Μ ά θ η μ α «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές»

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Μ ά θ η μ α «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές» (Διατάξεις Αυτοματισμού και Εγκατάστασης Ηλεκτροκινητήρων) Γεώργιος Περαντζάκης Δρ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός ΕΜΠ 1

Εξοπλισμός Διατάξεων Αυτοματισμών Κινητήρων Ηλεκτρονόμοι Οι ηλεκτρονόμοι (Η/Ν), ονομάζονται και ρελαί (relay) ή τηλεχειριζόμενοι διακόπτες αέρος χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα αυτοματισμού των κινητήρων. (1) Δείκτης θέσης. (2) Κινούμενη επαφή. (3)Συνδέσεις της μόνιμης επαφής. (4) Κινούμενο ζύγωμα του ηλεκτρομαγνήτη από δυναμοελάσματα. (5)Ελατήριο. (6) Σταθερός πυρήνας. (7) Πλαίσιο από μονωτικό υλικό. (8) Πηνίο εργασίας. (9) Βραχυκυκλωμένη σπείρα (βρόχος) για την απόσβεση των μηχανικών ταλαντώσεων. 2

Εξοπλισμός Διατάξεων Αυτοματισμών Κινητήρων Δυνατότητες Η/Ν Διακόπτει ή αποκαθιστά ένα κύκλωμα υπό φορτίο. Έχει δυνατότητα αυτόματης διακοπής της τροφοδοσίας, σε περίπτωση μείωσης της τάσης τροφοδοσίας. Έχει τη δυνατότητα της αυτόματης διακοπής της τροφοδοσίας, σε περίπτωση αύξησης της τιμής του ρεύματος (με το προσαρμοσμένο στον Η/Ν θερμικό στοιχείο). Επιτρέπει τον έλεγχο της λειτουργίας φορτίου από απόσταση (τηλεχειρισμός). Επιτρέπει την εξάρτηση της λειτουργίας του με η βοήθεια ειδικών αισθητήρων από φυσικά μεγέθη, όπως πίεση, θερμοκρασία, ταχύτητα κ.λπ.). Επιτρέπει την αυτόματη λειτουργία του, σύμφωνα με προκαθορισμένο πρόγραμμα (κύκλο λειτουργίας). Αποτελεί το εκτελεστικό όργανο των προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών. 3

Χαρακτηρισμός Επαφών Η/Ν Κατά EN και DIN (Α 1 -Α 2 ): Άκρα πηνίου εργασίας κύριου Η/Ν. (1-2, 3-4, 5-6, 7-8 ή L 1 -T 1,L 2 -T 2,L 3 -T 3,L 4 -T 4 ): Κύριες επαφές Η/Ν ισχύος. (13-14): «Κανονικά ανοικτή επαφή» (NC, Normally closed). (21-22): Κανονικά κλειστή επαφή (NO, Normally open). (37-38): «Πρόωρη εργασίας». Επαφή που αλλάζει κατάσταση πρόωρα. (45-46): «Καθυστερημένη ηρεμίας». Επαφή που αλλάζει κατάσταση καθυστερημένα (55-56, 67-68): Επαφές με καθυστέρηση στην απενεργοποίηση. 4

