Tác động của mất cân bằng điện áp

Nếu bạn đang sử dụng hệ thống ba pha, bạn nên biết về điện áp không cân bằng, một trong những vấn đề về điện phổ biến nhất đối với các nhà máy công nghiệp. Khả năng cây trồng của bạn bị mất cân bằng là rất cao khi bạn không có biện pháp ngăn chặn chúng. Nắm bắt sự mất cân bằng trước khi chúng gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị của bạn là điều lý tưởng.

Dưới đây, hãy tìm hiểu sự mất cân bằng điện áp là gì, nguyên nhân gây ra chúng cũng như cách bạn có thể ngăn ngừa và kiểm tra chúng để bảo vệ hệ thống điện của mình.

Mất Cân Bằng Điện Áp 3 Pha Là Gì?

Hệ thống điện ba pha cân bằng hoặc đối xứng khi điện áp và dòng điện ba pha có cùng biên độ. Một hệ thống không cân bằng có nghĩa là điện áp pha không bằng nhau.

Sự mất cân bằng này đo lường sự khác biệt giữa các pha điện áp trong hệ thống ba pha. Sự cố về điện này thường xảy ra ở các nhà máy điện công nghiệp hoặc bất kỳ nhà máy nào chạy máy lớn với động cơ mạnh.

Mất cân bằng điện áp có thể ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh trong hoạt động của bạn, bao gồm hiệu suất động cơ, chi phí và thiệt hại.

Điều gì gây ra điện áp không cân bằng?

ANSI C84.1 nêu rõ: Hệ thống cung cấp điện phải được thiết kế và vận hành để hạn chế sự mất cân bằng điện áp tối đa ở mức 3% khi đo tại đồng hồ điện trong điều kiện không tải. Điều này có nghĩa là người dùng có trách nhiệm xác minh tình trạng cân bằng điện áp của nhà máy của họ.

Khi điện áp không cân bằng, nguyên nhân thường là do sự phân bổ tải của hệ thống. Những sự mất cân bằng này có thể xảy ra tại bất kỳ điểm nào trong hệ thống và hệ thống điện mất cân bằng có thể xảy ra vì nhiều lý do.

Dưới đây là một số nguyên nhân phổ biến nhất của điện áp không cân bằng:

• Thiếu đối xứng trong đường truyền
• Tải một pha lớn, như lò hồ quang hoặc máy hàn
• Tụ bù hiệu chỉnh hệ số công suất bị lỗi
• Mở máy biến áp delta hoặc wye
• Đầu ra mô-men xoắn thấp gây ra ứng suất cơ học
• Dòng điện cao trong bộ chỉnh lưu và động cơ ba pha
• Mất cân bằng dòng điện chạy trong dây trung tính
• Lỗi hoạt động của thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất
• Nguồn cung tiện ích không cân bằng hoặc không ổn định
• Dãy máy biến áp không cân bằng cung cấp tải ba pha quá lớn so với dãy
• Phụ tải một pha phân bố không đều trên cùng một hệ thống điện
• Lỗi chạm đất một pha không xác định được
• Đầu nối hoặc công tắc tơ bị lỏng, bị ăn mòn, bị rỗ

Ngay cả các điều kiện của nhà máy cũng có thể gây ra hoặc góp phần làm mất cân bằng điện áp. Ví dụ, máy biến áp quá tải, thiết bị điều chỉnh hệ số công suất bị trục trặc, bộ điều khiển theo chu kỳ và lò phản ứng bị lệch đều có thể dẫn đến mất cân bằng. Ngay cả những gì đang xảy ra ở nhà máy bên cạnh hoặc xa hơn trên đường dây điện cũng có thể ảnh hưởng đến sự mất cân bằng điện áp tại cơ sở của bạn.

Ảnh hưởng của mất cân bằng điện áp

Mất cân bằng điện áp có thể gây hại cho động cơ. Sự khác biệt về điện áp pha gây ra dòng điện lưu thông trong động cơ ba pha, dẫn đến mất cân bằng dòng điện cao hơn từ 6 đến 15 lần so với mất cân bằng điện áp. Dòng điện tăng thêm góp phần làm tăng nhiệt động cơ, có thể nghiêm trọng khi mất cân bằng đủ lớn. Nhiệt độ động cơ cao hơn này làm giảm lớp cách điện xung quanh, rút ngắn tuổi thọ động cơ và dẫn đến cháy động cơ.

Các ảnh hưởng khác của dòng điện và điện áp không cân bằng bao gồm tăng xung, ứng suất cơ học, rung động và tổn thất. Ngoài ra, các vấn đề bảo trì như danh bạ bị mòn và kết nối lỏng lẻo là phổ biến. Những vấn đề này có thể khiến động cơ hoạt động ồn ào, chạy ở nhiệt độ cao và hỏng sớm.

