Our solutions

Elektriska installationer i kompressoranläggningar

Dimensioning Compressor Installations Compressed Air Wiki Compressors

För att dimensionera och installera en kompressoranläggning måste du veta hur de ingående komponenterna påverkar varandra och vilka regler och bestämmelser som gäller. Här följer en översikt av de parametrar som måste beaktas för att du ska få en väl fungerande kompressoranläggning med avseende på elinstallationen.

Vilka typer av motorer används i kompressoranläggningar?

I kompressordrifter används för det mesta kortslutna, trefas asynkronmotorer. Upp till 450–500 kW används i allmänhet lågspänningsmotorer medan högspänningsmotorer är det bästa alternativet för högre effekt.

Motorns skyddsklass regleras av standarder. En damm- och spolsäker konstruktion (IP55) är att föredra framför öppna motorer (IP23), vilka kräver regelbunden demontering och rengöring. I annat fall kan dammavlagringar i maskinen så småningom orsaka överhettning, med reducerad livslängd som följd. Eftersom kompressorns hölje är ett första skydd mot damm och vatten går det även att använda en skyddsklass under IP55.

Motorn, som vanligtvis är fläktkyld, är avsedd att arbeta vid en maximal omgivningstemperatur på 40 ˚C och en höjd upp till 1 000 m. Vissa tillverkare erbjuder standardmotorer med en maximal omgivningstemperatur på 46 °C. Vid högre temperaturer eller högre höjder måste effektuttaget reduceras. Motorn är vanligen flänsmonterad och direktkopplad till kompressorn. Varvtalet anpassas till typen av kompressor, men i praktiken används bara 2-poliga eller 4-poliga motorer med varvtalet 3 000 varv/min. Motorns nominella effektuttag är också fastställt (vid 1 500 varv/min).

Elektricitet, en nätkontakt

Även motorns märkeffekt bestäms av kompressorn och bör ligga så nära kompressorns behov som möjligt. En överdimensionerad motor är dyrare i inköp, kräver onödigt hög startström, fordrar större säkringar, får låg effektfaktor och något sämre verkningsgrad. En motor som är för liten blir snart överbelastad, med risk för haveri som följd.

Vid val av motor bör även startmetoden ingå som en parameter. Om motorn Y/D-startas är startmomentet endast 1/3 av dess normala startmoment. Därför kan en jämförelse mellan motorns och kompressorns momentkurvor vara bra för att säkerställa att kompressorn startas korrekt.

Olika startmetoder för motorer

De vanligast förekommande startmetoderna är direktstart, Y/D-start och mjukstart. Direktstart är enkelt och kräver bara en kontaktor och ett överbelastningsskydd. Nackdelen är den höga startströmmen, 6–10 gånger motorns märkström, och det höga startmomentet, vilket kan skada exempelvis axlar och kopplingar. Y/D-start används för att begränsa startströmmen. Startapparaten består av tre kontaktorer, ett överlastskydd och en timer. Starten av motorn sker i Y-läge och efter en inställd tid (när varvtalet nått 90 % av märkvarv) kopplar timern om kontaktorerna så att motorn blir D-kopplad, vilket är driftläget.

Y/D-start minskar startströmmen till ungefär 1/3 jämfört med direktstart, men startmomentet sjunker samtidigt till 1/3. Det relativt låga startmomentet gör att motorns belastning bör vara låg under startfasen, för att motorn ska nå nästintill märkvarvtal innan den kopplas om till D-läget. Om varvtalet är för lågt kommer en ström-/moment-topp lika stor som vid en direktstart att uppstå vid övergången till D-läge.

Mjukstart (eller gradvis start), som kan vara ett alternativ till Y/D-start, är en startapparat som är uppbyggd med halvledare (IGBT-transistorer) istället för mekaniska kontaktorer. Starten blir mjuk (sker gradvis) och startströmmen är begränsad till ungefär tre gånger märkströmmen.

Startapparater för direktstart och Y/D-start är i de flesta fall integrerade i kompressorn. När det gäller stora kompressoraggregat kan det vara motiverat att placera apparaterna separat i ställverket på grund av utrymmeskrav, värmeutveckling och servicetillgänglighet. En startapparat för mjukstart placeras vanligen separat bredvid kompressorn på grund av värmestrålning, men den kan integreras i kompressorpaketet under förutsättning att kylsystemet är tillräckligt dimensionerat. Kompressorer som drivs med högspänning har alltid sin startutrustning i ställverket.

