Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2017/03/jak-zabezpieczyc-silnik-zabezpieczenia-wylacznik-silnikowy-roznicowka-zasilanie-silnika.jpg

Jak zabezpieczyć silnik elektryczny? Dobór zabezpieczenia do silnika


W momencie kiedy wybierzemy rodzaj silnika elektrycznego, obowiązkowo musimy go zaopatrzyć w odpowiednie zabezpieczenia. Dzięki nim ustrzeżemy się przed awariami naszej jednostki roboczej.  Przede wszystkim musimy zidentyfikować potencjalne zagrożenia, które będą negatywnie wpływać na jego pracę. Następnie przeanalizować najlepszy sposób zabezpieczenia się przed nimi. Przy doborze zabezpieczeń w silnikach również zwraca się uwagę na rodzaj jego zasilania, gdyż ma to wpływ na dobór elementów ochronnych.

Temat doboru zabezpieczeń do silników elektrycznych zależy od wielu czynników, silnika jak i budowy układu zasilania. Nie sposób wyczerpać tematu w jednym artykule ale spróbuję chociaż nakierować Was na jakie zagadnienia należy zwrócić uwagę.

Edit: Artykuł zawiera komentarze członków z grupy Automatyk może więcej.


Kolejność zabezpieczeń

Zabezpieczając silniki w klasycznej konfiguracji należy stosować następującą kolejność aparatów zabezpieczających i urządzeń:

  1. Źródło zasilania.
  2. Wyłącznik główny.
  3. Opcjonalnie zabezpieczenie przeciwprzepięciowe.
  4. Zabezpieczenie różnicowo-prądowe (przeciw porażeniowe).
  5. Zabezpieczenie nadprądowe – typu S lub wkładki topikowe.
  6. Zabezpieczenie termiczne (wyłącznik termiczny).
  7. Stycznik / Styczniki.
  8. Silnik.

Zabezpieczenie różnicowo-prądowe

Dla silników jednofazowych jak i zarówno trójfazowych głównie musimy zwrócić uwagę na dobór zabezpieczeń przeciwzwarciowych i przeciążeniowych.  Dzięki nim chroniony jest silnik oraz instalacja zasilająca. Dodatkowo jak w każdym urządzeniu elektrycznym warto również pamiętać o ochronie przeciwporażeniowej, która zależy od układu sieci zasilającej. Nie zawsze jednak zabezpieczenie przeciwporażeniowe może być stosowane, ze względu na warunki np. zakładu przemysłowego. Chodzi o prąd różnicowy zabezpieczenia różnocowo-prądowego.

Większość „różnicówek” zadziała na różnicę 30 mA w obwodzie zasilania. Taka mała wartość w zakładach przemysłowych może umknąć z obwodu zasilania na przykład w wilgotnej hali gdzie silnik napędza transporter taśmowy, który został właśnie umyty przez operatora linii produkcyjnej. Bum i różnicówka „wywalona”. W takich przypadkach można stosować wyłączniki różnicowo-prądowe, które zadziałają dopiero na większy prąd różnicowy np. 300 mA.


Takie wyłączniki różnicowo prądowe można znaleźć na www.EBMiA.pl. W rubryce „Znamionowy prąd różnicowy” wybierz wartość 300 mA.

Swoją drogą, nazywanie wyłącznika różnicowo-prądowego na 300mA, ochroną przeciwporażeniową jest nadużyciem Jeśli już, to ochrona przed łukiem/pożarem dodatkowąLech G. z grupy Automatyk może więcej.

