Instalacje elektryczne

 

    W celu z wymiarowania i zmontowania instalacji sprężarkowej należy wiedzieć które elementy działają na siebie i jakim uregulowaniom i przepisom podlegają. Poniżej podajemy przegląd parametrów na które należy zwrócić uwagę aby zbudować instalację sprężarkową prawidłowo działającą z punktu widzenia instalacji elektrycznej.

    W sprężarkach stosowane są silniki indukcyjne. W przypadku sprężarek o mocy do 450 kW stosowane są silniki niskonapięciowe. W przypadku wyższej mocy lepszym rozwiązaniem jest silniki wysokonapięciowy. Klasa zabezpieczania silnika określana jest przez normy. Konstrukcja gwarantująca odporność na pył i rozpryskiwaną wodę (IP 54) preferowana jest w przypadku silników otwartych (IP 23), które wymagają regulowanego rozbierania i czyszczenia. W przeciwnym razie pokłady kurzu w silniku spowodowałyby w końcu przegrzanie co z kolei spowodowałoby skrócenie okresu eksploatacji. Silnik zwykle chłodzony wentylatorem przeznaczony jest do pracy w temperaturze nie przekraczającej 40 ^oC. Przy wyższych temperaturach jego wydajność musi być zmniejszona. Silnik jest zwykle montowany bezpośrednio do sprężarki. Prędkość obrotowa jest przystosowana do sprężarki jednak w praktyce używane są wyłącznie   silniki 2 - biegunowe lub 4 biegunowe o prędkości obrotowej odpowiednio 3000 obr/min i 1500 obr/min. Wydajność znamionowa silnika jest również dobierana do sprężarki i powinna być maksymalnie zbliżona do wymagań sprężarki. Zbyt duży silnik jest zbyt drogi w zakupie, wymaga zbyt wysokiej wartości prądu startowego, wymaga bezpieczników o większej wartości, ma niższy współczynnik sprawności i nieco gorszą wydajność. Zbyt mały silnik to z kolei częstsze przeciążenia i niebezpieczeństwo awarii. Metoda uruchamiania powinna być również traktowana jak parametr przy wyborze silnika. Silnik zostanie uruchomiony tylko przy jednej czwartej znamionowego momentu obrotowego przy uruchamianiu gwiazda - trójkąt, co usprawiedliwia porównywanie krzywych momentu obrotowego sprężarki i silnika aby upewnić się, że sprężarka zostanie uruchomiona prawidłowo.

    Metody uruchamiania. Najbardziej popularnymi metodami uruchamiania są: metoda startu gwiazda/trójkąt i metoda startu stopniowego. Start bezpośredni jest łatwy i wymagajedynie stycznika i zabezpieczenia przeciw przeciążeniowego. Wadą tej metody jest wysoka wartość prądu startowego 6 - 10 razy wyższa od wartości znamionowej prądu dla silnika i w niektórych przypadkach wysoka wartość startowego momentu obrotowego, który może na przykład uszkodzić wałek i łożyska. Metoda startu gwiazda / trójkąt stosowana jest w celu ograniczenia wartości prądu startowego. Starter składa się z trzech styczników, zabezpieczenia przeciw przeciążeniowego i timera. Silnik jest uruchamiany przy połączeniu w gwiazdę i po upływie ustalonego czasu (gdy prędkość obrotowa osiągnie 90 % wartości znamionowej) time przełącza styczniki w połączenie w trójkąt, które zostaje zachowane w trybie operacyjnym.

    Metoda startu gwiazda / trójkąt zmniejsza wartość prądu do ok. 1/3 w porównaniu ze starterem bezpośrednim, jednakże wartość startowego momentu obrotowego spada jednocześnie do jednej czwartej. Stosunkowo niska wartość startowego momentu obrotowego oznacza, że obciążenie silnika powinno w fazie uruchamiania być niskie po to by silnik mógł osiągnąć swą obrotową prędkość znamionową przed przełączeniem do połączenia w trójkąt. Jeżeli prędkość obrotowa jest zbyt niska to szczytowa wartość prądu / momentu obrotowego będzie miała miejsce podczas przełączania się do połączenia w trójkąt. W metodzie startu stopniowego, która może być metodąalternatywną w stosunku do metody startu gwiazda / trójkąt starter skonstruowany jest przy użyciu półprzewodników (tyrystorów) zamiast styczników mechanicznych. Tyrystory są sterowana zgodnie z krzywą czasu co powoduje równy rozkład wzrostu prądu zasilającego silnik. Uruchomienie jest stopniowe, a wartość prądu startowego jest ograniczona do trzykrotnej wartości prądu znamionowego. Starter w przypadku metody startu bezpośredniego i metody gwiazda / trójkąt są w większości przypadków wbudowane do sprężarki. W przypadku dużych instalacji sprężarkowych może być zasadne umieszczanie starterów osobno ze względu na wymagania dotyczące miejsca, na rozchodzenie się ciepła i łatwy dostęp w przypadku obsługi technicznej. W przypadku startu stopniowego starter jest zwykle montowany osobno w pobliżu sprężarki. Kompresory zasilane prądem o wysokim napięciu zawsze mają swój moduł startowy w sprzęcie łączeniowym.