Manöverspänning

reglering av spänningen i en kompressoranläggning

Vanligen behöver ingen separat manöverspänning anslutas till kompressorn, eftersom de flesta kompressorer är försedda med en integrerad manövertransformator. Transformatorns primärsida är ansluten till kompressorns strömförsörjning. Det här utförandet ger en mer tillförlitlig drift. Vid störningar i strömförsörjningen kommer kompressorn omedelbart att stoppas och blockeras från att starta om. Den här funktionen, med en internt matad manöverspänning, bör användas i situationer där startapparaten är placerad utanför kompressorn.

Kortslutningsskydd

Kortslutningsskydd, som placeras vid en av kablarnas startpunkter, kan utgöras av säkringar eller effektbrytare. Oavsett vilken lösning som väljs ger det, rätt anpassat till systemet, ett bra skydd. Båda metoderna har sina fördelar och nackdelar. Säkringar är välkända och fungerar bättre än effektbrytare vid stora kortslutningsströmmar, men de bryter inte allpoligt och har långa utlösningstider vid små felströmmar. Effektbrytare bryter allpoligt och snabbt även vid små felströmmar, men de kräver mer arbete vid projekteringen jämfört med säkringar. Dimensioneringen av kortslutningsskydd baseras på den förväntade belastningen, men även på de begränsningar som startapparaten har.

När det gäller kortslutningsskydd för startmotorn, se IEC-standard (International Electrotechnical Commission) 60947-4-1 Typ 1 och Typ 2. Valet av Typ 1 eller Typ 2 baseras på hur en kortslutning skulle påverka startaparaten.

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 startaparaten 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 ...”

Kablar

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”. Dimensionering och val av kablar baseras på belastning, tillåtet spänningsfall, förläggningssätt (på stege, på vägg osv.) och omgivningstemperaturen. För att skydda kablarna används exempelvis säkringar, vilka kan utgöra både kortslutningsskydd och överlastskydd. För motordrift används kortslutningsskydd (exempelvis säkringar) samt separat överlastskydd (vanligen det motorskydd som ingår i startapparaten).

Överlastskyddet skyddar motorn och motorkablarna genom att lösa och bryta ut startapparaten när belastningsströmmen överstiger ett förinställt värde. Kortslutningsskyddet skyddar startapparaten, överlastskyddet och kablarna. Hur kablar dimensioneras med hänsyn till belastning framgår av IEC 60364-5-52. En ytterligare parameter att ta hänsyn till vid dimensionering av kablar och kortslutningsskydd är ”utlösningsvillkoret”. Detta villkor innebär att anläggningen ska vara utförd så att en kortslutning var som helst i anläggningen ska medföra snabb och säker brytning. Om villkoret uppfylls avgörs bland annat av kortslutningsskyddet samt kabelns längd och tvärsnittsyta.

Faskompensering för hårt belastade transformatorer

Elmotorn förbrukar inte bara aktiv effekt, som kan omvandlas till mekaniskt arbete, utan även reaktiv effekt, som behövs för motorns magnetisering. Den reaktiva effekten belastar kablar och transformatorer. Relationen mellan aktiv och reaktiv effekt bestäms av effektfaktorn, cos φ. Den ligger vanligtvis mellan 0,7 och 0,9, där det lägre värdet avser små motorer.

Genom att generera reaktiv effekt direkt vid maskinen med en kondensator kan effektfaktorn ökas till närmare 1. Därigenom minskar behovet att dra reaktiv effekt från elnätet. Motiven för faskompensationen kan vara att elleverantören debiterar avgifter för uttag av reaktiv effekt över en bestämd nivå och att hårt belastade transformatorer och kablar behöver avlastas.

Läs mer om installation av en kompressoranläggning nedan.

Relaterade artiklar

Installera en kompressor

Att installera en kompressor är idag enklare än någonsin. Det är dock några saker som är viktiga att tänka på, framför allt var kompressorn ska placeras och hur utrymmet runt den ska organiseras. Läs mer här.