Jännitteen lasku vs. alijännite: kumman ongelman jännitteenvakaaja voi ratkaista?

A jännitteen vakaaja on suunniteltu pääasiassa jatkuvan alijännitteen ja ylijännitteen korjaamiseen. Se voi auttaa myös kohtalaisissa jännitteen laskuissa, kun jännitteen lasku pysyy laitteen tulokorjausalueella ja kestää riittävän kauan säätelyn toteuttamiseksi. Hyvin lyhyet tai voimakkaat jännitteen laskut saattavat kuitenkin vaatia lisäsuojausta, kuten UPS-laitetta, dynaamista jännitteenpalautinta tai virransuodatinta.

Sähköjännite pysyy harvoin tarkalleen nimellisjännitteenä koko päivän ajan. Teollisuuslaitoksissa, liikerakennuksissa ja tehtaissa esiintyy usein sähkönlaatuongelmia, jotka voivat keskeyttää tuotannon, vahingoittaa laitteita tai heikentää toiminnan tehokkuutta.

Kaksi yleistä ongelmaa ovat jännitteen lasku ja alijännite. Näitä termejä käytetään toisinaan synonyymeinä, mutta ne kuvaavat erilaisia sähköisiä olosuhteita. Erojen ymmärtäminen on tärkeää valittaessa jännitteen vakaaja, automaattinen jännitteensäädin, tai muut virransuojalaitteet.

Mikä on jännitteen lasku?

A jännitteen lasku, jota kutsutaan myös nimellä jännitteen lasku, on RMS-jännitteen lyhytaikainen lasku.

IEEE:n sähkönlaadun terminologian mukaan jännitteen lasku tarkoittaa yleensä jännitteen laskua arvoon nimellisjännitteeltä 10% – 90% kestoltaan 0,5 sykliä – yksi minuutti.

Yleisiä syitä ovat muun muassa:

• Suuren moottorin käynnistys
• Muuntaja virran kytkeminen
• Oikosulkuviat
• Sähköyhtiön vaihtotoimenpiteet
• Raskaat teollisuuskuormat
• Sähkönkulutuksen äkilliset muutokset

Esimerkiksi 400 V:n järjestelmän jännite voi laskea hetkellisesti 300 V:iin useiden satojen millisekuntien ajaksi, ennen kuin se palautuu normaaliksi.

Koska jännitteen lasku tapahtuu nopeasti, valaistus saattaa välkkyä vain hetken. Herkät laitteet, kuten CNC-koneet, PLC-järjestelmät, lääkinnälliset laitteet, taajuusmuuttajat ja datakeskuksen laitteet, voivat kuitenkin sammutua, nollautua tai laukaista hälytyksiä.

Mitä alijännite tarkoittaa?

Alijännite on pidempään kestävä tilanne, jossa syöttöjännite pysyy nimellistasoa alempana yli minuutin ajan.

Toisin kuin jännitteen lasku, alijännite ei yleensä ole hetkellinen häiriö. Se voi jatkua useita minuutteja, useita tunteja tai jopa muodostua päivittäiseksi toimintahäiriöksi alueilla, joilla sähköverkko on heikko.

Yleisiä syitä ovat muun muassa:

• Ylikuormitetut jakeluverkot
• Pitkä siirto- tai syöttömatka
• Liian pienet kaapelit
• Sähköverkon heikko kapasiteetti
• Ruuhka-ajan sähkönkulutus
• Muuntajan virheelliset kytkentäasetukset
• Läheisyydessä on kytketty raskaita teollisuuskuormia

Esimerkki:

Kohde	Arvo
Nimellisjännite	400V
Todellinen jännite	340 V
Kesto	Useita tunteja
Kunto	Jatkuva alijännite

Tämä jatkuva alijänniteongelma voi aiheuttaa moottoreiden virrankulutuksen kasvun, mikä puolestaan johtaa ylikuumenemiseen, hyötysuhteen heikkenemiseen, eristyksen vanhenemiseen, koneen epävakaaseen toimintaan ja laitteiden käyttöiän lyhenemiseen.