Zabezpieczenie nadprądowe

Przy doborze zabezpieczeń przeciwzwarciowych stosujemy wyłączniki nadmiarowo prądowe na przykład typu S. Chronią silnik oraz obwód zasilania przed skutkami zwarć. Zabezpieczenia powinniśmy dobrać w taki sposób, aby w sytuacji przepływu prądów o wartości większej od długotrwałej obciążalności prądowej przewodów (Iz) nie następowało ich działanie, zanim nastąpi nadmierny wzrost temperatury żył przewodów. Łatwiej pisząc muszą być spełnione następujące warunki:

Ib ≤ In ≤ Iz

Iu ≤ 1,45 Iz

gdzie:
Ib – prąd znamionowy odbiornika (jeżeli z danego obwodu jest zasilany tylko jeden odbiornik).
Iz – długotrwała obciążalność prądowa przewodu.
In – prąd znamionowy lub prąd nastawienia urządzenia zabezpieczającego.
Iu – prąd zadziałania urządzenia zabezpieczającego.

Prąd zadziałania zabezpieczenia Iu należy określać jako krotność/iloczyn prądu znamionowego In oraz odpowiedniej wartości współczynnika wyłącznika nadprądowego według zależności:

Iu = k*In

gdzie:
k – współczynnik prądu powodującego zadziałanie urządzenia zabezpieczającego przyjmowany jako wartości: 1,6 lub 2,1 dla wkładek bezpiecznikowych i 1,45 dla wyłączników nadprądowych o charakterystyce B, C i D.

Wyzwalacze przeciążeniowe wyłączników nadprądowych mają tak ukształtowane charakterystyki, że ich prąd zadziałania Iu jest równy 1,45 Int, gdzie:

Int – prąd nastawienia wyzwalacza przeciążeniowego.

Dobierając  je powinniśmy się kierować stosując zasadę podaną na przykładzie:

Przykład:  Należy dobrać wyłącznik nadprądowy do silnika jednofazowego, którego prąd znamionowy In = 7 [A].

1. Najbliższy szereg bezpiecznika to 10[A] – może się okazać, że przy rozruchu silnika zabezpieczenie zadziała. W takim przypadku:
2. Dobieramy bezpiecznik o stopień wyższy, czyli 16 [A]. Przy takiej praktyce należy pamiętać aby obwody (przekroje przewodów) i urządzenia za tym zabezpieczeniem były przystosowane do obciążenia prądowego równego lub większego niż 16 A.

Do zabezpieczania silników zazwyczaj stosujemy bezpieczniki klasy C. Są przeznaczone do rozruchów, ponieważ posiadają większą zwłokę czasową wyzwalacza. Użycie nieodpowiedniej klasy wyłączników nadprądowych może powodować ich niepoprawną pracę.


Rys. 1. Tabela doboru wyłączników nadprądowych klasy C.

Zabezpieczenie nadprądowe silnika można nazwać jedynie wstępnym do ochrony zwarciowej silnika, obwodów i kolejnych zabezpieczeń. Stosowanie za dużych zabezpieczeń prowadzi do zniszczenia silnika, obwodu i/lub innych urządzeń zabezpieczających.

Wyłącznik silnikowy

Zabezpieczyliśmy silnik przed skutkami zwarć wyłącznikiem nadprądowym a człowieka przed porażeniem elektrycznym wyłącznikiem różnicowo-prądowym. Ważniejszym jednak zabezpieczeniem dla samego silnika jest jednak wyłącznik silnikowy, inaczej zwany też wyłącznikiem termicznym lub termikiem a w wielu grupach skrótem PKZ-tem (od wyłącznika silnikowego marki moeller / eaton PKZ). Jeśli znasz inny nick dla tego urządzenia to podziel się tym w komentarzu pod artykułem 🙂

Wyłączniki silnikowe są przeznaczone do łączenia jak i ochrony obwodów które w razie przeciążenia rozłączają silnik od  zasilania. Zapewnia on dwa typy ochrony:

  1. Ochrony przed zwarciem.
  2. Ochrony uzwojenia silnika przed przeciążeniem. W momencie powstawania nadmiernej temperatury na uzwojeniach silnika, wyzwalacz termiczny ochroni silnik przed znacznym przegrzaniem.

