Устранение проблем с питанием оборудования HVAC

Частотно-регулируемый привод (VFD) не может изменять скорость вентилятора нагнетаемого воздуха. Мотор перегревается и преждевременно выходит из строя. Программируемые элементы управления, которые обычно работают без проблем, внезапно вызывают проблемы при работе в режиме ожидания. В системе охлажденной воды частотно-регулируемый привод отключается без видимой причины, что приводит к срабатыванию аварийного сигнала высокой температуры. Срабатывает автоматический выключатель, что приводит к отключению системы; тем не менее, показания токоизмерительных клещей не показывают аномального протекания тока в системе после перезапуска.

Хотя каждая проблема устранения неполадок в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха представляет собой уникальный набор обстоятельств, специалисты по техническому обслуживанию могут признать такие проблемы возможными проблемами качества электроэнергии.

В поисках истинной причины
Электроника - основа современных систем управления. Программируемые средства управления, твердотельные реле, датчики, преобразователи, частотно-регулируемые приводы на вентиляторах и насосах охлажденной воды, а также электронные средства управления на приводах - все это подвержено проблемам, которых не было в старых, чисто электромеханических средствах управления. Эти проблемы часто являются результатом качества напряжения и тока, подаваемого на оборудование HVAC. Плохое «качество электроэнергии» - это электроэнергия, не соответствующая заданным параметрам.

Как и во всех формах поиска и устранения неисправностей HVAC, технические специалисты должны понимать источники потенциальных проблем, чтобы их решить. Необъяснимые проблемы часто связывают с неисправным электронным оборудованием.
Однако настоящая причина может быть вовсе не в электронном оборудовании.

Ложные или обманчивые улики
Например, частотно-регулируемый привод, который не может должным образом регулировать нагнетание - скорость воздушного вентилятора может быть результатом различных системных проблем - от блокировки DDC, инициированной на частотно-регулируемом приводе, до неисправного датчика статического давления и чрезмерной утечки в воздуховоде. Хотя причина первоначального сбоя редко связана с самим частотно-регулируемым приводом, на самом деле частотно-регулируемый привод может вызывать другие системные проблемы. Перегрев двигателей, ложные срабатывания автоматических выключателей или необъяснимые срабатывания предохранителей, а также ложные срабатывания сигнализации могут возникать где-то еще в цифровой системе управления. Поскольку все это может быть характеристикой нормальной работы частотно-регулируемого привода, технические специалисты всегда должны отследить причину проблемы до источника.

В одном случае частотно-регулируемый привод с вентилятором непреднамеренно отключился в системе чиллера, когда питание было передано от обычного источника к резервному источнику. В результате на поставляемом оборудовании возникла аварийная сигнализация высокой температуры из-за недостаточного охлаждения. Частотно-регулируемые приводы предназначены для преодоления определенного прерывания напряжения в системе. Однако, если характеристики частотно-регулируемого привода для таких неисправностей превышены, частотно-регулируемый привод выключится.

В этом случае сначала считалось, что неисправен электронный привод. Однако исследование рабочих параметров частотно-регулируемого привода и регистрация значений напряжения и тока во время передачи системного питания выявили истинную причину проблемы:время переключения часто было слишком большим для поддержки работы частотно-регулируемого привода.

В другом случае ЧРП в терминале VAV отключится при подаче питания от резервного источника питания. Проблема заключалась в неспособности резервного генератора обеспечивать достаточное качество электроэнергии для работы частотно-регулируемого привода. Колебания напряжения в режиме ожидания приводили к отключению частотно-регулируемого привода. Решением было переключить частотно-регулируемый привод в режим байпаса, когда он находится в режиме ожидания, в обход электронных регуляторов скорости.

Причина проблем с качеством электроэнергии
Электронное оборудование работает, принимая переменный ток и преобразуя его в постоянный для использования электронными компонентами. Этот процесс создает гармонические токи, которые текут обратно в систему. Эти гармонические токи могут вызывать перегрев, а также искажать синусоидальные волны перед электроникой.

