Aparatura łączeniowa do silników IE3 - Automatyka

Aparatura łączeniowa do silników IE3
Na podstawie oceny skutków
wdrożenia dyrektywy
UE640/2009 i 04/2014
zakłada się zmniejszenie
zużycia energii o 139 TWh
do 2020 r. w porównaniu ze
scenariuszem zakładającym
niepodejmowanie żadnych
działań.
zz Od
dnia 16 czerwca 2011 r. silniki o mocy znamionowej
w granicach 0,75–375 kW muszą odpowiadać co najmniej
klasie sprawności IE2.
zz Od dnia 1 stycznia 2015 r. silniki o mocy znamionowej w granicach 7,5–375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie
sprawności IE3 lub odpowiadać klasie sprawności IE2, jeżeli
są wyposażone w układ płynnej regulacji prędkości obrotowej.
zz Od dnia 1 stycznia 2017 r. wszystkie silniki o mocy znamionowej w granicach 0,75–375 kW muszą odpowiadać co
najmniej klasie sprawności IE3 lub odpowiadać klasie sprawności IE2, jeżeli są wyposażone w układ płynnej regulacji
prędkości obrotowej.
Zmiana tych parametrów ma wpływ na działanie aparatury
łączeniowej, co należy uwzględnić w doborze tej aparatury. Dotychczasowe kryteria doboru aparatów na bazie wartości mocy
/prądu znamionowego silnika w przypadku silników IE3 muszą
być rozszerzone i uwzględniać prąd rozruchowy silnika.
Norma IEC 60034-30 określa trzy poziomy sprawności silników:
zz IE1 – silniki standardowe (standard);
zz IE2 – silniki o podwyższonej sprawności (high efficiency);
zz IE3 – silniki najwyższego poziomu sprawności (premium).
Przykładowo: silnik 7,5 kW (6 biegunów) – 84,7% (IE1), 87,2%
(IE2), 89,1% (IE3).
Zwiększenie sprawności silników, a co za tym idzie – zmiana
ich konstrukcji, wpływa na parametry charakterystyczne dla
rozruchu silnika:
zz wartość IA/IN, prąd rozruchowy/prąd znamionowy;
zz zmniejszenie prądu znamionowego (przy tej samej mocy);
zz zwiększenie początkowego prądu rozruchowego.
Przykład silnika IE3 (7,5 kW, IN = 14,3 A, IA/IN = 7,4)
Stosunek IA/IN w zależności od konstrukcji i producenta
silnika może osiągać wartość powyżej 10, natomiast początkowy prąd rozruchowy może przekroczyć 14-krotność prądu
znamionowego.
10 l Nr 2 l Luty 2015 r.
Przykładowy przebieg wartości prądu przy rozruchu bezpośrednim
silnika indukcyjnego klatkowego
Firma Siemens przeprowadziła badania silników IE3 różnych producentów i w oparciu o wyniki dokonała niezbędnych
zmian w aparaturze łączeniowej SIRIUS. Zmiany dotyczą następujących grup aparatów:
zz wyłączniki silnikowe;
zz styczniki;
zz zestawy rozruchowe;
zz styczniki półprzewodnikowe;
zz softstartery – układy łagodnego rozruchu;
zz przekaźniki przeciążeniowe.
Powyższe aparaty, dostarczane od początku 2015 roku, spełniają
wymagania doboru dla silników klasy IE3. Jednak ze względu
na zróżnicowaną wartość prądu rozruchowego w przypadku
silnika, dla którego IA/IN > 8,5, dobór należy skonsultować
z przedstawicielem producenta.
Dobór wyłącznika silnikowego do silnika IE3
Wyłączniki silnikowe są powszechnie stosowane do ochrony
silnika przed przeciążeniem i zwarciem w obwodzie zasilania.
W przypadku silników klasy IE3 przy doborze wyłącznika należy uwzględnić, oprócz prądu znamionowego silnika, również
prąd rozruchowy, a w szczególności wartość początkową tego
prądu. Poniżej przykład doboru wyłącznika do silnika klasy IE3
o mocy znamionowej 7,5 kW.
Prąd znamionowy silnika: 14,3 A.
Możliwe wielkości wyłącznika silnikowego:
zz wyłącznik silnikowy A: zakres prądu wyzwalacza przeciążeniowego 10–16 A;
zz wyłącznik silnikowy B: zakres prądu wyzwalacza przeciążeniowego 14–20 A.
Efektywność energetyczna
Należy podkreślić, że wyłącznik B generuje o ok. 35% mniej
strat energii (ciepło) niż wyłącznik A.