Λειτουργία Επαφών Κύριου Η/Ν Κύριες επαφές: Είναι 3 ή 4 κανονικά ανοικτές επαφές που κλείνουν όταν ενεργοποιείται ο Η/Ν. Πρέπει να είναι ικανές να μεταφέρουν το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα. Τέσσερις επαφές χρησιμοποιούνται όταν υπάρχει ανάγκη διακοπής και του ουδέτερου αγωγού εκτός των φάσεων στο φορτίο. Βοηθητικές επαφές NO και NC: Χρησιμοποιούνται για να ενεργοποιήσουν πηνία άλλων Η/Ν, ή κυκλώματα αυτοματισμού ή σήμανσης της κατάστασης λειτουργίας. Έχουν μικρή ικανότητα ρεύματος (2-5Α). Κανονικά ανοικτές επαφές: Είναι ανοικτές όταν ο Η/Ν είναι απενεργοποιημένος και κλείνουν όταν ενεργοποιείται. Τα ψηφία των μονάδων των δύο διψήφιων αριθμών που τη χαρακτηρίζουν είναι 3 και 4. Κανονικά κλειστές επαφές: Είναι κλειστές όταν ο Η/Ν είναι απενεργοποιημένος και ανοίγουν όταν ενεργοποιείται. Τα ψηφία των μονάδων των δύο διψήφιων αριθμών που τη χαρακτηρίζουν είναι 1 και 2. Επαφή καθυστερημένη ηρεμίας: Είναι κλειστή επαφή, η οποία, με την ενεργοποίηση του Η/Ν, ανοίγει αργότερα από μια κανονικά κλειστή επαφή και συνήθως πριν από το κλείσιμο μιας κανονικά ανοικτής επαφής. Τα ψηφία των μονάδων των δύο διψήφιων αριθμών που τη χαρακτηρίζουν είναι 5 και 6. 5

Λειτουργία Επαφών Κύριου Η/Ν Επαφή πρόωρης εργασίας: Είναι ανοικτή επαφή, ηοποία, με την ενεργοποίηση του Η/Ν, κλείνει νωρίτερα από μια κανονικά ανοικτή επαφή και συνήθως μετά από το άνοιγμα μιας κανονικά κλειστής επαφής. Τα ψηφία των μονάδων των δύο διψήφιων αριθμών που τη χαρακτηρίζουν είναι 7 και 8. Ηλεκτρικές επαφές βοηθητικών Η/Ν (Κ Α) Τάσεις λειτουργίας Η/Ν Για ΕΡ: 12, 24, 48, 60, 110, 220, 230, 240, 400V. Για ΣΡ: 12, 24, 48, 50, 60, 75, 110, 125, 220, 250 V. Όταν ο Η/Ν είναι απενεργοποιημένος, οι επαφές 1-4 και 5-6 είναι κλειστές και όταν ενεργοποιείται κλείνουν οι επαφές 1-3 και 5-8. Οι ακροδέκτες του πηνίου εργασίας του βοηθητικού ρελαί χαρακτηρίζονται με τους αριθμούς 2 και 7. 6

Είδη Ρελαί Βοηθητικό Ρελαί Κ: Ρελαί Α: Βοηθητικό ρελαί Διαθέτει: 5 κανονικά ανοικτές επαφές (3-4) και 3 κανονικά κλειστές επαφές (1-2). Ρελαί με Μηχανική Μανδάλωση Η μηχανική μανδάλωση αποτρέπει την ταυτόχρονη λειτουργία των δύο Η/Ν, Κ1 και Κ2. Χρησιμοποιείται σε κυκλώματα αυτοματισμού, όπου δυο συνεργαζόμενοι Η/Ν δεν πρέπει να λειτουργούν ταυτόχρονα. 7

Είδη Ρελαί Ρελαί με Μηχανική Αγκίστρωση Οι Η/Ν με μηχανισμό αγκίστρωσης έχουν δύο θέσεις λειτουργίας. Ο ρόλος του μηχανισμού αγκίστρωσης είναι να κρατά οπλισμένο (κλειστό) τον Η/Ν που ελέγχει με μηχανικό τρόπο, ακόμη και στην περίπτωση που το κύκλωμα ελέγχου (πηνίο) βρεθεί χωρίς τάση. Ο τρόπος αυτός ελέγχου είναι χρήσιμος, όταν, για παράδειγμα, μια στιγμιαία πτώση ή διακύμανση της τάσης θα είχε σαν αποτέλεσμα την απενεργοποίηση του πηνίου του κύριου ρελαί (ΚΜ), με αποτέλεσμα να τεθεί εκτός το φορτίο ή οι καταναλώσεις που ελέγχει. Με τη βοήθεια του ρελαί αγκίστρωσης το κύριο ρελαί παραμένει σε λειτουργία. 8

