Memecahkan masalah daya pada peralatan HVAC

Drive frekuensi variabel (VFD) gagal memvariasikan kecepatan kipas pelepasan udara. Sebuah motor terlalu panas dan gagal sebelum waktunya. Kontrol yang dapat diprogram yang umumnya beroperasi tanpa masalah tiba-tiba mengalami masalah saat beroperasi dengan daya siaga. PKS trip tanpa alasan yang jelas dalam sistem air dingin yang mengakibatkan alarm suhu tinggi. Pemutus arus trip, menyebabkan sistem mati; namun, pembacaan meter penjepit menunjukkan tidak ada aliran arus abnormal dalam sistem setelah restart.

Sementara setiap masalah pemecahan masalah dalam sistem HVAC menghadirkan serangkaian keadaan uniknya sendiri, profesional pemeliharaan dapat mengenali masalah tersebut sebagai kemungkinan masalah kualitas daya.

Mencari penyebab sebenarnya
Elektronik adalah dasar dari sistem kontrol modern. Kontrol yang dapat diprogram, relai solid state, sensor, transduser, penggerak frekuensi variabel pada kipas dan pompa air dingin, dan kontrol elektronik pada aktuator semuanya rentan terhadap masalah yang tidak dimiliki oleh kontrol elektromekanis yang lebih tua dan murni. Masalah-masalah ini seringkali merupakan akibat dari kualitas tegangan dan arus yang disuplai ke peralatan HVAC. “Kualitas daya” yang buruk adalah daya listrik yang tidak memenuhi parameter yang ditentukan.

Seperti semua bentuk pemecahan masalah HVAC, teknisi harus memahami sumber masalah potensial untuk menyelesaikannya. Masalah yang tidak dapat dijelaskan sering dikaitkan dengan peralatan elektronik yang rusak.
Namun, penyebab sebenarnya mungkin tidak terletak pada peralatan elektronik sama sekali.

Petunjuk yang salah atau menipu
Misalnya, VFD yang gagal memvariasikan debit dengan benar – kecepatan kipas udara dapat disebabkan oleh berbagai masalah sistem – mulai dari penggantian DDC yang dimulai pada VFD, hingga sensor tekanan statis yang salah, hingga kebocoran saluran yang berlebihan. Sementara penyebab kegagalan awal jarang terletak pada VFD itu sendiri, VFD sebenarnya dapat menyebabkan masalah sistem lainnya. Motor terlalu panas, gangguan trip pemutus sirkuit atau sekering putus yang tidak dapat dijelaskan terjadi, dan alarm palsu dapat terjadi di tempat lain dalam sistem kontrol digital. Karena ini semua bisa menjadi karakteristik operasi VFD normal, teknisi harus selalu melacak masalahnya kembali ke sumbernya.

Dalam satu contoh, VFD yang disuplai kipas akan secara tidak sengaja tersandung dalam sistem chiller ketika daya dipindahkan dari sumber biasa ke sumber siaga. Hasilnya adalah alarm suhu tinggi pada peralatan yang disediakan karena pendinginan yang tidak memadai. VFD dirancang untuk melewati sejumlah gangguan tegangan dalam suatu sistem. Namun, jika spesifikasi VFD untuk gangguan tersebut terlampaui, VFD akan dimatikan.

Dalam hal ini, drive elektronik pertama kali dianggap salah. Namun, penyelidikan parameter operasi PKS dan pencatatan nilai tegangan dan arus selama transfer daya sistem mengungkapkan penyebab sebenarnya dari masalah:Waktu sakelar transfer sering kali terlalu lama untuk mendukung operasi PKS.

Dalam kasus lain, VFD di terminal VAV akan trip offline ketika daya disuplai dari sumber daya siaga. Masalahnya ditemukan pada ketidakmampuan generator siaga untuk menyediakan kualitas daya yang cukup untuk mengoperasikan PKS. Fluktuasi tegangan saat daya siaga mengakibatkan trip pada PKS. Solusinya adalah menempatkan VFD ke dalam operasi bypass saat dalam keadaan siaga, sehingga melewati kontrol kecepatan variabel elektronik.

Akar masalah kualitas daya
Peralatan elektronik beroperasi dengan mengambil arus bolak-balik dan mengubahnya menjadi arus searah untuk digunakan oleh komponen elektronik. Proses ini menciptakan arus harmonik yang mengalir kembali ke sistem. Arus harmonik ini dapat menyebabkan panas berlebih dan juga mendistorsi gelombang sinus di bagian hulu elektronik.

