プラントエネルギーのアップグレード後の問題の解決

エネルギードルを節約しようとすることは、見た目ほど単純ではありません。可変周波数ドライブ（VFD）の設置と照明システムの改造は、大幅なエネルギー節約を達成するための最も迅速で最も広く受け入れられている方法の2つです。それでも、結果として新しい問題が表面化する可能性があります。

これらの問題を解決するための最初のステップの1つは、エネルギー効率の高いデバイス自体が原因である可能性があることを理解することです。ほとんどの省エネ型電子照明バラスト、照明制御、および
VFDは、最新の配電システムで問題なく機能しますが、この機器は、古い施設でトラブルシューティングの悪夢を引き起こす可能性があります。

高効率で省エネのアップグレードに起因する電気的な問題は、次の3つの領域の1つ以上に分類されます。

• アプリケーション
• インストール（起動を含む）
• メンテナンス

VFDの不一致
施設で最も一般的な省エネアプリケーションの1つは、遠心ポンプ、ファン、およびブロワーでVFDを使用することです。モーターの速度を変えることは、流量を制御するためのはるかに効率的な方法であり、それによって、モーターとポンプを全速力で運転し、バルブを絞って流量を調整するよりも水温を維持します。ただし、次の場合に問題が発生します。

• VFDのサイズと選択が適切に行われていません
• ドライブとモーターの取り付けはVFDを念頭に置いて行われていませんでした
• 起動時にパラメータが正しく設定されていませんでした
• 高調波電流の影響は、設計では考慮されておらず、メンテナンスで対処されていません

電子負荷の非線形効果
可変周波数ドライブは、非線形負荷と呼ばれる複雑な電子デバイスであり、出力電圧と周波数を変化させてモーター速度を制御します。配電システムは電圧を供給しますが、コンバータセクションの整流回路が導通し始めるまで電流はVFDに流れません。電圧が印加されても電流は直線的に流れないため、この装置は「非線形」と呼ばれます。

ダイオードが突然電流を流すと、正弦波に「ノッチ」が生じ、正弦波の歪みが発生します。また、VFD整流回路により、電流が60ヘルツ（Hz）の倍数で配電システムに逆流します。基本波の倍数で逆流する電流は、高調波電流と呼ばれます。 3次高調波は、基本波の3倍の60 Hz、つまり180Hzです。 5次高調波電流は300Hzで、以下同様です。

ハーモニクス
これらの高調波電流は、プラント全体の電圧を歪める傾向があるだけでなく、特定の高調波周波数がその高調波に固有の問題を引き起こします。たとえば、3次高調波は、中性線と変圧器の過熱を引き起こします。 5次高調波は、過熱、異常な騒音や振動、モーターの非効率などのモーターの問題を引き起こす可能性があります。

結論：すべての電子機器は高調波を生成し、プラント内に分散された電圧を歪めます。

エネルギーのアップグレード中に追加されるその他の一般的な非線形負荷には、電子バラスト、コンピューター、制御装置（PLCなど）、およびビルディングオートメーションシステムのさまざまなコンポーネントが含まれます。非線形負荷、特に電流を測定するときは、常に真のrms応答テストツールを使用してください。 true-rmsの理由の背景については、www.fluke.com / true-rmsにアクセスしてください。

機密性の高いコントロール
問題の根本的な原因は次のとおりです。最近の制御システムは、供給される電力の品質の問題に敏感であることがよくあります。つまり、非線形で高効率の負荷は、他の敏感なプラント設備だけでなく、それ自体にも運用上の問題を引き起こします。皮肉なことに、エネルギーを節約するために設置された機器自体が、非効率で予期しないメンテナンスコストを引き起こすことがよくあります。

幸いなことに、いくつかの簡単なチェックと基本的な電気的トラブルシューティングにより、多くの問題を解決できます。

VFDのトラブルシューティングの例
不十分なモーター速度制御および/または妨害トリップ： たとえば、現場で発生する典型的なVFDの問題は、ドライブがモーター速度を適切に制御できず、迷惑なトリップが発生する可能性があることです。この特定の問題の2つの最も可能性の高い原因：

• ドライブに供給する3つのフェーズの電圧の不均衡
• 高調波がドライブから流れ出て、配電システムに戻ります

たとえば、VFDが取り付けられたチラーでは、高調波によって生成された歪んだ正弦波が原因で、システム内の指定された場所で温度制御の問題が発生する可能性があります。この歪みは、PLC、温度コントローラー、およびチラーの他の制御装置の動作に影響を与えます。

別の可能性：タコメーターフィードバックケーブルが適切に選択および取り付けられていない場合、誤ったモーター速度情報がVFDにフィードバックされ、VFDが実際のモーター速度を制御できなくなります。

解決策：これらの低電圧信号用にシールドケーブルを配線し、一方の端でのみ接地します。

これらの低電圧導体を配線するときは、電力導体の近くに設置されていないことを確認してください。電源ケーブルからの電磁誘導は、低電圧制御に影響を与える可能性があります。

インストールチェック： VFD制御の問題をトラブルシューティングするには、最初にインストール設計を確認します。適切なドライブ、モーター、および関連機器が選択された可能性がありますが、とにかく確認してください。歩き、インストールを観察します。正しいケーブルタイプが選択され、正しく取り付けられましたか？インストールは、インストールされている環境に適していますか？エンクロージャーにほこりがなく、適切な換気が提供されていますか？

