Hitsausvirran indusoimat häiriöt: Häiriön indusoituminen hitsausvalokaaren jännitteenmittauspiiriin ja sen ehkäisy

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan tilannetta, jossa hitsaustornin hitsausvirran virransyöttökaapelin on havaittu indusoivan häiriöjännitteen virtalähteen senssikaapelissa kulkevaan hitsausvalokaaren jännitemittauspiirin plusjohtimeen. Tämän tuloksena virtalähteen jännitteenmittausanturi saa tiedon, jossa hitsausjännitteen arvo on suurempi, kuin todellisuudessa on. Ilmiön seurauksena virtalähde laskee syöttämäänsä jännitettä liian pieneksi hitsausprosessin vaatimaan tasoon nähden. Tällöin hitsauksen laatu luonnollisesti heikkenee. Tilannetta lähdetään tutkimaan rakentamalla testirata. Radan tarkoituksena on simuloida tilannetta, jossa hitsausvirtakaapeli kulkee senssikaapelin vieressä hitsaustornin rungolla tikashyllyssä. Radalla kulkevaa hitsausvirtakaapelia kutsutaan mittauksissa aktiivikaapeliksi. Se saa tulovirtansa hitsaustornin hitsauspään polttimelle kytketystä virtakaapelista. Hitsattavaa kappaletta simuloivana kuormana käytetään mittauksissa elektronista säätövastuspankkia, joka kytketään sarjaan aktiivikaapelin kanssa. Vastuspankista lähtevä miinuskaapeli kulkeutuu hitsaustornin rungolla sijaitsevaan kuparilevyyn, jossa piiri myös maadoitetaan. Tilanteen senssikaapelia simuloidaan mittauksissa erilaisin uhrijohtimin ja -kaapelein. Näillä johtimilla ja kaapeleilla on erilaisia ominaisuuksia ja suojamenetelmiä, joita pyritään analysoimaan mitattaessa niihin indusoituvaa jännitettä. Mittauksissa pyritään löytämään sellainen suojausmenetelmä ja kaapelien välinen etäisyys, jolla indusoitunut jännite saataisiin mahdollisimman pieneksi. Tutkimukset aloitetaan syöttämällä aktiivikaapeliin todenmukainen 500 ampeerin suuruinen sähkövirta. Tämä saavutetaan jännitetasolla 43,8 V. Tutkimuksia suoritetaan myös 250 A sähkövirralla, joka saavutetaan 22,4 V jännitteellä. Tutkimuksien aikana saatiin selville, että suojamenetelmät eivät ole riittäviä suojaamaan uhria kokonaan indusoituvalta jännitteeltä 500 A käyttövirralla. Kun lasketaan aktiivikaapelissa kulkeva käyttövirta 250 A suuruiseksi, päästään hyviin tuloksiin. Kytkemällä vielä mittalaitteiston ja mittausjohtimien välille sarjaan kuormavastuksen, kyetään pääsemään hyvin lähelle potentiaalierotonta tulosta. Vaihtoehtoisia tapoja häiriönsuojaukselle ovat muun muassa suojauksen lisääminen ennestään, tai sitten välimatkan kasvattaminen. Teknisesti ottaen myös häiriön kanssa on mahdollista toimia kehittämällä ohjelmistopohjainen ratkaisu säätelemään virransyötön tasoa. Tutkimus sulki pois olettamia suojauksen riittävyydestä, ja täten ohjaa kehitystä kohti uutta suuntaa.