Metode untuk mengoptimalkan efisiensi motor listrik

Perkiraan yang dipublikasikan secara luas menunjukkan bahwa sistem yang digerakkan oleh motor listrik mengkonsumsi lebih dari setengah listrik yang diproduksi di Amerika Serikat dan lebih dari 70 persen listrik yang digunakan di banyak pabrik industri. ¹ Sekarang setelah energi dan biaya pengoperasian menjadi premium, lebih masuk akal untuk meningkatkan efisiensi motor.

Banyak fasilitas merasa masuk akal untuk membagi strategi efisiensi motor mereka menjadi tiga fase:

• Penilaian keseluruhan
• Peningkatan langsung
• Jangka panjang

Artikel ini secara singkat menguraikan Langkah 1 dan memberikan detail tentang Langkah 2. Artikel yang akan datang akan memberikan detail untuk Langkah 3.

Metode untuk mengoptimalkan efisiensi motor listrik

Fase 1:Penilaian
Inilah yang melibatkan penilaian motorik:

1. Survei dan dokumentasikan berapa banyak motor, pada usia berapa, tenaga kuda, dan peringkat, dengan tingkat kontrol apa yang ada di fasilitas Anda.
2. Identifikasi beban tertinggi dan paling kritis.
3. Untuk unit kunci tersebut, gunakan pencatat daya untuk mengevaluasi konsumsi energinya (pengambilan daya).

Ini akan memberi Anda peta konsumsi energi umum untuk motor di fasilitas Anda.

Fase 2:Peningkatan langsung
Ada dua jenis perbaikan langsung yang dapat Anda lakukan.

1. Perubahan pada unit dan operasi unit
2. Perbaikan

Perubahan pada unit dapat mencakup penggantian beberapa motor dengan model yang lebih efisien atau berukuran lebih baik, menambahkan kontrol ke yang lain ke output ukuran yang tepat, dan menjadwal ulang motor mana yang berjalan jika dibandingkan dengan tingkat permintaan dan utilitas.

Untuk menentukan apakah perubahan ini masuk akal di fasilitas Anda, gunakan kalkulator efisiensi motor seperti MotorMaster+ dari Departemen Energi AS. Ini dapat membantu Anda menghitung penghematan per motor dan per langkah efisiensi.

Jika tidak, ada tiga titik pemeriksaan yang harus Anda lakukan untuk semua motor yang ingin Anda tetap operasikan:

1. Tegangan tidak seimbang
2. Ketidakseimbangan saat ini
3. Faktor daya

Jika tes menunjukkan masalah dengan salah satu dari ketiga variabel ini, memperbaiki masalah tersebut dapat menghasilkan peningkatan efisiensi segera. Secara logis, Anda juga harus memasukkan pengujian ini ke dalam pemeliharaan rutin jangka panjang untuk mempertahankan peningkatan jangka pendek yang Anda buat pada tahap ini.

Ketidakseimbangan tegangan
Ketidakseimbangan tegangan adalah ukuran perbedaan tegangan antara fase sistem tiga fase. Untuk kinerja motor yang optimal, tegangan fasa harus sama atau sangat mendekati sama. Selain menyebabkan kinerja motor yang buruk, ketidakseimbangan tegangan memperpendek umur motor.

Ketidakseimbangan tegangan adalah 100 kali variasi tegangan maksimum dari rata-rata dibagi dengan tegangan rata-rata ketiga fase. Perhitungan ini menghasilkan ketidakseimbangan sebagai persentase. Departemen Energi AS (DOE) menyajikan contoh berikut: ² Jika tegangan saluran yang diukur adalah 462 V, 463 V dan 455 V, rata-ratanya adalah 460 V. Jadi, ketidakseimbangan tegangan adalah:

[(460 – 455) x 100] 460 =1,1%

Secara keseluruhan, ketidakseimbangan tegangan harus kurang dari 1 persen dan tidak pernah lebih dari 5 persen. Standar EN50160 membutuhkan kurang dari 2 persen ketidakseimbangan tegangan pada titik sambungan umum. Spesifikasi National Electrical Manufacturers Association (NEMA) meminta beban motor kurang dari 5 persen, tetapi merekomendasikan agar ketidakseimbangan tegangan pada terminal motor tidak melebihi 1 persen dan motor diturunkan untuk persentase yang lebih tinggi. ³

Pengukuran ketidakseimbangan tegangan harus dilakukan secara teratur di terminal motor menggunakan penganalisis kualitas daya untuk memverifikasi bahwa ketidakseimbangan tegangan di bawah 5 persen. Selain itu, inspeksi termal secara teratur dapat mengungkapkan sambungan dengan resistansi tinggi pada switchgear, pemutus, atau kotak sambungan motor, yang dapat menyebabkan ketidakseimbangan tegangan. Kemungkinan sumber ketidakseimbangan tegangan lainnya termasuk perangkat koreksi faktor daya yang salah, tegangan suplai yang tidak seimbang atau tidak konsisten, bank transformator yang tidak seimbang, beban fase tunggal yang tidak merata, gangguan fase tunggal ke ground atau sirkuit terbuka pada sistem distribusi primer.

