Elektriska installationer i kompressoranläggningar

För att säkerställa effektivast möjliga systemdriftnivå är det viktigt att välja rätt motor för en kompressor.

Detta minimerar risken för mekaniska fel och förhindrar kostsamma reparationer och driftstopp. Ju längre motorn är i fungerande drift desto mer pengar sparas.

När det gäller drift av tryckluftskompressorer används vanligen trefas induktionsmotorer av kortsluten typ. Lågspänningsmotorer är idealiska för en effekt på upp till 450-500 kW medan högspänningsmotorer passar bättre när det krävs högre effekt. 

Motorn är vanligtvis fläktkyld och vald för att fungera i temperaturer upp till 40 °C och en höjd på 1 000 m. Vissa tillverkare erbjuder standardmotorer för en maximal omgivningstemperatur på 46 °C. Vid dimensionering av kompressorinstallationer på högre höjder eller högre temperaturer måste uteffekten reduceras. 

Motorn är vanligen flänsmonterad och direktansluten till kompressorn. Varvtalet anpassas till typen av kompressor men i praktiken används endast 2-poliga eller 4-poliga motorer med respektive varvtal på 3 000 varv/min. Motorns nominella effekt fastställs också (vid 1 500 varv/min).

Användning av en överdimensionerad motor kan resultera i 

• högre kostnader, 

• en onödigt hög startström, 

• större säkringar, 

• låg effektfaktor, 

• och minskade effektivitetsnivåer. 

Å andra sidan kan användning av en motor som är för liten för installationen resultera i

• överbelastning
• och risk för haverier.

Genom att anpassa motorns uteffekt till kompressorns krav undviker du potentiella problem och säkerställer att motorn fungerar på bästa sätt. Detta är bra för både motor och kompressor eftersom det bidrar till att de håller längre och arbetar mer effektivt.

Motorns skyddsklass är ett mått på hur väl en motor tål damm och vatten. Motorns skyddsklass regleras enligt standarder. 

Det är viktigt att notera att öppna motorer inte är idealiska för användning med kompressorer eftersom de inte ger tillräckligt skydd mot damm och vatten. Exempelvis kan en IP23-motor bara stå emot vattenstänk eller fin dimma och klarar inte överspolning i vätska.

En damm- och vattensprutbeständig konstruktion (IP55) är att föredra framför öppna motorer (IP23) vilka kan kräva regelbunden demontering och rengöring.

I andra fall kan dammavlagringar i maskinen till slut orsaka överhettning, vilket resulterar i förkortad livslängd. Eftersom kompressorpaketets hölje också skyddar mot damm och vatten kan även en skyddsklass under IP55 användas.

När du väljer en motor är det också viktigt att tänka på startmetoden. Med stjärn-/triangelstart startas motorn endast med en tredjedel av dess normala startvridmoment varför det kan vara praktiskt att jämföra motorns och kompressorns vridmomentkurvor för att säkerställa att kompressorn startar på rätt sätt.

De vanligaste startmetoderna är direktstart, stjärn-/triangelstart och mjukstart.

• Direktstart är enkel, men medför hög startström och högt vridmoment som kan skada motorn. 

• Med stjärn-/triangelstart begränsas startströmmen. Den består av tre kontaktorer, överbelastningsskydd och en timer som växlar motorn från stjärn- till triangelanslutning. 

• Mjukstart är en gradvis startmetod som använder halvledaromkopplare för att begränsa startströmmen. 

Direktstart är enkel och kräver endast en kontaktor och ett överbelastningsskydd. Till dess nackdelar hör den höga startströmmen som är 6-10 gånger motorns märkström och det höga startvridmomentet som bland annat kan skada axlar och kopplingar.

Stjärn-/triangelstart används för att begränsa startströmmen. Startanordningen består av tre kontaktorer ett överbelastningsskydd och en timer.

Motorn startas med stjärnanslutningen och efter en inställd tid (när 90 % av märkvarvtalet har nåtts) växlar timern kontaktorerna så att motorn delta-ansluts vilket också är driftläget. 

Med stjärn-/triangelstart minskas startströmmen till cirka 1/3 jämfört med direktstart. Samtidigt sjunker dock startmomentet också till 1/3.

Det relativt låga startmomentet innebär att motorns belastning bör vara låg under startfasen så att motorn nästan når sitt nominella varvtal innan den kopplas om till delta-anslutning.

Om varvtalet är för lågt vid växling till delta-anslutning genereras en ström-/vridmomenttopp som kan vara lika hög som vid direktstart.

