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コンプレッサシステムの電気設備

Dimensioning Compressor Installations Compressed Air Wiki Compressors

コンプレッサの寸法決定設置には、構成部品同士の相互の影響や適用される規制と規定に関する知識が必要です。ここではコンプレッサ設備の電気系統が適切に機能するために検討すべきパラメータの概要を述べます。

コンプレッサ設備に使用されているモータのタイプ

通常、コンプレッサの運転には3相誘導電動機が使用されます。低電圧モータは一般的に450~500 kWまでに使用され、それよりも高い出力には高電圧モータを選択するのが最適です。

モータの保護に関する等級は規格によって定められています。開放型モータ(IP23)よりも、防塵と防水の設計(IP55)を推奨します。開放型は定期的な分解と洗浄を必要とする場合があります。分解と洗浄を行わないと、機械の内部に埃がたまり、次第に過熱して、寿命が短くなります。コンプレッサパッケージのエンクロージャには埃と水を防ぐ一次対策が施されているため、IP55より下の保護等級でも使用できます。

一般的に、ファン冷却式、最高周囲温度40℃、最大海抜1000 mで動作するモータを選択します。一部のメーカーの標準モータは最高周囲温度46℃で動作します。温度や標高が高ければ、出力を下げる必要があります。モータは一般的にフランジに取り付け、コンプレッサと直接接続します。速度はコンプレッサのタイプに合わせて調整されますが、実際は2極か4極のモータしかなく、それぞれ速度が3,000 rpmです。モータの定格出力も定められています(1,500 rpm)。

電気, コンセント

モータの定格出力の決定はコンプレッサも基にして、コンプレッサの要件に可能な限り近づけます。大きすぎるモータは値段が高く、始動時に不要な高電流を必要とし、大きなヒューズが必要で、力率が低く、効率性がやや低下します。設備に対して小さすぎるモータは、すぐに過負荷になり、故障のリスクがあります。

始動方法もモータ選択時のパラメータに含めてください。スターデルタスタータの場合、モータは通常の始動トルクのわずか3分の1で始動します。したがって、モータとコンプレッサのトルク曲線の比較は、コンプレッサを適正に始動させるために有益です。

モータの3種類の始動方法

最も一般的な始動方法は、直入れ、スターデルタ、ソフトスタータの起動です。直入れはシンプルで、必要なのはコンタクタと過負荷保護のみです。デメリットは始動時の高電流(モータ定格電流の6~10倍)と始動時の高トルクで、シャフトとカップリングなどを損傷する場合があります。スターデルタ起動は、始動時の電流を制限するために使用されます。スタータは3つのコンタクタ、過負荷保護、タイマで構成されます。モータは、始動時にスター結線です。設定された時間が経過する(スピードが定格スピードの90%に達する)と、タイマによってコンタクタが切り替えられ、モータはデルタ結線(運転モード)になります。

スターデルタ起動の始動電流は、直入れの約3分の1に減ります。ただし、同時に始動時のトルクも3分の1に低下します。始動時のトルクが比較的低いということは始動フェーズのモータの負荷が低いことを意味します。このため、モータはデルタ結線に切り替えられる前にほぼ定格スピードに達します。スピードが低すぎると、デルタ結線に切り替えられたときに生じる電流/トルクのピークは、直入れと同じになります。

ソフトスタータ(緩やかな始動)は、スターデルタ起動の代わりの始動方法として使用でき、スタータは機械のコンダクタではなく半導体(IGBTタイプの電源スイッチ)で構成されます。始動は緩やかで、始動時の電流は定格電流の約3倍に制限されます。

直入れとスターデルタ起動のスタータは、通常、コンプレッサに内蔵されています。大規模なコンプレッサ設備では、スペースの要件、熱の発生、メンテナンス時のアクセスに応じて、ユニットを個別にスイッチギヤ内に配置することがあります。ソフトスタータのスタータは、通常は放熱のためコンプレッサの隣に、個別に配置されます。ただし、冷却システムが適切に保護されている場合は、コンプレッサパッケージに内蔵されていることもあります。高電圧のコンプレッサでは、始動装置は常に個別の電気キャビネットの中にあります。

