De elektrische stroomproblemen waar industriële installaties het vaakst last van hebben zijn spanningsafnames en -toenames, harmonischen, transiënten, en spannings- en stroomonbalans.
In een gebalanceerd driefasensysteem, moeten de fasespanningen gelijk zijn of zo goed als gelijk. Onbalans of inbalans is een meting van de ongelijkheid van de fasespanningen. Spanningsonbalans is de meting van spanningsverschillen tussen de fasen van een driefasensysteem. Het vermindert de prestaties en verkort de levensduur van driefasenmotoren.
De impact van de transiënten op motoren kan ernstig zijn. De isolatie van motorwindingen kan beschadigd raken, wat vervolgens kan leiden tot dure motorstoringen en ongeplande uitvaltijd.
Testen op transiënte spanning in motoren
Transiënte spanningen (ongewenste pieken of dalingen in een elektrisch circuit) kunnen worden veroorzaakt door verschillende bronnen, zowel binnen als buiten een industriële installatie.
Het in- of uitschakelen van naast elkaar opgestelde belastingen, condensatorbanken voor blindstroomcompensatie of zelfs weersomstandigheden ver weg, kunnen transiënte spanningen in verdeelinrichtingen veroorzaken. Deze transiënten, waarvan de amplitude en frequentie kunnen variëren, kunnen de motorwindingen eroderen of de isolatie beschadigen.
Het kan moeilijk zijn om vast te stellen waar deze transiënten vandaan komen, omdat ze niet regelmatig optreden en de symptomen op verschillende manieren aan het licht kunnen komen. Er kan bijvoorbeeld een transiënt ontstaan bij regelkabels die niet noodzakelijk tot directe beschadiging van de apparatuur leidt, maar die de werking kan verstoren.
Een goede manier om transiënten te identificeren en te meten, is met driefasenvermogenanalyseapparatuur met een transiëntfunctie, zoals de Fluke 438-II Power Quality en Motor Analyzer. De transiëntfunctie op de meter is ingesteld op 50 V boven de normale spanning. Op het display van de meter worden dan de mogelijk problematische spanningen boven 50 V weergegeven: de transiënten.
Als er tijdens een eerste meting geen transiënten worden gevonden, is het goed om de netvoedingskwaliteit over een bepaalde periode te meten en te loggen met geavanceerde industriële registratieapparatuur voor de netvoedingskwaliteit, zoals de Fluke 1750 driefasen-Power Quality Logger.
Wat is de oorzaak van ongebalanceerde spanning?
Een ongebalanceerd driefasensysteem kan zorgen dat driefasenmotoren en andere driefasenbelastingen slecht presteren of eerder storingen vertonen vanwege het volgende:
- Mechanische belastingen in motoren door koppeluitvoer die lager is dan normaal
- Hogere stroom dan normaal in motoren en driefasengelijkrichters
- Ongebalanceerde stroom stroomt door neutrale geleiders in driefasencircuits
Spanningsonbalans bij de motoraansluitingen veroorzaakt een grote stroomonbalans, die 6 tot 10 keer groter kan zijn dan de spanningsonbalans. Ongebalanceerde stroom leidt tot koppelpulsering, toegenomen trilling en mechanische stress, toegenomen verlies en oververhitting van de motor. Spannings- en stroomonbalans kunnen ook tekenen zijn van onderhoudsproblemen zoals losse verbindingen en versleten contacten.
Onbalans kan zich op ieder punt in de verdeelinrichting voordoen. De belastingen moeten gelijkmatig worden verdeeld over alle fasen van een verdeelpaneel. Indien één fase te zwaar belast wordt in vergelijking met de andere, wordt de spanning op die fase verlaagd. Transformatoren en driefasenmotoren die door dat paneel worden gevoed kunnen warmer worden, ongewoon luidruchtig zijn, overmatig trillen en zelfs vroegtijdig storingen vertonen.
Hoe kan de spanningsonbalans worden berekend
De berekening voor het bepalen van de spanningsonbalans is eenvoudig. Het resultaat is het percentage onbalans en kan worden gebruikt om de volgende stappen bij het storingzoeken in de motor te bepalen. De berekening heeft drie stappen:
- Bepaal de gemiddelde spanning of stroom
- Bereken de grootste afwijking in spanning of stroom
- Deel de maximale afwijking door de gemiddelde spanning of stroom en vermenigvuldig met 100% onbalans = (maximale afwijking van gemiddelde V of I / gemiddelde V of I) x 100
Een handmatige berekening van de onbalans is een momentopname van de spannings- of stroomonbalans. Een motoraandrijvingsanalyseapparaat zoals de Fluke 438-II toont de actuele spannings- of stroomonbalans, inclusief alle variaties in onbalans.