Električna napeljava v kompresorskih sistemih

Izbira ustreznega motorja za kompresor je bistvenega pomena za zagotavljanje najbolj učinkovitega in uspešnega delovanja sistema.

To zmanjšuje tveganje mehanskih okvar ter preprečuje draga popravila in prekinitve. Čim dlje motor zdrži in deluje, tem več denarja je mogoče prihraniti.

Pri delovanju zračnih kompresorjev se običajno uporabljajo trifazni kratkostični indukcijski motorji. Nizkonapetostni motorji so idealni za moč od 450 do 500 kW, medtem ko so visokonapetostni motorji primernejši za večjo moč. 

Motor je običajno hlajen z ventilatorjem ter nastavljen za delovanje pri temperaturi do 40 °C in na nadmorski višini 1000 m. Nekateri proizvajalci ponujajo standardne motorje z najvišjo možno temperaturo okolja 46 °C. Pri dimenzioniranju kompresorskih naprav na večjih nadmorskih višinah ali pri višjih temperaturah je treba zmanjšati moč. 

Motor je običajno nameščen na prirobnico in neposredno povezan s kompresorjem. Hitrost je prilagojena vrsti kompresorja, vendar se v praksi uporabljajo samo 2- ali 4-polni motorji z ustrezno hitrostjo 3000 vrt./min. Določena je tudi nazivna moč motorja (pri 1500 vrt./min).

Uporaba prevelikega motorja lahko povzroči 

• višje stroške, 

• nepotrebno visok zagonski tok, 

• večje varovalke, 

• nizek faktor moči 

• in nižjo raven učinkovitosti. 

Po drugi strani pa lahko uporaba premajhnega motorja povzroči

• preobremenitev
• in tveganje okvar.

Z usklajevanjem moči motorja z zahtevami kompresorja se lahko izognete morebitnim težavam in zagotovite najboljše delovanje motorja. To je dobro tako za motor kot za kompresor, saj jima omogoča daljšo življenjsko dobo in učinkovitejše delovanje.

Stopnja zaščite motorja je merilo, kako dobro je motor odporen na prah in vodo. Stopnjo zaščite motorja urejajo standardi. 

Pomembno je opozoriti, da odprti motorji niso idealni za uporabo s kompresorji, saj ne zagotavljajo ustrezne zaščite pred prahom in vodo. Motor s stopnjo zaščite IP23 je na primer odporen le na brizganje vode ali fino meglico, ne pa tudi na popolno potopitev v tekočino.

Zasnova, odporna na prah in vodne curke (IP55), ima prednost pred odprtimi motorji (IP23), ki jih je treba redno razstavljati in čistiti.

V drugih primerih bodo prašne usedline v stroju sčasoma povzročile pregrevanje, kar bo skrajšalo njegovo življenjsko dobo. Ker ohišje kompresorja omogoča zaščito tudi pred prahom in vodo, se lahko uporabi tudi stopnja zaščite, nižja od IP55.

Pri izbiri motorja je treba upoštevati tudi način zagona. Pri zagonu zvezda-trikot se motor zažene le s tretjino običajnega zagonskega navora, zato je primerjava krivulj navora motorja in kompresorja lahko koristna za zagotovitev pravilnega zagona kompresorja.

Najpogostejši načini zagona so neposredni zagon, zagon zvezda-trikot in mehki zagon.

• Neposredni zagon je preprost, vendar ima velik zagonski tok in navor, ki lahko poškodujeta motor. 

• Zagon zvezda-trikot omejuje zagonski tok in je sestavljen iz treh kontaktorjev, zaščite pred preobremenitvijo in časovnika, ki motor iz povezave v obliki zvezde preklopi v povezavo v obliki trikotnika. 

• Mehki zagon je način zagona, ki za omejitev zagonskega toka uporablja polprevodniška stikala. 

Neposredni zagon je preprost in zahteva le kontaktor in zaščito pred preobremenitvijo. Njegova slabost je velik zagonski tok, ki je 6–10-krat večji od nazivnega toka motorja, in velik zagonski navor, ki lahko na primer poškoduje gred in sklopko.

Za omejevanje zagonskega toka se uporablja zagon zvezda-trikot. Zaganjalnik sestavljajo trije kontaktorji, zaščita pred preobremenitvijo in časovnik.

Motor se zažene s povezavo v obliki zvezde in po določenem času (ko hitrost doseže 90 % nazivne hitrosti) časovnik preklopi kontaktorje tako, da motor deluje s povezavo v obliki trikotnika, ki je način delovanja. 

Zagon zvezda-trikot v primerjavi z neposrednim zagonom zmanjša zagonski tok na približno 1/3, hkrati pa se za 1/3 zmanjša tudi zagonski navor.

Relativno majhen zagonski navor pomeni, da mora biti obremenitev motorja v fazi zagona majhna, tako da motor pred preklopom na povezavo v obliki trikotnika doseže nazivno hitrost.

Če je hitrost prenizka, se pri preklopu na povezavo v obliki trikotnika ustvari enak najvišji tok/navor kot pri neposrednem zagonu.