Гармонические токи - это токи, которые возникают с частотой, кратной основной 60-герцовой (Гц) частоте. Например, третья гармоника - это ток, протекающий с частотой 180 Гц (60 x 3); пятая гармоника - это ток, протекающий с частотой 300 Гц (60 x 5) и т. д.

Как измерить гармоники
Технические специалисты измеряют уровни различных гармоник и величину создаваемых искажений, чтобы определить, создают ли гармоники проблемы. Используйте анализатор качества электроэнергии для измерения уровней гармоник и искажений. Ключевым измерением является полное гармоническое искажение (THD) напряжения.

Настройте анализатор в соответствии с инструкциями и считайте THD прямо на лицевой панели измерителя. THD не должен превышать 5 процентов при измерении в точке, где фидер, питающий ЧРП, также питает другие нагрузки. Это точка общего сопряжения (PCC).

Если THD напряжения превышает ограничения, проконсультируйтесь с производителем частотно-регулируемого привода, чтобы определить лучшее решение. Это может включать установку сетевого дросселя или изолирующего трансформатора. Научиться пользоваться анализатором качества электроэнергии несложно, и такие усилия обычно намного перевешивают стоимость простоя системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Неисправность двигателя
Другой проблемой качества электроэнергии, с которой сталкиваются системы HVAC, является отказ двигателя, особенно от VFD. Эта частота отказов может увеличиваться, если двигатель имеет тенденцию работать на более низких скоростях, типичных для многих приложений. Отказы часто включают перегрев, пробой изоляции или преждевременный выход из строя подшипников.

Все подобные сбои можно отнести к нормальным рабочим характеристикам частотно-регулируемых приводов. Электронный привод изменяет напряжение и частоту двигателя, чтобы изменить его скорость. К сожалению, в двигатель также поступают гармонические токи, которые могут привести к перегреву. Это «широтно-импульсное» напряжение и ток, подаваемые на двигатель, также могут повредить изоляцию, что приведет к преждевременному выходу из строя и отказу двигателя. Токи также могут протекать через подшипники двигателя, что значительно сокращает их срок службы.

Лучшее решение всех этих проблем - использовать инверторные двигатели, специально разработанные для использования с частотно-регулируемыми приводами.

Несимметрия напряжений
Трехфазные двигатели, которые не питаются от частотно-регулируемого привода, также могут выйти из строя из-за другой проблемы качества электроэнергии:несимметрии напряжения. Несбалансированность фазного напряжения всего на 1 процент может привести к дисбалансу тока двигателя в 6-10 раз. Такое чрезмерное количество электрического тока может быстро привести к перегреву двигателей.

Чтобы определить дисбаланс, измерьте межфазное напряжение для каждой из фаз:A-B, A-C и B-C. Суммируйте три значения и разделите их на три. Это среднее межфазное напряжение. Если какое-либо из трех отдельных показаний отличается от среднего более чем на 1 процент, это означает несимметрию напряжения.

При 5-процентном дисбалансе напряжения двигатель обычно перегревается и выходит из строя. Как правило, проблема заключается в том, что слишком много однофазных нагрузок питаются от одной отдельной фазы. Эти нагрузки должны быть равномерно распределены между фазами на щитке, чтобы устранить проблему.

Общие правила
Все электрическое и электронное оборудование HVAC имеет указанные параметры электропитания. Несоблюдение этих требований просто приведет к тому, что оборудование не будет работать так, как планировалось. Терминал VAV с питанием от вентилятора является типичным примером оборудования с указанными требованиями к электроснабжению.

При неустойчивой работе этого оборудования убедитесь, что параметры электроснабжения соблюдаются. Для такого оборудования входное напряжение переменного тока должно находиться в пределах 10 процентов от номинального напряжения при номинальной частоте. На паспортной табличке будет указано номинальное напряжение оборудования. Например, оборудование, рассчитанное на 208 В, должно иметь напряжение питания от 187 В до 229 В. Низкое напряжение нередко обнаруживается при поиске и устранении неисправностей оборудования.