Hơn nữa, sự mất cân bằng điện áp sẽ làm mất đi tỷ lệ dòng điện cuộn dây rôto bị khóa vốn đã tương đối cao, tốc độ đầy tải sẽ giảm nhẹ và mô-men xoắn sẽ giảm. Nếu mất cân bằng điện áp đủ lớn, khả năng mô-men xoắn giảm có thể không đủ cho ứng dụng và động cơ sẽ không đạt được tốc độ định mức.

Tiêu chuẩn NEMA MG-1, tuyên bố rằng động cơ nhiều pha sẽ hoạt động thành công trong điều kiện chạy ở tải định mức khi mất cân bằng điện áp ở các đầu nối động cơ không vượt quá 1%. Hơn nữa, không nên vận hành động cơ có tình trạng mất cân bằng trên 5% và có thể dẫn đến hư hỏng động cơ.

Mặc dù nói chung là không mong muốn, nhưng một hành động khắc phục khác có thể là giảm tốc độ động cơ. Khi mất cân bằng điện áp vượt quá 1%, động cơ phải được giảm công suất để nó hoạt động thành công. Đường cong giảm công suất, hiển thị bên dưới, chỉ ra rằng ở giới hạn 5% do NEMA thiết lập đối với tình trạng mất cân bằng, một động cơ sẽ bị giảm công suất đáng kể, chỉ còn khoảng 75% định mức mã lực trên bảng tên của nó.

Mất cân bằng điện áp có thể gây hại cho bộ chuyển đổi DC 3 pha được sử dụng trong các bộ truyền động tần số thay đổi (VFD). Ổ đĩa biến tần (VFD) có vấn đề có hiện tượng ngắt gây khó chịu, biểu hiện tất cả các dấu hiệu của mạch quá tải, ngay cả khi các phép đo cho kết quả khác, có thể có dòng pha không cân bằng. Dòng điện VFD có thể trở nên rất mất cân bằng do dòng điện quá mức trong một hoặc hai pha. Điều này xảy ra ngay cả khi dòng điện trung bình của ba pha thấp hơn nhiều so với định mức hiện tại của VFD.

Mặt trước của VFD sử dụng bố trí các điốt công suất cao để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha đầu vào để tạo ra bus DC làm nguồn dự trữ cho phần biến tần nguồn. Dòng điện qua phần chỉnh lưu đầu vào được vẽ theo xung. Lý tưởng nhất là dòng điện qua mỗi diode được chia đều, tuy nhiên, sự mất cân bằng điện áp cung cấp cho đầu vào của VFD gây ra nguồn điện không đồng đều qua các điốt riêng lẻ dẫn đến hỏng điốt nguồn sớm và thường xuyên. Đầu ra không cân bằng của các điốt hiện tại sẽ tạo ra nội dung sóng hài tăng lên. Khi các xung đầu ra trở nên mất cân bằng hơn, sóng hài dòng điện gấp ba lần cũng sẽ tăng lên.

Sao nó lại quan trọng?

Lý do rõ ràng nhất để quan tâm đến sự mất cân bằng điện áp là giảm hiệu suất và hiệu suất của động cơ — cả hai đều ảnh hưởng đến lợi nhuận của công ty bạn. Hiệu suất của bất kỳ động cơ nào cũng sẽ khác nhau, tùy thuộc vào các yếu tố như loại ứng dụng, tải và điện áp cung cấp.

Hoạt động trên nguồn điện có sự mất cân bằng điện áp lớn hơn sẽ làm tăng tổn thất I ² R — nghĩa là điện trở bình phương dòng điện — trong rôto và stato, nghĩa là nhiều điện năng cung cấp sẽ được chuyển thành nhiệt và ít thành công hơn. Động cơ sẽ chạy nóng hơn và do đó, kém hiệu quả hơn. Lưu ý rằng tổn thất rôto tăng sẽ làm tăng “trượt”, do đó động cơ sẽ quay chậm hơn một chút và hoạt động ít hơn trong một thời gian nhất định.

Phương trình Arrhenius cơ bản phát biểu rằng tốc độ hóa học tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng lên mỗi độ C. Bằng cách áp dụng phương trình này vào lớp cách điện của động cơ, dễ dàng nhận thấy rằng bất kỳ sự gia tăng nhiệt độ nào cũng sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của động cơ. Bảng sau đây cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ cuộn dây do mất cân bằng điện áp.

Khi sự mất cân bằng làm hỏng thiết bị của bạn, nhà máy của bạn sẽ gặp phải thời gian ngừng hoạt động do động cơ không hoạt động hiệu quả như bình thường. Ngoài số tiền bị mất trong thời gian ngừng hoạt động, các động cơ bị hỏng của bạn sẽ cần phải thay thế hoặc sửa chữa tốn kém

Làm thế nào để ngăn chặn một hệ thống năng lượng không cân bằng

Để tránh mất cân bằng điện áp, các tải cần được phân bổ đều trên các pha của bảng điều khiển. Khi một pha trở nên tải nhiều hơn các pha khác, điện áp trên pha đó sẽ thấp, dẫn đến mất cân bằng. Việc phân phối đều các tải của bạn giúp ngăn không cho một pha bị quá tải.

