ผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล

หากคุณใช้ระบบสามเฟส คุณควรระวังแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล ซึ่งเป็นหนึ่งในปัญหาด้านพลังงานไฟฟ้าที่พบบ่อยที่สุดสำหรับโรงงานอุตสาหกรรม โอกาสที่โรงงานของคุณจะไม่สมดุลมีสูงเมื่อคุณไม่มีมาตรการป้องกัน การจับความไม่สมดุลก่อนที่จะสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่ออุปกรณ์ของคุณนั้นเหมาะอย่างยิ่ง

ด้านล่างนี้ คุณจะพบความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า สาเหตุ และวิธีที่คุณสามารถป้องกันและทดสอบแรงดันไฟฟ้าเพื่อปกป้องระบบไฟฟ้าของคุณ

ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า 3 เฟสคืออะไร?

ระบบไฟสามเฟสจะสมดุลหรือสมมาตรเมื่อแรงดันและกระแสสามเฟสมีแอมพลิจูดเท่ากัน ระบบที่ไม่สมดุลหมายถึงแรงดันเฟสไม่เท่ากัน

ความไม่สมดุลนี้วัดความแตกต่างระหว่างเฟสแรงดันไฟฟ้าในระบบสามเฟส ปัญหาพลังงานไฟฟ้านี้พบได้ทั่วไปในโรงไฟฟ้าอุตสาหกรรมหรือโรงงานใดๆ ที่ใช้เครื่องจักรขนาดใหญ่ที่มีมอเตอร์ทรงพลัง

การประสบกับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าอาจส่งผลกระทบต่อการทำงานของคุณในหลายๆ ด้าน รวมถึงประสิทธิภาพของมอเตอร์ ค่าใช้จ่าย และความเสียหาย

อะไรทำให้แรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล?

สถานะ ANSI C84.1: ระบบจ่ายไฟฟ้าควรได้รับการออกแบบและใช้งานเพื่อจำกัดความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดไว้ที่ 3% เมื่อวัดที่มิเตอร์ไฟฟ้าภายใต้สภาวะที่ไม่มีโหลด ซึ่งหมายความว่าเป็นความรับผิดชอบของผู้ใช้ในการตรวจสอบสภาพความสมดุลของแรงดันไฟฟ้าในโรงงานของตนเอง

เมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล มักเป็นเพราะการกระจายโหลดของระบบ ความไม่สมดุลเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ทุกจุดในระบบ และระบบพลังงานที่ไม่สมดุลสามารถเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ

สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลมีดังนี้

• ขาดความสมมาตรในสายส่ง
• โหลดเฟสเดียวขนาดใหญ่ เช่น เตาอาร์คหรือเครื่องเชื่อม
• ธนาคารตัวเก็บประจุแก้ไขตัวประกอบกำลังที่ผิดพลาด
• เปิดเดลต้าหรือหม้อแปลงไวย์
• เอาต์พุตแรงบิดต่ำทำให้เกิดความเครียดเชิงกล
• กระแสไฟฟ้าสูงในวงจรเรียงกระแสและมอเตอร์สามเฟส
• ความไม่สมดุลของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวนำที่เป็นกลาง
• การทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์แก้ไขตัวประกอบกำลัง
• อุปทานสาธารณูปโภคไม่สมดุลหรือไม่เสถียร
• แบงค์หม้อแปลงไม่สมดุลจ่ายโหลดสามเฟสที่ใหญ่เกินไปสำหรับแบงค์
• โหลดเฟสเดียวแบบกระจายไม่สม่ำเสมอในระบบไฟฟ้าเดียวกัน
• ความผิดปกติแบบเฟสเดียวถึงกราวด์ที่ไม่ระบุชื่อ
• คอนเนคเตอร์หรือคอนแทคเตอร์หลวม สึกกร่อน เป็นหลุม

แม้แต่สภาพของโรงงานก็เป็นสาเหตุหรือทำให้เกิดความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าได้ ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงที่โอเวอร์โหลด อุปกรณ์แก้ไขตัวประกอบกำลังที่ทำงานผิดปกติ การควบคุมแบบวัฏจักร และเครื่องปฏิกรณ์แบบดีจูน ล้วนสามารถนำไปสู่ความไม่สมดุลได้ แม้แต่สิ่งที่เกิดขึ้นที่โรงงานข้างบ้านหรือไกลออกไปตามสายไฟก็อาจส่งผลต่อความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าที่โรงงานของคุณได้

ผลกระทบจากความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า

ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าอาจทำให้มอเตอร์เสียหายได้ ความแตกต่างของแรงดันเฟสทำให้เกิดกระแสหมุนเวียนในมอเตอร์สามเฟส ส่งผลให้กระแสไม่สมดุลสูงกว่าแรงดันไม่สมดุลหกถึง 15 เท่า กระแสไฟส่วนเกินมีส่วนทำให้มอเตอร์ร้อนขึ้น ซึ่งอาจรุนแรงหากมีความไม่สมดุลมากพอ อุณหภูมิของมอเตอร์ที่สูงขึ้นนี้จะทำให้ฉนวนโดยรอบเสื่อมสภาพ ทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์สั้นลงและทำให้มอเตอร์ไหม้ได้

ผลกระทบอื่นๆ ของกระแสและแรงดันที่ไม่สมดุล ได้แก่ การเต้นเป็นจังหวะเพิ่มขึ้น ความเค้นทางกล การสั่นสะเทือน และการสูญเสีย นอกจากนี้ ปัญหาการบำรุงรักษา เช่น หน้าสัมผัสสึกและการเชื่อมต่อหลวมเป็นเรื่องปกติ ปัญหาเหล่านี้อาจทำให้มอเตอร์ทำงานเสียงดัง ทำงานที่อุณหภูมิสูง และทำงานล้มเหลวก่อนเวลาอันควร

นอกจากนี้ ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าจะทำให้สัดส่วนของกระแสที่คดเคี้ยวของโรเตอร์ที่ล็อคไว้ลดลง ซึ่งค่อนข้างสูงอยู่แล้ว ความเร็วในการโหลดเต็มที่จะลดลงเล็กน้อยและแรงบิดจะลดลง หากแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลมากพอ ความสามารถในการบิดที่ลดลงอาจไม่เพียงพอสำหรับการใช้งาน และมอเตอร์จะไม่ถึงความเร็วที่กำหนด

MG-1 มาตรฐาน NEMA ระบุว่ามอเตอร์โพลีเฟสจะต้องทำงานได้สำเร็จภายใต้สภาวะการทำงานที่โหลดพิกัด เมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลที่ขั้วมอเตอร์ไม่เกิน 1% นอกจากนี้ ไม่แนะนำให้ใช้มอเตอร์ที่มีสภาวะไม่สมดุลมากกว่า 5% และอาจส่งผลให้มอเตอร์เสียหายได้

แม้ว่าโดยทั่วไปจะไม่เป็นที่พึงปรารถนา แต่การดำเนินการแก้ไขอื่นอาจทำให้มอเตอร์ทำงานผิดปกติ เมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลเกิน 1% จะต้องลดพิกัดมอเตอร์เพื่อให้ทำงานได้สำเร็จ เส้นโค้งลดค่าที่แสดงด้านล่าง บ่งชี้ว่าที่ขีดจำกัด 5% ที่กำหนดโดย NEMA สำหรับความไม่สมดุล มอเตอร์จะถูกลดค่าลงอย่างมาก เหลือเพียงประมาณ 75% ของอัตราแรงม้าบนป้ายชื่อ

ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าอาจสร้างความเสียหายให้กับคอนเวอร์เตอร์ DC 3 เฟสที่ใช้ในไดรฟ์ความถี่แบบแปรผัน (VFD) ตัวแปลงความถี่ (VFD) ที่มีปัญหาซึ่งมีการสะดุดรบกวน ซึ่งแสดงสัญญาณทั้งหมดของวงจรโอเวอร์โหลด แม้ว่าการวัดจะแสดงเป็นอย่างอื่น อาจมีกระแสเฟสที่ไม่สมดุล กระแสสาย VFD อาจไม่สมดุลอย่างมากเนื่องจากกระแสไฟฟ้ามากเกินไปในหนึ่งหรือสองเฟส เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นแม้ว่ากระแสเฉลี่ยของทั้งสามเฟสจะต่ำกว่าระดับปัจจุบันของ VFD ก็ตาม

