Wat heeft meting te maken met energiebesparing? Het draait allemaal om het rendement en het eindresultaat.

Industriële faciliteiten moeten energie verbruiken om in bedrijf te blijven, te produceren of data genereren, wat het ook is, en de meeste faciliteiten verspillen daarbij te veel elektriciteit. Het zijn inefficiënte energiegebruikers. Twintig jaar geleden maakten installatiebeheerders zich niet druk om energie-efficiëntie – energie was goedkoop. Toen energie duurder werd, kregen managers steeds meer interesse in het verlagen van hun energierekening, maar de maatregelen moesten worden vertaald naar bedrijfstermen.

Waar ligt het omslagpunt waar verspilling zo groot is dat het zinvol is om dit aan te pakken?

Om deze vraag te beantwoorden, moet u meten hoeveel energie u verbruikt voor de verschillende soorten arbeid (systemen) in uw gebouw en deze vergelijken met de normen. Zo krijgt u een goed overzicht van hoeveel verspilling plaatsvindt. Door meerdere metingen uit te voeren, kunt u bepalen wat de hoofdoorzaak van de verspilling is. De drie punten van een rendementsvergelijking zijn: 1) de hoeveelheid verspilling gecombineerd met 2) de oorzaak en 3) de kosten om dit aan te pakken.

Ask our experts for advice

Wanneer is energiebesparing zinvol?

Energiebesparing is zinvol voor faciliteiten die overhead willen verlagen om de productiviteit te verhogen – faciliteiten die meer willen doen met minder, niet alleen minder uitgeven.

Inspectie van energieverbruik helpt bij het identificeren van mogelijkheden om efficiëntie te verhogen en geeft de installatiemanager de handvaten om te begrijpen welke energiebesparende activiteiten zinvol zijn, gezien de primaire doelstellingen van de faciliteit, en welke energiebesparingen niet genoeg rendement opleveren of te ver buiten de prioriteiten vallen. De grootste mogelijkheden zijn meestal te vinden in faciliteiten met oude, grote, energieverslindende systemen die niet zijn geoptimaliseerd. Andere goede kandidaten zijn productiefaciliteiten waar niet veel automatisering of regelingen zijn doorgevoerd, evenals faciliteiten met grote stoom- of persluchtsystemen.

Hoeveel kan er worden bespaard?

Volgens het Amerikaanse Ministerie van Handel (Department of Energy) (DOE) kunnen faciliteiten hun energierekening met tot wel 25% verlagen, maar hoeveel werkelijk bespaard kan worden, hangt af van een aantal dingen. Allereerst moet worden gekeken welke systemen aanwezig zijn en welke activiteiten plaatsvinden in de faciliteit. Met name grote belastingen die nooit in kaart zijn gebracht aan de hand van het tariefschema van het nutsbedrijf, om te kunnen profiteren van de goedkoopste dagdelen, kunnen wel eens aanzienlijke besparingen op gaan leveren. Een faciliteit die voornamelijk kleine belastingen verwerkt, kan mogelijk niet van deze optie profiteren. Ten tweede moet worden beoordeeld hoe inefficiënt de systemen in het gebouw zijn. Een nieuwere, goed onderhouden faciliteit zal niet zoveel besparingsmogelijkheden bieden als een oudere faciliteit, waar systemen en apparatuur niet meer voldoen aan aanbevolen instellingen en onderhoudsprocedures.

Wanneer u denkt aan energieverspilling thuis, denkt u waarschijnlijk aan tocht die binnendringt door kieren of aan oude lampen die vervangen worden door led’s. Maar wat voor soort “energieverspilling” doet zich voor in een fabriek of faciliteit met gemengde toepassingen?

Door energie te gebruiken om lucht te verwarmen of te koelen en door het ventilatiesysteem te forceren, die vervolgens weglekt uit het raam, wordt het systeem gedwongen tot overproductie en dus tot overconsumptie. Hoeveel andere systemen in de faciliteit werken harder dan zou moeten, vanwege verstopte filters, overmaatse motoren enzovoort?

Dus ja, in een fabriek of een faciliteit met gemengde toepassingen kan zeker verspilling optreden, zowel wat de verlichting als de bouwschil betreft. Maar zijn dit de eerste soorten verspilling die moeten worden aangepakt?

U kunt die vraag pas beantwoorden als u het energieverbruik bij alle belangrijke belastingen registreert, deze koppelt aan zowel het tariefschema als het bedrijfsschema en het rendement berekent. Vaak kan in een faciliteit zoveel worden bespaard op onderhoud en bedrijfsprocessen voor grote apparatuur dat er binnen een paar jaar voldoende geld is bespaard om deze apparatuur versneld te vervangen door een minder verspillend model.

Schedule a consultation

Energieverbruik verlagen wanneer budgetten, tijd en bedrijfsmiddelen beperkt zijn

Werk vanuit een basislijn.

Het startpunt is om te identificeren waar en wanneer energie wordt gebruikt en waardoor. Zodra de eigenaren, managers en technici van de faciliteit precies weten hoeveel energie er nodig is om het bedrijf te runnen, ten opzichte van de hoeveelheid energie die wordt verspild, kunnen ze beslissingen nemen en een strategie bepalen. Om deze status te bereiken, is het raadzaam om de laatste rekeningen van nutsbedrijven na te pluizen en te zoeken naar eventuele boetes en kosten met betrekking tot vraag tijdens piekuren. Download een kopie van het tariefschema van de website van het nutsbedrijf, zodat u weet wat energie-eenheden op verschillende tijden van de dag kosten, in vergelijking met uw bedrijfsschema. Neem indien nodig rechtstreeks contact op met het nutsbedrijf; zij zullen u graag helpen.

Geef vervolgens uw eigen elektriciteitsteam of een elektrotechnisch installateur opdracht om de stroom bij de hoofdingangen voor nutsvoorzieningen en bij de voedingspanelen naar de grootste systemen en belastingen te loggen. Leg kW, kWh en de vermogensfactor vast gedurende een representatieve tijdsperiode. Zo krijgt u een zeer nauwkeurig beeld van het werkelijke energieverbruik bij driefasige circuits en belastingen. De grootste besparingen worden vaak gerealiseerd door de belastingsprocessen te verschuiven naar dagdelen met goedkopere energiekosten.

Welke systemen veroorzaken de grootste energieverspilling?

Beoordeel niet alleen het elektrische toevoersysteem, maar kijk ook naar uw elektromechanische, stoom- en persluchtsystemen. Deze systemen staan meestal bol van energieverspilling, die desalniettemin eenvoudig op te lossen is.

Elektromechanisch
Er zijn vijf veelvoorkomende soorten energieverspilling in een elektromechanisch systeem: 1) elektrisch, 2) mechanisch/wrijving, 3) planning, 4) besturing en 5) dimensionering/efficiëntie.

A Fluke 1738 geavanceerde Power Energy Logger gebruiken om onderzoek te doen naar het energieverbruik van een mechanisch systeem

