ขจัดความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า

ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าทำให้ประสิทธิภาพลดลงและทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์สามเฟสสั้นลง แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลที่ขั้วต่อมอเตอร์อาจทำให้เกิดความไม่สมดุลของกระแสซึ่งเกินสัดส่วนกับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้ามาก กระแสที่ไม่สมดุลทำให้เกิดแรงบิดเป็นจังหวะ การสั่นสะเทือนและความเค้นเชิงกลที่เพิ่มขึ้น การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง และมอเตอร์ร้อนเกินไป ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของฉนวนของขดลวดลดลง

เปอร์เซ็นต์ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าถูกกำหนดโดยสมาคมผู้ผลิตไฟฟ้าแห่งชาติ (NEMA) เป็น 100 เท่าของค่าสัมบูรณ์ของค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าในสายจากแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยบนระบบสามเฟส หารด้วยแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย ตัวอย่างเช่น หากแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้คือ 462, 463 และ 455 โวลต์ ค่าเฉลี่ยจะอยู่ที่ 460 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลคือ:

(460 – 455) /460 x 100 = 1.1%

ขอแนะนำว่าแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลที่ขั้วมอเตอร์ไม่เกิน 1% ความไม่สมดุลที่เกิน 1% จำเป็นต้องลดพิกัดของมอเตอร์ ตามรูปที่ 20-2 ของ NEMA MG-1-2011 และจะทำให้การรับประกันของผู้ผลิตส่วนใหญ่ถือเป็นโมฆะ สาเหตุทั่วไปของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล ได้แก่:

• การทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์แก้ไขตัวประกอบกำลัง

• การจัดหาสาธารณูปโภคไม่สมดุลหรือไม่เสถียร

• แบตเตอรีหม้อแปลงไม่สมดุลที่จ่ายโหลดสามเฟสซึ่งใหญ่เกินไปสำหรับแบตเตอรี

• การกระจายโหลดเฟสเดียวไม่สม่ำเสมอบนระบบไฟฟ้าเดียวกัน

• ฟอลต์เฟสเดียวถึงกราวด์ที่ไม่สามารถระบุได้

• วงจรเปิดบนระบบจำหน่ายหลัก

ประสิทธิภาพของมอเตอร์ 1,800 รอบต่อนาที (RPM) 100 แรงม้า (hp) ถูกกำหนดให้เป็นฟังก์ชันของความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าและโหลดของมอเตอร์ในตารางที่ 1 ด้านล่าง แนวโน้มทั่วไปของการลดประสิทธิภาพพร้อมกับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นนั้นสังเกตได้จากมอเตอร์ในทุกสภาวะโหลด

แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลอาจเป็นปัญหาสำคัญด้านคุณภาพกำลังไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้มอเตอร์ร้อนเกินไปและมอเตอร์ทำงานผิดปกติก่อนเวลาอันควร หากตรวจพบแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุล ควรทำการตรวจสอบอย่างละเอียดเพื่อหาสาเหตุ การประหยัดพลังงานและต้นทุนเกิดขึ้นเมื่อดำเนินการแก้ไข

การดำเนินการที่แนะนำ

• ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อมอเตอร์เป็นระยะๆ เพื่อตรวจสอบว่าแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลยังคงอยู่ต่ำกว่า 1% พิจารณาติดตั้งเซ็นเซอร์ที่ส่งสัญญาณเตือนสำหรับค่าที่ยอมรับไม่ได้หรืออัตราการเปลี่ยนแปลงของค่า เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย ISA100 อาจเป็นที่สนใจ
• ตรวจสอบไดอะแกรมบรรทัดเดียวของระบบไฟฟ้าของคุณเพื่อตรวจสอบว่ามีการกระจายโหลดแบบเฟสเดียวอย่างสม่ำเสมอ
• ติดตั้งตัวบ่งชี้ความผิดปกติของกราวด์ตามความจำเป็น และดำเนินการตรวจสอบด้วยความร้อนประจำปี ตัวบ่งชี้อีกประการหนึ่งที่แสดงว่าแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลอาจเป็นปัญหาคือการสั่นสะเทือน 120 เฮิรตซ์ (Hz) การค้นพบการสั่นสะเทือน 120 เฮิร์ตซ์ควรแจ้งให้ตรวจสอบความสมดุลของแรงดันไฟฟ้าทันที

ตัวอย่างการประหยัดพลังงานที่ไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า

สมมติว่ามอเตอร์ 100 แรงม้าที่ทดสอบตามที่แสดงในตารางที่ 1 ได้รับการโหลดจนเต็มและทำงานเป็นเวลา 8,000 ชั่วโมงต่อปี (ชม./ปี) โดยมีแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลที่ 2.5% ด้วยราคาพลังงานที่ 0.08 เหรียญสหรัฐฯ/กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) การประหยัดพลังงานและต้นทุนต่อปีหลังจากดำเนินการแก้ไขมีดังนี้:

การประหยัดพลังงานต่อปี = 100 แรงม้า x 0.746 kW/hp x 8,000 ชม./ปี x (100/93 – 100/94.4) = 9,517 kWh

การประหยัดต้นทุนรายปี = 9,517 kWh x 0.08 USD/kWh = 760 USD

การประหยัดโดยรวมอาจมากกว่ามาก เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลอาจจ่ายไฟให้กับมอเตอร์และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ จำนวนมาก

ข้อควรพิจารณาเพิ่มเติม

แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลทำให้เกิดความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้าที่สูงมาก ขนาดของความไม่สมดุลในปัจจุบันอาจมีขนาดใหญ่กว่าแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล 6 ถึง 10 เท่า สำหรับมอเตอร์ขนาด 100 แรงม้าในตัวอย่างก่อนหน้านี้ กระแสไฟหลัก (ที่โหลดเต็มที่โดยมีแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล 2.5%) จะไม่สมดุล 27.7%

มอเตอร์จะทำงานร้อนขึ้นเมื่อทำงานบนแหล่งจ่ายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเพิ่มเติมประมาณได้ด้วยสมการ 1 ต่อไปนี้:

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทั้งหมด = อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่สมดุล x (1 + 2 x (% แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล)2/100)

ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 80°C ซึ่งเกิดจากความต้านทาน จะมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 6.4°C เมื่อทำงานภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล 2% อายุการใช้งานฉนวนของขดลวดจะลดลงครึ่งหนึ่งเมื่ออุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C2

ทรัพยากร

สมาคมผู้ผลิตไฟฟ้าแห่งชาติ (NEMA)—ไปที่ www.nema.org เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า

กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE)— สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประสิทธิภาพของมอเตอร์และระบบขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ และดาวน์โหลดเครื่องมือซอฟต์แวร์ MotorMaster+ โปรดไปที่เว็บไซต์ Advanced Manufacturing Office (AMO) ที่ Manufacturing.energy.gov

อ้างอิง

Reliance Electric, “พาวเวอร์ซัพพลาย” กันยายน, 1998

2 “การหยุดการรั่วไหลที่มีราคาแพง: ผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลต่ออายุการใช้งานและประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟส” เรื่องพลังงาน กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา ฤดูหนาวปี 2548

การอ้างอิงเพิ่มเติม

ข้อมูลในเอกสารคำแนะนำนี้ดึงมาจาก NEMA Standards Publication MG-1-2011, Motors and Generators ซึ่งหาซื้อได้จาก www.nema.org