Warto również dodać że wyżej opisana asekuracja zazwyczaj chroni silnik, przed zanikiem fazy. Opis tego zjawiska został opisany w dalszej części artykułu.

Wyłącznik silnikowy dobieramy tak aby prąd znamionowy silnika mieścił się w zakresie nastawczym wyłącznika silnikowego.

Przykład: Prąd znamionowy silnika wynosi 1,2 [A], dobierz odpowiedni wyłącznik silnikowy.

Musimy więc wybrać wyłącznik który w swoim zakresie zawiera wartość 1,2 [A]. W ofercie producentów mamy szereg wyłączników z określonymi wartościami nastaw. W tym celu posłużymy się ofertą sklepową którą oferuje nam www.EBMiA.pl.

 

Naszym odpowiednim wyłącznikiem silnikowym jest MMS-32S 1,6A ponieważ 1[A] < 1,2[A]<1,6[A].

Na czerwono zostały również podkreślone wartości 1/3 ,3/4, 1HP jest to nic innego jak oznaczenie mocy silnika w innych jednostkach mocy. Poniżej widnieją wartości do odpowiedniego przeliczania tych wartości.

1 KM=0,7355 kW
1 KM=0,9863 HP
1 HP=1,0139 KM

[…] Zacząłbym od tego że rozruch silnika może być normalny, ciężki itp co determinuje taki parametr jak klasę rozruchu – najpopularniejsza dla standardowego rozruchu jest klasa 10 i aparaty zabezpieczające silnik – wyłącznik silnikowy a nie eska mają charakterystykę która zabezpiecza nam silnik w taki sposób że zabezpieczenie zadziała jeśli 7 krotność prądu znamionowego podczas rozruchu będzie płynąć dłużej niż 10 sekund, są oczywiście zabezpieczenia na których możemy klasę ustawić na 20 a nawet na 30 co oczywiście jest spotykane przy ciężkich rozruchach. Kolejną ważną sprawą która została pominięta to to że wyłącznik silnikowy zwany magneto termicznym ma zadanie ochronę przed zwarciem – przeważnie po wykryciu 13 krotności maksymalnego prądu na który można go nastawić wyzwoli no i druga funkcja chroni silnik przed przegrzaniem – nastawa oczywiście na prąd znamionowy odczytany z tabliczki znamionowej silnika – aczkolwiek dobrą praktyką jest aby prąd ten był w środku zakresu naszego wyłącznika silnikowego. Teraz temat który zupełnie został pominięty – termistorowa ochrona silnika. Często silniki są wyposażone w czujniki PTC – czujnik ten podpinamy pod dedykowany przekaźnik termistorowy i chroni silnik przed przegrzaniem np w przypadku gdy jest źle chłodzony – prąd wcale nie będzie większy a silnik będzie się grzał – przekaźnik ten wykryje taki stan.  […] Grzegorz B. z grupy Automatyk może więcej

[…] Warto dodać, że niektóre wyłączniki silnikowe jak i przekaźniki termiczne, mają wbudowaną kontrolę zaniku fazy i zwyczajnie odpada wtedy konieczność stosowania przekaźnika nadzorczego. Lech G. z grupy Automatyk może więcej

Jak prawidłowo ustawić wyłącznik silnikowy?

Zasada jest banalnie prosta! Wyłącznik silnikowy ustawiamy na prąd znamionowy silnika podczas pracy normalnej (należy zmierzyć pobór prądu podczas pracy silnika pod obciążeniem normalnym/znamionowym). Nie mniej, nie więcej! Jak ustawimy mniejszą wartość to zabezpieczenie może rozłączać obwód w przypadku prawidłowej pracy układu zasilania i silnika. Jeśli ustawimy wyłącznik za wysoko to w praktyce nie stanowi on prawidłowego zabezpieczenia przed przeciążeniem.

Co w przypadku, gdy wyłącznik silnikowy często zaczyna rozłączać obwód (z języka tradycyjnego inżyniera elektryka: zaczyna po prostu „wywalać”)?