Είδη Ρελαί Χρονικό Ρελαί: Επιτρέπουν την καθυστέρηση μετάδοσης των εντολών που δέχονται για κάποιο χρονικό διάστημα. Υπάρχουν μηχανικά, πνευματικά και ηλεκτρονικά χρονικά ρελαί. Παράδειγμα χρονικού ρελαί με χρονική καθυστέρηση στην ενεργοποίηση (delay on). Το ρελαί ελέγχει μια μεταγωγική επαφή με καθυστέρηση, 15-16/18, και μια κανονική επαφή (άμεσης λειτουργίας), 21-22/24, χωρίς χρονική καθυστέρηση. 9

Είδη Ρελαί Παράδειγμα χρονικού ρελαί με χρονική καθυστέρηση στην απενεργοποίηση (delay off). Το ρελαί ελέγχει μια μεταγωγική επαφή με καθυστέρηση στην απενεργοποίηση, 15-16/18, και μια κανονική επαφή (άμεσης λειτουργίας), 21-22/24, χωρίς χρονική καθυστέρηση. 10

Χειροκίνητοι Διακόπτες Στιγμιαίας Λειτουργίας Χειροκίνητοι διακόπτες: Ονομάζονται και μπουτόνς (push-buttons) και είναι διακόπτες στιγμιαίας ενεργοποίησης, η οποία επιτυγχάνεται με το πάτημα του μπουτόν του διακόπτη. Ο διακόπτης επανέρχεται με τη βοήθεια ελατηρίου στην αρχική του θέση αμέσως μετά την απελευθέρωση του μπουτόν. Χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα αυτοματισμού για την ενεργοποίηση Η/Ν ή κυκλωμάτων σήμανσης λειτουργίας. Μπουτόν «START» για την ενεργοποίηση Η/Ν Μπουτόν «STOP» για την απενεργοποίηση Η/Ν 11

Βασικά Κυκλώματα Αυτοματισμού ΑΤΚ 1. Κύκλωμα ελέγχου λειτουργίας τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα με ανατροφοδότηση (αυτοσυγκράτηση) 12

Αναλυτικό Διάγραμμα Συνδεσμολογίας «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 13

Περιγραφή Λειτουργίας Προστασία από βραχυκυκλώματα από ασφάλειες τήξης F 7,F 8 και F9. Προστασία από υπερφορτίσεις από τα θερμικά F1. Τηλεχειρισμός θέσης σε λειτουργία και διακοπής λειτουργίας κινητήρα μέσω του Η/Ν Κ1. ΟΗ/Ν ενεργοποιείται και θέτει σε λειτουργία τον κινητήρα με στιγμιαία πίεση του μπουτόν START, S1. ΟΗ/Ν αυτοτροφοδοτείται μέσω της επαφής αυτοσυγκράτησης 13-14, κανονικά ανοικτής που ελέγχει ο Η/Ν Κ1, η οποία συνδέεται παράλληλα προς τις επαφές του διακόπτη S1, εξασφαλίζοντας έτσι τη συνέχιση λειτουργίας του κινητήρα. Η λειτουργία του κινητήρα διακόπτεται είτε πατώντας στιγμιαία το μπουτόν STOP, είτε από τη λειτουργία του θερμικού λόγω υπερφόρτισης, οπότε ανοίγει η κανονικά κλειστή επαφή 95-96 που ελέγχει, είτε από τις ασφάλειες F9. Και στις δύο περιπτώσεις διακόπτεται η τροφοδοσία του Η/Ν, οπότε και απενεργοποιείται. Το κύκλωμα ελέγχου τροφοδοτείται από τις δύο φάσεις του δικτύου, L 1,L 2 και σε κάθε φάση προβλέπεται ασφάλεια τήξης (F7, F8). Εάν η τροφοδότηση του κυκλώματος ισχύος γίνονταν από τη μία φάση και τον ουδέτερο, τότε θα προβλέπονταν μόνο μία ασφάλεια στη φάση του κυκλώματος ελέγχου. 14

