Przykłady użycia analizatorów Sonel PQM. Część 10. Zakłócona sieć przemysłowa

Czasy, kiedy w przemyśle górowały odbiorniki liniowe, takie jak silniki indukcyjne zasilane bezpośrednio z sieci, oświetlenie żarowe czy urządzenia termiczne, dawno przeminęły. Obecnie większość urządzeń elektrycznych pobiera mniej lub bardziej nieliniowy prąd z sieci. Powoduje to szereg problemów dotyczących jakości zasilania. W tym również te najbardziej dokuczliwe, czyli uszkodzenia urządzeń.

Opis rozpoznanego problemu

W obiekcie przemysłowym zasilanym z własnego transformatora, występują częste uszkodzenia baterii kondensatorów, ponieważ jest to bateria bez dławików (wykorzystana z okresu przed modernizacją linii produkcyjnych). Przeważająca większość zainstalowanych napędów elektrycznych, zasilana jest przez falowniki. Należy zdiagnozować przyczynę problemów z uszkodzeniami baterii kondensatorów.

Zastosowane narzędzia pomiarowe:

• Analizator Sonel PQM-702 (zobacz następcę Sonel PQM-710)
• Komplet cęgów F-3A (In=3000 A)
• Oprogramowanie Sonel Analiza

 

Rys. 1. Przebiegi napięć i prądów na transformatorze podczas produkcji (prądy 0,6…1,25 kA)

 

Rys. 2. Przebiegi mocy czynnych oraz THD U podczas produkcji

 

Wnioski wstępne:

1. Widoczny jest wpływ obciążenia na obniżenie napięcia zasilania rzędu 8 V przy prądach rzędu 1 kA.
2. Duże obciążenie podczas produkcji wpływa bardzo mocno na wzrost zniekształceń napięcia.
3. Współczynnik zawartości harmonicznych THD U rzędu 6…9% jest na bardzo wysokim poziomie (punkt 1). Norma EN 50160 dopuszcza maksymalnie 8%.
4. Poziom THD U bez obciążenia potwierdza, że zniekształcenia napięcia nie pochodzą z sieci zasilającej (punkt 2).

Po przeanalizowaniu wstępnych wniosków, zostały przeanalizowane rozkłady harmonicznych podczas pracy oraz podczas postoju urządzeń (odpowiednio punkt 1 oraz 2 z Rys. 2). 

Na Rys. 3, podczas cyklu pracy zakładu (punkt 1 z Rys. 2), można zauważyć istotny wpływ trójfazowych falowników oraz zmiennych obciążeń jednofazowych na zawartość harmonicznych w napięciu.

Na Rys. 4, podczas cyklu postoju zakładu (punkt 2 z Rys. 2), widoczny jest znacznie mniejszy udział wyższych harmonicznych nieparzystych. W szczególności harmoniczna 5 zmniejszyła się z 4,4% do 1,4%. Harmoniczne wyższych rzędów jak 13, 15, 17 spadły prawie do 0%.

 

Rys. 3. Rozkład harmonicznych podczas produkcji (dla zaznaczenia nr 1 z Rys. 2)

 

Rys. 4. Rozkład harmonicznych podczas postoju (dla zaznaczenia nr 2 z Rys. 2)

 

Rys. 5. Rozkład współczynnika tg(φ) na tle mocy czynnych na transformatorze

 

Wnioski końcowe:

1. Bardzo duży poziom zmian napięcia wywołany obciążeniem, wskazuje na małą moc zwarciową.
2. Wysoki poziom THD U dla baterii bezdławikowych oraz duża zawartość wyższych harmonicznych w napięciu, jednoznacznie uzasadniają częste przyczyny awarii kondensatorów.
3. Obecny stan baterii kondensatorów wskazuje na skuteczne utrzymywanie tg(φ) podczas produkcji na poziomie ok. 0,35. Jest to poniżej progu tg(φ)=0,4 wymaganego polskimi przepisami.
4. Problemy z przekompensowaniem, asymetrią oraz utrzymaniem tg(φ)<0,4 przy małym obciążeniu, mogą świadczyć o częściowych uszkodzeniach najmniejszych stopni baterii kondensatorów.

Zalecenia:

1. Należy sprawdzić potencjalne uszkodzenia baterii kondensatorów.

 

Autorzy:
Krzysztof Lorek, Marcin Szkudniewski