Sähköasennus kompressorijärjestelmiin

Kompressorin toiminnassa käytetään useimmiten kolmivaiheisia oikosulkumoottoreita. Matalajännitemoottoreita käytetään yleensä jopa 450–500 kW:iin asti, kun taas korkeajännitemoottorit ovat paras vaihtoehto suurempiin moottoreihin. Moottorin suojausluokkaa säädellään standardeilla. Pöly- ja vesisuihkukestävää rakennetta (IP55) on suositeltavaa käyttää avomoottoreiden (IP23) sijaan, jotka vaativat purkua ja puhdistusta säännöllisesti. Muussa tapauksessa koneen pölyjäämät voivat aiheuttaa ylikuumenemista, mikä lyhentää käyttöikää. Koska kompressoripaketin kotelo toimii ensisijaisena suojana vedeltä ja pölyltä, voidaan käyttää myös pienempää suojausluokkaa kuin IP55. Moottori, yleensä puhallinjäähdytetty, on valittu toimimaan ympäristön maksimilämpötilassa 40˚C ja enintään 1000 metrin korkeudessa Joillakin valmistajilla on vakiomoottorit, joiden enimmäislämpötila on 46 °C. Jos lämpötila on korkea tai korkeus suuri, tehoa on vähennettävä. Moottori on yleensä laipallinen ja liitetty suoraan kompressoriin. Nopeus on mukautettu kompressorityyppiin, mutta käytännössä vain 2- tai 4-napaisia moottoreita, joiden nopeudet ovat 3,000 r/min tai 1,500 r/min käytetään. Myös moottorin nimellisteho määritetään näissä  nimellisnopeuksissa.

Yleisimmät käynnistystavat ovat suora käynnistys, tähti/kolmio-käynnistys ja pehmokäynnistys. Suora käynnistys on helppoa, ja se edellyttää vain kontaktorin ja ylikuormituksen suojausta. Sen haittapuolena on korkea käynnistysvirta, joka on 6–10 kertaa moottorin nimellisvirta, ja korkea käynnistysmomentti, joka voi esimerkiksi vaurioittaa akseleita ja liittimiä. Käynnistysvirran rajoittamiseen käytetään tähti/kolmio-käynnistystä. Käynnistimessä on kolme kontaktoria, ylikuormitussuoja ja ajastin. Moottori käynnistetään tähtikytkennässä ja määritetyn ajan kuluttua (kun nopeus on saavuttanut 90 % nimellisnopeudesta), ajastin kytkee kontaktorit siten, että moottori on kolmiokytketty, eli käyttötilassa. Tähti/kolmio-käynnistys pienentää käynnistysvirran noin arvoon 1/3 verrattuna suorakäynnistykseen. Samalla kuitenkin myös käynnistysmomentti laskee arvoon 1/3. Suhteellisen alhainen käynnistysmomentti tarkoittaa, että moottorin kuormituksen on oltava alhainen käynnistysvaiheen aikana, jotta moottori saavuttaa nimellisnopeutensa lähes täysin ennen siirtymistä kolmiokytkentään. Jos nopeus on liian alhainen, syntyy kolmiokytkentään siirryttäessä virran/momentin huippuarvo, joka on yhtä suuri kuin suorassa käynnistyksessä. Pehmokäynnistys (tai asteittainen käynnistys), joka voi olla tähti/kolmio-käynnistyksen vaihtoehtoinen käynnistysmenetelmä, on käynnistin, joka koostuu puolijohteista (IGBT-tyyppiset tehokytkimet) mekaanisten kontaktoreiden sijaan. Käynnistys on asteittainen ja käynnistysvirta on rajoitettu noin kolminkertaiseen nimellisvirtaan. Suoran käynnistyksen ja tähti/kolmio-käynnistyksen käynnistimet on useimmissa tapauksissa integroitu kompressoriin. Suurissa kompressorilaitoksissa yksiköt voidaan sijoittaa erikseen kytkinlaitteeseen tilavaatimusten, lämmönkehityksen ja huoltotarpeen vuoksi. Pehmokäynnistyksen käynnistin on yleensä sijoitettu erikseen kompressorin viereen , koska se on lämpöäsäteilevä, mutta se voidaan integroida kompressoripakettiin, jos jäähdytysjärjestelmä on riittävä. Korkeajännitekompressoreissa on aina käynnistyslaitteet erillisessä sähkölaitekotelossa.

