Resolvendo problemas após as atualizações de energia da planta

Tentar economizar dinheiro em energia nem sempre é tão simples quanto parece. Instalar drives de frequência variável (VFDs) e retrofit de sistemas de iluminação são duas das maneiras mais rápidas e amplamente aceitas de obter economias de energia significativas. No entanto, novos problemas podem surgir como resultado.

Uma das primeiras etapas para resolver esses problemas é entender que os próprios dispositivos de baixo consumo de energia podem ser a causa. Embora a maioria dos reatores eletrônicos de iluminação, controles de iluminação e VFDs de economia de energia funcionem bem em sistemas modernos de distribuição elétrica, este equipamento pode criar pesadelos para a solução de problemas em instalações mais antigas.

Problemas elétricos resultantes de atualizações de alta eficiência e economia de energia se enquadram em uma ou mais das três áreas:

• Aplicativo
• Instalação (incluindo inicialização)
• Manutenção

VFD incompatíveis
Uma das aplicações mais comuns de economia de energia em instalações é o uso de VFDs em bombas centrífugas, ventiladores e sopradores. A variação das velocidades do motor é uma maneira muito mais eficiente de controlar as taxas de fluxo e, assim, manter as temperaturas da água do que operar o motor e a bomba em velocidade total e estrangular uma válvula para ajustar as taxas de fluxo. Mas ocorrerão problemas se:

• O VFD não foi dimensionado e selecionado corretamente
• A instalação da unidade e do motor não foi feita com um VFD em mente
• Os parâmetros não foram definidos corretamente na inicialização
• Os efeitos das correntes harmônicas não foram considerados no projeto e abordados na manutenção

O efeito não linear das cargas eletrônicas
Os drives de frequência variável são dispositivos eletrônicos complexos chamados de cargas não lineares que variam sua tensão de saída e frequência para controlar a velocidade do motor. O sistema de distribuição fornece tensão, no entanto, a corrente não flui para o VFD até que o circuito retificador na seção do conversor comece a conduzir. Uma vez que a corrente não flui linearmente conforme a tensão é aplicada, o equipamento é chamado de "não linear".

Quando os diodos permitem repentinamente o fluxo de corrente, ele cria um “entalhe” na onda senoidal que causa a distorção da onda senoidal. O circuito retificador do VFD também faz com que as correntes fluam de volta para o sistema de distribuição em múltiplos de 60 hertz (Hz). A corrente que retorna em múltiplos da fundamental é chamada de corrente harmônica. O terceiro harmônico é três vezes o fundamental de 60 Hz, ou 180 Hz. A quinta corrente harmônica está em 300 Hz e assim por diante.

Harmônicos
Estas correntes harmônicas não apenas tendem a distorcer a tensão em toda a planta, mas certas frequências harmônicas criam problemas exclusivos para aquele harmônico. Por exemplo, o terceiro harmônico causa superaquecimento em condutores neutros e transformadores. O quinto harmônico pode causar problemas no motor, como superaquecimento, ruído e vibrações anormais e ineficiência do motor.

O resultado final:todos os equipamentos eletrônicos criam harmônicos e distorcem a tensão distribuída na planta.

Outras cargas não lineares típicas adicionadas durante as atualizações de energia incluem reatores eletrônicos, computadores, controles (PLCs, etc.) e vários componentes de sistemas de automação predial. Sempre use uma ferramenta de teste de resposta true-rms ao medir cargas não lineares, especialmente a corrente. Para obter informações básicas sobre o motivo do true-rms, visite www.fluke.com/true-rms.

Controles sensíveis
Aqui está a causa raiz do problema:Os sistemas de controle modernos são freqüentemente sensíveis a quaisquer problemas de qualidade com a energia elétrica que são fornecidos. Isso significa que cargas não lineares de alta eficiência criam problemas operacionais não apenas com outros equipamentos sensíveis da planta, mas também com elas mesmas. Ironicamente, o próprio equipamento instalado para economizar energia costuma causar ineficiências e custos de manutenção inesperados.

Felizmente, algumas verificações rápidas e solução de problemas elétricos básicos podem resolver muitos problemas.

Exemplos de solução de problemas de VFD
Controle de velocidade do motor insatisfatório e / ou desarmes incômodos: Por exemplo, um problema típico de VFD encontrado em campo é que o inversor não consegue controlar a velocidade do motor de maneira adequada e pode até sofrer desarmes indesejados. As duas causas mais prováveis ​​desse problema específico:

• Desequilíbrio de tensão nas três fases que alimentam o inversor
• Harmônicas fluindo para fora da unidade, de volta para o sistema de distribuição

Por exemplo, um chiller com um VFD instalado pode ter problemas de controle de temperatura em locais especificados no sistema devido a ondas senoidais distorcidas criadas pelos harmônicos. Essa distorção afeta a operação de PLCs, controladores de temperatura e outros controles no chiller.

Outra possibilidade:se os cabos de realimentação do tacômetro não forem selecionados e instalados corretamente, as informações errôneas da velocidade do motor serão realimentadas no VFD, tornando impossível para o VFD controlar a velocidade real do motor.

A solução:passe um cabo blindado para esses sinais de baixa tensão e aterramento apenas em uma extremidade.

Ao rotear esses condutores de baixa tensão, certifique-se de que eles não sejam instalados próximos aos condutores de energia. A indução eletromagnética dos cabos de alimentação pode afetar o controle de baixa tensão.

Verificações de instalação: Para solucionar problemas de controle do VFD, primeiro analise o design da instalação. Provavelmente, o inversor, motor e equipamento associado adequados foram selecionados - mas verifique de qualquer maneira. Desça e observe a instalação. Os tipos de cabo corretos foram selecionados e instalados corretamente? A instalação é adequada para o ambiente em que está instalada? Os gabinetes estão livres de poeira e há ventilação adequada?

