang

Untuk menghitung persentase tegangan tidak seimbang secara manual, pertama-tama Anda harus menentukan arus atau tegangan rata-rata dan deviasi terbesar. Kemudian, Anda akan membagi deviasi dengan tegangan rata-rata dan mengalikan angka tersebut dengan 100 untuk mendapatkan persentase.

Persen ketidakseimbangan tegangan:

Sebagai contoh: V1 = 469

V2 = 478

V3 = 461

Tegangan rata-rata = 469,33 V2 memiliki deviasi maksimum 8,66667

% VUB = 100 (8,66667/469,33) = 1,84%

ATPOL adalah alat yang ideal untuk ditambahkan ke dalam kotak peralatan pemeliharaan prediktif Anda untuk pengujian motor berenergi. Melakukan uji motor ESA secara rutin menggunakan ALL-SAFE PRO©memungkinkan pabrik melakukan pemeriksaan lengkap terhadap seluruh sistem motor dengan cepat.

ATPOL III™menggunakan tegangan dan arus motor untuk mengakses:

• Kondisi dari daya yang masuk
• Kondisi kelistrikan dan mekanis motor dan ketidakseimbangan
• Ketidaksejajaran
• Kondisi bantalan
• Kelonggaran
• Gosokan beban
• Anomali dalam proses, seperti kavitasi

Pengukuran portabel dapat dilakukan dengan mudah dari motor apa pun yang tidak memiliki semua pengaman menggunakan CT portabel, penjepit, atau fleksibel.

ATPOL III™ melakukan pengambilan data secara simultan dari ketiga fase tegangan dan arus untuk membuat grafik, tabel, dan tampilan untuk menggunakan kualitas daya sebagai alat pemeliharaan prediktif yang diperlukan untuk menempatkan peralatan Anda di bagian atas fasilitas kelas dunia. Gunakan ketidakseimbangan V untuk memprediksi kegagalan insulasi belitan prematur untuk menentukan berkurangnya umur motor yang disebabkan oleh ketidakseimbangan tegangan.

Menguji Motor Anda Secara Akurat dengan ALL-TEST PRO

Pengujian motor sangat penting untuk memastikan peralatan Anda beroperasi dengan baik dan menemukan kesalahan atau potensi masalah sehingga dapat diselesaikan. Untuk memastikan keakuratan saat menguji motor Anda, gunakan produk ALL-TEST. Baik Anda menguji ketidakseimbangan tegangan atau melakukan pengujian tanpa energi, produk kami dapat membantu Anda menentukan status motor Anda.

ATP tahu motor. ATP mengkhususkan diri dalam solusi berenergi dan tidak berenergi untuk pengujian lapangan. Produk ATP bersifat portabel di lapangan, ringan, mudah digunakan, akurat, dan memberikan deteksi dini terhadap potensi masalah, untuk menjaga agar pabrik Anda tetap berjalan secara efisien dan aman.