ส่วนหน้าของ VFD ใช้การจัดเรียงไดโอดกำลังสูงในการแปลงกำลังอินพุต AC 3 เฟสเพื่อสร้างบัส DC เป็นแหล่งกักเก็บสำหรับส่วนอินเวอร์เตอร์กำลัง กระแสที่ไหลผ่านส่วนวงจรเรียงกระแสอินพุตจะถูกวาดเป็นพัลส์ ตามหลักการแล้ว กระแสที่ไหลผ่านไดโอดแต่ละตัวจะถูกแบ่งเท่าๆ กัน อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุลที่จ่ายให้กับอินพุตของ VFD ทำให้เกิดพลังงานไม่เท่ากันผ่านไดโอดแต่ละตัว ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวของพาวเวอร์ไดโอดก่อนเวลาอันควรและบ่อยครั้ง เอาต์พุตที่ไม่สมดุลของไดโอดปัจจุบันจะสร้างเนื้อหาฮาร์มอนิกที่เพิ่มขึ้น เมื่อพัลส์เอาท์พุตไม่สมดุลมากขึ้น ฮาร์โมนิคกระแสสามเท่าก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ

สาเหตุที่ชัดเจนที่สุดในการดูแลเกี่ยวกับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าคือประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ส่งผลต่อความสามารถในการทำกำไรของบริษัทของคุณ ประสิทธิภาพของมอเตอร์ที่กำหนดจะแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ประเภทการใช้งาน โหลด และแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย

การทำงานกับแหล่งจ่ายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลมากขึ้นจะเพิ่มการสูญเสีย I ² R ซึ่งก็คือความต้านทานกำลังสองในปัจจุบันในโรเตอร์และสเตเตอร์ หมายความว่าพลังงานที่จ่ายมากขึ้นจะถูกแปลงเป็นความร้อนและทำงานน้อยลง มอเตอร์จะร้อนขึ้นและส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง โปรดทราบว่าการสูญเสียโรเตอร์ที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่ม “การลื่นไถล” ดังนั้นมอเตอร์จะหมุนช้าลงเล็กน้อยและทำงานน้อยลงในเวลาที่กำหนด

สมการอาร์เรเนียสพื้นฐานระบุว่าอัตราทางเคมีจะเพิ่มขึ้นสองเท่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นแต่ละองศา C เมื่อใช้สมการนี้กับฉนวนของมอเตอร์ จะเห็นได้ง่ายว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะลดอายุการใช้งานของมอเตอร์ลงอย่างมาก ตารางต่อไปนี้แสดงผลของอุณหภูมิขดลวดที่เกิดจากความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า

เนื่องจากความไม่สมดุลทำให้อุปกรณ์ของคุณเสียหาย โรงงานของคุณจะประสบปัญหาการหยุดทำงานเนื่องจากมอเตอร์ทำงานไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่ควร นอกจากเงินที่เสียไประหว่างการหยุดทำงานแล้ว มอเตอร์ที่เสียหายของคุณยังต้องการการเปลี่ยนหรือซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูงอีกด้วย

วิธีป้องกันระบบไฟฟ้าไม่สมดุล

เพื่อป้องกันความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า โหลดจำเป็นต้องกระจายเท่ากันทั่วทั้งเฟสของแผงควบคุม เมื่อเฟสหนึ่งรับภาระหนักกว่าเฟสอื่น แรงดันไฟฟ้าในเฟสนั้นจะต่ำ ส่งผลให้เกิดความไม่สมดุล การกระจายโหลดของคุณอย่างสม่ำเสมอช่วยป้องกันไม่ให้เฟสหนึ่งรับภาระมากเกินไป

การทำความเข้าใจสาเหตุของความไม่สมดุลจะช่วยให้คุณและช่างเทคนิคของคุณมองหาสัญญาณและวิธีป้องกันได้ วิธีที่ดีที่สุดในการป้องกันความไม่สมดุลคือการทดสอบความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าและพิจารณาว่าอะไรเป็นสาเหตุ แม้ว่าจะมีความไม่สมดุลเล็กน้อยที่ใดที่หนึ่งในระบบ การทดสอบหาค่าตอนนี้สามารถช่วยให้คุณจับได้ก่อนที่ผลกระทบจะเสียหาย เครื่องมือทดสอบ ATPOL III™ Energized Electrical Signature Analysis (ESA) พร้อมด้วยซอฟต์แวร์ ATPOL 8.0 สามารถวัดและคำนวณความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทดสอบมอเตอร์ที่ได้รับพลังงานตามปกติซึ่งใช้เวลาน้อยกว่า 1 นาที ซอฟต์แวร์ ATPOL 8.0 คำนวณ % แรงดันไฟฟ้าที่ไม่สมดุล และจัดเตรียมปัจจัยการลดแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม

สามารถเชื่อมต่อ ATPOL III™ แบบพกพาได้อย่างรวดเร็วโดยใช้ขั้วต่อพิเศษกับขั้วต่อ ALL-SAFE© ที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้า หรือใช้ CT แบบถอดได้และหัววัดแรงดันไฟฟ้าในตัวควบคุมมอเตอร์ที่เข้าถึงได้ง่ายหรือตัดการเชื่อมต่อ เพื่อให้การป้องกันเพิ่มเติมแก่ VFD ที่ได้รับความนิยมมากขึ้น พวกเขายังสามารถทดสอบกำลังไฟฟ้าเข้าไปยังตัวควบคุมราคาแพงเหล่านี้ได้ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสภาวะแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุลที่อาจนำไปสู่ความไม่สมดุลของกระแสผ่านส่วนวงจรเรียงกระแส

วิธีการคำนวณกระแสที่ไม่สมดุล

ในการคำนวณเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไม่สมดุลด้วยตนเอง ก่อนอื่นคุณต้องกำหนดกระแสหรือแรงดันเฉลี่ยและค่าเบี่ยงเบนที่ใหญ่ที่สุด จากนั้นคุณจะหารค่าเบี่ยงเบนด้วยแรงดันเฉลี่ยและคูณจำนวนนั้นด้วย 100 เพื่อให้ได้เปอร์เซ็นต์ของคุณ

เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าไม่สมดุล:

ตัวอย่างเช่น: V1 = 469

V2 = 478

V3 = 461

แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย = 469.33 V2 มีค่าเบี่ยงเบนสูงสุด 8.66667

% VUB = 100(8.66667/469.33) = 1.84%

ATPOL เป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับการเพิ่มลงในกล่องเครื่องมือการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ของคุณสำหรับการทดสอบมอเตอร์ที่มีพลังงาน การทดสอบมอเตอร์ ESA เป็นประจำโดยใช้ ALL-SAFE PRO © ช่วยให้โรงงานทำการตรวจสอบระบบมอเตอร์ทั้งหมดได้อย่างรวดเร็ว

ATPOL III ™ ใช้แรงดันและกระแสของมอเตอร์ในการเข้าถึง:

• สภาพจากไฟเข้า
• สภาพทางไฟฟ้าและทางกลของมอเตอร์และความไม่สมดุล
• ไม่ตรงแนว
• เงื่อนไขแบริ่ง
• ความหลวม
• ถูของโหลด
• ความผิดปกติในกระบวนการ เช่น การเกิดโพรงอากาศ

การวัดแบบพกพาสามารถทำได้อย่างง่ายดายจากมอเตอร์ใดๆ ที่ไม่มีตู้นิรภัยทั้งหมดโดยใช้ CT แบบพกพา แบบหนีบ หรือแบบยืดหยุ่น

ATPOL III™ ทำการเก็บข้อมูลแรงดันไฟฟ้าและกระแสทั้งสามเฟสพร้อมกันเพื่อสร้างกราฟ ตาราง และจอแสดงผลเพื่อใช้คุณภาพของกำลังเป็นเครื่องมือบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ที่จำเป็นเพื่อให้อุปกรณ์ของคุณอยู่ในระดับสูงสุดระดับโลก สิ่งอำนวยความสะดวก. ใช้ความไม่สมดุลของ V เพื่อทำนายความล้มเหลวของฉนวนที่คดเคี้ยวก่อนเวลาอันควร เพื่อกำหนดอายุการใช้งานของมอเตอร์ที่ลดลงซึ่งเกิดจากความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า

ทดสอบมอเตอร์ของคุณอย่างแม่นยำด้วย ALL-TEST PRO

การทดสอบมอเตอร์เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ของคุณทำงานได้อย่างถูกต้อง และค้นหาข้อผิดพลาดหรือปัญหาที่อาจเกิดขึ้นเพื่อให้สามารถแก้ไขได้ เพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำเมื่อทดสอบมอเตอร์ของคุณ ให้ใช้ผลิตภัณฑ์ทดสอบทั้งหมด ไม่ว่าคุณกำลังทดสอบความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าหรือทำการ ทดสอบแบบไม่มีพลังงาน ผลิตภัณฑ์ของเราสามารถช่วยคุณระบุสถานะของมอเตอร์ของคุณได้

ATP รู้จักมอเตอร์ ATP เชี่ยวชาญด้านโซลูชันแบบมีพลังงานและแบบไม่มีพลังงานสำหรับการทดสอบภาคสนาม ผลิตภัณฑ์ของ ATP สามารถพกพาภาคสนามได้ น้ำหนักเบา ใช้งานง่าย แม่นยำ และให้การตรวจจับปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้เร็วที่สุด เพื่อให้โรงงานของคุณทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัย