Měření při údržbě pohonů a motorů (4. část) Měření na vstupu pohonu a motoru

V předchozích třech pokračováních byly uvedeny základní informace o parametrech napájecí sítě a jejich vlivu na provoz motoru přímo připojeného na síť a také o jejich vlivu na provoz řízeného pohonu, chcete-li měniče. Byly uvedeny informace o napěťové nesymetrii, kolísání napětí, podpětí a přepětí, napěťových špičkách i harmonických složkách. V tomto díle si krátce řekneme jak, čím a proč tyto parametry na vstupních svorkách motoru a měniče měřit a ověřovat jejich velikost. Bude řeč především o třífázové síti, a proto je třeba si uvědomit, že díky možné kombinaci spotřebičů připojených na síť, tedy jak třífázových, tak jednofázových, dochází ke změnám parametrů sítě nejen fázi od fáze, ale i v čase. Vzhledem k dynamice odběrů je dobrý nápad kontrolovat všechny parametry třífázovými přístroji pro získání představy, jak se mění fáze od fáze v čase.

 

Obr. 1. Měření multimetrem na jednotlivých fázích

 

Obr. 2. Fluke 435II

Začít je nutné opět tím nejvíce podceňovaným parametrem, kterým je nesymetrie. Bylo řečeno, že norma pro kvalitu sítě hovoří pouze o nesymetrii napěťové. Pro kontrolu stavu pohonu, tedy jak přímo připojeného motoru, tak i měniče, je důležité kontrolovat jak velikost nesymetrie napěťové, tak ale i proudové. Velikost napěťové nesymetrie na svorkách pohonu určuje především nesymetrie napájecí sítě. Tady hraje roli samozřejmě stav nadřazené sítě a zde získaná nesymetrie. Ta může být podle ČSN EN 50160 až 3 %. Dále symetrii napětí ovlivňuje rozložení jednofázových spotřebičů, ale i stav třífázových odběrů v situaci, kdy např. díky počínající poruše může mít třífázový spotřebič větší proudový odběr z jedné fáze, a tak může ovlivnit stav symetrie sítě v daném místě. Ke kontrole nesymetrie napěťové nebo proudové lze použít metodu měření na jednotlivých fázích multimetrem s výpočtem nesymetrie na kalkulačce (obr. 1). Pro proud podobně použitím klešťového ampérmetru měřit proudy jednotlivých fází a provést podobný výpočet jako v případě multimetru. Tento způsob má dvě nevýhody. Jednak se nepodaří určit vliv fázových poměrů na nesymetrii, a také nelze zjistit časové změny napětí a proudu na jednotlivých fázích. Proto je lépe použít třífázový přístroj – analyzátor sítě – který bude stejně potřebný pro další měření a bez kterého se při měření v údržbě pohonů nelze obejít. Analyzátorů kvality elektrické energie je na trhu velké množství typů. Liší se mnoha konstrukčními i elektrickými parametry.

Obr. 3. Qualistar C. A 8336

 

 

Obr. 4. Kyoritsu KEW6315

Pro měření při údržbě pohonů je zásadním parametrem rychlost vzorkování pro možnost zachycení i přechodových dějů a rychlých špiček a možnost měření všech dále uváděných parametrů. Ze hry tedy vypadávají všechny „levné“ přístroje. Ty ve většině případů nevyhoví rychlostí nebo způsobem výpočtu některých parametrů. Z tohoto pohledu se jeví jako dobře použitelné přístroje pro tuto potřebu Fluke 435II (obr. 2), Qualistar C. A 8336 (obr. 3) nebo Kyoritsu KEW6315 (obr. 4). V dalších příkladech bude použito měření z Fluke 435II. 

Obr. 5. Zapojení analyzátoru kvality

Připojením přístroje podle obr. 5 lze získat okamžitě výsledek měření nesymetrie (unbalance) napěťové i proudové i s možností jejich záznamu v čase v procentech. Okamžitě je vidět jak velikost záporné (neg) složky, která vytváří pole s opačným směrem rotace, tak i složky nulové (zero) (obr. 6 a obr. 7), která charakterizuje velikost proudu, protékajícího středním vodičem díky nesymetrii. Velikost těchto složek by pro správný chod neměla překročit 1 %. Platí zde pravidlo 1-8, tedy 1 % napěťové nesymetrie vyvolá přibližně 8 % proudové nesymetrie v případě přímého připojení motoru na síť. V případě měniče je vliv nesymetrie ještě větší a platí, že 1 % nesymetrie napětí vyvolá až 15 % rozdílu proudu. Dojde totiž k posunu pracovního bodu třífázového usměrňovače ve vstupní části měniče a ten začne do sítě produkovat složky 3. harmonické a její násobky na proudu (obr. 8). 

Obr. 6. Zobrazení výsledků měření

Obr. 7. Zobrazení výsledků měření

Obr. 8. Výsledky měření 3. harmonické

Jednofázový usměrňovač produkuje složky 3. harmonické „od přírody“. Při tomto měření se tedy zjistí, jaký vliv má nesymetrie napětí sítě v místě připojení pohonu na velikost proudu pohonu. Při dobré symetrii napětí a nesymetrii proudu zjistíme okamžitě problém na motoru či pohonu. Velikost nesymetrie ovlivňuje tepelné ztráty v dané fázi vinutí motoru nebo části usměrňovače a ta se následně nepřiměřeně ohřívá, a zkracuje se tak její životnost a zvyšuje nebezpečí průrazu. Dalším parametrem, který ovlivňuje činnost měniče je kolísání napětí. Jestliže je kolísání relativně pomalé – desítky sekund až minuty, nemají moderní měniče problém, jestliže změny nepřekročí +/-10 %. V případě, že dochází k rychlým změnám napětí, a tyto se periodicky opakují, např. s frekvencí desetkrát za sekundu (obr. 9), měniče takovou situaci nezvládají ani při poklesech pod 5 % a po delším provozu na takovéto síti dojde k jejich poruše. Je nutné provést krátkodobý záznam rychlosti změn napětí na vstupu měniče. V případě zjištění takového stavu není jiné řešení, než nalézt zdroj takovéhoto kolísání a buď jej přepojit na jinou větev napájení, nebo nasadit zařízení pro stabilizaci napětí. Další měření se týká výskytu napěťových špiček, které mohou poškodit izolaci jak přímo připojeného motoru, tak i prorazit např. usměrňovač měniče. Zde je vhodné odlišit jednorázové špičky (viz popis v druhém díle seriálu) o vysokém napětí řádově jednotek kV, jejichž přítomnost lze zjišťovat pouze dlouhodobým monitoringem sítě pevně zabudovanými monitory kvality sítě. Ověřit je ručním měřením je velký problém.

Obr. 9. Rychlé změny napětí

Obr. 10. Dlouhodobě se opakující ostré špičky

Velmi podceňované jsou malé ostré špičky, které se dlouhodobě opakují (obr. 10). Takovýto průběh proudu signalizuje poruchu na měřeném pohonu. V případě takovýchto špiček na napětí je to signál poruchy některého ze zřízení na síti. Takovéto sice z hlediska velikost malé ale „ostré“ špičky dlouhodobě atakují izolaci vodičů vinutí a součástí měniče a vedou k takzvaným náhodným, nevysvětlitelným poruchám, jestliže se takovýto stav neodstraní. Jak je vidět na obr. 10, přístroj Fluke 435II takovýto stav snadno zjistí. Další část našeho seriálu se bude zabývat měřením harmonických složek, měřením jejich vlivu na motor i měnič, měřením na středním obvodu měniče a vhodnými přístroji pro tato měření.