1. Spannings-/stroomoverbelasting en onevenwichtige fasering zijn twee van de meest voorkomende energieverspillers in elektromechanische systemen. Beide elektrische problemen kunnen worden gedetecteerd met Power Quality Analyzers en warmtebeeldcamera’s.
2. Energieverspilling in mechanische systemen manifesteert zich als oververhitting, maar ook als overmatige trillingen. Deze kunnen worden gedetecteerd met thermische imaging- en trillingsmeters. Mogelijke oorzaken lopen uiteen, van koeling en luchtstroom tot lageruitlijning en andere oorzaken van wrijving. Voer dus een thermische scan uit op koppelingen, assen, riemen, lagers, ventilatoren, elektrische componenten, afsluit-/aansluitdoos en wikkelingen – alle opties die mogelijk inefficiënt werken en dus energie kunnen verspillen.
3. Zoals eerder al vermeld, is een van de eenvoudigste oplossingen voor energiebesparing het loggen van het energieverbruik bij grote elektromechanische belastingen gedurende een volledig bedrijfsschema. Bepaal wanneer apparatuur de meeste energie verbruikt (vaak bij het opstarten) en controleer of de gebruikstijden kunnen worden verschoven naar dagdelen waarop de verbruikstarieven het goedkoopst zijn.
4. Vergelijk aan de hand van hetzelfde verbruikslogboek het bedrijfsschema met de frequentie waarin het apparaat energie verbruikt. Hoeveel energie verbruikt het apparaat als het niet in bedrijf is? Zonder automatische schakelaars moeten de meeste apparaten handmatig worden uitgeschakeld om het energieverbruik stop te zetten, en handmatige handelingen worden vaak niet uitgevoerd. Niet alle apparatuur kan worden uitgeschakeld, maar de meeste apparatuur kan wel op stand-by worden gezet. Bediening kan variëren, van eenvoudig tot aan volledig geautomatiseerd; en van werking met behulp van sensoren en timers tot aan flexibel inactieve machines en het vastleggen van bedrijfsprocessen in een PLC.
5. Schaling en efficiëntiegraad. Met name in oudere faciliteiten komt het veelvuldig voor dat bedrijfsprocessen veranderen, maar dat belastingen ongewijzigd blijven. Dit betekent dat een grote, dure, aanloopmotor soms een systeem aandrijft dat helemaal niet zoveel vermogen nodig heeft. Vestigingsmanagers zijn van nature geneigd om grote apparatuur zo lang mogelijk te gebruiken. Het is echter de moeite waard om te kijken hoeveel vermogen de motor gebruikt, vergeleken met de werkelijke belastingsvereisten en ten opzichte van een nieuwe, uiterst efficiënte unit van het juiste formaat. Bereken hoeveel overtollige energie wordt verbruikt en vermenigvuldig die waarde met het te betalen tarief. Bepaal ook hoe lang het duurt voordat een nieuwe motor zichzelf terugbetaalt: soms is het verstandig om apparatuur te vervangen voordat deze defect raakt. Als dit niet het geval is, moet u overwegen of u de bediening zo kunt instellen dat u de uitvoer kunt reguleren.

Stoom
Procesverwarming is verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van de beheersbare bedrijfskosten en het systeem moet regelmatig worden geïnspecteerd om verschillende energieverspillingsscenario’s te voorkomen.

Om te beginnen moet het energieverbruik bij de ketel worden geregistreerd, om een basislijn voor het energieverbruik te kunnen bepalen. Inspecteer vervolgens het distributiesysteem, inclusief condenspotten, manometers, isolatie, pompen en kleppen. Gebruik een thermal imaging camera om defecte condenspotten, lekkages, verstoppingen, waardeproblemen en condensaatstoringen te detecteren: het doel is om zoveel mogelijk voorverwarmd condensaat terug te voeren naar de ketel.

U kunt ook gebruikmaken van een warmtebeeldcamera om te controleren op stoomlekken. Controleer op losse of ontbrekende isolatie en de juiste werking van alle condenspotten; reinig de binnenkant van de ketels en controleer de stoomtransportleidingen op verstoppingen. Door al deze handelingen uit te voeren, kunt u energieverspilling detecteren en uw team helpen bij het plannen van energiebesparende oplossingen. Vele daarvan kunnen vaak al worden geïmplementeerd door middel van onderhoud, in plaats van kapitaaluitgaven.

Perslucht
Een luchtcompressor met 100 pk kan jaarlijks ongeveer $50.000 aan elektriciteit verbruiken en 30% van die elektriciteit gaat naar het onder druk brengen van lucht die nooit wordt gebruikt als gevolg van distributielekken en verspilling tijdens bedrijf. Veel faciliteiten hebben echter nog nooit de efficiëntie van hun persluchtprocessen beoordeeld. Als er meer luchtdruk nodig is, zullen veel faciliteiten een extra compressor aanschaffen en inzetten, zonder dat ze zich realiseren dat ze meer druk uit hun bestaande systeem kunnen halen.

Uit studies van de Compressed Air Challenge blijkt dat slechts 17% van de gebruikers van perslucht efficiëntie als doel van het beheer van het persluchtsysteem zien, maar 71% wil gewoon een consistente, betrouwbare luchttoevoer. Die filosofie uit zich tijdens het gebruik: bij faciliteiten met pneumatische apparatuur ontbreekt het vaak zelfs aan eenvoudige magneetkleppen, waardoor de compressor continu wordt aangedreven. Personeel op de werkvloer ziet de perslucht vaak als een gratis hulpbron en gebruikt deze om het werkgebied te reinigen en zelfs om af te koelen.

Om het niveau van de verspilling te identificeren en te kwantificeren, kunt u beginnen door het energieverbruik gedurende een volledige bedrijfscyclus te loggen bij alle luchtcompressoren. Daardoor krijgt u inzicht in hoeveel energie er nodig is om de huidige luchtdrukniveaus te produceren. Tevens kunt u met behulp van een drukkalibrator de psi bij de uitvoer van de compressor registreren en vergelijken met het gebruikspunt. Zo kunt het drukverlies bepalen en controleren of de door de fabrikant vereiste psi voor gebruik van de pneumatische apparatuur wordt gerealiseerd; gebruik niet “zomaar” te veel druk. Door een drukmodule aan te sluiten op een multimeter voor loggen om deze testen uit te voeren, hoeft u niet meteen te investeren in gespecialiseerde apparatuur. Ten slotte kunt u nog een sonische Industrial Imager inzetten om zo veel mogelijk van het oppervlak van de luchtleiding te scannen, om zo de locatie en de omvang van luchtlekken te bepalen. Ontdek hoe groot het rendement is met deze luchtlekkage-calculator.

Conclusie

Uiteindelijk kunt u grote stappen zetten om de energie-efficiëntie op installatieniveau te verbeteren met deze eenvoudige en logische best practices. Afzonderlijk bieden ze al meerwaarde, maar in combinatie kunnen ze een schatkist aan energiebesparingen vormen.

Requesting information

Probleem

Symptomen

Mogelijke oorzaken

Dimmen van de verlichting, vastlopen van de computer, klapperen van relais en contactors of volledige uitval, uitschakelen van apparatuur en systeem
Onterechte en onverklaarbare alarmen en stops

Starten van grote belastingen, vooral grote inductieve belastingen
Soortgelijke activiteiten in naburige faciliteiten
Zwaar weer

Spanningspieken

Defecte voeding
Uitschakeling door overspanning en alarmen op frequentiegeregelde aandrijvingen (VFD’s)

Storing in enkele fase van driefasig systeem
Plotselinge afname van de belasting
Schakelen tussen condensatorgroepen

Transiënten

Effecten van flashover en vonkoverslag in distributieapparatuur
Beschadigde isolatie
Defecte elektronica
Vastlopen van computers

Blikseminslagen
Schakelen van condensatoren
Opnieuw opstarten van systemen na een stroomstoring
Plotselinge stilstand van grote apparatuur
Vuile of versleten contactors

Onderbrekingen

Shutdown van apparatuur

Kortstondig verlies van netvoeding

Imbalance

Oververhitte driefasige motoren en transformatoren

Ongebalanceerde belastingen over afzonderlijke fasen van driefasige panelen
Onevenwichtige toevoer van nutsvoorzieningen
Werking van enkelfasige lassers
Open-delta transformatoren

Harmonischen

Open-delta transformatoren
Oververhitte transformatoren
Oververhitte inductieve motoren
Onterechte en onverklaarbare alarmen en stops van elektronische apparatuur

Niet-lineaire belastingen zoals het schakelen van voedingen
Omvormersecties van ononderbroken voeding (UPS), VFD’s en acculaders
Lassers
Vlamboogovens

Power Quality Analyzers en loggers

A Power Quality Analyzer  kan helpen deze veelvoorkomende problemen met de netvoedingskwaliteit te herkennen. Met een Power Quality Analyzer mist u nooit meer een cruciale gebeurtenis op het gebied van netvoedingskwaliteit. Of u nu een snelle systeemcontrole uitvoert of een gedetailleerde analyse van de netvoedingskwaliteit, consistente gegevens zijn essentieel. Door de 1770-serie op uw bedrijfsmiddelen aan te sluiten, biedt het instrument een uniek automatisch meetsysteem dat ervoor zorgt dat u telkens weer de juiste gegevens verzamelt – van snelle transiënten tot 8 kV, harmonischen tot 30 kHz, dips en pieken, tot de spannings-, stroom- en vermogensmetingen die u in staat stellen problemen in uw elektrische systeem te karakteriseren.

• Fluke 1770 series three-phase Power Quality Analyzer

Power Quality Loggers maken het eenvoudig om een profiel te maken van het energieverbruik in uw installatie. Ze leveren gegevens over stroommetingen, zodat u bronnen van elektrische energieverspilling of overbelaste circuits kunt ontdekken en beperken. Deze instrumenten zijn geweldig om bij de hand te hebben voor routinematige belastingsstudies en programma’s voor preventief onderhoud.

