Jak zabezpieczyć silnik przed awarią?

Przekaźniki nadzorcze serii RPN oferowane przez Relpol, to doskonałe elementy zabezpieczające silnik przed awarią za pomocą których możemy monitorować niezawodnie prąd, napięcie oraz temperaturę silnika.

Automatyzacja procesów, która wkracza w każdą dziedzinę naszego życia, wymaga stosowania coraz większej ilości silników elektrycznych. Obecnie stosowane są one w: w systemach produkcyjnych, transporcie, w systemach klimatyzacji i wentylacji, a także w budynkach.

Kilka słów jak działa silnik elektryczny

Silnik elektryczny to maszyna elektryczna zmieniająca energię elektryczną w energię mechaniczną, w której wirnik obraca się poślizgiem w stosunku do wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenie stojana. Oddziaływanie wirujących pól magnetycznych od stojana do wirnika wywołuje powstanie momentu elektromagnetycznego działającego na wirniku, czego skutkiem jest ruch wirnika.

W związku z dużą konsumpcją energii elektrycznej w wielu zastosowaniach przemysłowych wymaga się zaawansowanego sterowania i wysokiej niezawodności silników elektrycznych. Nieplanowane zatrzymanie napędu spowoduje zatrzymanie innych urządzenie o znaczeniu strategicznym, czego skutkiem mogą być wysokie koszty naprawy lub postoju. Dlatego odpowiednie zabezpieczenie silnika ma tak duże znaczenie.

Co mówią dane statystyczne na temat przyczyn uszkodzeń silnika:

- przeciążenia (30% uszkodzeń),

- utraty fazy i asymetrii zasilania (14% uszkodzeń).

Kiedy następuje przeciążenie silnika?

Przeciążenia robocze silnika mają miejsca, gdy silnik jest zbyt mocno obciążony. Podstawowe parametry świadczące o przeciążeniu silnika: to zbyt duży pobór prądu, niewystarczający moment obrotowy lub przegrzanie. To właśnie nadmiar ciepła jest główną przyczyną awarii, która doprowadza do zużycia podzespołów elektrycznych i mechanicznych silnika, a tym samym prowadząc do trwałego jego uszkodzenia. Dlatego tak ważne jest, abyśmy kontrolowali, czy nasz silnik podczas pracy nie jest przeciążony.

Kiedy pojawia się asymetria zasilania?

Dla silników 3 fazowych dużym zagrożeniem jest niesymetryczne obciążenie prądowe. Powodem tego stanu jest najczęściej asymetria napięć zasilania. Asymetria trójfazowego układu zasilnia polega na pojawieniu się różnic między wartością skuteczną napięć międzyfazowych i przesunięciem kątowym tych napięć. W standardowej pracy silnika każde napięcie przesunięte jest o kąt 120 stopni, w takich warunkach wektory tych trzech napięć są równe i tworzą trójkąt równoboczny lub gwiazdę, w zależności od podłączania silnika. To właśnie brak równowagi powoduje zbyt duży przepływ prądu w jednej lub kilku fazach, czego następstwem jest zwiększenie temperatury roboczej co prowadzi do uszkodzeń izolacji silnika. Niestety efektem tego będzie unieruchomienie silnika i nieplanowany przestój maszyny.

Układy sterowania silnikami elektrycznymi są powszechnie stosowane w zakładach przemysłowych w bardzo ważnych procesach produkcyjnych. Awaria sprzętu może spowodować duże uszkodzenia oraz straty finansowe zarówno z powodu kosztów wymiany lub naprawy silników, jak i kosztów spowodowanych postojem linii. Niektórych awarii da się jednak uniknąć, jeśli uda nam się dostarczyć służbom utrzymania ruchu informacji o niepoprawnej pracy silników przed ich uszkodzeniem lub wręcz zatrzymać silnik w sytuacji pracy dla niego niekorzystnej.

Aby chronić silnik 1-fazowy jak i inne urządzenia przed przeciążeniami, niezawodnym elementem sterowania jest przekaźnik kontroli prądu RPN-1A..-A230, umożliwiający nadzór prądu AC w sieci 1-fazowej w zakresie od 0,5 – 16A. Przekaźnik ten posiada 6 funkcji kontroli prądu.

Możemy kontrolować nadzór:

• wartości maksymalnej prądu (OD - OVER D),

• wartości maksymalnej prądu z pamięcią błędu (OD+L – OVER D + LATCH),

• wartości minimalnej prądu (UD – UNDER D),

• wartości minimalnej prądu z pamięcią błędu ( UD +L – UNDER D +LATCH),

• wartości maksymalnej i minimalnej prądu w funkcji okna ( WD – WIN D),

• wartości maksymalnej i minimalnej prądu w funkcji okna z funkcją pamięci błędu ( WD + L– WIN D + LATCH).

Powyższe funkcje można wykorzystać zarówno do kontroli zbyt dużego, jak i zbyt małego prądu, z możliwością jego kontroli w zadanym oknie. Możliwość wybrania funkcji z pamięcią błędu – to bardzo ważny element sterowania. Dzięki temu, jeśli jest taki wymóg, silnik nie włączy się ponownie sam, bez zgody operatora, który musi skasować błąd. W wielu przypadkach może to ochronić zdrowie, a nawet życie operatora.

