電圧アンバランスの解消
電圧アンバランスは三相モーターの性能を低下させ、寿命を縮める。 モーター端子における電圧のアンバランスは、電圧のアンバランスに比例しない電流のアンバランスを引き起こす可能性があります。 アンバランスな電流は、トルク脈動、振動と機械的ストレスの増加、効率の低下をもたらす損失の増加、巻線の絶縁寿命を低下させるモータの過熱につながります。
電圧アンバランスの割合は、全米電機工業会（NEMA）によって、三相システムの平均電圧からの線間電圧の最大偏差の絶対値の100倍を平均電圧で割ったものと定義されています。 例えば、測定されたライン電圧が462、463、455ボルトの場合、平均は460ボルトとなる。 電圧アンバランスは
(460 – 455) /460 x 100 = 1.1%
モーター端子の電圧アンバランスが1％を超えないようにすることを推奨します。 アンバランスが1%を超えると、NEMA MG-1-2011の図20-2に従ってモータをディレーティングする必要があり、ほとんどのメーカーの保証が無効になります。 電圧アンバランスの一般的な原因には、以下のようなものがある：
– 力率改善装置の故障
– 不安定なユーティリティ電源
– バンクに対して大きすぎる三相負荷を供給するアンバランスなトランスバンク
– 同じ電力系統に偏在する単相負荷
– 未確認の単相対地絡故障
– 配電系統の一次側の回路が開いている
1,800回転/分（RPM）、100馬力（hp）のモーターの効率は、電圧アンバランスとモーター負荷の関数として以下の表1に示されています。 電圧アンバランスの増大による効率の低下という一般的な傾向は、すべての負荷条件においてモーターで観察される。
電圧のアンバランスは、モータの過熱や早期故障の原因となる電力品質の問題の代表的なものです。 不平衡電圧が検出された場合は、徹底的な調査を行って原因を特定する必要がある。 是正措置がとられると、エネルギーとコストの節約になる。
推奨されるアクション
- 定期的にモータ端子の電圧を監視し、電圧アンバランスが1%未満に維持されていることを確認する。 許容できない値や値の変化率に対してアラームを送信するセンサーの設置を検討する。 ISA100ワイヤレス・センサー・ネットワークは興味深いかもしれない。
- 電気系統の単線図を確認し、単相負荷が均一に分散されていることを確認する。
- 必要に応じて地絡インジケータを設置し、毎年サーモグラフィ検査を実施する。 電圧アンバランスが問題である可能性を示すもう1つの指標は、120ヘルツ（Hz）の振動です。 120Hzの振動を発見したら、直ちに電圧バランスをチェックすること。
電圧アンバランスの省エネ例
表1に示すように試験された100馬力のモーターがフル負荷で年間8,000時間（hrs/yr）運転され、不平衡電圧が2.5%であったと仮定します。 エネルギー価格が0.08ドル/キロワット時（kWh）の場合、是正措置を講じた後の年間エネルギー節約額とコスト節約額は次のようになる：
年間エネルギー節約量= 100馬力 x 0.746 kW/hp x 8,000時間/年 x (100/93 – 100/94.4) = 9,517 kWh
年間コスト削減= 9,517 kWh x $0.08/kWh = $760
アンバランスな電源電圧は、多数のモーターやその他の電気機器に電力を供給する可能性があるため、全体的な節約額はもっと大きくなる可能性がある。
さらなる考察
電圧アンバランスは極めて大きな電流アンバランスを引き起こす。 電流アンバランスの大きさは、電圧アンバランスの6倍から10倍になることもある。 先の例の100馬力のモーターの場合、ライン電流（2.5％の電圧アンバランスで全負荷時）は27.7％アンバランスだった。
電圧のアンバランスがある電源で運転すると、モーターは高温になります。 追加的な温度上昇は、以下の式で見積もられる1 ：
総温度上昇 = バランス温度上昇 x (1 + 2 x (% 電圧アンバランス)2 /100)
例えば、抵抗による温度上昇が80℃のモーターは、2％の電圧アンバランスの条件下で運転された場合、6.4℃の温度上昇を経験することになる。 巻線の絶縁寿命は、使用温度が10℃上昇するごとに2分の1になる2。
リソース
全米電機工業会（NEMA）-電圧不均衡の詳細については、www.nema.org をご覧ください。
米国エネルギー省（DOE）-モーターおよびモーター駆動システムの効率に関する詳細情報およびMotorMaster+ソフトウェアツールのダウンロードについては、Advanced Manufacturing Office（AMO）のウェブサイト（manufacturing.energy.gov）をご覧ください。
参考文献
リライアンス・エレクトリック「電力供給」1998年9月。
2 「コストのかかる漏れを止める：三相電気モーターの寿命と効率に対する不平衡電圧の影響”. エネルギーの問題 米国エネルギー省 2005年冬。
参考文献
このヒントシートに記載されている情報は、NEMA規格出版物MG-1-2011「モーターと発電機」から抜粋したもので、www.nema.org。