Έλεγχος Κινητήρα Μικρής Ισχύος με START-STOP και Σήμανση Με την ενεργοποίηση του Η/Ν Κ1Μ ανάβει η λυχνία h 1 και με την απενεργοποίησή του από επέμβαση του θερμικού σβήνει η λυχνία h 1 και ανάβει η h 2. 15

Κύκλωμα Αυτοματισμού Ανάστροφης Λειτουργίας ΑΤΚ Κύκλωμα Ισχύος 16

Κύκλωμα Αυτοματισμού Ανάστροφης Λειτουργίας ΑΤΚ Περιγραφή Λειτουργίας Τα ρελαί Κ1 και Κ2 είναι για δεξιόστροφη και αριστερόστροφη κίνηση αντίστοιχα. Με το πάτημα του μπουτόν S1 ενεργοποιείται το ρελαί Κ1 και διακόπτεται η τροφοδότηση του Κ2. Το αντίθετο συμβαίνει με το πάτημα του μπουτόν S2. Αυτό εξασφαλίζεται με μηχανική μανδάλωση. Το ρελαί Κ1 ελέγχει τις βοηθητικές επαφές Κ1 13-14(ΝΟ) και Κ1 21-22 (NC). Η επαφή 13-14 εξασφαλίζει την αυτοτροφοδότηση του ρελαί και η επαφή 21-22 αποκλείει την ταυτόχρονη λειτουργία του ρελαί Κ2 με το Κ1 (επαφή ηλεκτρικής μανδάλωσης). Αντίστοιχες επαφές διαθέτει και το ρελαί Κ2. Σήμανση: h 1 για δεξιόστροφη και h 2 για αριστερόστροφή λειτουργία. Σταμάτημα κινητήρα: Από λειτουργία ασφαλειών F7, F8 και F 9 ή του θερμικού και από πίεση του μπουτόν S0. 17

Αυτόματος Εκκινητής Υ/Δ Τριφασικού Κινητήρα Β.Δ. Με τη διάταξη εκκίνησης τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα, τα τυλίγματα του κινητήρα κατά την εκκίνηση συνδέονται σε αστέρα (Υ), οπότε ο κινητήρας απορροφά περιορισμένη ένταση ρεύματος και όταν αυτός αποκτήσει τις ονομαστικές του στροφές, γίνεται αυτόματη μεταγωγή στο σωστό χρόνο και τα τυλίγματά του συνδέονται σε τρίγωνο, συνδεσμολογία που διατηρεί σε όλη τη διάρκεια κανονικής λειτουργίας του. 18

Αυτόματος Εκκινητής Υ/Δ Τριφασικού Κινητήρα Β.Δ. 19

Αυτόματος Εκκινητής Υ/Δ Τριφασικού Κινητήρα Β.Δ. Συνδεσμολογία τυλιγμάτων κατά αστέρα. Η συνδεσμολογία αυτή εξασφαλίζεται από τον Η/Ν Κ3Μ. Συνδεσμολογία τυλιγμάτων κατά τρίγωνο. Η συνδεσμολογία αυτή εξασφαλίζεται από τον Η/Ν Κ2Μ. 20