Arus harmonik adalah arus yang muncul pada kelipatan frekuensi dasar 60 hertz (Hz). Misalnya, harmonik ketiga adalah arus yang mengalir pada 180 Hz (60 x 3); harmonik kelima adalah arus yang mengalir pada 300 Hz (60 x 5), dan seterusnya.

Bagaimana mengukur harmonik
Teknisi mengukur tingkat berbagai harmonik dan jumlah distorsi yang tercipta untuk menentukan apakah harmonik menimbulkan masalah. Gunakan penganalisis kualitas daya untuk mengukur tingkat harmonik dan distorsi. Pengukuran kuncinya adalah Total Harmonic Distortion (THD) tegangan.

Atur penganalisis sesuai dengan instruksi dan baca THD langsung di muka meteran. THD tidak boleh melebihi 5 persen bila diukur pada titik dimana penyulang yang mensuplai VFD juga mensuplai beban lainnya. Ini adalah titik kopling umum (PCC).

Jika THD tegangan melebihi batasan, konsultasikan dengan pabrikan VFD untuk menentukan solusi terbaik. Ini mungkin termasuk pemasangan reaktor saluran atau transformator isolasi. Belajar menggunakan penganalisis kualitas daya tidaklah sulit, dan upaya semacam itu biasanya jauh lebih besar daripada biaya waktu henti sistem HVAC.

Kegagalan motor
Masalah kualitas daya lainnya yang dialami dalam sistem HVAC adalah kegagalan motor, terutama yang dipasok oleh VFD. Tingkat kegagalan ini dapat meningkat jika motor cenderung berjalan pada kecepatan yang lebih lambat yang umum digunakan pada banyak aplikasi. Kegagalan sering kali mencakup panas berlebih, kerusakan isolasi, atau kegagalan bantalan prematur.

Semua kegagalan tersebut dapat dikaitkan dengan karakteristik operasi normal dari VFD. Penggerak elektronik memvariasikan tegangan dan frekuensi ke motor, untuk memvariasikan kecepatannya. Sayangnya, arus harmonik juga disuplai ke motor, yang dapat menyebabkan panas berlebih. Tegangan dan arus “termodulasi lebar pulsa” yang disuplai ke motor juga dapat merusak insulasi, yang mengakibatkan kerusakan dini dan kegagalan motor. Arus juga dapat mengalir melalui bantalan motor, sangat mempersingkat masa pakainya.

Solusi terbaik untuk semua masalah ini adalah dengan menggunakan motor dengan rating tugas inverter yang dirancang khusus untuk digunakan pada drive frekuensi variabel.

Ketidakseimbangan tegangan
Motor tiga fase yang tidak disuplai oleh VFD juga dapat mengalami kegagalan karena masalah kualitas daya lainnya:ketidakseimbangan tegangan. Tegangan fasa yang tidak seimbang sedikitnya 1 persen dapat mengakibatkan ketidakseimbangan arus motor enam hingga 10 kali lebih besar. Jumlah aliran arus yang berlebihan seperti itu dapat dengan cepat mengakibatkan motor menjadi terlalu panas.

Untuk menentukan ketidakseimbangan, ukur tegangan dari fase ke fase untuk masing-masing fase, A-B, A-C, dan B-C. Jumlahkan tiga bacaan dan bagi dengan tiga. Ini adalah tegangan fase-ke-fase rata-rata. Jika salah satu dari tiga pembacaan individu bervariasi lebih dari 1 persen dari rata-rata, Anda mengalami ketidakseimbangan tegangan.

Pada ketidakseimbangan tegangan 5 persen, motor biasanya terlalu panas dan rusak. Umumnya, masalahnya adalah terlalu banyak beban fase tunggal yang disuplai oleh satu fase individu. Beban ini harus didistribusikan secara merata di antara fase di papan panel untuk memperbaiki masalah.

Pedoman umum
Semua peralatan listrik dan elektronik HVAC memiliki parameter suplai listrik yang ditentukan. Kegagalan untuk memenuhinya hanya akan memastikan peralatan tidak akan beroperasi seperti yang direncanakan. Terminal VAV bertenaga kipas adalah contoh khas peralatan dengan persyaratan suplai listrik yang ditentukan.

Saat mengalami operasi yang tidak menentu pada peralatan ini, pastikan parameter suplai listrik terpenuhi. Untuk peralatan tersebut, tegangan input AC harus berada dalam 10 persen dari tegangan pengenal pada frekuensi pengenal. Papan nama akan menunjukkan tegangan pengenal peralatan. Misalnya, peralatan dengan tegangan 208 volt harus memiliki tegangan suplai yang turun antara 187 V dan 229 V. Tidak jarang menemukan tegangan rendah saat memecahkan masalah peralatan.