Hiểu được nguyên nhân của sự mất cân bằng sẽ giúp bạn và các kỹ thuật viên của bạn tìm kiếm các dấu hiệu và tìm cách ngăn chặn chúng. Cách tốt nhất để ngăn ngừa sự mất cân bằng là kiểm tra sự mất cân bằng điện áp và xác định nguyên nhân có thể gây ra chúng. Ngay cả khi có một sự mất cân bằng nhỏ ở đâu đó trong hệ thống, việc kiểm tra nó ngay bây giờ có thể giúp bạn phát hiện ra nó trước khi các tác động gây hại. Thiết bị kiểm tra phân tích chữ ký điện năng lượng (ESA) ATPOL III™ với phần mềm ATPOL 8.0 đi kèm có thể đo và tính toán nhanh chóng và chính xác sự mất cân bằng điện áp được cung cấp cho các công cụ công nghiệp này như một phần của các bài kiểm tra động cơ được cấp điện thông thường chỉ mất chưa đến 1 phút. Phần mềm ATPOL 8.0 tính toán % mất cân bằng điện áp và cung cấp hệ số giảm điện áp thích hợp.

ATPOL III™ di động có thể được kết nối nhanh chóng bằng cách sử dụng đầu nối đặc biệt với đầu nối TẤT CẢ AN TOÀN © được cài đặt sẵn hoặc sử dụng đầu dò điện áp và CT có thể tháo rời trong bất kỳ bộ điều khiển động cơ hoặc ngắt kết nối dễ tiếp cận nào. Để cung cấp khả năng bảo vệ bổ sung cho các VFD ngày càng phổ biến, họ thậm chí có thể kiểm tra nguồn điện đầu vào của các bộ điều khiển đắt tiền này để đảm bảo không có tình trạng mất cân bằng điện áp có thể dẫn đến mất cân bằng dòng điện qua các phần chỉnh lưu.

Cách tính toán dòng điện không cân bằng

Để tính phần trăm điện áp không cân bằng theo cách thủ công, trước tiên bạn cần xác định cường độ dòng điện hoặc điện áp trung bình và độ lệch lớn nhất. Sau đó, bạn sẽ chia độ lệch cho điện áp trung bình và nhân số đó với 100 để có tỷ lệ phần trăm.

Phần trăm mất cân bằng điện áp:

Ví dụ: V1 = 469

V2 = 478

V3 = 461

Điện áp trung bình = 469,33 V2 có độ lệch cực đại 8,66667

% VUB = 100(8,66667/469,33) = 1,84%

ATPOL là công cụ lý tưởng để thêm vào hộp công cụ bảo trì dự đoán của bạn để kiểm tra động cơ hoạt động. Thường xuyên thực hiện kiểm tra động cơ ESA bằng cách sử dụng ALL-SAFE PRO © cho phép các nhà máy nhanh chóng thực hiện kiểm tra toàn bộ toàn bộ hệ thống động cơ.

ATPOL III ™ sử dụng điện áp và dòng điện của động cơ để truy cập:

• Điều kiện từ nguồn điện đến
• Tình trạng điện và cơ của động cơ và mất cân bằng
• sai lệch
• điều kiện chịu lực
• lỏng lẻo
• chà của tải
• Bất thường trong quá trình, chẳng hạn như cavitation

Các phép đo di động có thể được thực hiện dễ dàng từ bất kỳ động cơ nào không có két an toàn bằng cách sử dụng CT di động, kẹp hoặc linh hoạt.

ATPOL III™ thực hiện thu thập dữ liệu đồng thời cả ba pha điện áp và dòng điện để tạo biểu đồ, bảng và màn hình nhằm sử dụng chất lượng điện năng làm công cụ bảo trì dự đoán cần thiết để đưa thiết bị của bạn lên hàng đầu thế giới cơ sở. Sử dụng mất cân bằng V để dự đoán lỗi cách điện cuộn dây sớm nhằm xác định tuổi thọ động cơ giảm do mất cân bằng điện áp.

Kiểm tra chính xác động cơ của bạn với ALL-TEST PRO

Kiểm tra động cơ là rất quan trọng để đảm bảo thiết bị của bạn hoạt động bình thường và tìm ra bất kỳ lỗi hoặc sự cố tiềm ẩn nào để có thể giải quyết chúng. Để đảm bảo độ chính xác khi kiểm tra động cơ của bạn, hãy sử dụng các sản phẩm ALL-TEST. Cho dù bạn đang kiểm tra sự mất cân bằng điện áp hay tiến hành kiểm tra khi mất điện , các sản phẩm của chúng tôi đều có thể giúp bạn xác định trạng thái của động cơ.

ATP biết động cơ. ATP chuyên về các giải pháp mang điện và ngắt điện để thử nghiệm tại hiện trường. Các sản phẩm ATP có tính di động tại hiện trường, nhẹ, dễ sử dụng, chính xác và cung cấp khả năng phát hiện sớm nhất các vấn đề tiềm ẩn, giúp nhà máy của bạn hoạt động hiệu quả và an toàn.