ドライブパラメータのチェック： ドライブにプログラムされているパラメータを確認します。入力したデータはモーターの銘板と一致していますか？ドライブは、省エネポンプやファンの用途向けの可変トルクなど、適切に動作するように設定されていますか？ VFDがモーターを期待どおりに制御していない場合は、操作パラメーターが正しく設定されていないか、他の問題を修正しようとしている善意のある個人によってリセットされた可能性があります。

クイック測定チェック： 真のrmsデジタルマルチメータを使用してVFD入力電圧を測定し、電圧の不均衡がメーカーの仕様の範囲内にあることを確認します。電力品質クランプメーターまたは電力品質アナライザーを使用して、VFDに電力が供給されるポイントで高調波周波数とレベルを測定します。また、VFDへの電力が他の負荷も供給しているフィーダーで高調波が戻っていないか確認してください。

解決策：電圧の不均衡が問題になる場合は、単相負荷をシフトして均等に分散します。高調波が原因であることが判明した場合は、ドライブの製造元または高調波フィルターの製造元に連絡して、適切に調整された高調波フィルターを特定して取り付けてください。

照明の改造に関する問題
迷惑なトリップ： 間違いなく、照明の改造により、毎月の電気料金を節約できます。しかし、多くの施設は、照明のアップグレードに投資しているのは、照明がちらつくか、まったく動作していないことを確認するためだけです。一見無関係な三相モーターが過熱し、サーバーとコンピューターが誤動作し、データが失われます。サーキットブレーカの妨害トリップが突然発生し始めます。新しく設置された電子機器は、不思議なことに過電圧または過熱でトリップしますが、そのような異常な状態の兆候は見られません。

このような問題は、一般的に高調波に関連しています。 IEEEの調査によると、蛍光灯が施設の負荷の25％以上を占める場合、これらの高調波が重大な問題になる可能性があります。

電子バラストは、多くの場合、高調波電流を配電システムに戻します。施設が古いものであり、3つの非接地相導体のそれぞれに対して1本の中性線のみが照明回路に引き込まれた場合（中性点を共有）、結果として中性線、パネルボード、および変圧器が過熱する可能性があります。メンテナンスでは、これらの問題を見つけて修正することがよくあります。

ヒント：必要に応じて、相ごとに1つずつ、追加の中性線を引き込みます。赤外線サーモグラフィは、多くの場合、失敗する前にこれらの問題を特定できます。

ディマーコントロール： 電子バラストを備えたT-8ランプへの一般的な改造と、白熱灯をコンパクト蛍光灯（CFL）に置き換えることは、どちらも大幅なエネルギー節約をもたらします。さらにエネルギーを節約するために、完全な光出力が必要ない場合は、蛍光灯を暗くしてください。この調光は、手動調光器、または必要に応じて屋内または屋外のいずれかで光レベルを感知するフォトセンサーを使用して実現できます。

適切なタイプの調光器制御を、調光するバラストおよびランプのタイプと一致させてください。ここでの不一致は、機器の不適切な動作だけでなく、照明システムのコンポーネントの損傷にもつながる可能性があります。

使用する調光制御のタイプに応じて、0〜10ボルトで動作する追加の制御配線を取り付けることができます。設置または保守中にこのような制御配線を電力導体に近づけすぎると、照明制御が不安定になる可能性があります。

ヒント：インストール中は、制御配線をできるだけ短くしてください。

省エネ制御装置の設置後に照明バンクのオンとオフを不規則に切り替える自動照明制御は、センサーが適切に動作するかどうかを確認する必要があります。一部のフォトセンサーでは、消灯と点灯の間の時間を変更するためにデッドバンド調整を利用できる場合があります。

モーターの過熱： 省エネ照明のアップグレードの一環として、照明のバンクを切り替えてエネルギーを節約することができます。切り替えられる回路によっては、三相システムで位相の不均衡が発生する可能性があります。メンテナンスでは、過熱によって破壊されたモーターを交換する必要があります。

ヒント：プラント運転のすべての段階でモーターに供給される電圧を確認してください。

モーター端子の最大電圧不平衡は1％を超えてはなりません。 5％を超える不均衡でモーターを操作すると、モーターが損傷する可能性があります。

結論
アップグレード後の問題を解決するための最良のツールは、十分に訓練され、適切に装備された労働力です。省エネアプリケーションがどのように機能するかを知ることは、関連する問題を解決するための最初のステップです。設計、インストール、および起動手順を確認して、多くの問題を切り分けて修正します。機器のメンテナンスが必要なため、適切なツールを使用して論理的かつ体系的なアプローチを使用して、問題を切り分けます。

省エネアップグレード後に発生する一般的な問題と、どこから始めればよいかについては、図1を確認してください。

詳細については、フルーク・コーポレーションのWebサイト（www.fluke.com）にアクセスしてください。

図1.エネルギーのアップグレードと問題を解決するためのいくつかの簡単なチェックの後に報告された典型的な問題。

図2.エネルギーアップグレードの節約を維持するために、関連する問題を社内でトラブルシューティングして修復する方法を学びます。