Alat
Penting juga untuk menggunakan pengukur true-rms saat mengukur nilai tegangan dan arus. Sistem HVAC modern saat ini tidak hanya menghasilkan arus harmonik, mereka juga dapat beroperasi secara tidak benar karena distorsi gelombang sinus yang diciptakan oleh harmonik tersebut. Pengukur respons rata-rata, yang digunakan oleh banyak teknisi HVAC, tidak akan memberikan pembacaan yang akurat jika ada harmonik.

Rata-rata pengukur respons membaca arus dan tegangan bentuk gelombang sinusoidal pada 60 Hz tanpa adanya harmonik. Beban non-linier, seperti VFD, menghasilkan bentuk gelombang dan arus dan tegangan non-sinusoidal pada berbagai frekuensi. Anda harus menggunakan meteran yang tepat untuk membaca nilai di sirkuit suplai ini. Hanya pengukur true-rms yang akan memberi Anda pembacaan yang benar.

Tegangan suplai
Jika tegangan suplai di bawah spesifikasi tegangan rendah, Anda dapat mengharapkan dua masalah dengan peralatan HVAC. Pertama, masa pakai motor akan dipersingkat karena motor menarik arus berlebih untuk menghasilkan tenaga kuda yang dibutuhkan pada tegangan yang lebih rendah. Kedua, elektronik tidak akan berfungsi dengan baik karena bagian catu daya dari kontrol elektronik tidak akan memiliki tegangan yang cukup untuk mengisi kapasitor di sirkuit penyaringannya.

Komponen elektronik yang biasanya hanya beroperasi pada 5 volt DC, sekarang akan sangat terpengaruh oleh tegangan masuk yang rendah. Harapkan operasi yang tidak menentu dan alarm palsu, tergantung pada tingkat keparahan tegangan masuk yang rendah. Dan ingat, tanpa pengukur true-rms, Anda mungkin tidak memiliki gambaran akurat tentang tegangan suplai sebenarnya.

Daya AC juga harus berada dalam 5 persen dari frekuensi pengenal pada tegangan pengenal pada terminal VAV biasa. Umumnya, ini tidak menjadi masalah saat beroperasi dengan daya listrik. Namun, pro HVAC melaporkan banyak masalah dengan tegangan dan frekuensi saat beroperasi pada generator siaga. Pastikan untuk memverifikasi semua spesifikasi pasokan listrik yang masuk untuk semua sumber daya yang diperlukan untuk sistem HVAC.

Persyaratan pabrikan peralatan tambahan adalah bahwa suplai “harus memenuhi kombinasi variasi tegangan dan frekuensi 10 persen (jumlah nilai absolut) dari nilai pengenal, asalkan variasi frekuensi tidak melebihi 5 persen dari frekuensi pengenal.” Sekali lagi, peralatan kemungkinan besar akan menunjukkan masalah ini saat beroperasi dengan daya siaga. Beberapa opsi tersedia untuk menstabilkan masalah kontrol saat beroperasi dengan daya siaga. Meskipun hal ini memerlukan kerja sama dengan teknisi dan teknisi sistem yang sesuai, langkah pertama adalah memastikan Anda memiliki pembacaan yang akurat untuk mendukung klaim Anda bahwa masalah kontrol terletak pada daya siaga yang tidak stabil.

Ringkasan
Banyak masalah pemecahan masalah HVAC akan terus diselesaikan dengan tugas rutin seperti memeriksa sekering, menguji keberadaan tegangan pada kontaktor, dan memverifikasi aliran arus tidak melebihi data pelat nama motor. Namun, sistem yang berisi kontrol elektronik dan VFD akan mengalami masalah karena masalah kualitas daya.

Saat ini, banyak profesional HVAC memperluas keterampilan dan pengetahuan mereka ke bidang ini. Semakin banyak kontrol yang digunakan dalam HVAC dan sistem bangunan, semakin banyak masalah kualitas daya yang akan muncul. Penggunaan true-rms meter dan penganalisis yang mencatat parameter listrik dari waktu ke waktu akan sangat meningkatkan isolasi dan perbaikan masalah kualitas daya yang buruk. Pengetahuan yang tepat, ditambah dengan alat yang tepat, sangat membantu dalam membantu profesional pemeliharaan menyelesaikan banyak masalah yang terkait dengan sistem HVAC saat ini.

Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi situs Web Fluke Corporation di www.fluke.com.