Mehki zagon (ali postopni zagon), ki je lahko alternativa zagonu zvezda-trikot, je zaganjalnik, ki ga namesto mehanskih kontaktorjev sestavljajo polprevodniki (vklopna stikala tipa IGBT). Zagon je postopen, zagonski tok pa je omejen na približno trikratnik nazivnega toka. 

Zaganjalniki za neposredni zagon in zagon zvezda-trikot so v večini primerov vgrajeni v kompresor.

Pri velikih kompresorskih napravah so lahko enote v stikalnem mehanizmu nameščene ločeno zaradi

• prostorskih zahtev,
• razvoja toplote
• in dostopa zaradi servisiranja.

(Preberite več o tem, kako je mogoče ustvariti optimalne delovne pogoje v kompresorski postaji.)

Upoštevajte, da je zaganjalnik za mehki zagon zaradi toplotnega sevanja običajno nameščen ločeno poleg kompresorja. Lahko pa je vgrajen v sklop kompresorja, če je hladilni sistem ustrezno zaščiten. Kompresorji z visokonapetostnim napajanjem imajo zagonsko opremo vedno v ločeni električni omarici.

Kabli morajo biti v skladu z določbami standarda "dimenzionirani tako, da med običajnim delovanjem ne bodo izpostavljeni previsokim temperaturam in da jih električni kratki stik ne bo toplotno ali mehansko poškodoval".

Če želite izbrati ustrezne kable, morate upoštevati

• obremenitev,
• dovoljen padec napetosti,
• način napeljave (na stojalu, steni itd.)
• in temperaturo okolja.

Za zaščito kablov pred kratkimi stiki in preobremenitvami se lahko uporabljajo tudi varovalke.

Pri uporabi motorjev potrebujete dve vrsti zaščite. Zaščita pred kratkim stikom, kot so varovalke, se uporablja za preprečevanje nevarnih električnih kratkih stikov. Zaščita pred preobremenitvijo, ki je običajno zaščita motorja, vključena v zaganjalnik, sproži in prekine zaganjalnik, če tok preseže določeno vrednost, s čimer se zaščitijo motor in njegovi kabli.

Zaščita pred kratkim stikom omogoča zaščito zaganjalnika, zaščito pred preobremenitvijo in zaščito kablov. Za izbiro ustrezne velikosti kabla si lahko ogledate standard IEC 60364-5-52. 

Pomemben je še en dejavnik: "pogoj sprožitve". To pomeni, da mora biti napeljava zasnovana tako, da se v primeru kratkega stika hitro in varno odklopi. Če želite zagotoviti, da je pogoj izpolnjen, morate upoštevati dolžino kabla, presek in zaščito pred kratkim stikom.

Zaščita pred kratkim stikom je nameščena na eni od začetnih točk kablov in lahko vključuje varovalke ali odklopno stikalo. Obe možnosti zagotavljata ustrezno raven zaščite, če je izbrana rešitev pravilno prilagojena sistemu. 

Varovalke se bolje obnesejo pri velikih tokovih kratkega stika, vendar ne ustvarijo popolnoma izoliranega odklopa in imajo dolge čase odklopa pri majhnih okvarah. Odklopna stikala ustvarijo hiter in popolnoma izoliran odklop tudi pri majhnih okvarah, vendar zahtevajo več načrtovanja. Dimenzioniranje zaščite pred kratkim stikom je odvisno od pričakovane obremenitve in omejitev zaganjalnika.

Za zaščito pred kratkim stikom zaganjalnika glejte standard IEC (Mednarodna elektrotehniška komisija) 60947-4-1, tip 1 in tip 2.

Izbira tipa 1 ali tipa 2 temelji na tem, kako kratek stik vpliva na zaganjalnik. 

Tip 1: "... pri kratkem stiku kontaktor ali zaganjalnik ne sme povzročati nevarnosti za osebe ali napravo in morda ne bo primeren za nadaljnje obratovanje brez popravila in zamenjave delov". 

Tip 2: "... pri kratkem stiku kontaktor ali zaganjalnik ne sme povzročati nevarnosti za ljudi ali napravo in mora biti primeren za nadaljnjo uporabo. Prepoznana je nevarnost lahkega varjenja kontaktorjev – v tem primeru proizvajalec navede ukrepe za vzdrževanje ..."

Elektromotorji porabljajo aktivno moč (ki se spreminja v mehansko delo) in jalovo moč (ki magnetizira motor). Jalova moč obremenjuje kable in transformator. Faktor moči (cos φ) določa razmerje med njima – ta je običajno med 0,7 in 0,9, pri čemer imajo manjši motorji nižjo vrednost.

Faktor moči lahko povečate na 1 tako, da s pomočjo kondenzatorja ustvarite jalovo moč neposredno v stroju, kar pomeni, da vam ni treba črpati toliko jalove moči iz omrežja. S tem se izognete dodatnim stroškom dobavitelja električne energije za odvzem jalove moči nad vnaprej določeno vrednostjo. To pomaga tudi razbremeniti močno obremenjene transformatorje in kable.

Z upoštevanjem teh dejavnikov lahko ustvarite pravilno delujoč električni sistem, ki povečuje zmogljivost in življenjsko dobo vašega kompresorja.

Več informacij o postopku namestitve kompresorskega sistema je na voljo spodaj.