Rysunek 1. Przykład zastosowania przekaźnika RPN-1A16-A230 do kontroli prądu silnika.

Dla układów, w których chcemy kontrolować poziom zasilania, najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie przekaźnika RPN-1VFT-A400. Przekaźnik ten pozwala na monitorowanie zaniku i kolejności faz oraz asymetrii. Przekaźnik daje nam również możliwość ustawienia zarówno zakresu asymetrii od zera do 80%, jak i również zakres opóźnienia do 9s. Przekaźnik, wykorzystując funkcje LOST D oraz kontroluje zanik fazy. Po podłączeniu napięcia zasilania przekaźnik sprawdzi, czy napięcie na wszystkich fazach jest powyżej 175V. Jeśli tak, nastąpi załączenie przekaźnika wykonawczego R, który sterując cewką stycznika załączy silnik. Jeśli napięcie na jednej z 3 faz L1,L2,L3 spadnie do wartości 175V, przekaźnik po odmierzeniu czasu opóźnienia 4s (w przypadku przekaźnika RPN-1VFT-A400 czas ten można zmieniać w zakresie od 0 do 9s, ze skokiem co 1s) rozłączy styk roboczy R, co spowoduje zatrzymanie silnika i dodatkowo podłączając sygnalizator pod styk 1N/C uruchomi się alarm. Przekaźnik ponownie załączy styk roboczy R, jeśli napięcie na danej fazie wzrośnie do 180V. Dodatkowo przekaźnik, wykorzystując funkcję ASYM D, kontrolując tym samym asymetrię. W sytuacji asymetrii większej niż 55V przekaźnik również odłączy silnik po takim samym czasie jak ma to miejsce w przypadku kontroli zaniku fazy.

Rysunek 2. Przykład zastosowania przekaźnika RPN-1VF-A400 do kontroli zaniku fazy i asymetrii napięcia.

Temperatura silnika

Kolejnym, ostatnim elementem kontroli silnika jest jego temperatura. Wykorzystując przekaźnik RPN-1TMP-A230 możemy podłączyć do uzwojeń silnika aż 6 czujników PT100. Stwarza to możliwość kontrolowania uzwojenia silnika z pamięcią błędu. Przy załączonym napięciu zasilania i rezystancji czujników PTC mniejszej niż 3,6kΩ, przekaźnik wykonawczy R załączy się. Przekaźnik wykonawczy R zostanie natomiast wyłączony, a tym samym silnik przestanie pracować, gdy rezystancja sumaryczna obwodu przekroczy 3,6kΩ ( temperatura wzrasta). Przekaźnik wykonawczy zostanie ponownie załączony, jeśli rezystancja sumaryczna czujników spadnie poniżej 1,65kΩ ( układ zostanie schłodzony) i będzie spełniony jeden z trzech poniższych warunków:

• zostanie wciśnięty przycisk TEST/RESET,

• zostanie wciśnięty zewnętrzny przycisk RESET (podłączony pomiędzy zaciski R1 i R2),

• zostanie wyłączone i ponownie załączone napięcie zasilania.

W przypadku, kiedy rezystancja czujników będzie w zakresie od 3,3 kΩ do 3,6kΩ, przekaźnik wejdzie w tryb ostrzegawczy, o czym poinformuje czerwona pulsująca dioda na panelu czołowym. Jeśli czerwona dioda LED świeci się w trybie ciągłym, informuje o awarii silnika i odłączeniu przekaźnika wykonawczego R, co jest również widoczne w postaci braku świecenia żółtej diody LED.

Podczas poprawnej pracy silnika świecą się zarówno zielona dioda LED mówiąca o poprawnym zasilaniu przekaźnika, jak również żółta dioda LED informująca o załączeniu przekaźnika wykonawczego R.

Rysunek 4. Panel czołowy przekaźnika RPN-1TMP-A230.

Również w przypadku zwarcia czujników, kiedy ich rezystancja spadnie poniżej 10Ω, przekaźnik wykonawczy R zostanie rozłączony, co spowoduje zatrzymanie silnika.

Rysunek 3. Przykład zastosowania przekaźnika RPN-1TMP-A230 do kontroli temperatury silnika.

Podsumowując powyższe widać, że wykorzystując przekaźniki nadzorcze Relpol serii RPN można w prosty sposób kontrolować pracę silników. Tym sposobem możemy zapewnić im bezpieczną pracę oraz zniwelować możliwość wystąpienia nagłej awarii i zatrzymania procesu produkcji.

Należy również pamiętać, że możliwości zastosowania przekaźników nadzorczych serii RPN, które produkuje Relpol SA jest wiele, co widać na poniższych przykładach:

• Zużycie energii przez silnik,

• Kontrola instalacji oświetleniowych i grzewczych,

• Sytuacje przeciążenia wyciągarek i urządzeń transportowych,

• Kontrola urządzeń unieruchamiania i wyłączników krańcowych ,

• Kontrola urządzeń wentylacyjnych,

• Kontrola zasilania maszyn i urządzeń,

• Ochrona przed uszkodzeniem odbiorników w niestabilnych sieciach zasilania,

• Kontrola kierunków obrotów silników,

• Ochrona silników w sieciach 3 fazowych,

• Kontrola temperatury uzwojeń silników,

• Ochrona silników przed przeciążeniem termicznym.