制御電圧

コンプレッサ設備の電圧制御

通常、個別の制御電圧はコンプレッサに接続されません。ほとんどのコンプレッサは統合された制御偏圧器を取り付けられます。変圧器の一次側はコンプレッサの電源に接続されます。この配置はより信頼できる操作性を与えます。電源の妨害の場合には、コンプレッサが直ちに止められ、再始動が遮断されます。この機能は(内部に供給された制御電圧としての)スタータがコンプレッサから遠ざけておかれる場合に参照されるべきでしょう。

短絡保護

短絡保護は、ケーブルの起点のいずれかに配置され、ヒューズまたは回路遮断器から構成されます。いずれのソリューションを選択しても、システムに適していれば、適切なレベルの保護が得られます。どちらの方法にもメリットとデメリットがあります。ヒューズはよく知られており、短絡電流が大きい場合に適していますが、完全に遮断できず、小さな故障電流のトリップには長時間かかります。回路遮断器は小さな故障電流でも迅速、完全に遮断しますが、ヒューズよりも計画段階で必要な作業が増えます。短絡保護は、想定される負荷だけではなく、スタータユニットの制限事項にも基づいて寸法を決定します。

スタータの短絡保護については、IEC(International Electrotechnical Commission)規格60947-4-1のタイプ1とタイプ2を参照してください。短絡がスタータに与える影響に基づいてタイプ1またはタイプ2を選択します。

タイプ1:「短絡が発生した状況で、コンタクタやスタータは、人や設備に危険を及ぼさなく、部品の修理や交換しないままサービスの提供に適していない」

タイプ2:「短絡が発生した状況で、コンタクタやスタータは、人や設備に危険を及ぼさなく、それ以上使用するのに適していない。コンタクタの軽溶接リスクが認められ、その場合は製造元がメンテンナンスの対策を示す必要がある」

ケーブル

ケーブルは、規格の規定に従って、「通常の運転中に過剰な温度にならず、電気的な短絡が原因で温度または機械による損傷が発生しないように、寸法を決定する」必要があります。ケーブルの寸法決定と選択は、負荷、許容される電圧低下、ルーティング方法(ラック、壁など)、周囲温度に基づいて行います。ヒューズは、ケーブルの保護などに使用でき、短絡の保護と過負荷の保護両方に使用可能です。モータの運転には、短絡保護(ヒューズなど)と個別の過負荷保護(一般的にモータの保護はスタータに含まれている)が使用されます。

過負荷保護は、負荷電流が設定済みの値を超えた場合に、スタータのトリップと遮断によりモータおよびモータケーブルを保護します。短絡保護は、スタータ、過負荷保護、ケーブルを保護します。負荷に対するケーブルの寸法は、IEC 60364-5-52に規定されています。ケーブルと短絡保護の寸法決定時は、その他のパラメータ「トリップ条件」も念頭に置いてください。この条件は、設備内のどこで短絡が発生しても迅速かつ安全に遮断されるように、設備が設計されていなければならないと規定しています。この条件を満たしているかどうかは、特に、短絡保護、ケーブル長、断面によって判断されます。

トランスの負荷が高い場合の位相補償

電動モータは、機械的作用に変換可能な有効電力だけではなく、モータの磁化に必要な無効電力も消費します。ケーブルとトランスは無効電力による負荷を受けます。有効電力と無効電力の関係は、力率cos φによって決定されます。力率は通常0.7~0.9で、この値が低いことは小型のモータであることを示します。

コンデンサを使用した機械によって無効電力を直接生成することで、力率をほぼ1にまで上げることができます。これにより電源から無効電力を供給する必要性が低下します。位相補償には、無効電力が事前に決定したレベルよりも多く使用されれば電力会社が課金でき、負荷の高いトランスとケーブルはオフロードする必要がある、という理由が隠されています。

コンプレッサシステムの設置プロセス詳細については、以下をご覧ください。

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