• Fluke 1732 en 1734 driefasen Power Measurement Logger
• Fluke 1736 driefasen Power Quality Logger
• Fluke 1738 driefasen Power Quality Logger
• Fluke 1742, 1746 en 1748 driefasen Power Quality Loggers

Power Quality Recorders zijn het juiste instrument voor geavanceerde analyse van de netvoedingskwaliteit. Ontrafel de hoofdoorzaak van apparatuurstoringen met belastingsstudies en transiëntenanalyse, zodat u later kunt teruggaan en noodzakelijke reparaties kunt uitvoeren of basisgegevens kunt ontwikkelen voor routinematige belastingsstudies.

Requesting information

Traditionele testmethodes voor elektromotoren

De traditionele methode voor het meten van de prestaties en het rendement van elektromotoren is welomschreven, maar het proces kan duur zijn om op te zetten en lastig toe te passen zijn in werkprocessen. In feite moet bij het controleren van de motorprestaties heel vaak zelfs het complete systeem worden uitgeschakeld, wat kan leiden tot kostbare uitvaltijd. Om het rendement van elektromotoren te meten, moet zowel het elektrische ingangsvermogen als het mechanische uitgangsvermogen over een breed scala van dynamische bedrijfsomstandigheden worden vastgesteld. Volgens de traditionele methode voor het meten van motorprestaties moeten technici eerst de motor in een motortestopstelling installeren. De testopstelling bestaat uit de te testen motor gemonteerd aan een generator of een vermogenstestbank.

De motor die wordt getest, is met een as aan de belasting verbonden. Op de as is een snelheidssensor (toerenteller) aangesloten evenals een aantal koppelsensoren, die gegevens leveren op basis waarvan het mechanisch vermogen kan worden berekend. Dit systeem levert gegevens waaronder het toerental, koppel en mechanisch vermogen. Bij sommige systemen kan ook het elektrisch vermogen worden gemeten, zodat het rendement kan worden berekend.

Het rendement wordt als volgt berekend:

Tijdens het testen wordt de belasting gecontroleerd om het rendement over een scala aan bedrijfsmodi te bepalen. De testopstelling lijkt misschien ongecompliceerd, maar er zijn een aantal inherente nadelen:

1. De motor moet uit bedrijf worden genomen.
2. De motorbelasting is niet werkelijk representatief voor de belasting die tijdens bedrijf door de motor wordt aangedreven.
3. Tijdens het testen moet het bedrijf worden uitgesteld (wat tot uitvaltijd leidt) of moet tijdelijk een vervangende motor worden geïnstalleerd.
4. Koppelsensoren zijn duur. Ze hebben een beperkt bereik, zodat er meerdere/verschillende sensoren nodig kunnen zijn voor het testen van verschillende motoren.
5. Een motortestopstelling die geschikt is voor een breed scala aan motoren, is duur en de gebruikers van dit type testopstelling zijn gewoonlijk specialistische motorreparatiewerkplaatsen of bedrijven die zich bezighouden met het ontwikkelen van motoren.
6. Er wordt geen rekening gehouden met ‘reële’ bedrijfsomstandigheden.

Parameters van elektromotoren

Elektromotoren zijn ontworpen voor specifieke belastingsafhankelijke toepassingen en hebben daardoor verschillende karakteristieken. Deze karakteristieken worden geclassificeerd volgens normen van de National Electrical Manufacturers Association of de International Electrotechnical Commission en hebben een direct effect op de werking en het rendement van de motor. Elke motor heeft een typeplaatje waarop de belangrijkste bedrijfsparameters van de motor en rendementsgegevens volgens NEMA- of IEC-aanbevelingen vermeld staan. De gegevens op het typeplaatje kunnen worden gebruikt om de vereisten van de motor te vergelijken met de werkelijke bedrijfsomstandigheden. Bij het vergelijken van deze waarden kunt u bijvoorbeeld ontdekken dat een motor het verwachte toerental of koppel overschrijdt, waardoor de levensduur van de motor kan worden verkort of de motor voortijdig defect kan raken. Andere effecten zoals spannings- of stroomonbalans en harmonischen die verband houden met een slechte netvoedingskwaliteit, kunnen eveneens tot slechtere motorprestaties leiden. Als een van deze omstandigheden zich voordoet, moet het vermogen van de motor − dus de verwachte motorprestaties − worden gereduceerd, wat kan leiden tot een verstoring van het proces als er onvoldoende mechanisch vermogen wordt gegenereerd. De reductie van het vermogen wordt berekend volgens de NEMA-norm in overeenstemming met de opgegeven gegevens voor het type motor. De NEMA- en IEC-norm hebben weliswaar enkele verschillen maar volgen grotendeels dezelfde lijnen.

Schedule a consultation

Reële bedrijfsomstandigheden

Het testen van elektromotoren op een motortestopstelling betekent meestal dat de motor wordt getest onder de best mogelijke omstandigheden. Omgekeerd geldt dat wanneer de motor wordt gebruikt onder reële omstandigheden, deze beste bedrijfsomstandigheden gewoonlijk niet bestaan. Deze verschillen in bedrijfsomstandigheden dragen allemaal bij aan de verslechtering van de motorprestaties. Binnen een industriële installatie kunnen bijvoorbeeld belastingen zijn geïnstalleerd die een directe invloed hebben op de netvoedingskwaliteit, waardoor onbalans in het systeem ontstaat of mogelijk harmonische vervorming. Elk van deze omstandigheden kan de motorprestaties ernstig verslechteren. Daarnaast kan de belasting die door de motor wordt aangedreven niet optimaal of in overeenstemming zijn met het oorspronkelijke ontwerp van de motor. De belasting kan te groot zijn voor de motor om deze goed te kunnen aandrijven, of overbelast vanwege slechte procesbesturingen. De belasting kan zelfs worden gehinderd door overmatige wrijving die wordt veroorzaakt door een vreemd voorwerp dat een pomp of een schoepenwiel van een ventilator blokkeert. Het registreren van deze afwijkingen kan lastig en zeer tijdrovend zijn, waardoor een effectieve probleemoplossing problematisch wordt.

Een nieuwe aanpak

The Fluke 438-II-analysator voor netvoedingskwaliteit en motoren biedt een gestroomlijnde en rendabele methode voor het testen van het motorrendement, elimineert de noodzaak van externe mechanische sensoren en voorkomt dure uitvaltijd. De Fluke 438-II, die is gebaseerd op de Fluke 430-II-serie netvoedingskwaliteit- en energieanalyzers, heeft de volledige functionaliteit voor het meten van netvoedingskwaliteit terwijl ook de mechanische parameters voor directgekoppelde elektromotoren worden gemeten. Met behulp van gegevens op het typeplaatje van de motor (hetzij NEMA- of IEC-gegevens) in combinatie met metingen van het driefasenvermogen, berekent de 438-II de real-time prestatiegegevens van de motor zoals toerental, koppel, mechanisch vermogen en rendement, zonder de noodzaak van extra koppel- en toerentalsensoren. De 438-II berekent ook rechtstreeks de reductiefactor van de motor tijdens bedrijf.

De gegevens die de Fluke 438-II nodig heeft om deze meting uit te voeren, worden door de technicus of monteur ingevoerd en omvatten het nominale vermogen in kW of pk, de nominale spanning en stroom, de nominale frequentie, de nominale cos φ of arbeidsfactor, de nominale bedrijfsfactor en het type motorontwerp van de NEMA- of IEC-klassen.

How it works

De Fluke 438-II is geschikt voor mechanische metingen (toerental, belasting, koppel en rendement van de motor) door toepassing van bedrijfseigen algoritmen op elektrische golfsignalen. De algoritmen combineren een mix van natuurkundige en gegevensgestuurde modellen van een inductiemotor, zonder dat hiervoor één van de aan de meting voorafgaande tests hoeft te worden uitgevoerd die gewoonlijk nodig zijn om modelparameters van de motor te schatten, zoals de statorweerstand. Het motortoerental kan worden geschat op basis van de door de rotorgleuven veroorzaakte harmonischen in de stroomgolfvormen. Het koppel van de motoras kan door middel van bekende maar complexe fysische relaties in verband worden gebracht met spanningen, stromen en slip van de inductiemotor. Elektrisch vermogen wordt gemeten met behulp van de golfvormen van de ingangsstroom en -spanning. Na het schatten van het koppel en toerental wordt het mechanisch vermogen (of de belasting) berekend door middel van koppel maal toerental. Het motorrendement wordt berekend door het geschatte mechanisch vermogen te delen door het gemeten elektrisch vermogen. Fluke heeft uitgebreide tests uitgevoerd met van instrumenten voorziene motoren die vermogenstestbanken aandreven. Het werkelijke elektrisch vermogen, het koppel van de motoras en het motortoerental werden gemeten en vergeleken met de door de 438-II gerapporteerde waarden, om de nauwkeurigheidsniveaus te bepalen.