Granica wyzwolenia bezzwłocznego wyzwalacza zwarciowego wyłącznika silnikowego 3RV wynosi (13-krotność maksymalnej wartości zakresu wyzwalacza przeciążeniowego):
zz wyłącznik silnikowy A: granica wyzwalacza zwarciowego
208 A (13 × 16 A)  mnożnik dla prądu znamionowego
14,3 A: wynosi 14,54;
zz wyłącznik silnikowy B: granica wyzwalacza zwarciowego
260 A (13 × 20 A)  mnożnik dla prądu znamionowego
14,3 A: wynosi 18,18.
Zalecany jest wyłącznik silnikowy B z zakresem prądu wyzwalacza przeciążeniowego 14–20 A.
Należy zauważyć, że producenci silników nie podają w danych katalogowych wartości początkowego prądu rozruchowego. W laboratorium firmy Siemens wykonano badania około
4 tysięcy silników IE3 różnych producentów i stwierdzono, że
wartość początkowego prądu rozruchowego może oscylować
w granicach 14–20-krotnej wartości prądu znamionowego
silnika.
Prąd rozruchowy początkowy jest zależny od impedancji obwodu zasilania i silnie tłumiony przez długość kabli zasilających.
Tabela 1 przedstawia wyłączniki silnikowe 3RV dostosowane
do zabezpieczenia silników klasy IE3.
12 l Nr 2 l Luty 2015 r.
Tabela 1. Wyłączniki silnikowe 3RV dostosowane do zabezpieczenia
silników klasy IE3
Moc
[kW]
Silniki IE3
S00
S0
S2
Innovation
S3
Classic
< 0,75
0,75
1,1
1,5
2,2
3
4
x
5,5
+
x
7,5
+
x
11
+
15
18,5
x
22
x
30
*
*
37
45
Jeśli zakres nastaw częściowo nakłada się, należy wybrać wyższy.
Wyzwalacze zwarciowe są dostosowane do silników IE3.
+ – rozszerzony zakres nastaw;
x– nowy zakres nastaw, rekomendowane dla IE3 o mocy > 15 kW, gdy
IA/IN > 8,5;
*– dla wyłączników S3 > 63 A / 37 kW tylko proces wyłączania zwarć;
wyłączenie i załączenie silnika z wykorzystaniem stycznika.
Styczniki silnikowe do załączania silników klasy IE3
Załączanie silników klasy IE3 stawia dodatkowe wymagania
wobec styczników silnikowych. Wraz ze wzrostem prądu rozruchowego styki stycznika narażone są na zwiększone obciążenie
termiczne (spawanie styków) oraz wibracje. Styczniki Sirius
3RT, produkowane przez firmę Siemens, zostały odpowiednio
zmodyfikowane.
zz Wielkości od S00 do S3 dla silników do 45 kW
Produkowane są od października 2014 roku. IE2 = IE3
zz Wielkość S6 do S12
Jeżeli silnik IE3 ma prąd rozruchowy większy niż IA/IN > 8,5,
należy dobór stycznika skonsultować z przedstawicielem producenta.
Również układy rozruchowe, np. gwiazda/trójkąt, należy
poddać analizie i dokonać doboru aparatury w konsultacji
z przedstawicielem producenta.
Softstarty 3RW – układy łagodnego rozruchu do
załączania silników klasy IE3
Urządzenia łagodnego rozruchu Sirius 3RW umożliwiają rozruch silnika przy ograniczanym prądzie rozruchowym, a po
zakończeniu rozruchu przełączają zasilanie na styki obejściowe.
Załączanie silników klasy IE3 powoduje wydłużenie czasu rozruchu, a przez to zwiększenie obciążenia termicznego półprze-
wodników. Dobór właściwego softstartu wymaga uwzględnienia zarówno zwiększonego czasu rozruchu, jak również liczby
załączeń w określonej jednostce czasu.
Jeżeli silnik IE3 ma prąd rozruchowy większy niż IA/IN > 8,0,
należy softstart dobrać o jedną wielkość większy w stosunku do
mocy silnika. Dla silników IE3 o mocy powyżej 45 kW i prądzie
rozruchowym IA/IN > 8,5 wskazane jest skorzystanie z programu symulacji Winsikostart.
Przekaźniki przeciążeniowe termiczne i elektroniczne
Przekaźniki przeciążeniowe Sirius 3RU i 3RB spełniają wymagania ochrony silników klasy IE3, a ich dobór następuje w oparciu o wartość prądu znamionowego silnika i charakter rozruchu.
W ofercie firmy Siemens znajdują się standardowe przekaźniki
termiczne oraz przekaźniki elektroniczne o zwiększonej funkcjonalności i zmniejszonych stratach energii (ciepło).
Więcej na temat aparatów łączeniowych do siników klasy IE3:
www.siemens.pl/ie3
Opracowano na podstawie materiałów firmy Siemens AG.n
e-mail: [email protected]
www.siemens.pl/ie3
Nr 2 l Luty 2015 r. l 13