Koreksi harus dilakukan oleh ahli listrik atau ahli listrik yang berpengalaman. Mulailah dengan memeriksa tegangan suplai dari penggerak kecepatan yang dapat diatur (jika ada yang digunakan dalam sistem). Juga, periksa input utilitas ke pembangkit dan output transformator ke sistem. Jika fase seimbang ditemukan di “sumber” ini, maka pendekatan terbaik adalah memulai dari motor dan secara sistematis bekerja kembali ke sumber awal, suplai listrik utilitas.

Potensi penghematan dan ROI: Cara terbaik untuk menghitung penghematan keseluruhan adalah dengan menggunakan perangkat lunak seperti MotorMaster+. Begini cara kerja perhitungan dasar, jika Anda mengetahui hal berikut (nilai sampel muncul dalam tanda kurung):

• Memuat di motor (100%)
• Tenaga kuda (100 hp)
• Waktu berjalan (8.000 jam per tahun)
• Efisiensi pada ketidakseimbangan nominal untuk pemuatan (94,4%) ⁴
• Efisiensi pada ketidakseimbangan dan pemuatan aktual (93%)
• Satu tenaga kuda diubah menjadi 0,746 kilowatt

Dengan menggunakan nilai sampel yang diberikan, penghematan energi tahunan (AE) setelah tindakan korektif adalah:

AE =100 hp x 0,746 kW/hp x 8,000 jam/tahun x (100 93 – 100 94,4) =9.517 kWh

Jika biaya listrik $0,05 per kWh, penghematan tahunan dalam dolar (AS$) akan menjadi:

AS$ =9.517 kWh x $0,50/kWh =$476/tahun

Dalam pengaturan industri, banyak motor dapat ditenagai dari catu daya tidak seimbang yang sama. Oleh karena itu, potensi penghematan akan jauh lebih besar daripada untuk satu motor, dengan penghematan aktual bergantung pada pemuatan, waktu pengoperasian, tenaga kuda, dll.

Terakhir, ingatlah bahwa motor bekerja lebih panas ketika suplai dayanya tidak seimbang; kira-kira dua kali kuadrat dari ketidakseimbangan tegangan (ketidakseimbangan tegangan 2 x %). Misalnya, pada ketidakseimbangan tegangan 2 persen, motor akan mengalami kenaikan suhu 8 derajat Celcius. Setiap kenaikan suhu pengoperasian 10 derajat C mengurangi separuh masa pakai isolasi belitan motor.

Ketidakseimbangan saat ini
Ketidakseimbangan arus adalah ukuran perbedaan arus yang ditarik oleh motor pada setiap kaki sistem tiga fasa. Memperbaiki ketidakseimbangan arus membantu mencegah panas berlebih dan kerusakan isolasi belitan motor. Hasil imbang pada setiap kaki harus sama atau hampir sama. Salah satu penyebab ketidakseimbangan arus adalah ketidakseimbangan tegangan, yang dapat menyebabkan ketidakseimbangan arus jauh di luar proporsi ketidakseimbangan tegangan itu sendiri. Ketika ketidakseimbangan arus terjadi tanpa adanya ketidakseimbangan tegangan, cari penyebab lain dari ketidakseimbangan arus (misalnya, insulasi yang salah atau korsleting fase ke ground).

Ketidakseimbangan arus dihitung dengan cara yang sama seperti ketidakseimbangan tegangan. Ini adalah 100 kali variasi arus maksimum dari rata-rata dibagi dengan arus rata-rata dari tiga fase. Jadi, jika arus yang diukur adalah 30 amp, 35 amp, dan 30 amp, rata-rata adalah 31,7 amp, dan ketidakseimbangan arus adalah

[(35 – 31,7) x 100] 31,7 =10,4%

Ketidakseimbangan arus untuk motor tiga fase tidak boleh melebihi 10 persen.