Overview

Terwijl de traditionele methoden voor het meten van de prestaties en het rendement van elektromotoren welomschreven zijn, worden ze niet noodzakelijkerwijs breed toegepast. Dit ligt grotendeels aan de kosten vanwege de uitvaltijd die gepaard gaan met het uitschakelen van motoren, en soms hele systemen, voor testdoeleinden. De Fluke 438-II levert uitermate nuttige informatie die tot nu toe buitengewoon moeilijk en duur te verkrijgen was. Bovendien gebruikt de Fluke 438-II zijn geavanceerde functies voor het analyseren van de netvoedingskwaliteit om de netvoedingskwaliteit te meten terwijl het systeem volop in bedrijf is. Kritische metingen van het motorrendement worden vereenvoudigd doordat er geen externe koppelsensoren en afzonderlijke toerentalsensoren nodig zijn. Hierdoor kunnen de prestaties van de meeste industriële, door elektromotoren aangedreven processen worden geanalyseerd terwijl deze in bedrijf zijn. Hierdoor kunnen technici de uitvaltijd verminderen en trends van de motorprestaties in de loop van de tijd vaststellen, waardoor zij een beter beeld krijgen van de algehele toestand en prestaties van het systeem. Door trends in de prestaties te registreren, kunnen er veranderingen worden vastgesteld die kunnen duiden op dreigende motorstoringen en is vervanging mogelijk voordat deze storingen optreden.

Requesting information

Then there is strategy. And this is where the shoe can sometimes wriggle.

In a manufacturing environment, a strategy can only work if there is enough knowledge and experience to support the vision, but sufficient ROI must also be realised to ensure that everything is worthwhile. But as for Industrial Energy Wastage, there is no research institute anywhere where an industrial plant manager can go to determine what is “reasonable” energy consumption in a production facility. So how can one then assess what part of the current energy consumption is reasonable and what part is wasteful, or what part of that wasteful part provides enough efficiency to justify intervention?

The return we are talking about here includes the cost per kWh charged by the power company. The rates of these vary, depending on the time of day and time of year. Reducing these costs also leads to immediate cost savings. The investment consists of the material and labour required to change the energy consumption. The return is the period of time that must pass before the lower energy bill leads to the creation of returns. What remains after the costs have been paid is then the icing on the cake.

If we then look again at the strategy, how can we estimate how much return these interventions are going to generate if there is no industry standard for reasonable energy consumption against which to measure it?

Profiling Industrial Energy Waste

Energy consumption in the industry varies and this is due to several factors:

• the age of the factory
• the type of load and its format
• operating schedule, both hours per week and intensity of load
• the number of employees
• climate
• the maintenance philosophy.

The answer to this question is: don't try every kW to manage consumed by your facility. These are the ‘knowledge and experience’ in the equation. Divide the facility by electrical infrastructure and then by key systems.

Energy conservation starts with two basic tactics: (1) general inspection of key systems and (2) targeted data collection, including logging energy consumption at main service inputs and at key load points.

Establish what the specified consumption of a system is and how much the system currently consumes. In addition, establish how much waste is occurring (either in terms of hours and type of use of the system or in terms of equipment and the system itself). To realise the savings, this waste needs to be addressed in the facility, through changes in procedures, maintenance or equipment and controls.

Energy components

Before we start looking at how to be able to track energy consumption, we will take another look at how we define and measure energy.

Energy can be expressed in terms of real, reactive and apparent power (Figure 1).

The flow of energy is described as:

• actual (P) or active power in watts (W)
• reactive power (Q) in volt-amps reactive (VAr)
• complex power (S) in volt-amps (VA)
• apparent power, the size of complex power (VA)

The mathematical relationship between real, reactive and apparent power can be represented by vectors or can be expressed by complex numbers, S = P + jQ (where j is the imaginary unit).

Reactive power does not transfer energy - it does not produce labour - and is thus represented as the imaginary axis of the vector diagram. Real power moves energy, so this is the real axis.

The speed of energy flow in a system depends on the load - is it resistive, reactive or both?

With a purely resistive load, voltage and reverse polarity of current simultaneously, the product of voltage and current is positive at all times and only real power is transferred: labour is produced.

If the load is purely reactive, the voltage and current are out of phase and the product of voltage and current can be positive or negative. This indicates that part of the energy is transferred to the load and part of it flows back. The net transfer of energy to the load is zero: no work is produced.

In reality, all loads include a combination of resistance, inductance and capacitance, creating both real and reactive power in a system. Therefore, electrical systems are designed to tolerate a certain amount of reactive power. Problems arise when too much reactive power is generated. Not only is there not enough real power to produce the required labour, but even the system's overall capacity to generate labour is compromised. This is also why utilities fine their customers if their loads produce too much reactive power: it is wasted power because it costs money to generate it, but it cannot be used. Most utility bills count VAr (reactive power) and on many they also calculate the power factor, where the power factor is an indication of how much a system has dropped relative to 100 per cent actual power. Most utilities require their customers to stay above the 0.95 PF (Power Factor) limit.

Schedule a consultation

Monitoring energy consumption

By understanding the basic components of energy, an electrician can equipment for logging energy consumption set to measure the overall level and quality of consumption and then track when energy is consumed and by what.

Log power at main and secondary panels and at large loads. Record kW, kWh and power factor over a representative time period.

This gives you a very accurate picture of the actual energy consumption for three-phase circuits and loads.

You can achieve the biggest energy savings by determining at what times power consumption peaks, evaluating power factor and total power consumption against utility bills, and rebalancing loads if necessary. Even a peak consumption of just a few minutes can increase the utility's tariff for several hours, days or even weeks.

By scheduling the use of taxes differently, a company can take advantage of times when energy is cheaper. See how far below ‘1’ the power factor is and check the power company's bills to see if there are deductions for a bad power factor. If so, the Power Logger can help trace the sources. After making changes in the necessary power areas, reconnect the logger to check that you are indeed benefiting from these efficiency improvements.

Knowing where energy waste occurs

Every system and process can be a source of waste and this needs to be contained or eliminated. You can already start by scrutinising electrical subsystems, compressed air or steam systems and specific electromechanical systems, but actually every process has potential waste points that need to be measured.

The aim is to map the energy use of specific equipment and processes, to see where energy is wasted so that waste can be quantified. This allows you to prioritise improvements or replacements based on the life of the equipment and see which modifications yield the most return on investment.

Mapping consumption also provides a starting point from which the effectiveness of energy-saving projects can be measured to justify costs.

Common sources of waste in electrical subsystems:

• Taxes sometimes remain switched on outside working hours or are unnecessarily in operation at the most expensive time of the day.
• If no regulation is set on the motor, it may mean that more power is generated than needed.
• Processes with excessive voltage/current cause excessive power consumption to compensate.
• Phase imbalance causes power to be consumed at load without being able to deploy it.

Identify and quantify:

• Make a thermal scan of the electrical panel and mechanical load to check for overheating.
• Log energy consumption over a longer period: how much energy is consumed, at what time and how much waste is involved?

Common waste and inspection points in electromechanical systems:

• Excessive friction due to misalignment, bearings, imbalance and looseness forces the engine to work too hard, consuming too much power.
• Uncontrolled loads sometimes remain switched on outside working hours, operate at peak times, generate more power than needed or suffer from overvoltage/current conditions and phase unbalance.
• Ageing mechanical equipment can use so much more energy than new high-efficiency models that early replacement may be justified by the lower kWh consumption alone.

Identify and quantify:

• Make a thermal scan of the drive panel and mechanical load to check for overheating. Overheating may indicate electrical inefficiency.
• Log energy consumption over a longer period: check for total kWh, power factor, peak demand, imbalance and harmonics.
• Test vibration levels against standards and identify the most appropriate maintenance solutions, such as rebalancing.
• Perform a thermal scan of couplings/shafts/belts, bearings and fans.
• Check current and voltage levels.
• Perform a thermal scan of the termination/connection box and windings and perform an insulation resistance test.