Αυτόματος Εκκινητής Υ/Δ Τριφασικού Κινητήρα Β.Δ. Περιγραφή Λειτουργίας Εκκίνηση κινητήρα με την πίεση του μπουτόν S 1. Ενεργοποιείται ο Η/ΝΚ3Μ και πραγματοποιούνται οι εξής λειτουργίες: Γεφυρώνονται τα άκρα U 2,V 2,W 2 και συνδέονται τα τυλίγματα σε Υ. Κλείνει την επαφή Κ3Μ 13-14 και τροφοδοτεί τον κύριο Η/Ν Κ1Μ, οπότε τροφοδοτείται με ηλεκτρική τάση ο κινητήρας και εκκινεί. Κλείνει η επαφή αυτοσυγκράτησης Κ1Μ 13-14 και συνεχίζεται η λειτουργία των Η/Ν Κ3ΜκαιΚ1Μ. Ανοίγει την επαφή Κ3Μ 21-22, οπότε αποκλείεται η λειτουργία του Η/Ν Κ2Μ (ρελαί Δ) όσο χρόνο είναι οπλισμένο ο Η/Ν Κ3Μ (επαφή ηλεκτρικής μανδάλωσης). Ταυτόχρονα με τον ΗΝ Κ3Μ, ενεργοποιείται και το χρονικό ρελαί Κ1Τ και αρχίζει η μέτρηση του χρόνου. Όταν περάσει ο χρόνος (εκκίνησης) που έχει ρυθμιστεί το χρονικό ρελαί, κλείνει η επαφή 15-18 και ανοίγει η 15-16. 21

Αυτόματος Εκκινητής Υ/Δ Τριφασικού Κινητήρα Β.Δ. Συνέχεια Περιγραφής Λειτουργίας Με το άνοιγμα της επαφής 15-16 του Η/Ν Κ1Τ, ο Η/Ν Κ3Μ απενεργοποιείται και πραγματοποιούνται οι εξής λειτουργίες: Τα τυλίγματα του κινητήρα αποσυνδέονται από τη συνδεσμολογία Υ. Ο Η/Ν Κ1Μ συνεχίζει να είναι ενεργοποιημένος, μέσω της επαφής αυτοσυγκράτησης Κ1Μ 13-14. Κλείνει η επαφή Κ3Μ 21-22 καιενεργοποιείταιοη/ν Κ2Μ (Η/Ν Δ), οπότετατυλίγματατουκινητήρασυνδέονταικατάτρίγωνοκαιταάκρα των τυλιγμάτων W 2,U 2,V 2 συνδέονται με τις αντίστοιχες φάσεις L 1,L 2,L 3. Στην κατάσταση Δ συνεχίζει ο κινητήρας την κανονική του λειτουργία. Διακοπή λειτουργίας: από τις ασφάλειες F 1, μανδάλωση F 3 ή από το μπουτόν STOP (S 2 ). F 2, από το θερμικό με Σήμανση: ηλυχνίαh 1 ανάβει κατά την κανονική λειτουργία. Ηλυχνία h 2 ανάβει μετά από λειτουργία του θερμικού. 22

Εκκίνηση Δακτυλιοφόρου Κινητήρα με Αντιστάσεις στο Δρομέα 23

Εκκίνηση Δακτυλιοφόρου Κινητήρα με Αντιστάσεις στο Δρομέα 24

Εκκινητής Υ/Δ Κινητήρα Β.Δ. με Αναστροφή 25

Εκκινητής Υ/Δ Κινητήρα Β.Δ. με Αναστροφή 26

Μανδάλωση της Λειτουργίας Δύο Κινητήρων «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 27

Μανδάλωση της Λειτουργίας Δύο Κινητήρων 28

Τοποθέτηση Θερμικών Στοιχείων Κινητήρων (α) Τα θερμικά σε περίπτωση υπερφόρτισης διακόπτουν στην ονομαστική ένταση των τυλιγμάτων του στάτη, όταν ο κινητήρας λειτουργεί και με τις τρεις φάσεις (κανονική λειτουργία). (β) Το ένα από τρία τυλίγματα υπερφορτίζεται πάνω από την κανονική ένταση ρεύματος, σε περίπτωση που ο κινητήρας λειτουργεί με δύο φάσεις (π.χ. λόγω τήξης της μιας από τις τρεις ασφάλειες). 29