Инструменты
Также важно использовать измеритель истинного среднеквадратичного значения при измерении значений напряжения и тока. Современные системы HVAC не только генерируют гармонические токи, но и могут работать неправильно из-за искажений синусоидальной волны, создаваемых такими гармониками. Измеритель среднего срабатывания, используемый многими техниками HVAC, не даст точных показаний, если присутствуют гармоники.

Измерители среднего отклика считывают ток и напряжение синусоидальных сигналов при 60 Гц без гармоник. Нелинейные нагрузки, такие как частотно-регулируемые приводы, создают несинусоидальные формы сигналов, а также токи и напряжения на различных частотах. Вы должны использовать правильный измеритель для считывания значений в этих цепях питания. Только измерители с истинным среднеквадратичным значением дадут вам правильные показания.

Напряжение питания
Если напряжение питания ниже спецификации низкого напряжения, можно ожидать двух проблем с оборудованием HVAC. Во-первых, срок службы двигателя сократится, поскольку двигатели потребляют избыточный ток для выработки необходимой мощности при более низком напряжении. Во-вторых, электроника не будет работать должным образом, поскольку блок питания электронных элементов управления не будет иметь достаточного напряжения для зарядки конденсаторов в их цепях фильтрации.

Электронные компоненты, которые обычно работают только от 5 вольт постоянного тока, теперь будут сильно зависеть от низкого входящего напряжения. Ожидайте неустойчивой работы и ложных сигналов тревоги, в зависимости от серьезности низкого входящего напряжения. И помните, что без измерителя истинного среднеквадратичного значения у вас может не быть точной картины фактического напряжения питания.

Электропитание переменного тока также должно быть в пределах 5 процентов от номинальной частоты при номинальном напряжении на типовой клемме VAV. Обычно это не проблема при работе от электросети. Однако профессионалы HVAC сообщают о многочисленных проблемах как с напряжением, так и с частотой при работе от резервных генераторов. Обязательно проверьте все характеристики входящего электропитания для всех источников питания, необходимых для системы HVAC.

Дополнительное требование производителя оборудования заключается в том, что источник питания «должен удовлетворять комбинированному изменению напряжения и частоты на 10 процентов (сумма абсолютных значений) номинальных значений, при условии, что изменение частоты не превышает 5 процентов номинальной частоты». Еще раз, оборудование, скорее всего, проявит эту проблему при работе в режиме ожидания. Доступны несколько опций для стабилизации проблем управления при работе в режиме ожидания. Хотя для этого требуется работа с соответствующими системными инженерами и техническими специалистами, первый шаг - убедиться, что у вас есть точные показания, подтверждающие ваше заявление о том, что проблема управления связана с нестабильным резервным питанием.

Вкратце
Многие проблемы, связанные с поиском и устранением неисправностей HVAC, по-прежнему будут решаться с помощью таких рутинных задач, как проверка предохранителей, проверка наличия напряжения на контакторе и проверка того, что ток не превышает данных, указанных на паспортной табличке двигателя. Однако системы, содержащие электронное управление и частотно-регулируемые приводы, будут иметь проблемы из-за проблем с качеством электроэнергии.

Сегодня многие профессионалы в области HVAC расширяют свои навыки и знания в этой области. Чем больше средств управления используется в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и в системах здания, тем больше проблем с качеством электроэнергии будет возникать. Использование измерителей истинных среднеквадратичных значений и анализаторов, которые регистрируют электрические параметры с течением времени, значительно улучшит выявление и устранение проблем с низким качеством электроэнергии. Надлежащие знания в сочетании с правильными инструментами имеют большое значение, помогая специалистам по техническому обслуживанию решать многие проблемы, связанные с современными системами HVAC.

Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт корпорации Fluke по адресу www.fluke.com.