Common waste and inspection points in compressed air systems:

• Excessive leakage in compressed air lines leads to excessive operation to maintain supply.
• Compressors that remain switched on outside working hours waste energy.

Identify and quantify:

• Log energy consumption at the compressor and compare it with base consumption.
• Measure the pressure at the compressor and at the point of use to determine the pressure drop.
• Scan pipes with ultrasound to identify leaks.

Common waste and inspection points in steam systems:

• Defective steam traps and inadequate insulation lead to wasted steam, producing unnecessary steam to maintain the necessary supply.

Identify and quantify:

• Log energy consumption at the boiler and compare it with base consumption.
• Perform a thermal scan of pipes and steam traps to identify missing insulation and blockages.

Ask our experts for advice

Making returns transparent

Considering the aforementioned lack of industry standards, how do we really know which systems have the most potential energy yield? Our best source of information at the moment is provided by the examples of common situations. Here are some examples of common industrial systems.

Electromechanical system inspection

Type of facility: Steel recycling plant in Germany
Type of equipment: fan with belt drive, for process cooling
Measurements conducted: vibration measurements
Problems identified: slight imbalance was detected, in addition to misalignment and bearing wear.
Savings realised: Rebalancing was necessary. A 350-kW engine was running at 80 per cent of its rated power; the measured power was about 280 kW. After rebalancing, 3 per cent less energy was consumed. At a tariff of 0.11 euros/kWh, this results in annual savings of 8,094 euros.

Compressed air system inspection

Type of facility: production
Type of equipment: compressed air system
Measurements conducted: test of compressed air system with ultrasound (recommended full compressor data logging)
Problems identified: the amount of compressed air produced compared to actual demand.
Savings realised: Multiple savings opportunities were found. Total annual savings of €50,600. The compressor is switched off on weekends: annual savings of €32,700. Solenoids are installed to turn off the air supply when machines are switched off: annual savings of €7,100. Repair of 36 leaks: annual savings of €4,800. Filters installed in the system at a one-off cost of €6,000; annual savings as a result of these filters: €6,000.

Inspection of steam trap

Type of facility: production
Type of equipment: boilers and steam pipes
Measurements conducted: thermal scanning of steam pipes
Problems identified: six malfunctioning steam traps; steam leakage from coils of a electroplating tank; steam leakage from electroplating pipes: opportunities for condensate recovery
Savings realised: Six malfunctioning steam traps were replaced at a cost of €500 each. Savings realised: €3,200 per steam trap based on known costs, for generating calculations of steam and heat loss. Total savings: €16,200.
Next step: Log energy consumption on the boiler's supply panel before and after addressing leaks and condensate problems.

Higher productivity or lower overhead?

The next question is a fun one to answer: once you have decided which route to take to reduce energy consumption, can you use those savings to increase plant output (produce higher volumes at the same kWh consumption) or for other business strategies (profit margins, price realisation)?

Reducing energy consumption is simply good for business. By logging the consumption of each major system and mapping these costs against energy bills to determine where and when consumption is occurring, companies can often realise savings through simple adjustments to their processes and work schedules. Companies can easily identify which equipment is inefficient and outdated and justify and prioritise replacement. And by reducing overall energy consumption, companies reduce operating costs and improve their market competitiveness.

Tips for cost savings

Adapt business processes to take advantage of:

• lower energy costs at certain times of the day
• times when machines can be switched off
• sensors and controls that allow systems to be switched off when they do not need to be in operation

Set schedules for start-up/shutdown of infrastructure equipment for working hours and for out-of-working hours.

Start appliances with high energy consumption staggered and at least 15 minutes apart to avoid costs due to peak consumption.

Fit variable frequency drives (VFDs) to large motors and replace bad motors with high-efficiency models.

Requesting information

1. Het oplossen van problemen met het PV-systeem

Controleer eerst de output van het gehele systeem bij het meetsysteem of de omvormer. Controleer en noteer voordat u begint met het verhelpen van de storingen de ingangsspanning en het stroomniveau van de omvormer van de array. U zult waarschijnlijk een van de twee scenario’s tegenkomen:

Het gehele PV-systeem, of een deel ervan, is uitgevallen of produceert geen stroom; dit kan verband houden met een probleem met de omvormer.
Of de uitvoer van het PV-systeem is minder dan verwacht; dit kan verband houden met een probleem met een van de arrays of modules.
Traceer de afzonderlijke vertakkingsbedrading naar achteren vanaf de concentrator. Controleer het gehele systeem visueel op duidelijke schade of onbedoelde ontkoppeling. Zodra u de defecte module of array vindt, controleert u alle draden, schakelaars, zekeringen en stroomonderbrekers. Vervang doorgebrande zekeringen; reset de stroomonderbrekers en schakelaars. Controleer op gebroken draden en losse of vuile aansluitingen; vervang en reinig indien nodig. Let op losse verbindingen tussen de modules. Ze kunnen losgekomen zijn en gebrek aan contact veroorzaakt hebben.

De combinerbox kan een geweldige plek zijn om problemen met het systeem op te lossen, omdat de afzonderlijke draden van de modules naar het systeem worden teruggebracht. Elke module kan een zekering hebben die u moet controleren met uw Fluke 393 FC.

Bedradingsproblemen en losse aansluitingen kunnen er ook toe leiden dat een module een te lage spanning produceert. Controleer alle bedradingsaansluitingen. Als een module-uitgang laag is, kan dat betekenen dat een enkele celsectie slecht is. Deze zijn te herleiden met behulp van de 393 FC bij de aansluitdozen totdat de boosdoener is gevonden.

De Fluke 393 FC geeft een audiopolariteitswaarschuwing wanneer u Voc test. Als u merkt dat de polariteit is omgekeerd, kan dit betekenen dat andere circuits in de combinerbox onbedoeld in serie zijn aangesloten, wat resulteert in spanningen boven de maximale ingangsspanning van de omvormer.

Vuil of schaduw op de modules zelf kan een verminderde output veroorzaken. Hoewel de modules meestal zijn ontworpen om jarenlang onderhoudsvrij te zijn, moeten ze mogelijk worden gereinigd. Stuifmeel en stof kunnen in sommige delen van het land een aanzienlijk probleem zijn.

2. Problemen met PV-belastingen oplossen

Het PV-systeem wordt gebruikt om elektrische belastingen van gebouwen te bedienen; eventuele problemen met de belastingen hebben ook invloed op het systeem. De eerste stap is het controleren van de belastingsschakelaars, zekeringen en stroomonderbrekers met de Fluke 393 FC om te zien of de belastingsaansluiting de juiste spanning heeft. Gebruik vervolgens de 393 FC om de zekeringen en stroomonderbrekers te controleren. Als u doorgebrande zekeringen of geactiveerde stroomonderbrekers vindt, zoek dan de oorzaak op en los de defecte component op of vervang het. Als de belasting een motor is, kan een interne thermische onderbreker worden geactiveerd of kan er een open wikkeling in de motor zijn. Sluit voor testdoeleinden een andere belasting aan en kijk of deze goed werkt.

Zoals bij elk elektrisch systeem, controleer op gebroken draden en losse aansluitingen. Reinig alle vuile verbindingen en vervang alle slechte bedrading. Als de stroom is uitgeschakeld, controleer dan op aardingsfouten en repareer deze. Als zekeringen of onderbrekers opnieuw doorbranden of uitschakelen, is er een kortsluiting die u moet lokaliseren en repareren.

Als de belasting nog steeds niet goed werkt, gebruikt u de Fluke 393 FC om de spanning van het systeem bij de belastingsaansluiting te controleren. De draadmaat is mogelijk te klein en moet worden vergroot. Het kan ook zijn dat de draden die naar de belastingen lopen te lang zijn. Dit wordt weergegeven als een lage spanning bij de belasting. In dit geval kunt u de belasting op het circuit verminderen of een grotere draad laten lopen.

Schedule a consultation

3. Problemen met PV-omvormers oplossen

U werkt waarschijnlijk elke dag met frequentieregelaars, dus u bent gewend om wissel- en gelijkstroom te controleren. De omvormer in een PV-systeem kan ook falen en problemen veroorzaken. De omvormer zet gelijkstroom van het PV-systeem om in AC-netvoeding voor gebruik in gebouwen.