Mengukur ketidakseimbangan arus harus melibatkan ahli listrik atau spesialis daya yang berpengalaman. Seperti halnya ketidakseimbangan tegangan, itu harus dilakukan secara teratur di terminal motor menggunakan penganalisis kualitas daya. Dua pengukuran untuk ketidakseimbangan – tegangan dan arus – dapat dilakukan dan disimpan secara bersamaan dengan penganalisis kualitas daya yang sama.

Memperbaiki ketidakseimbangan saat ini dapat mencakup salah satu atau semua strategi berikut:

• Jika ketidakseimbangan adalah akibat dari daya yang disuplai, perangkat koreksi faktor daya dapat mengatasi masalah tersebut.
• Jika masalahnya adalah motor itu sendiri, misalnya karena isolasi yang salah atau korsleting fase ke ground, pertimbangkan pilihan Anda dengan hati-hati. Keputusan untuk memperbaiki (memundurkan) motor vs menggantinya dengan yang baru memang sulit. Menurut DOE ⁴ …
  • Pemutaran ulang hampir selalu mengurangi efisiensi dan keandalan motor. Pertimbangkan variabel seperti biaya rewind, kerugian rewind yang diharapkan, harga pembelian motor baru (untuk model standar dan hemat energi), ukuran motor dan efisiensi asli, faktor beban, jam operasi tahunan, harga listrik, ketersediaan rabat utilitas dan pengembalian sederhana kriteria.
• Dalam kebanyakan kasus, belilah motor baru jika:
  1. motor yang rusak kurang dari 40 tenaga kuda dan berusia lebih dari 15 tahun, terutama jika sebelumnya telah diputar ulang,
  2. motor adalah motor non-spesialis kurang dari 15 tenaga kuda, atau
  3. biaya rewind lebih dari 50 persen dari biaya motor baru.

Dalam kasus terakhir, peningkatan efisiensi dan keandalan akan memberikan pengembalian investasi yang cepat.

Potensi penghematan dan ROI: ROI mengambil dua bentuk – penghematan energi dan penghematan produksi jangka panjang (mencegah kegagalan motor dan waktu henti). Kemungkinan rabat utilitas juga ikut berperan.

Penghematan energi bisa sulit untuk ditentukan, terutama ketika rewinding adalah solusi yang dipilih. Kerugian rewind akhir tidak diketahui sampai setelah rewinding.

Jika Anda memutuskan untuk membeli motor baru, gunakan perangkat lunak MotorMaster+ untuk menghitung penghematan energi tahunan (AS$) yang dapat Anda harapkan dari penggantian. Anda memerlukan informasi berikut: ⁶

• Tenaga kuda (hp) terukur motor
• Faktor beban (L =persentase beban penuh 100)
• Jam operasional tahunan (jam)
• Biaya energi rata-rata (C =$/kWh)
• Efisiensi motor yang ada (Estd, sebagai persentase)
• Peringkat efisiensi motor baru (Eee, sebagai persentase)
• Faktor konversi dari hp ke kW (0,746)

Dengan informasi ini,

AS$ =hp x L x 0,746 x jam x C x [(100 Estd) – (100 Eee)]

Secara umum, motor efisiensi premium sekitar 1 persen lebih efisien daripada motor efisiensi standar, dan penghematan energi biasanya akan menghasilkan periode pengembalian kurang dari 18 bulan. Dibandingkan dengan unit rewound yang ada, motor efisiensi premium baru akan jauh lebih efisien 1 persen.

Faktor daya
Faktor daya yang buruk dihasilkan oleh beberapa jenis operasi peralatan dan mengakibatkan biaya penalti dari utilitas. Evaluasi faktor daya pada semua sirkuit dan beban utama, termasuk motor. Semakin dekat faktor daya Anda ke 100 persen, atau "1", semakin baik (utilitas biasanya mengenakan penalti untuk faktor daya kurang dari 95 persen). Meningkatkan faktor daya Anda akan:

• Kurangi tagihan listrik Anda
• Meningkatkan kapasitas sistem kelistrikan
• Mengurangi penurunan tegangan

Faktor daya (PF) disebabkan oleh beban induktif (beban dengan kumparan) seperti motor dan transformator. Ini dinyatakan sebagai persentase atau angka, dengan 100 persen, atau 1, menjadi ideal. Faktor daya adalah rasio daya nyata (kerja) (kilowatt kW) dengan daya nyata (total) (kilovolt-amp kVA). Daya semu adalah kombinasi daya nyata dan daya reaktif (kilovar kVAR).