Jännitteen lasku vs. alijännite: keskeiset erot

Ominaisuus	Jännitteen lasku	Alijännite
Kesto	0,5 sykliä – 1 minuutti	Yli 1 minuutti
Jännitteen käyttäytyminen	Äkillinen jännitteen lasku	Jatkuva matala jännite
Toipuminen	Toipuu yleensä nopeasti	Yleensä pysyy voimassa, kunnes verkko-olosuhteet paranevat
Yleisiä syitä	Moottorin käynnistys, viat, kytkentä	Heikko verkko, ylikuormitus, pitkä syöttöjohto, alimitoitettu kaapeli
Tärkein vaikutus	Laitteen laukeaminen, nollaus, sammutus	Ylikuumeneminen, suorituskyvyn heikkeneminen, laitteiden rasittuminen
Jännitteenvakaajan tehtävä	Auttaa vain joissakin tapauksissa	Keskeinen ratkaisu monissa sovelluksissa
Muu mahdollinen ratkaisu	UPS, DVR, jännitteenvakaaja	AVR tai jännitteenvakaaja

Suurin ero on se, että kesto. Jännitteen lasku on lyhytaikainen ja äkillinen. Alijännite on jatkuvaa ja vakaampaa, mutta silti haitallista.

Entä jännitteen nousu?

Sähkönlaatuongelmat eivät rajoitu pelkästään jännitteen laskuun.

A jännitteen nousu on jännitteen laskun vastakohta. Se tapahtuu, kun jännite nousee hetkellisesti normaalin vaihteluvälin yläpuolelle. Monissa sähkönlaatuun liittyvissä lähteissä jännitteen nousua kuvataan yleisesti siten, että jännite nousee yli 110% nimellisjännitteellä lyhyen ajan.

Yleisiä syitä ovat muun muassa:

• Kuormituksen äkillinen poistuminen
• Muuntajan väärät kytkentäasetukset
• Yksijohdin-maa-vian
• Kondensaattoripankin kytkentä
• Sähköverkon jännitteenvaihtelut

Liian korkea jännite voi vahingoittaa seuraavia laitteita tai lyhentää niiden käyttöikää:

• Virtalähteet
• Elektroniset komponentit
• LED-valaistus
• Ohjauspaneelit
• Taajuusmuuttajat
• Herkät tuotantolaitteet

Oikein valittu automaattinen jännitteenvakaaja pystyy säätelemään sekä matalaa että korkeaa tulojännitettä, mikä auttaa pitämään lähtöjännitteen vakaana sen nimelliskorjausalueen rajoissa.

Voiko jännitteenvakaaja korjata jännitteen laskun?

Vastaus riippuu siitä, kuinka suuri jännitteen lasku on, kuinka kauan se kestää ja pysyykö se vakaajan tulokorjausalueen sisällä.

Jännitteenvakain voi olla avuksi, kun:

• Jännitehäviö on kohtalainen
• Notkahduksen kesto on riittävän pitkä säätelyä varten
• Syöttöjännite pysyy vakaajan nimellisarvoalueella
• Kytketyt laitteet tarvitsevat vakaata jännitettä jatkuvaan toimintaan

Esimerkiksi, jos kolmivaiheinen jännitteenvakaaja on suunniteltu siten, että sen tulojännitealue on 304 V – 456 V ja tuloksena 380 V ±11 TP3T, se voi korjata monia kohtuullisia jännitteenvaihteluita kyseisellä alueella.

Jos jännite kuitenkin laskee voimakkaasti vain muutaman millisekunnin ajaksi, edes nopea jännitteenvakaaja ei välttämättä ehdi reagoida tarpeeksi nopeasti. Tällöin tarvitaan esimerkiksi UPS, Dynaaminen jännitteenpalautin, tai saatetaan tarvita erillinen virransuodatin.

Jännitteenvakaaja voi siis lieventää joidenkin jännitteenlaskujen vaikutuksia, mutta sitä ei pidä pitää ainoana ratkaisuna kaikkiin lyhytaikaisiin jännitteenlaskuihin.

Voiko jännitteenvakaaja ratkaista alijänniteongelman?

Kyllä. Jatkuva alijännite on yksi niistä suurimmista ongelmista, joita automaattiset jännitteenvakaajat on suunniteltu ratkaisemaan.

Kun verkkojännite pysyy nimellisjännitteen alapuolella, mutta on silti vakaajan tulojännitealueen sisällä, vakaaja nostaa jännitettä automaattisesti ja tuottaa vakaan lähtöjännitteen kytkettyyn kuormaan.