Als de omvormer niet de juiste uitgang produceert, controleer dan eerst de werk-DC-ingangsspanning en het stroomniveau van de omvormer en noteer deze. Gebruik aan de AC-zijde de Fluke 393 FC om de uitgangsspanning en het stroomniveau van de omvormer te controleren. Veel van deze systemen hebben een display dat de prestaties van de huidige omvormer en het systeem aangeeft. Omdat de 393 FC een true-RMS-waarde produceert, kunt u de spanning en stroom gebruiken om de kilowatt (kW)-uitgang te meten en vast te leggen. Gebruik indien mogelijk het inverterdisplay om het huidige totaal aantal kilowatturen (kWh) weer te geven. U kunt deze waarde dan opschrijven en vergelijken met de waarde die tijdens de laatste inspectie is vastgelegd. Aan de DC-zijde kunt u de 393 FC gebruiken om de DC-voeding te controleren en de waarde op te slaan in de Fluke Connect™-app op uw telefoon.

Als de omvormer niet de juiste hoeveelheid stroom produceert, kunnen er verschillende problemen zijn – die u allemaal gemakkelijk kunt controleren met de Fluke 393 FC:

• Doorgebrande zekering
• Geactiveerde onderbreker
• Gebroken draden

Gebruik de Fluke 393 FC om de AC-uitgangszijde van de omvormer te meten; de belasting van de omvormer kan een te hoge stroomvraag hebben. Met het dubbele display dat wisselspanning en frequentie weergeeft, kunt u bepalen of de wisselstroomuitgang van de omvormer correct werkt.

De omvormer kan worden aangesloten op het lokale nutsbedrijf. De AC-stroom van de omvormer fluctueert met het niveau van de zonne-input op de array. De omvormer handhaaft de juiste uitgangsspanning en fase naar het nutsbedrijf. Spanningsproblemen van het nutsbedrijf kunnen ertoe leiden dat de omvormer wordt uitgeschakeld. Neem in dat geval contact op met het nutsbedrijf voor reparaties.

4. Problemen oplossen in combinatieboxen

Wanneer u problemen met combinerboxen oplost, zijn stroomsterktemetingen en berekeningen cruciaal om vast te stellen of de PV-arrays correct werken. Het meten van stroom op afzonderlijke arrays of het combineren van stroommetingen helpt u te bepalen of een cel niet goed werkt.

Dankzij het dunnere bekontwerp van de Fluke 393 FC-stroomtang kunt u verschillende geleiders in de bek krijgen voor gecombineerde stroommetingen, zelfs in krappe of volle ruimten zoals omvormers of combinerboxen.

Requesting information

Voorbeelden van vereisten volgens klasse A

De meetonzekerheid van de voedingsspanning is gesteld op 0,1% van de aangegeven ingangsspanning Udin over het bereik van 10% tot 150% van Udin. Het is belangrijk op te merken dat in veel gevallen de nauwkeurigheid alleen is gespecificeerd op volledige schaal, en terwijl 0,1% nauwkeurigheid relatief makkelijk te bereiken is, is het moeilijker om dit te bereiken over dit brede bereik.

Daarnaast stelt de eis dat de metingen ‘aaneengesloten en niet-overlappend’ moeten zijn over een 10/12-cyclus voor een elektrisch systeem van 50/60 Hz. Het is belangrijk hierop te letten wanneer we kijken naar fabrieksspecificaties, aangezien eenheden met een hoge mate van meetonzekerheid kunnen leiden tot resultaten die kunnen worden betwist door het nutsbedrijf of hun klant.

Goedkope meetsystemen voor netvoedingskwaliteit hebben bijvoorbeeld vaak hogere niveaus van onzekerheid bij het meten aan de lagere kant van de schaal (voorbeeld: meten op een potentiaaltransformator met fase tot neutraal spanning bij 58 volt). Daarnaast kunnen variaties ook onopgemerkt blijven als er niet aaneengesloten wordt gemeten. Deze fouten kunnen ertoe leiden dat van defecte apparatuur wordt gedacht dat deze goed werkt terwijl dat in feite niet het geval is. Met een klasse A gecertificeerd instrument kan een technicus ervan op aan dat metingen zijn geclassificeerd met internationaal aanvaarde onzekerheidswaarden. Dit is vooral belangrijk bij het controleren van de conformiteit met voorschriften of bij het vergelijken van resultaten tussen verschillende instrumenten of partijen. Functionele test- en onzekerheidsvereisten voor klasse A-apparatuur zijn gedetailleerd in IEC 62586-2.

Spanningsschommelingen en onderbrekingen moeten worden gemeten op een hele cyclus en moeten elke halve cyclus worden bijgewerkt, zodat het instrument de hoge resolutie van op een halve cyclus gesamplede datapunten kan combineren met de nauwkeurigheid van RMS-berekeningen op een hele cyclus. Enkel vertrouwen op berekeningen met een volledige cyclus zou geldige omstandigheden verkeerd kunnen identificeren, terwijl het gebruik van alleen berekeningen met een halve cyclus mogelijk niet de vereiste nauwkeurigheid levert om eventuele problemen volledig te begrijpen.

Verzamelperiodes zijn door een instrument voor netvoedingskwaliteit op bepaalde tijdstippen gecomprimeerde meetgegevens. Een klasse A-instrument moet gegevens weergeven in de volgende verzamelperiodes:

• Het standaardtijdsinterval van meting moet een 10/12-cyclus (~200 msec) bij 50/60 Hz zijn. De intervaltijd varieert afhankelijk van de werkelijke frequentie.
• 150/180-cycli (~3 sec) bij 50/60 Hz. De intervaltijd varieert afhankelijk van de werkelijke frequentie.
• Interval van 10 minuten, gesynchroniseerd met gecoördineerde universele tijd (UTC)
• Interval van 2 uur voor Plt flicker

Externe tijdsynchronisatie is nodig om nauwkeurige tijdstempels te verkrijgen, zodat er een nauwkeurige correlatie van gegevens tussen verschillende instrumenten mogelijk is. De nauwkeurigheid wordt gespecificeerd met ± 20 ms voor 50Hz- en ± 16,7 ms voor 60Hz-instrumenten, ongeacht het totale tijdsinterval. Om deze nauwkeurigheid te bereiken, is ofwel een GPS-klok via een GPS-ontvanger nodig of NTP (Network Time Protocol) via Ethernet. Wanneer synchronisatie per een extern signaal niet langer beschikbaar is, moet de timingtolerantie beter zijn dan ± 1 s per periode van 24 uur. Deze ruimere tolerantie is echter geen bevestiging dat de metingen in overeenstemming zijn met klasse A. Het ontbreken van nauwkeurige tijdstempels in goedkopere netvoedingskwaliteitinstrumenten kan het uitermate moeilijk maken om nauwkeurig te storingzoeken bij problemen met de netvoedingskwaliteit. Dit kan leiden tot een onvermogen om de verspreiding van gebeurtenissen in de spanning op het netwerk correct te identificeren bij gebruik van meerdere instrumenten.

Het FFT-algoritme voor harmonischen is nauwkeurig gedefinieerd zodat alle klasse A-instrumenten bij dezelfde waarden van de harmonischen uitkomen. De FFT-methode voorziet in oneindige algoritmen die kunnen resulteren in zeer verschillende waarden van de harmonischen, indien niet gereguleerd. Klasse A vereist dat harmonischen moeten worden gemeten met dezelfde 10/20-cyclus als de RMS-metingen, volgens de standaard Klasse I IEC 61000-4-7/2008, met behulp van een ononderbroken meetmethode voor harmonische subgroep. IEC 6100-4-7 beschrijft meerdere methoden en algoritmes voor het meten van harmonischen, maar IEC 61000-4-30 noemt specifiek de klasse I-subgroepmethode.

Al deze klasse A-vereisten spelen een belangrijke rol bij het verstrekken van nauwkeurige, betrouwbare en vergelijkbare gegevens aan gebruikers, wat uiteindelijk leidt tot betere analyse en storingzoeken bij netvoedingskwaliteitsproblemen. Bij instrumenten die niet conform klasse A zijn, kunnen de gemeten resultaten niet gemakkelijk met elkaar worden vergeleken.

Omgekeerd zullen klasse A-instrumenten juist consistent en onderling vergelijkbaar zijn, waardoor technici kunnen werken met het vertrouwen dat vereist is om zelfs de meest complexe netvoedingskwaliteitproblemen nauwkeurig te analyseren. Voor zowel leveranciers als grootverbruikers van energie is het belangrijk om de inkomende netvoedingskwaliteit te kunnen controleren en te kunnen nagaan of een probleem met de netvoedingskwaliteit binnen dan wel buiten het bedrijf van de energieverbruiker wordt veroorzaakt.