Peningkatan daya reaktif menyebabkan daya semu meningkat dan, akibatnya, faktor daya menurun. Jadi, penurunan daya reaktif akan meningkatkan faktor daya, dan itu umumnya merupakan hal yang baik.

Mengukur faktor daya paling baik dilakukan dengan penganalisis kualitas daya. Sebelum memulai, cari tahu:

• Bagaimana biaya utilitas Anda untuk faktor daya rendah atau VAR
• Apa yang dikatakan utilitas rata-rata faktor daya Anda per bulan
• Berapa biaya permintaan Anda
• Bagaimana utilitas mengukur faktor daya atau VAR:interval puncak atau rata-rata?

Tujuannya adalah untuk mengidentifikasi beban yang menyebabkan daya reaktif tertinggal dan mengembangkan strategi untuk meningkatkan faktor daya. ⁶

Mulai dari pintu masuk layanan, tempat utilitas memantau datanya, dan memeriksa beban individu. Penganalisis kualitas daya akan memungkinkan Anda menemukan faktor daya rata-rata selama periode perekaman tertentu.

Perbaiki faktor daya menggunakan strategi berikut:

• Kurangi atau kurangi penggunaan motor idle atau beban ringan
• Hindari mengoperasikan motor di atas tegangan pengenalnya
• Ganti motor standar yang gagal dengan model hemat energi
• Pasang kapasitor di sirkuit yang terpengaruh untuk mengurangi daya reaktif

Potensi penghematan dan ROI: Gunakan informasi dari utilitas dan dari penyelidikan Anda untuk menghitung tabungan Anda. Mari kita asumsikan utilitas Anda menambahkan biaya permintaan 1 persen untuk setiap 1 persen faktor daya Anda di bawah 0,97 persen. Jika faktor daya Anda rata-rata 86 persen setiap bulan, maka operasi Anda 11 persen (97 persen dikurangi 86 persen) di bawah ambang batas 97 persen. Jika biaya permintaan Anda adalah $7.000 per bulan, maka biaya tahunan yang dapat dihindari melalui koreksi faktor daya sama dengan:

(11% x $7.000 per bulan) x 12 bulan =$9.240

Langkah selanjutnya
Saat Anda menyelesaikan penyelidikan efisiensi motor langsung, evaluasi praktik perawatan jangka panjang Anda dan mulailah membuat perubahan di sana juga. Sertakan pemeriksaan ketidakseimbangan tegangan dan arus yang sama ini dalam inspeksi rutin. Pertimbangkan juga untuk memeriksa koneksi dan arde secara berkala, voltase di luar desain, dan resistansi insulasi, untuk peningkatan kinerja jangka panjang tambahan.

Artikel ini adalah milik Fluke Corporation. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang subjek ini, kunjungi www.fluke.com.

Catatan
¹ Lembar fakta:“Mengoptimalkan Sistem Berpenggerak Motor Anda”. sebuah Tantangan Motor dokumen. Motor Challenge adalah program dari Departemen Energi AS (DOE). Untuk detail lebih lanjut, kunjungi http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices.

² Lembar Tip Sistem Motor #7 (Sep. 2005):“Menghilangkan Ketidakseimbangan Tegangan”, sebuah Tips Energi – Sistem Motor dokumen tertulis untuk Program Teknologi Industri DOE.

³ Menentukan di luar laboratorium efisiensi motor itu sulit dan melibatkan banyak tenaga dan peralatan. Selanjutnya, ±1% dalam efisiensi akan berdampak signifikan terhadap penghematan dolar yang dihitung. (Lihat Lembar Tip Sistem Motor #2 (September 2005):“Memperkirakan Efisiensi Motor di Lapangan”, sebuah Tips Energi – Sistem Motor dokumen tertulis untuk Program Teknologi Industri DOE.) Saat persentase pemuatan diketahui, perangkat lunak MotorMaster+ 4.0 secara otomatis memilih efisiensi saat dimuat berdasarkan data yang tersedia.

⁴ Lembar fakta:“Mengoptimalkan Sistem Berpenggerak Motor Anda”.

⁵ Dari lembar fakta DOE:“Membeli Motor Listrik Hemat Energi”, dokumen Tantangan Motor; Pertanyaan 5:“Kapan biaya motor hemat energi?”

⁶ Lihat lembar fakta DOE:“Mengurangi Biaya Faktor Daya”, Tantangan Motor dokumen.