Napięcie sterowania

    Zwykle do kompresora nie jest podłączone osobne napięcie sterowania ponieważ większość sprężarek jest wyposażona we wbudowany transformator sterowania. Uzwojenie pierwotne tego transformatora jest podłączone do źródła zasilania sprężarki. Takie połączenie zapewnia bardziej niezawodną pracę. W przypadku zaburzeń w źródle zasilania sprężarka zostanie natychmiast wyłączona i zablokowana w razie próby ponownego uruchomienia. Ta funkcja przy jednym wewnętrznym napięciu sterowania powinna być skopiowana tam gdzie starter jest umieszczony z dala od sprężarki.

Zabezpieczenie przed zwarciem.

    Jako zabezpieczenie przed zwarciem, które jest umieszczone na jednym z początkowych punktów kabla służy bezpiecznik lub bezpiecznik automatyczny. Niezależnie od tego, który wariant zostanie wybrany jeżeli jest dobrany i wykonany prawidłowo to będzie stanowił dobre zabezpieczenie. Obie metody mają wady i zalety. Bezpieczniki są dobrze znane i pracują lepiej niż bezpieczniki automatyczne tam gdzie występuje duża wartość prądu zwarciowego, ale nie zapewniają całkowitej izolacji w przypadku prądu o małej wartości. Bezpieczniki automatyczne zapewniają całkowitą izolację i reagują szybko nawet przy małej wartości prądu, ale wymagają więcej pracy w fazie planowania w porównaniu do bezpieczników. Wymiarowanie zabezpieczenia przed zwarciem oparte jest na przewidywanym obciążeniu, ale również na ograniczeniach modułu startowego. Zabezpieczenie przed zwarciem IEC 947-4-1 Typ 1 i Typ 2. To w jaki sposób zwarcie może wpływać na prace startera zależy od tego która opcja Typ 1 lub Typ 2 ze stałą wybrana.

• Typ 1 "może zajść uszkodzenie styczników i przekaźników przeciw przeciążeniowych. Może być konieczna wymiana tych elementów:.
  

• Typ 2 " Zachodzi uszkodzenie przekaźników przeciw przeciążeniowych. Dozwolone jest spawanie styczników spoiną wklęsłą. Możliwe będzie zastosowanie podstawowych pomiarów by zresetować starter w trybie operacyjnym.
  

Kable

    Kable powinny zgodnie z przepisami być "tak z wymiarowane by w czasie normalnej pracy nie nagrzewały się do niebezpiecznych temperatur i by nie mogły być uszkodzone termicznie lub mechanicznie w wyniku zwarcia". Wymiarowanie i wybór kabli oparte jest na obciążeniu, dopuszczalnym spadku napięcia, metodzie prowadzenia kabli ( w korytku, w ścianie, itp.) i temperaturze otoczenia. W celu zabezpieczenia kabli mogą być stosowane bezpieczniki pełniące podwójną rolę: zabezpieczenia przed zwarciem i przeciążeniem. Dla ochrony pracy silnika stosowane jest zabezpieczenie przed zwarciem (na przykład bezpieczniki) i osobne zabezpieczenia przeciw przeciążeniowe (Zwykle zabezpieczenie silnika znajdujące sie w starterze. Zabezpieczenie przeciw przeciążeniowe chroni silnik i jego kable poprzez odłączenie startera gdy wartość prądu przekracza nastawioną wstępnie wartość. Zabezpieczenie przed zwarciem chroni starter, zabezpieczenie przeciw przeciążeniowe i kable. Sposób wymiarowania kabli uwzględniający obciążenie poddany został w normie IEC 364 5 523 (SS 4241424).

Jest jeszcze jeden parametr, który należy uwzględnić wymiarując kable i zabezpieczenia przed zwarciem, a mianowicie "tryb wyłączania". Oznacza to, że instalacja powinna być zaprojektowana tak by zwarcie w instalacji gdziekolwiek miałoby ono miejsce powinno powodować szybkie i bezpieczne wyłączenie się sprężarki. To czy ten warunek jest spełniony zależy między innymi od zabezpieczenia przeciw zwarciu długości i przekroju kabla.

Kompensacja faz

    Silnik elektryczny nie tylko pobiera moc czynną, która może być zamieniona na pracę mechaniczną, ale również moc bierną, która jest konieczna do magnetyzacji silnika. Moc bierna obciąża kable i transformator. Relacja między mocą czynną i mocą bierną jest określona przez współczynnik mocy cos fi. Zwykle przyjmuje on wartość od 0,7 do 0,9 gdzie niższe wartość odnosi się do mniejszych silników. Współczynnik mocy może być praktycznie podniesiony do wartości 1 na skutek generowania mocy biernej bezpośrednio przez maszynę przy użyciu kondensatora. Ogranicza to konieczność uzyskiwania mocy biernej z sieci. Powodem do stosowania kompensacji faz może być to, że dostawca energii może żądać zapłaty za moc bierną powyżej określonego poziomu oraz to, że mocno obciążone transformatory i kable muszą być obciążane.