Alleen instrumenten die speciaal zijn ontworpen om problemen op te sporen en parameters voor netvoeding te registreren en te analyseren, kunnen de gedetailleerde informatie bieden waarmee u een storingsbron kunt lokaliseren en het probleem op de juiste manier kunt diagnosticeren. Bovendien kunnen metingen uitgevoerd met instrumenten die voldoen aan de eisen voor klasse A, worden gebruikt bij wettelijke of contractuele geschillen. Daarom is het belangrijk om een instrument te kiezen dat hieraan voldoet.

Fluke 1770-serie driefasige Power Quality Loggers
Fluke 1738 driefasige Power Quality Loggers
Fluke 1736 driefasige Power Quality Loggers

Requesting information

Wat is de ideale vermogensfactor?

Een lage vermogensfactor betekent dat u de energie waar u voor betaalt niet efficiënt gebruikt. Bij lagere vermogensfactoren is er meer schijnbaar vermogen (kVA) nodig om werkvermogen (kW) te produceren. Een hogere vermogensfactor is beter dan een lagere, omdat het betekent dat u energie effectiever gebruikt. Een algemeen streefgetal voor de vermogensfactor is 95%. Vraag na bij uw nutsbedrijf welke drempelwaarde ze gebruiken. Veel nutsbedrijven brengen klanten kosten in rekening als ze een lage vermogensfactor hebben.

Het meten en beheren van het energieverbruik

Door de energie- en netvoedingskwaliteit te meten, krijgt u een gevoel voor het ritme van uw installatie en leert u hoe u uw installatie soepel en efficiënt kunt laten werken. Strategisch energiebeheer is een belangrijke manier om uw energieverbruik en uw energierekening te verlagen. Een van de redenen om uw vermogensfactor te verbeteren, is het verlagen of zelfs elimineren van boetes en toeslagen van uw nutsbedrijf.

Om dat te doen, moet u weten waar uw energie elke maand naartoe gaat. In de eerste plaats moet u energiegegevens van uw apparatuur en systemen meten en registreren. Het type instrument dat u nodig hebt om dit te doen, is afhankelijk van uw faciliteit en behoeften. Een multifunctioneel instrument kan energieverlies berekenen en driefasige spannings- en stroomgolfvormen met hoge resolutie registreren, terwijl een ander instrument directe statusgegevens van de netvoedingskwaliteit kan leveren. Het is belangrijk om het niveau van harmonischen in uw stroom te kennen. Een THD-meting (Total Harmonic Distortion) kan u helpen te achterhalen of filteren nodig is. En vergeet niet dat een nutsbedrijf alleen de spanningskwaliteit kan beïnvloeden. Zij kunnen alleen eisen dat goedgekeurde belastingen worden aangesloten en zijn niet verantwoordelijk voor de stroom die vloeit als gevolg van de installatie van de klant.

Stappen naar een betere vermogensfactor

Motorinductantie en harmonische stromen zijn twee veelvoorkomende factoren die bijdragen aan een slechte vermogensfactor. Om de vermogensfactor te verbeteren, moet u de hoofdoorzaak van de slechte vermogensfactor bepalen.

Bij het omgaan met inductieve stroom is het toevoegen van condensatoren voor vermogensfactorcorrectie (energieopslagapparaten) aan het stroomdistributiesysteem van uw installatie een vaak gebruikte oplossing. Condensatoren voor vermogensfactorcorrectie vereisen regelmatige inspectie en aanbevolen preventief onderhoud, maar onder normale omstandigheden zullen ze jarenlang probleemloos werken.

Als harmonischen de lage vermogensfactor veroorzaken, is een kosteneffectieve passieve LC-filtering (inductor-condensator) de oplossing.

Voor complexere situaties is actieve filtering nodig. Dit soort filtering compenseert reactieve stromen, harmonische stromen en ongebalanceerde stromen.

Een veel voorkomende fout is het gebruik van condensatoren om harmonische stromen te beperken. Een condensator gedraagt zich als een kortsluiting voor hogere harmonischen. Vanwege de interne weerstand zal de condensator opwarmen en een drastisch kortere levensduur hebben omdat de interne elektrolyt verdampt.

Requesting information

Visuele hints

In een hoek stond een grote medische machine die een kritieke testprocedure uitvoerde. De machine was uitgerust met een groot scherm, keyboard en bedieningspaneel met een aantal kabels en slangen die naar andere stukken apparatuur leidden. Op het bedieningsscherm werd weergegeven dat de testprocedure ”In uitvoering” was.

Naast een machine stond een werkbank die was opgesteld voor het repareren van printplaten. Op de werkbank stond een soldeerbout, een verlicht vergrootglas en een ventilator. De stekkerdoos van de werkbank was in dezelfde contactdoos gestoken als de grote medische machine. Mike observeerde de persoon bij de werkbank die zijn hand uitstak en de ventilator aanzette. Op dat moment werd het bedieningsscherm op de medische machine even leeg en ging toen weer aan met de woorden ”Programma resetten” weergegeven in grote letters.

Meten en evalueren

Mike mat de spanning bij de contactdoos die beide belastingen van voeding voorzag. Zijn Fluke 87 V industriële multimeter mat 115 V. De gebouwenbeheerder herhaalde de meting met zijn Fluke 27 II Rugged digitale multimeter, die 118 V weergaf. Waarom dit verschil?

De Fluke 87 V levert True-RMS-metingen die correcte, maar lagere meetwaarden geven dan instrumenten van gemiddelde waarde, zoals de Fluke 27 II, op blokgolven of golfvormen die op blokgolven lijken. Mike sloot zijn Fluke 120B industriële ScopeMeter aan en liet de spanningsgolfvorm zien. Het scherm toonde aan dat de golfvorm aan de bovenkant ernstig was afgekapt, waardoor het meer op een blokgolf dan op een sinusgolf leek. De piekwaarde mat slechts 135 V, in plaats van de verwachtte 162 V.

Mike tekende een one-line diagram van het systeem. De one-line liet zien dat de transformator die het testgebied van voeding voorzag aan de andere kant van het gebouw was, ongeveer 150 meter verder. De meeste belastingen op die transformator waren niet lineair en bereikten hoge piekstromen op de spanningspiek. De combinatie van hoge piekstromen en hoge impedantie van de lange afstand zorgden samen voor ernstige spanningsafkappingen aan het einde van het circuit, precies op de locatie van het testgebied.

Theorie en analyse

Omdat de interne circuits van de medische machine werkten op een lage gelijkstroomspanning, zou de interne voeding een ingangscircuit van een diode/condensator hebben dat een minimale piekspanning vereist voor goed functioneren. Op het naamplaatje van de medische machine stond dat de machine een voedingsspanning tussen 100 en 135 V rms wisselspanning nodig had. De ingenieurs die de machine hebben ontworpen en het typeplaatje hebben gespecificeerd, gingen ervan uit dat de voedingsspanning een sinusgolf zou zijn, dus de minimale piek zou 141 V piek (100 x 1.41) zijn. Aangezien de gemeten waarde van de piekspanning slechts 135 V was, liep de machine op een piekspanning die al 6 V onder het absoluut vereiste minimum lag. Toen de ventilator werd ingeschakeld, verminderde de piekstroom die door de ventilatormotor werd aangewakkerd de spanning tot een punt waarbij de voeding van de machine niet meer normaal was. Hierdoor ging de machine zich resetten.

Oplossing

Het probleem van spanningspiekafkapping (flat topping) komt vaak voor in hoogtechnologische gebouwen. Veel van de gebouwen die nu in gebruik zijn, zijn er niet op ontworpen om de enorme hoeveelheid computers en niet-lineaire belastingen aan te kunnen die vandaag de dag zo normaal zijn.

In dit geval zou het nodig zijn om alles opnieuw grondig te bedraden zodat de spanningsval tussen de transformator en de belasting te verminderen. Een alternatief zou zijn om de meest gevoelige belastingen dichter bij de transformator te plaatsen.

Requesting information

1. Veiligheid van de installatie

Elektriciens moeten vaak een belastingsanalyse uitvoeren voordat nieuwe belastingen aan een bestaand paneel kunnen worden toegevoegd. Waarom? Deze vereisten zijn opgesteld door de elektrotechnisch inspecteur, de elektrotechnicus die het project heeft ontworpen of de klant die de nieuwe belastingen toevoegt. Het doel is om te bepalen of er voldoende capaciteit is om nieuwe belastingen toe te voegen.

