ČR: Zisťovanie elektrickej nevyváženosti a preťaženia aneb keď sa hrejú drôty a poistky viac, ako by mali, je tu problém

Termosnímky představují jednoduchý způsob identifikace rozdílů povrchových teplot v průmyslových třífázových obvodech za normálních provozních podmínek. Kontrola teplotních gradientů všech tří fází vedle sebe umožňuje technikům rychle objevit výkonové anomálie v jednotlivých větvích, způsobené nevyvážeností nebo přetížením.

Elektrická nevyváženost může být způsobena různými vlivy: problém s napájením, nízké napětí na jedné fázi nebo průraz izolačního odporu uvnitř vinutí motoru.

Dokonce i malá napěťová nevyváženost může mít negativní vliv na spoje a snižovat dodávané napětí, zatímco motory a další zátěže budou odebírat nadměrný proud, poskytovat nižší krouticí moment (a tím zvyšovat mechanické namáhání) a dříve se opotřebí. Výrazná nevyváženost může způsobit spálení pojistky a omezení provozu na jednofázový. Nevyvážený proud se přitom vrací do nulového vodiče s následkem vyměření penále celému podniku za odběr špičkového proudu.

Dosáhnout dokonalého vyvážení napětí mezi třemi fázemi je v praxi téměř nemožné. Asociace NEMA definuje nevyváženost procentuálně: % nevyváženosti = [(100)(maximální odchylka od průměrného napětí)] ÷ průměrné napětí. Aby obsluze zařízení pomohla určit akceptovatelnou úroveň nevyváženosti, navrhla asociace NEMA specifikace pro vícenásobná zařízení. Tyto základní specifikace jsou užitečnou referencí pro srovnávání při provádění údržby a řešení problémů.

Co kontrolovat?
Pořizujte termosnímky všech elektrických rozvaděčů a dalších přípojných bodů vysoké zátěže, jako jsou pohony, odpojovače, ovladače apod. Pokud odhalíte vyšší teploty, zkontrolujte příslušný obvod, jeho větve a zátěže.

Zkontrolujte rozvaděče a další spoje s demontovanými kryty. Ideálně byste měli zkontrolovat elektrická zařízení zahřátá na stabilní provozní teplotu s nejméně 40% typickým zatížením. Tímto způsobem je možné měření správně vyhodnotit a srovnat s normálními provozními podmínkami.

Co je třeba vyhledat?
Stejné zátěže by měly vykazovat stejné odpovídající teploty. V situaci nevyvážení zátěže se bude více zatížená fáze jevit teplejší než ostatní, protože bude vyvíjet teplo způsobené odporem. Podobnou situaci jako nevyvážená zátěž však může vyvolat také přetížení, špatné připojení a harmonická nesymetrie. Diagnostika problému bude vyžadovat změření elektrické zátěže.

Poznámka: Nižší než obvyklá teplota obvodu nebo větve může signalizovat vadu součásti.

Rozumným postupem je vytvořit pravidelný inspekční postup, který zahrnuje všechna důležitá elektrická připojení. Pomocí softwaru dodávaného k termokameře uložte všechny pořízené snímky do počítače a provedená měření porovnávejte. Tímto způsobem získáte výchozí snímky pro pozdější srovnávání. Takový postup vám pomůže určit, zda jsou horká nebo studená místa neobvyklá nebo normální. Pořízením nového snímku po provedené opravě můžete zkontrolovat, zda byla oprava úspěšná.

Které poruchy mají nejvyšší důležitost?
Prioritu oprav by měla určovat bezpečnost - např. zařízení, která představují bezpečnostní riziko - a poté důležitost zařízení a rozsah zvýšení teploty.

Směrnice asociace NETA (InterNational Electrical Testing Association) předepisují okamžitou opravu, pokud rozdíl teplot (DT) mezi podobnými elektrickými zařízeními s podobným zatížením přesahuje 15 °C (27 °F) nebo pokud DT mezi elektrickým zařízením a teplotou okolního vzduchu přesahuje 40 °C (72 °F).

Normy NEMA (NEMA MG1-12.45) nedoporučují provoz jakéhokoli motoru při nevyváženosti napětí vyšší než jedno procento. V případě vyšší nevyváženosti je organizací NEMA doporučeno takové motory odlehčit. Míra bezpečné nevyváženosti pro ostatní zařízení může být různá.

Jaké může porucha způsobit náklady?
Běžným následkem nevyváženosti napětí je porucha motoru. Celkové náklady zahrnují cenu motoru, pracovní náklady na výměnu motoru, náklady na likvidaci výrobků poškozených nerovnoměrnou výrobou a náklady na přerušení výroby na lince.

Předpokládejme, že náklady na výměnu motoru o výkonu 50 k každoročně dosahují 100 000 Kč včetně práce. Připočtěme 4 hodiny přerušení výroby ročně s následnou ztrátou zisku 120 000 Kč za hodinu. Celkové náklady: 100 000 Kč + (4 × 120 000 Kč) = 580 000 Kč každý rok

Následné činnosti
Pokud se na termosnímku zobrazuje celý vodič jako teplejší než ostatní součásti obvodu, může být tento vodič poddimenzovaný nebo přetížený. Zkontrolujte zatížitelnost vodiče a aktuální zátěž, abyste zjistili příčinu problému.

Použijte multimetr s kleštěmi, klešťový přístroj nebo analyzátor kvality elektrické energie a zkontrolujte rozdílový proud a zatížení každé fáze. Na napěťové straně zkontrolujte ochranu a rozvaděč, zda nedochází k poklesu napětí.

Obecně by napětí mělo být v rozsahu 10 % hodnoty na štítku. Napětí na nulovém vodiči vůči zemi vám ukáže, jak silně je váš systém zatížený a pomůže vám sledovat proud harmonické. Napětí na nulovém vodiči vůči zemi vyšší než 3 % by mělo být předmětem dalšího šetření.

Zatížení se mění a pokud se do soustavy připojí významné jednofázové zatížení, může se jedna fáze náhle snížit o 5 %. Poklesy napětí na pojistkách a spínačích se také mohou projevovat jako nevyváženost na motoru a způsobovat nadměrné zahřívání problémového místa. Dříve než definitivně určíte příčinu, proveďte dvojí kontrolu termokamerou a měřením proudu multimetrem nebo klešťovým přístrojem.

Ani napájecí vedení ani rozvodná odbočka by neměly být zatěžovány na svůj maximální limit. Rovnice zátěže obvodu by také měly zahrnovat harmonické. Nejběžnějším řešením přetížení je přesměrování zátěží mezi obvody nebo řízení doby připojení zátěže během procesu.

Pomocí dodávaného softwaru můžete každý potenciální problém zjištěný termokamerou zdokumentovat formou zprávy, která bude obsahovat termosnímek a digitální snímek zařízení. Je to nejlepší způsob jak prezentovat problém a navrhnout způsob opravy.