Oznacza to, że u naszej maszynie coś się zmieniło. Najczęstsze przyczyny to:

  • obciążenie silnika zostało zwiększone, usterka mechaniczna, zablokowanie silnika
  • usterka uzwojeń silnika,
  • zwarcie w obwodzie,
  • obniżenie napięcia zasilania silnika,
  • nieprawidłowe podłączenie silnika, np. po pomiarach nie podłączono jednej fazy.

W wielu przypadkach zwiększa się wartość prądu na wyłączniku silnikowym i „problem z głowy”. Jest to bardzo zła praktyka! Należy wyeliminować przyczynę wyzwalania zabezpieczenia, w przeciwnym przypadku można poważnie uszkodzić silnik i/lub maszynę. W ostateczności należy zmniejszyć obciążenie silnika albo zastosować większy / nowy silnik.

Zabezpieczenie przed suchobiegiem

Kiedy mamy do czynienia z pompami ssącymi lub głębinowymi, najczęściej do usterki dochodzi  w wyniku  pracy urządzenia na sucho. Jest to nic innego jak brak cieczy roboczej lub jej niewystarczająca ilość podczas pracy pompy. Taka sytuacja niestety doprowadzi prędzej czy później do awarii. Warto więc uniknąć temu zajściu  i zastosować ochronę przed tak zwanym suchobiegiem. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele rodzajów rozwiązań w tego typu zabezpieczeniach. Znacznie tańszymi  i co za tym idzie dostępniejszymi są te polegające na działaniu mechanicznym. Niestety nie są one polecane ze względu na ich dosyć często występującą awaryjność. Znacznie trafniejszym wyborem jest zastosowanie analogowych czujników ciśnienia, presostatów lub przepływomierzy sprzężonych z wyłącznikiem zasilania. Jeśli ciśnienie w rurociągu będzie za niskie np. 0,5 bara oznacza to, że brakuje w nim wody do prawidłowej pracy pompy. Dzięki temu będziemy mieli pewność, że nasze urządzenie wykonawcze działa poprawnie i nie jest narażone na niekorzystne warunki pracy.

[…] Co do suchoobiegu pompy – trochę się uśmiałem czujnik ciśnienia przepływu czy coś takiego  Suchoobieg pompy monitorujemy za pomocą przekaźnika który kontroluje nam cos fi. Można by jeszcze poruszyć popularne zabezpieczenie o którym w ogóle nie wspomniano tj przekaźnik termiczny który w przeciwieństwie do wyłącznika silnikowego nie rozłączy torów zasilania a jedynie zasygnalizuje wzrost prądu w obwodzie silnika. […] Grzegorz B. z grupy Automatyk może więcej

[…] Najskuteczniejszą ochroną jest właśnie przekaźnik kontrolujący cos fi. Myślę, że najczęściej spotykane rozwiązania, biorą się z niewiedzy i z szukania oszczędności. Lech G. z grupy Automatyk może więcej

[…] dlaczego uważasz, że nie jest to metoda? Podane przez Marcina rozwiązania stosowane są przez producentów gotowych zestawów pompowych. Łukasz G z grupy Automatyk może więcej

Dodatkowe zabezpieczenia

W związku z występowaniem trzech faz zasilających warto wzbogacić układ o detektor zaniku fazy. W momencie uruchomiania silnika dwie fazy to zdecydowanie za mało i nie wystarczy to na jego rozruch. Zdarza się jednak że zanik jednej z faz następuje już podczas jego pracy. Wtedy doprowadzi to do nagłego spadku mocy jak i przeciążenia dwóch pozostałych faz.

