Menghilangkan Ketidakseimbangan Tegangan

Ketidakseimbangan tegangan akan menurunkan performa dan memperpendek umur motor tiga fase. Ketidakseimbangan tegangan pada terminal motor dapat menyebabkan ketidakseimbangan arus yang jauh di luar proporsi ketidakseimbangan tegangan. Arus yang tidak seimbang menyebabkan denyut torsi, peningkatan getaran dan tekanan mekanis, peningkatan kerugian yang mengakibatkan efisiensi yang lebih rendah, dan panas berlebih pada motor, yang mengurangi masa pakai insulasi belitan.

Persen ketidakseimbangan tegangan didefinisikan oleh National Electrical Manufacturers Association (NEMA) sebagai 100 kali nilai absolut deviasi maksimum tegangan saluran dari tegangan rata-rata pada sistem tiga fase, dibagi dengan tegangan rata-rata. Contohnya, jika voltase saluran yang diukur adalah 462, 463, dan 455 volt, maka rata-ratanya adalah 460 volt. Ketidakseimbangan tegangan adalah:

(460 – 455) /460 x 100 = 1.1%

Direkomendasikan agar ketidakseimbangan tegangan pada terminal motor tidak melebihi 1%. Ketidakseimbangan yang melebihi 1% memerlukan penurunan daya motor, sesuai dengan Gambar 20-2 NEMA MG-1-2011, dan akan membatalkan sebagian besar garansi produsen. Penyebab umum ketidakseimbangan tegangan meliputi:

– Pengoperasian peralatan koreksi faktor daya yang salah

– Pasokan listrik 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

– Sirkuit terbuka pada sistem distribusi primer

Efisiensi motor 1.800 putaran per menit (RPM), 100 tenaga kuda (hp) diberikan sebagai fungsi dari ketidakseimbangan tegangan dan beban motor pada Tabel 1 di bawah ini. Tren umum pengurangan efisiensi dengan meningkatnya ketidakseimbangan tegangan diamati untuk motor pada semua kondisi beban.

Ketidakseimbangan tegangan mungkin merupakan masalah kualitas daya utama yang menyebabkan motor menjadi terlalu panas dan kerusakan motor yang terlalu dini. Jika terdeteksi adanya tegangan yang tidak seimbang, investigasi menyeluruh harus dilakukan untuk menentukan penyebabnya. Penghematan energi dan biaya terjadi ketika tindakan korektif diambil.

Tindakan yang Disarankan

• Pantau tegangan pada terminal motor secara berkala untuk memverifikasi bahwa ketidakseimbangan tegangan dipertahankan di bawah 1%. Pertimbangkan untuk memasang sensor yang mengirimkan alarm untuk nilai atau laju perubahan nilai yang tidak dapat diterima. Jaringan sensor nirkabel ISA100 mungkin menarik.
• Periksa diagram garis tunggal sistem kelistrikan Anda untuk memverifikasi bahwa beban fase tunggal terdistribusi secara seragam.
• Pasang indikator gangguan arde sesuai kebutuhan dan lakukan inspeksi termografi tahunan. Indikator lain bahwa ketidakseimbangan tegangan mungkin menjadi masalah adalah getaran 120-hertz (Hz). Temuan getaran 120-Hz harus segera dilakukan pemeriksaan keseimbangan tegangan.

Contoh Penghematan Energi Ketidakseimbangan Tegangan

Asumsikan bahwa motor 100-hp yang diuji seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 dimuat penuh dan dioperasikan selama 8.000 jam per tahun (jam/tahun), dengan tegangan yang tidak seimbang sebesar 2,5%. Dengan harga energi sebesar $0,08/kilowatt-jam (kWh), penghematan energi dan biaya tahunan setelah tindakan korektif dilakukan adalah:

Penghematan Energi Tahunan = 100 hp x 0,746 kW/hp x 8.000 jam/tahun x (100/93 – 100/94,4) = 9.517 kWh

Penghematan Biaya Tahunan = 9.517 kWh x $0,08/kWh = $760

Penghematan secara keseluruhan mungkin jauh lebih besar karena tegangan suplai yang tidak seimbang dapat memberi daya pada banyak motor dan peralatan listrik lainnya.

Pertimbangan Lebih Lanjut

Ketidakseimbangan tegangan menyebabkan ketidakseimbangan arus yang sangat tinggi. Besarnya ketidakseimbangan arus mungkin 6 hingga 10 kali lebih besar daripada ketidakseimbangan tegangan. Untuk motor 100-hp pada contoh sebelumnya, arus saluran (pada beban penuh dengan ketidakseimbangan tegangan 2,5%) tidak seimbang sebesar 27,7%.

Motor akan bekerja lebih panas ketika beroperasi pada catu daya dengan tegangan yang tidak seimbang. Peningkatan suhu tambahan diperkirakan dengan persamaan berikut ini1 :

Kenaikan Suhu Total = Kenaikan Suhu Seimbang x (1 + 2 x (% Ketidakseimbangan Tegangan)2 /100)

Sebagai contoh, motor dengan kenaikan suhu 80°C yang disebabkan oleh resistensi akan mengalami kenaikan suhu 6,4°C ketika dioperasikan dalam kondisi ketidakseimbangan tegangan 2%. Umur insulasi belitan berkurang setengahnya untuk setiap kenaikan suhu operasi 10°C.2

Sumber daya

National Electrical Manufacturers Association (NEMA)-Kunjungi www.nema.org untuk informasi tambahan tentang ketidakseimbangan tegangan.

Departemen Energi A.S. (DOE) – Untuk informasi lebih lanjut mengenai efisiensi motor dan sistem yang digerakkan oleh motor serta untuk mengunduh alat bantu perangkat lunak MotorMaster+, kunjungi situs web Advanced Manufacturing Office (AMO) di manufacturing.energy.gov.

Referensi

Reliance Electric, “Power Supply” September, 1998.

2 “Menghentikan Kebocoran yang Mahal: Efek Tegangan Tidak Seimbang pada Umur dan Efisiensi Motor Listrik Tiga Fasa.” Masalah Energi. Departemen Energi AS. Musim dingin 2005.

Referensi Tambahan

Informasi dalam lembar tip ini diambil dari Publikasi Standar NEMA MG-1-2011, Motor dan Generator, yang dapat dibeli dari www.nema.org.