Mjukstart (eller gradvis start), som kan vara en alternativ startmetod för stjärn-/triangelstart, är en startmetod som använder halvledare (strömbrytare av IGBT-typ) istället för mekaniska kontaktorer. Starten sker gradvis och startströmmen begränsas till cirka tre gånger märkströmmen. 

Startmetoderna direktstart och stjärn-/triangelstart är i de flesta fall integrerade i kompressorn.

För en stor kompressoranläggning kan enheterna placeras separat i ställverket på grund av:

• utrymmeskrav,
• värmeutveckling
• och serviceåtkomst.

(Se mer information om hur man skapar optimala arbetsförhållanden i kompressorrummet.)

Observera att en startenhet för mjukstart vanligtvis placeras separat bredvid kompressorn på grund av värmestrålning. Men den kan även integreras i kompressorpaketet förutsatt att kylsystemets funktion har säkerställts. Högspänningsdrivna kompressorer har alltid startutrustningen i ett separat elskåp.

Kablarna ska, enligt föreskrifterna i standarden, "vara dimensionerade så att de vid normal drift inte antar skadlig temperatur och att de ej skadas termiskt eller mekaniskt vid en elektrisk kortslutning".

För att välja rätt kablar för ett jobb måste du tänka på följande:

• belastningen,
• tillåtet spänningsfall,
• typ av kabeldragning (på ett rack, en vägg osv.)
• och omgivningstemperaturen.

Säkringar kan även användas för att skydda kablarna från kortslutning och överbelastning.

Vid användning av motorer behöver du två typer av skydd. Kortslutningsskydd, såsom säkringar, används för att förhindra farliga elektriska kortslutningar. Överbelastningsskydd, vilket vanligen är startenhetens motorskydd, som löser ut och avbryter starten om strömmen överskrider en viss nivå. Det skyddar motorn och dess kablar.

Kortslutningsskyddet skyddar startenheten, överbelastningsskyddet och kablarna. För att välja rätt kabelstorlek kan du ta del av IEC 60364-5-52. 

Men det finns en annan viktig faktor: "utlösningsvillkoret". Det innebär att installationen utformas så att driften snabbt och säkert avbryts om det inträffar en kortslutning. För att säkerställa att tillståndet uppfylls måste du ta hänsyn till kabellängd, kabelarea och kortslutningsskydd.

Kortslutningsskydd är placerad på en av kablarnas startpunkter och kan omfatta säkringar eller en kretsbrytare. Båda alternativen ger rätt skyddsnivå, förutsatt att den lösning du väljer är korrekt anpassad till systemet. 

Säkringar fungerar bättre för stora kortslutningsströmmar men skapar inte en fullständigt isolerande brytning och har långa utlösningstider för små fel. Kretsbrytare skapar en snabb och fullständigt isolerande brytning, även för små fel, men kräver mer planering. Dimensionering av kortslutningsskydd avgörs av den förväntade belastningen och begränsningarna hos startenheten.

För kortslutningsskydd för startenheten, se IEC-standarden (International Electrotechnical Commission) 60947-4-1 typ 1 och typ 2.

Valet av typ 1 eller typ 2 baseras på hur en kortslutning påverkar startenheten. 

Typ 1: "… vid en kortslutning orsakar inte kontaktorn eller startapparaten någon fara för personer eller installation och kan eventuellt inte fortsatt användas utan reparation och utbyte av delar." 

Typ 2: "… vid en kortslutning orsakar inte kontaktorn eller startapparaten någon fara för personer eller installation och ska kunna fortsätta att användas. Det finns en risk för lätt svetsning på kontaktorerna, i vilket fall tillverkaren ska ange underhållsåtgärder ..."

Elektriska motorer förbrukar både aktiv effekt (som omvandlas till mekaniskt arbete) och reaktiv effekt (som magnetiserar motorn). Den reaktiva effekten belastar kablar och transformator. Effektfaktorn, cos φ, fastställer förhållandet mellan de två, vanligtvis mellan 0,7 och 0,9, där mindre motorer har ett lägre värde.

Du kan höja effektfaktorn till praktiskt taget 1 genom att generera den reaktiva effekten direkt av maskinen med hjälp av en kondensator. Det innebär att du inte behöver dra lika mycket reaktiv effekt från elnätet. Detta görs för att undvika extra avgifter från energileverantören för att dra reaktiv effekt över en förutbestämd nivå. Det bidrar också till att minska en del av belastningen på hårt utnyttjade transformatorer och kablar.

Genom att ta hänsyn till dessa faktorer kan du skapa ett fungerande elektriskt system som maximerar kompressorns prestanda och livslängd.

Läs mer om installation av en kompressoranläggning nedan.