Verificações de parâmetros do drive: Revise os parâmetros programados no inversor. Os dados inseridos correspondem à placa de identificação do motor? O inversor foi configurado para operação adequada, como torque variável para aplicações de bomba e ventilador de economia de energia? Se o VFD não estiver controlando o motor conforme o esperado, pode ser porque os parâmetros operacionais não foram definidos corretamente ou, mais do que provavelmente, foram redefinidos por algum indivíduo bem-intencionado tentando corrigir outros problemas.

Verificações de medição rápida: Meça a tensão de entrada do VFD com um multímetro digital true-rms, verificando se o desequilíbrio de tensão está dentro das especificações do fabricante. Meça as frequências e níveis harmônicos no ponto onde a energia é fornecida ao VFD, usando um alicate amperímetro ou analisador de qualidade de energia. Além disso, verifique se há harmônicos no alimentador, onde a energia do VFD também está fornecendo outras cargas.

A solução:Se o desequilíbrio de tensão for o problema, mude e distribua uniformemente as cargas monofásicas. Se as harmônicas forem a causa, entre em contato com o fabricante do inversor ou um fabricante de filtro de harmônicas e determine e instale um filtro de harmônicas devidamente ajustado.

Problemas com retrofits de iluminação
Tropeços incômodos: Sem dúvida, os retrofits de iluminação economizam dinheiro na conta mensal de energia elétrica. Mas muitas instalações investem em atualizações de iluminação apenas para descobrir que as luzes piscam ou simplesmente não funcionam. Aparentemente não relacionados, os motores trifásicos superaquecem, os servidores e computadores funcionam mal e os dados são perdidos. Desarmes incômodos em disjuntores de repente começam a ocorrer. O equipamento eletrônico recém-instalado desarma misteriosamente em sobretensão ou superaquecimento - mas o equipamento não mostra quaisquer sinais de tais condições anormais.

Esses problemas são geralmente associados a harmônicos. Um estudo do IEEE indica que esses harmônicos podem se tornar um problema significativo se a iluminação fluorescente compreender 25 por cento ou mais da carga da instalação.

Os reatores eletrônicos freqüentemente introduzem correntes harmônicas de volta no sistema de distribuição. Se a instalação for mais antiga e apenas um fio neutro for puxado para cada um dos três condutores de fase não aterrados para o circuito de iluminação (compartilhando neutros), o resultado pode ser superaquecimento de condutores neutros, painéis e transformadores. A manutenção freqüentemente encontra e corrige esses problemas.

Uma dica:Puxe condutores neutros adicionais, um por fase total conforme necessário. A termografia infravermelha pode muitas vezes identificar esses problemas antes da falha.

Controles do dimmer: Retrofits comuns para lâmpadas T-8 com reatores eletrônicos e a substituição de lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas (CFLs) geram economias de energia significativas. Para economia de energia adicional, diminua a iluminação fluorescente quando a saída de luz total não for necessária. Este escurecimento pode ser obtido com dimmers manuais ou com fotossensores que detectam o nível de luz em ambientes internos ou externos, conforme necessário.

Certifique-se de combinar o tipo adequado de controle de dimmer com o reator e tipo de lâmpada a ser regulada. As incompatibilidades aqui podem resultar não apenas na operação incorreta do equipamento, mas também em componentes danificados do sistema de iluminação.

Dependendo do tipo de controle de dimerização usado, fiação de controle adicional operando de zero a 10 volts pode ser instalada. Colocar essa fiação de controle muito perto dos condutores de energia durante a instalação ou manutenção pode resultar em controle de iluminação errático.

Uma dica:mantenha a fiação de controle o mais curta possível durante a instalação.

Os controles de iluminação automatizados que desligam e ligam erraticamente os bancos de iluminação após a instalação dos controles de economia de energia devem ser verificados para a operação adequada do sensor. Alguns fotossensores podem ter um ajuste de banda morta disponível para alterar o tempo entre as luzes apagadas e acesas.

Superaquecimento de motores: Como parte das atualizações de iluminação para economia de energia, os bancos de iluminação podem ser trocados para economizar energia. Dependendo dos circuitos comutados, desequilíbrios de fase podem resultar em sistemas trifásicos. A manutenção recebe a chamada para substituir os motores que foram destruídos por superaquecimento.

Uma dica:verifique a tensão fornecida ao motor durante todas as fases de operação da planta.

O desequilíbrio máximo da tensão nos terminais do motor não deve exceder 1 por cento. A operação de um motor com desequilíbrio superior a 5 por cento provavelmente resultará em danos ao motor.

Conclusão
A melhor ferramenta para solucionar problemas, após uma atualização, é uma força de trabalho bem treinada e devidamente equipada. O conhecimento de como o aplicativo de economia de energia funciona é o primeiro passo para resolver os problemas associados. Revise o projeto, a instalação e quaisquer procedimentos de inicialização para isolar e corrigir muitos problemas. Como a manutenção do equipamento é necessária, use uma abordagem lógica e sistemática com as ferramentas certas para isolar os problemas.

Revise a Figura 1 para problemas típicos encontrados após atualizações de economia de energia e para ideias sobre por onde começar.

Para obter mais informações, visite o site da Fluke Corporation na Web em www.fluke.com.

Figura 1. Problemas típicos relatados após atualizações de energia e algumas verificações rápidas para resolver problemas.

Figura 2. Para preservar sua economia de atualização de energia, aprenda a solucionar e reparar problemas associados internamente.