Tärkeimpiä etuja ovat:

• Palauttaa jännitteen lähemmäksi nimellistasoa
• Vähentää moottorin ylikuumenemisen riskiä
• Parantaa tuotannon vakautta
• Auttaa suojaamaan herkkiä sähkölaitteita
• Vähentää alhaisen jännitteen aiheuttamia häiritseviä sammutuksia
• Tukee luotettavampaa tuotantotoimintaa

Tehtaille, jotka toimivat alueilla, joilla verkkojännite on epävakaa, oikein valittu teollisuuden jännitteen vakaaja tai kolmivaiheinen automaattinen jännitteensäädin voi olla tehokas ratkaisu jatkuviin matalajänniteongelmiin.

Tyypillisiä toimialoja, joihin jännitteen lasku ja alijännite vaikuttavat

Monet teollisuuden ja kaupan sovellukset edellyttävät vakaata jännitettä, jotta ne toimivat luotettavasti.

Tyypillisiä käyttökohteita ovat:

• Tuotantolaitokset
• CNC-työstökeskukset
• Tekstiilitehtaat
• Tulostuslaitteet
• Muovin ruiskuvalukoneet
• Sairaalat ja laboratoriot
• Tietokeskukset
• Puolijohteiden tuotanto
• Elintarvikkeiden jalostuslinjat
• Pakkauskoneet
• Hissit ja kompressorit
• Kaivos- ja rakennustyömaat

Näissä sovelluksissa jännitteen vaihtelu ei vaikuta pelkästään laitteiden suorituskykyyn. Se voi myös aiheuttaa tuotantotappioita, huoltokustannuksia, toimitusviivästyksiä ja laatuongelmia.

Oikean jännitteenvakaajan valinta

Jännitteenvakaajan valinnassa ei ole kyse pelkästään teho kapasiteetista. Oikean mallin valinta riippuu tulojännitteen olosuhteista, kuormityypistä, vaaditusta reagointinopeudesta, suojatoiminnoista ja asennusympäristöstä.

Tulojännitealue

Mitä laajempi syötön korjausalue on, sitä paremmin vakain pystyy selviytymään epävakaista verkko-olosuhteista.

Ennen vakaajan valitsemista käyttäjien tulisi mitata todellinen jännitealue eri aikoina. Jos verkkojännite laskee usein vakaajan nimellisen tulojännitealueen alapuolelle, vakiomalli ei välttämättä riitä.

Kuormitustyyppi

Eri kuormat edellyttävät erilaisia vakautinratkaisuja.

Yleisiä kuormatyyppejä ovat muun muassa:

• Induktiomoottorit
• Kompressorit
• CNC-koneet
• VFD-järjestelmät
• Lääkinnälliset laitteet
• Ohjauspaneelit
• Herkät elektroniikkalaitteet

Moottorikuormissa on yleensä kiinnitettävä huomiota käynnistysvirtaan. Herkkä elektroniikka saattaa vaatia nopeampaa reagointia ja suurempaa jännitetarkkuutta.

Vastausnopeus

Staattiset jännitteenvakaajat reagoivat yleensä nopeammin kuin servojännitteen vakauttajat. Niitä käytetään usein tilanteissa, joissa jännite vaihtelee nopeasti ja kytketyt laitteet ovat herkempiä.

Servojännitteenvakauttajia käytetään laajalti teollisissa kuormituksissa, joissa tarvitaan jatkuvaa jännitteen säätelyä, suurta kapasiteettia ja kustannustehokasta toimintaa.

Kapasiteetin valinta

Vakainta ei tule valita pelkästään kytkettyjen laitteiden nimellistehon perusteella. Myös kuormitusominaisuudet, käynnistysvirta, tehokerroin ja tulevat laajennukset on otettava huomioon.

Monissa teollisissa sovelluksissa jättämällä 20%–30%:n käyttämätön kapasiteetti on suositeltavaa, etenkin kun kyseessä ovat moottorit, kompressorit tai tuotantolaitteet.

Suojaustoiminnot

Hyödyllisiä suojausominaisuuksia voivat olla esimerkiksi:

• Ylijännitesuoja
• Alijännitesuojaus
• Ylikuormitussuojaus
• Oikosulkusuojaus
• Vaihekatkossuoja
• Vaihejärjestyksen suojaus
• Ylijännitesuojaus
• Ohitustoiminto

Vaadittavan suojausluokan tulisi vastata käyttötarkoituksen riskiä ja sähköistä ympäristöä.

