Hjemmel og kilde
Alminnelig elektroteknikk for spenningsfall mot en kilde med endelig kortslutningsytelse. Grenser for spenningssprang i tilknytningspunktet er satt i forskrift om leveringskvalitet i kraftsystemet. Motorens startstrømsfaktor står på motorskiltet eller i produsentens datablad.
Formelen for dippen
ΔU / U ≈ S_start / (S_k + S_start), der S_start er startens tilsynelatende effekt og S_k er kortslutningsytelsen i det punktet motoren kobles til.
S_start = √3 × U × I_start for et trefasanlegg, og S_k = √3 × U × I_k med kortslutningsstrømmen i samme punkt.
Forholdet mellom de to er alt som betyr noe. Er kortslutningsytelsen hundre ganger større enn starteffekten, blir dippen én prosent. Er den fem ganger større, blir den sytten.
Merk at det er ytelsen i tilkoblingspunktet som gjelder, ikke ved trafoen. Kabelen ut til den underfordelingen motoren står på har spist av kortslutningsstrømmen på veien, og det er den svekkede verdien som skal inn i formelen.
Startstrømmen: hvor faktoren kommer fra
En asynkronmotor som startes direkte på nettet trekker mellom fem og åtte ganger merkestrømmen i startøyeblikket. Faktoren står på motorskiltet som forholdet mellom startstrøm og merkestrøm, og den varierer mellom motortyper.
Startens effektfaktor er dessuten dårlig, typisk rundt 0,3, fordi motoren i startøyeblikket nesten bare er en induktans. Det er en del av grunnen til at dippen blir så merkbar: strømmen er stor og nesten helt reaktiv, altså akkurat den strømmen som gir spenningsfall uten å gjøre arbeid.
Startens varighet avhenger av treghetsmomentet i det motoren driver. En vifte kommer opp i turtall på sekunder, en tung sentrifuge kan bruke titalls sekunder — og jo lengre starten varer, desto mer merkes dippen.
- Faktoren står på skiltet — ikke gjett den
- Startens cos φ er lav, rundt 0,3, og det forsterker dippen
- Lang starttid gjør en akseptabel dipp til et problem for resten av bygget
Eksempel: en 22 kW motor på to ulike tavler
Motoren har merkestrøm 40 A og startfaktor 6,5, altså startstrøm 260 A. S_start = 1,732 × 400 × 260 = 180 kVA.
Tavle A står nær trafoen med kortslutningsstrøm 8 000 A. S_k = 1,732 × 400 × 8 000 = 5 540 kVA.
Dipp = 180 / (5 540 + 180) = 3,1 prosent. Ingen merker det.
Tavle B står i enden av en lang kabel med kortslutningsstrøm 1 200 A. S_k = 1,732 × 400 × 1 200 = 831 kVA.
Dipp = 180 / (831 + 180) = 17,8 prosent. Spenningen faller til 329 volt mens motoren starter, lyset blafrer synlig, og utstyr med kontaktorer står i faresonen.
Samme motor, samme start, to helt ulike anlegg. Det er kortslutningsytelsen i punktet som avgjør, og den må hentes fra beregningen — ikke antas.
Hva som ryker ved for stor dipp
Kontaktorer først. En kontaktorspole slipper typisk taket et sted mellom 65 og 70 prosent av merkespenningen, og en dipp som varer i noen sekunder er nok. Resultatet er at maskiner andre steder i bygget stopper, og at ingen forstår hvorfor før noen kobler startene sammen med hendelsene.
Motoren selv er den neste. Dreiemomentet i en asynkronmotor går med kvadratet av spenningen: ved 80 prosent spenning har du 64 prosent moment. En motor som starter en tung last i en dyp dipp kan bli stående og trekke startstrøm til vernet løser ut.
Så kommer elektronikken. Frekvensomformere og strømforsyninger har underspenningsvern som kobler ut, og de kommer ikke alltid tilbake av seg selv.
Og til slutt lyset. Blafring er den eneste konsekvensen alle merker, og derfor den som utløser klagen — men den er sjelden den dyreste.
Tiltakene og hva de koster i moment
Mykstarter reduserer startstrømmen til rundt to til tre ganger merkestrøm, og dermed dippen tilsvarende. Prisen er at startmomentet faller like mye, så en last som må rives i gang tåler det ikke.
Stjerne-trekant gir en tredel av startstrømmen og en tredel av momentet. Det er billig og velprøvd, men omkoblingen gir et nytt strømstøt, og lasten må kunne akselerere ferdig i stjerne.
Frekvensomformer gir start på tilnærmet merkestrøm med fullt moment fra null turtall, og er teknisk det beste. Prisen er investering, plass i tavla og harmonisk forvrengning som må tas hensyn til.
Og noen ganger er det riktige tiltaket å flytte motoren: kobles den til nærmere hovedtavla, der kortslutningsytelsen er høy, forsvinner problemet uten at noe elektronisk kjøpes inn.
Vanlige spørsmål
Hvor stor spenningsdipp er akseptabel?
Det avgjøres av to ting: hva forskriften tillater av spenningssprang i tilknytningspunktet, og hva utstyret i bygget tåler. Det andre er ofte strengere enn det første. En dipp på ti prosent kan være helt lovlig og likevel stoppe en produksjonslinje, og da er det linjen og ikke forskriften du må forholde deg til.
Kan jeg redusere dippen ved å legge grovere kabel?
Ja, indirekte. Grovere kabel gir lavere impedans og dermed høyere kortslutningsytelse i punktet, og det er nettopp den som står i nevneren i formelen. Er dippen marginalt for stor, kan et tverrsnitt opp på matekabelen løse det uten at noe annet endres.
Gjelder regnestykket også for enfasmotorer?
Prinsippet er det samme, men formelen bruker enfas effekt og enfas kortslutningsytelse. Enfasmotorer er som regel små nok til at dippen er ubetydelig, med unntak av kompressorer og pumper som starter mot fullt trykk.
Les videre
- Motorstrøm: fra kilowatt på skiltet til ampere i kabelen — Merkestrømmen og startfaktoren regnes ut der, og er inngangsverdiene her.
- Kortslutningsstrøm Ik: den høyeste og den laveste — Kortslutningsytelsen i punktet er nevneren i hele regnestykket.
- Spenningskvalitet: avviket i prosent, og grensen som gjelder — Spenningssprang er en egen størrelse i forskriften, med andre grenser enn langsomme variasjoner.
- Spenningsfall ringnett: finn punktet med lavest spenning — Momentmetoden: last ganger motsatt avstand, delt på ringlengden. Med snupunktet regnet ut.