Устранение дисбаланса напряжения

Дисбаланс напряжения ухудшает работу и сокращает срок службы трехфазного двигателя.
Дисбаланс напряжения на клеммах двигателя может вызвать дисбаланс тока, который намного превышает дисбаланс напряжения.
Несбалансированные токи приводят к пульсациям крутящего момента, повышенным вибрациям и механическим напряжениям, увеличению потерь, приводящих к снижению КПД, и перегреву двигателя, что сокращает срок службы изоляции обмоток.
Процентный дисбаланс напряжения определяется Национальной ассоциацией производителей электрооборудования (NEMA) как 100-кратное абсолютное значение максимального отклонения линейного напряжения от среднего напряжения в трехфазной системе, деленное на среднее напряжение.
Например, если измеренные значения напряжения в сети составляют 462, 463 и 455 вольт, среднее значение равно 460 вольт.
Дисбаланс напряжения составляет: (460 – 455) /460 x 100 = 1,1% Рекомендуется, чтобы дисбаланс напряжения на клеммах двигателя не превышал 1%.
Дисбаланс, превышающий 1%, требует снижения мощности двигателя, согласно Рис. 20-2 стандарта NEMA MG-1-2011, и аннулирует гарантию большинства производителей.
К распространенным причинам дисбаланса напряжения относятся: – Неисправная работа оборудования для коррекции коэффициента мощности – Несбалансированное или нестабильное электроснабжение – Несбалансированный трансформаторный блок, питающий трехфазную нагрузку, слишком большую для блока – Неравномерно распределенные однофазные нагрузки в одной энергосистеме – Неопознанные однофазные замыкания на землю – Обрыв в первичной цепи распределительной системы   Эффективность двигателя мощностью 100 л.с. с 1800 оборотами в минуту (об/мин) приведена в Таблице 1 ниже как функция дисбаланса напряжения и нагрузки двигателя.
Общая тенденция снижения КПД с увеличением дисбаланса напряжения наблюдается для двигателей при любой нагрузке. Несбалансированность напряжения – это, пожалуй, главная проблема качества электроэнергии, которая приводит к перегреву двигателя и его преждевременному выходу из строя.
Если обнаружен дисбаланс напряжения, необходимо провести тщательное расследование, чтобы определить его причину.
При принятии корректирующих мер происходит экономия энергии и затрат.  

Предлагаемые действия

• Периодически контролируйте напряжение на клеммах двигателя, чтобы убедиться, что дисбаланс напряжения не превышает 1%.
  Рассмотрите возможность установки датчиков, подающих сигнал тревоги при недопустимых значениях или скорости изменения значений.
  Беспроводные сенсорные сети ISA100 могут представлять интерес.
• Проверьте однолинейные схемы Вашей электрической системы, чтобы убедиться, что однофазные нагрузки распределены равномерно.
• При необходимости установите индикаторы замыкания на землю и проводите ежегодные термографические проверки.
  Еще одним признаком того, что дисбаланс напряжения может быть проблемой, является 120-герцовая (Гц) вибрация.
  Обнаружение 120-герцовой вибрации должно побудить к немедленной проверке баланса напряжения.

 

Пример экономии энергии при дисбалансе напряжения

Предположим, что 100-сильный двигатель, протестированный, как показано в Таблице 1, был полностью загружен и работал 8 000 часов в год (ч/год) при дисбалансе напряжения в 2,5%.
При цене на энергию в $0,08 за киловатт-час (кВтч) годовая экономия энергии и затрат после принятия корректирующих мер составит: Годовая экономия энергии = 100 л.с. x 0,746 кВт/л.с. x 8 000 ч/год x (100/93 – 100/94,4) = 9 517 кВт/ч Годовая экономия затрат = 9 517 кВт/ч x $0,08/кВт/ч = $760 Общая экономия может быть гораздо больше, поскольку несбалансированное напряжение питания может питать множество двигателей и другого электрооборудования.  

Дополнительные соображения

Дисбаланс напряжения вызывает очень большой дисбаланс тока.
Величина дисбаланса тока может быть в 6-10 раз больше, чем дисбаланс напряжения.
Для 100-сильного двигателя в предыдущем примере токи в сети (при полной нагрузке с дисбалансом напряжения 2,5%) были разбалансированы на 27,7%.
При работе от источника питания с дисбалансом напряжения двигатель будет нагреваться сильнее.
Дополнительное повышение температуры оценивается с помощью следующего уравнения1 : Общее повышение температуры = Сбалансированное повышение температуры x (1 + 2 x (% дисбаланса напряжения)2 /100) Например, при работе двигателя с повышением температуры на 80°C, вызванным сопротивлением, в условиях 2%-ного дисбаланса напряжения температура повысится на 6,4°C.
Срок службы изоляции обмоток сокращается наполовину на каждые 10°C повышения рабочей температуры.2  

Ресурсы

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA)- Посетите сайт www.nema.org для получения дополнительной информации о дисбалансе напряжения.
Министерство энергетики США (DOE)- Для получения дополнительной информации об эффективности двигателей и систем с механическим приводом, а также для загрузки программного инструмента MotorMaster+ посетите веб-сайт Advanced Manufacturing Office (AMO) по адресу manufacturing.energy.gov.  

Ссылки

Reliance Electric, “Энергоснабжение”, сентябрь, 1998 г.
2 “Остановить дорогостоящую утечку: Влияние несбалансированного напряжения на срок службы и эффективность трехфазных электродвигателей.”
Energy Matters.
Министерство энергетики США.
Зима 2005 года.

Дополнительные ссылки

Информация в этой памятке взята из публикации NEMA Standards Publication MG-1-2011, Motors and Generators, которую можно приобрести на сайте www.nema.org.