Oikosulkusuojaus, joka on sijoitettu kaapelien syöttöpäähän, voi sisältää sulakkeita tai katkaisijan. Valitusta ratkaisusta riippumatta se tarjoaa oikean suojaustason, jos se on sovitettu oikein järjestelmään. Molemmat menetelmät tarjoavat etuja ja haittoja. Sulakkeet ovat tunnettuja ja toimivat paremmin suurilla oikosulkuvirroilla kuin katkaisija, mutta ne eivät katkaise virtaa täysin ja niillä on pitkät laukaisuajat pienille vikavirroille. Katkaisija luo nopean ja täysin eristävän katkoksen myös pienille vikavirroille, mutta vaatii enemmän työtä suunnitteluvaiheessa kuin sulakkeet. Oikosulkusuojauksen mitoitus perustuu oletettuun kuormitukseen, mutta myös käynnistimen rajoituksiin.Katso käynnistysmoottorin oikosulkusuojaus IEC (International Electrotechnical Commission) -standardista 60947-4-1, tyyppi 1 ja tyyppi 2. Tyypin 1 tai 2 valinta perustuu siihen, miten oikosulku vaikuttaa käynnistysmoottoriin.Tyyppi 1: ”… oikosulun sattuessa kontaktori tai käynnistin ei saa aiheuttaa vaaratilanteita henkilöille tai asennukselle eikä välttämättä toimi ilman osien korjausta ja vaihtoa.”Tyyppi 2: ”… oikosulun sattuessa kontaktori tai käynnistin ei saa aiheuttaa vaaraa henkilöille tai asennukselle, ja niiden on sovelluttava jatkokäyttöön. Kontaktorien valokaarihitsautumisen riski on tunnistettu, jolloin valmistajan on ilmoitettava huoltotoimenpiteistä …”

Kaapelit ovat standardin määräysten mukaisesti mitoitettava siten, että normaalikäytössä ne eivät kuumennu liikaa eivätkä kärsi sähköoikosulun sattuessa lämpövaurioita tai mekaanisia vauriota. Kaapelien mitoitus ja valinta perustuvat kuormitukseen, jännitteen laskuun, reititystapaan (kehikkoon, seinään jne.) ja ympäristön lämpötilaan. Sulakkeita voidaan käyttää esimerkiksi kaapelien suojaamiseen, ja niitä voidaan käyttää sekä oikosulkusuojaukseen että ylikuormitussuojan suojaukseen. Moottorikäytössä käytetään oikosulkusuojausta (esim. sulakkeita) sekä erillistä ylikuormitussuojaa (yleensä käynnistystimen suojaus).Ylikuormitussuoja suojaa moottoria ja moottorin kaapeleita laukeamalla ja katkaisemalla käynnistimen, kun kuormitusvirta ylittää ennalta asetetun arvon. Oikosulkusuojaus suojaa käynnistysmoottoria, ylikuormitussuojaa ja kaapeleita. Kaapelin mitoituksen kuorman laskenta on esitetty standardissa IEC 60364-5-52. Kaapelien mitoitusta ja oikosulkusuojausta varten on pidettävä mielessä ylimääräinen parametri: Laukaisuehto. Tämä ehto tarkoittaa, että asennus on suunniteltava siten, että oikosulku missä tahansa asennuksen osassa aiheuttaa nopean ja turvallisen katkaisun. Ehtojen täyttyminen määräytyy muun muassa oikosulkusuojauksen sekä kaapelin pituuden ja poikkileikkauksen mukaan.

Sähkömoottori ei kuluta ainoastaan aktiivista tehoa, joka voidaan muuntaa mekaaniseksi työksi, vaan myös reaktiivista tehoa, jota tarvitaan moottorin magnetointia varten. Loisteho kuormittaa kaapeleita ja muuntajaa. Aktiivisen ja reaktiivisen tehon suhde määräytyy tehokertoimen cos φ mukaan. Tämä on yleensä välillä 0.7 - 0.9, jossa pienempi arvo viittaa pieniin moottoreihin.Tehokerroin voidaan nostaa lähes 1:een, kun laite tuottaa reaktiivisen tehon suoraan kondensaattorilla. Tämä vähentää tarvetta ottaa sähköverkosta reaktiivista tehoa. Loistehon kompensoinnin taustalla on se, että sähköntoimittaja voi veloittaa reaktiivisen tehon nostosta ennalta määritetyn tason yli ja että vältytään raskaasti kuormitettujen muuntajien ja kaapeleiden irrottamiselta syötöstä.

Lisätietoja kompressorijärjestelmän asentamisesta alla.