Bij een belastingsanalyse wordt een power logger gebruikt om bestaande belastingsniveaus (driefasige stroomafname) over langere perioden te documenteren. En daarbij komt de veiligheid om de hoek kijken. Aan de ene kant kan een belastingsanalyse worden gebruikt om opvolging van lokale veiligheidsvoorschriften te garanderen. Aan de andere kant, als er geen belastingsanalyse wordt uitgevoerd voordat nieuwe belastingen worden toegevoegd, kan dit resulteren in de overbelasting van een bestaande elektrische bron of het ontstaan van onveilige en onbetrouwbare elektrische situaties.

2. Energiekosten beheren en besparingsmogelijkheden realiseren

Energiekosten zijn een groot deel van de totale operationele kosten, en toch hebben veel bedrijven geen goed overzicht waar hun energiegeld naartoe gaat. Ze krijgen slechts een algemene maandelijkse rekening, zonder indicatie of dat verbruik normaal is of juist buitensporig voor de werkzaamheden van die maand.

Door het energieverbruik bij de hoofdservice-ingang te loggen en vervolgens bij grote belastingen en secundaire voedingen, kunnen faciliteiten inzicht krijgen in hoeveel energie wanneer, door wat en tegen welk uurtarief wordt verbruikt. De gegevens zullen eigenlijk altijd wel energieverspillingen aantonen die door wijzigingen in de activiteiten kunnen worden gecorrigeerd. Denk bijvoorbeeld aan het uitschakelen van bepaalde belastingen, het reduceren van belastingen tijdens periodes met hoge tarieven, of het aanpassen van het schema zodat de belastingen operationeel zijn tijdens perioden met daltarieven.

Schedule a consultation

3. Nauwkeurigheid van de elektriciteitsrekening

Eigenaars van grote en middelgrote faciliteiten installeren vaak submeters zodat ze huurders hun specifieke elektriciteitsverbruik in rekening kunnen brengen. Deze submeters worden meestal echter incorrect geïnstalleerd, waardoor de gegevens niet meer betrouwbaar zijn. De installatieproblemen variëren van verkeerdom geplaatste stroomomvormers en stroomomvormers op de verkeerde fase, tot fouten in de configuratie van de submeter.

Een goede gewoonte is om de meetwaarde te controleren met een draagbare energielogger. De gegevens van de logger geven een vergelijking qua orde van grootte van wat er in rekening wordt gebracht met wat er wordt verbruikt. Een significant verschil tussen het in rekening gebrachte energieverbruik en de loggergegevens geeft aan dat de instelling van de submeter moet worden onderzocht.

4. Kortingen en financiële stimuleringsmaatregelen

Nutsbedrijven bieden premies en kortingen om hun klanten te stimuleren hun energieverbruik te verminderen. Het doel is om meer klanten te bedienen met dezelfde huidige energievoorraad, omdat het bouwen van nieuwe elektriciteitscentrales geen optie is. Veel premies en kortingen zijn bedoeld voor het achteraf aanpassen van bestaande gebouwen, met bijvoorbeeld energiezuinige verlichting en hoogefficiënte motoren, of het vervangen van motorstarters door frequentiegeregelde aandrijvingen.

Om de financiële stimuleringspremie toe te kennen, vraagt het nutsbedrijf eerst een bewijs van de energiebesparing – en daarvoor is een belastingsanalyse ideaal. Een belastingsanalyse die wordt uitgevoerd vóór een aanpassing brengt het huidige energieverbruik ter referentie in kaart, een belastingsanalyse ná een aanpassing bevestigt de energiebesparing die door de aanpassing is gerealiseerd.

5. Problemen met netvoedingskwaliteit opsporen

Vaak is de enige manier om een probleem op te lossen het over langere tijd registreren en analyseren van gegevens. Voor deze complexere problemen zijn energieloggers van onschatbare waarde, en ze zijn veel betaalbaarder en eenvoudiger in gebruik dan een ingewikkelde Power Analyzer.

Een goed voorbeeld hiervan is wanneer een stroomonderbreker willekeurig uitschakelt. Duidelijke situaties, zoals een zware motor die start, zijn niet altijd de oorzaak. In werkelijkheid kan de oorzaak van de uitschakeling iets zijn dat niet voor de hand lijkt te liggen, of alleen optreden wanneer de technici niet aanwezig zijn om het op te merken (bijvoorbeeld ‘s nachts). Het is onpraktisch om een onderhoudstechnicus de belasting te laten bewaken totdat de stroomonderbreker uitschakelt. Het aansluiten van een energielogger aan de belastingszijde van de stroomonderbreker om de stroomafname gedurende langere tijd te registreren, kan dan helpen om het probleem op te lossen.

Requesting information

Advanced power quality considerations

When power flows, some of the energy generated is inevitably lost in the form of heat.

The next step in reducing your energy consumption is to identify where energy wastage occurs. One area of concern is losses in conductors. When current flows through conductors, some of the energy generated is wasted as heat. If you want to solve this problem, apply the fundamental I2R equation indicating the current supplied. There are 2 possible solutions here: lower the current (I) for less kW or lower the resistance (R). Both create a problem:

• At a lower current (I), the load does not operate correctly
• Reducing resistance (R) may cost more, as copper or aluminium conductors need to be installed

So what is the best solution?

Consider the size of the conductor. In the National Electric Code (NFPA 70 or NEC 100) you will find a lot of advice on the size of a conductor and the ideal conductor size is described for almost all circumstances. The main consideration for the size of conductors is to ensure their safe operation with the most suitable insulation. The length, cross-sectional area and rated current expected to be required are decisive here. This will ensure minimal energy losses, typically 2% or less, and an acceptable voltage drop in the conductor. Another option is to install more efficient loads. Check whether the motors might be oversized for the current application.

Energy waste

These codes and guidelines are useful for new work, but once cabling is in place and loads are installed, the result is not always optimal. Over time, equipment can change due to additions, modifications, moves and age. This can have a major effect on energy waste. Key areas where energy waste can occur are related to your mains power quality: voltage regulation, harmonics, power factor and asymmetric loads.

Schedule a consultation

Voltage regulation

Voltage regulation aims to reduce energy consumption in loads that are voltage dependent. This is done by reducing or regulating voltage levels within the equipment manufacturer's specifications to yield energy savings. As more efficient loads are installed on a transformer, the voltage in the system may increase or be misregulated.

Use a Fluke 1777 Power Quality Analyzer to identify voltage regulation problems and detect transient voltages and voltage imbalances. Both problems can lead to failures, unplanned downtime and costly repairs.

Harmonischen

Harmonics distort voltage and current so that the ideal sine wave for voltage is not maintained. One of the most well-known effects of harmonics in electrical systems is the excessive heat they cause in conductors. This results in overheating in phase and neutral conductors, known as ‘triple harmonics.’

The extra heat causes problems in wiring, motor windings and transformers. The overheating can cause significant damage or catastrophic failure, resulting in unscheduled downtime and expensive repairs. To measure and diagnose harmonics, use aFluke 1770 series three-phase Power Quality Analyzer.

Benefits of power quality analysis

If, after power quality analyses, it is visible where energy is being wasted, you can take steps to solve the problems:

1. Perform preventive maintenance routinely so you can continue to measure against your benchmark and address problems as soon as they arise.
2. Install harmonic filters on loads that increase the harmonic distortion of your installation.
3. Address the causes of imbalance. This may mean setting up a repair or replacement schedule for large engines that have problems with mechanical imbalance.
4. Limit problems caused by asymmetrical loads. In some cases, this may mean adjusting single-phase loads to distribute them more evenly between phases.
5. Replace blown fuses if necessary. A blown fuse on a group of three-phase power factor upgrade capacitors may also be the cause of the problem; replacing the fuse may solve a major imbalance.

Mains power quality analyses show what can be done to save energy, reduce energy losses due to problems in an installation and reduce energy costs. Monitoring mains power quality can provide insight into the cause of problems and how to solve them.

Mains power quality analyses provide some other benefits besides energy savings:

• Discovery vhan potential weaknesses in assets that could cause a major disruption
• Discovery of equipment failures that could lead to worsening problems
• Discovery of improperly installed circuit breakers prone to inadvertent tripping

Requesting information