Servo- ja staattinen jännitteenvakaaja

Ominaisuus	Servojännitteen vakaaja	Staattinen jännitteen vakaaja
Säätömenetelmä	Servomoottoriin ja muuntajaan perustuva säätö	Tehoelektroniikan säätö, kuten IGBT tai SCR
Vastausnopeus	Medium	Erittäin nopea
Jännitteen tarkkuus	Yleensä noin ±1%, mallista riippuen	Yleensä noin ±0,5% – ±1%, mallista riippuen
Huolto	Vähäinen, mutta mekaaniset osat vaativat säännöllistä tarkastusta	Erittäin alhainen, vähemmän liikkuvia osia
Tyypillinen käyttökohde	Teollisuuslaitteet, tehtaat, moottorit, yleinen jännitteenkorjaus	Tarkkuuslaitteet, herkkä elektroniikka, nopeat jännitteenvaihtelut
Kustannustaso	Yleensä edullisempaa suurille kapasiteeteille	Yleensä korkeampi vastaavan kapasiteetin kohdalla

Molemmat tyypit voivat olla hyödyllisiä. Oikea valinta riippuu kuormituksen herkkyydestä, jännitteen vaihteluista, vaaditusta tarkkuudesta ja budjetista.

Teollisuuden jännitesäätelyn markkinatrendit

Tehtaiden automatisoituessa vakaa jännite on entistä tärkeämpää.

Nykyaikaisilla tuotantolinjoilla käytetään usein ohjelmoitavia logiikkayksiköitä (PLC), taajuusmuuttajia (VFD), CNC-koneita, robotteja, antureita ja digitaalisia ohjausjärjestelmiä. Nämä järjestelmät saattavat olla herkempiä jännitteen vaihteluille kuin perinteiset mekaaniset laitteet.

Älytehtaiden, teollisuuden automaation, uusiutuvan energian integroinnin ja datakeskusten yleistyminen lisää luotettavampien jännitesäätöjärjestelmien kysyntää.

Nykyaikaisiin jännitteenvakaajiin voi kuulua:

• Digitaalinen ohjaus
• Etävalvonta
• Tapahtumien kirjaaminen
• Vikahälytyslähtö
• Automaattinen vianmääritys
• Viestintärajapinta
• Ohitus- ja suojaustoiminnot

Teollisuuden ostajien kannalta painopiste ei ole enää pelkästään jännitteenkorjauksessa. Myös pitkäaikainen luotettavuus, reagointikyky, myynninjälkeinen tuki ja räätälöintimahdollisuudet ovat tärkeitä ostopäätöksiin vaikuttavia tekijöitä.

FAQ

Päätelmä

Sekä jännitteen lasku että alijännite liittyvät jännitteen alenemiseen, mutta ne eivät ole sama asia. Jännitteen lasku on lyhytaikaista ja äkillistä, kun taas alijännite on jatkuva tila, jossa jännite on alhainen.

Oikein valittu automaattinen jännitteenvakaaja on erityisen tehokas jatkuvan alijännitteen ja yleisten jännitteenvaihteluiden torjumisessa. Se voi auttaa myös kohtalaisissa jännitteenlaskuissa, kun tilanne pysyy vakaajan tulojännitealueen ja reagointikyvyn rajoissa. Erittäin lyhyiden tai vakavien jännitteenlaskujen varalta saatetaan tarvita lisäsuojaa, kuten UPS- tai DVR-laitetta.

Tehtaiden, liikerakennusten, datakeskusten ja teollisuuslaitosten osalta oikean jännitesäätöratkaisun valinta voi vähentää seisokkiaikoja, suojata laitteita ja parantaa toiminnan vakautta.

ZHENGXI Electric tarjoaa räätälöityjä servojännitteenvakaajia, staattisia jännitteenvakaajia ja kolmivaiheisia automaattisia jännitesäätimiä teollisuuskäyttöön. Jos laitoksessanne esiintyy jännitteenlaskua, alijännitettä tai epävakaata verkkojännitettä, ilmoittakaa syöttöjännitealue, kuormatyyppi, nimelliskapasiteetti ja sovellusvaatimukset suunnittelutiimillemme, jotta voimme suositella sopivaa ratkaisua.

Ehdotuksia ulkoisista lähteistä

• IEEE:n sähkönlaadun terminologia ja jännitteen laskun määritelmä
• IEC:n viitteet sähkönlaadusta ja jänniteyhteensopivuudesta
• Sähköverkon sähkönlaatuohjeet, mikäli sovellettavissa