W niektórych szczególnych przypadkach silniki takie również uzbraja się w czujnik asymetrii napięć zasilania. Jest to zjawisko w którym wartości napięć w poszczególnych fazach nie są sobie równe lub gdy kąty między kolejnymi fazami nie są takie same. W pojedynczych urządzeniach o małej mocy nie zrobi to większych szkód. Problem powstaje w momencie zamontowania kilku silników większej mocy. Doprowadzi to przede wszystkim do nierównomiernego obciążenia  faz i zadziałania wyłączników nadprądowych, które będą chronić sieć zasilającą od przeciążenia.

Zabezpieczenia specjalne

Istnieje wiele innych specjalnych zabezpieczeń o zaawansowanych możliwościach parametryzacji warunków zadziałania zabezpieczenia. Jednym z nich są przemienniki częstotliwości potocznie zwanymi falownikami, których podstawową funkcją jest płynne sterowanie obrotami silnika. Falowniki na postawie pomiarów parametrów pracy silnika są w stanie rozpoznać jego stany awaryjne.

Inne zabezpieczenia to na przykład MiCOMy od Schneider Electric z ogromną ilością funkcji i ustawień. Są to jednak urządzenia dedykowane i wykorzystywane w przypadku drogich napędów.

Generalnie między falownikiem a silnikiem powinien być tylko i wyłącznie kabel silnikowy, póki co nikt jeszcze nie wymyślił zabezpieczenia przepięciowego na wyjściu falownika, który by w 100% zabezpieczył stopień mocy. Waldemar B. z grupy Automatyk może więcej

Przykładowy film

Dołączamy bardzo dobre opracowanie przygotowane w kooperacji firm TIM S.A. oraz Scheneider Electric. Film zaczyna się od zagadnień związanych z rodzajami i budową silników elektrycznych po dobór zabezpieczeń i elementów sterowania układów rozruchowych. Pozycja, rzekłbym obowiązkowa!

Podsumowanie

Zdaję sobie sprawę, że można przytoczyć jeszcze wiele rozwiązań a te które opisałem uzupełnić o dodatkowe informacje lub nawet je poprawić. Dlatego zachęcam do napisania swoich uwag w komentarzu 🙂



Data aktualizacji: 24 listopada 2021 / Utworzono: / Kategoria: , ,

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!



PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ



NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Reklama



POLECANE FIRMY I PRODUKTY
  • System MasterIN firmy Finder składa się z przekaźnikowych modułów sprzęgających z terminalami Push-in. Technologia ta reprezentuje najnowsze osiągnięcia w bezśrubowych ‘sprężynowych’ zaciskach, oferujących szybką instalację. W porównaniu do...
  • SICK oferuje całą gamę elektronicznych przetworników pomiarowych ciśnienia i presostatów, które ze względu na inteligentne i wszechstronne możliwości konfiguracji dają się optymalnie dopasować do indywidualnych wymagań klienta. W typowy dla...
  • Ten kurs zawiera podstawy z dziedziny serwomechanizmów. Składa się z pierwszego modułu wprowadzającego, pełnego kursu o serwomechanizmach. Mini kurs przeprowadzi Cię przez podstawowe zagadnienia związane z serwomechanizmami. Zaczniemy od sa...
  • Zapraszam Cię na kurs tworzenia wizualizacji HMI z wykorzystaniem panelu XV102 od firmy EATON. Kurs stworzyłem z myślą o każdym, kto chce zacząć przygodę z tworzeniem wizualizacji HMI przy użyciu programu Galileo. Stworzyłem kurs bazujący n...
  • Poniższy poradnik jest zbiorem schematów połączeń elektrycznych. W poradniku zapoznamy się z podstawami wprowadzenia do systemów przekaźnikowych, sekwencji przełączeń przekaźników, porównania systemów przekaźnikowych z systemami tradycyjnym...
  • Rozwiązania wizyjne nadają się idealnie do zautomatyzowanych zadań kontrolnych i pomiarowych. Kamery wizyjne 2D i 3D firmy SICK sprawdzają się w ogromnej ilości aplikacji, polegających na pomiarze, lokalizacji, kontroli i identyfikacji. Nas...