Γραμμές Τροφοδότησης Κινητήρων Το δίκτυο τροφοδοσίας της ΔΕΗ είναι ουδετερογειωμένο (δίκτυο TN-S) με την παρακάτω δομή 30

Διατάξεις Τροφοδότησης Βιομηχανικών Φορτίων Τροφοδοσία υποπινάκων βιομηχανικής εγκατάστασης από μια κεντρική γραμμή Τα ηλεκτρικά φορτία ομαδοποιούνται και τροφοδοτούνται από αντίστοιχους υποπίνακες. Οι υποπίνακες τροφοδοτούνται από μια κεντρική παροχή. Τροφοδότηση των φορτίων μόνο από ένα άκρο. Οικονομική λύση. Δυνατότητα τοπικής γείωσης ουδετέρου πριν τον υποπίνακα. Δίκτυο TN-C-S. 31

Διατάξεις Τροφοδότησης Βιομηχανικών Φορτίων 32 Τροφοδοσία υποπινάκων βιομηχανικής εγκατάστασης κλειστές (δακτυλιοειδείς) γραμμές Οι υποπίνακες τροφοδοτούνται από κλειστή γραμμή. Συνέχιση της λειτουργίας των φορτίων των υποπινάκων και μετά τη διακοπή από το ένα άκρο τροφοδότησης. Δυνατότητα μελλοντικής επέκτασης. Υψηλότερο κόστος. Αύξηση της αξιοπιστίας.

Διατάξεις Τροφοδότησης Βιομηχανικών Φορτίων Διάταξη γενικού πίνακα βιομηχανικής εγκατάστασης Στην αναχώρηση των παροχών των υποπινάκων από το γενικό πίνακα προβλέπεται διακόπτης και ασφάλεια ή ασφαλειοαποζεύκτης για τον έλεγχο και την προστασία της γραμμής. Το ηλεκτρικό φορτίο στο γενικό πίνακα πρέπει να ισοκατανέμεται στις τρεις φάσεις L 1, L 2, L 3. Τα κυκλώματα διακλάδωσης των ηλεκτρικών φορτίων (κινητήρες κ.λπ.) αναχωρούν από τους υποπίνακες και προστατεύονται είτε με ασφάλειες τήξεως είτε με αυτόματους διακόπτες ισχύος. Εάν οι κινητήρες απέχουν μεγάλη απόσταση από τον υποπίνακα, τοποθετείται κοντά στον κινητήρα και πίνακας χειρισμού. 33

Παράδειγμα Μονογραμμικής Σχεδίασης Υποπίνακα Κίνησης Κάθε κινητήρας τροφοδοτείται από ξεχωριστό κύκλωμα διακλάδωσης. Για κάθε κύκλωμα διακλάδωσης κινητήρα προβλέπεται: Τριπολικός διακόπτης για τη ζεύξηαπόζευξη του ονομαστικού ρεύματος του κινητήρα. Ασφάλειες βραδείας τήξης στις τρεις φάσεις για προστασία από βραχυκυκλώματα. Η/Ν με τις αναγκαίες κύριες και βοηθητικές επαφές για τηλεχειρισμό. Θερμικό ρελαί στις τρεις φάσεις για προστασία από υπερφόρτιση. Αυτόματος ή χειροκίνητος διακόπτης Υ/Δ για την ομαλή εκκίνηση του κινητήρα. Πολυπολικό καλώδιο κυκλώματος διακλάδωσης κατάλληλης διατομής. «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 34

Τοπικός Χειρισμός Τριφασικών Κινητήρων 35

Παράδειγμα Τροφοδότησης Βιομηχανικών Ηλεκτρικών Φορτίων με Αστεροειδή Διάταξη Μονογραμμικό διάγραμμα αστεροειδούς διάταξης τροφοδότησης ηλεκτρικών φορτίων βιομηχανικής ηλεκτρολογικής εγκατάστασης με δικό της (ιδιωτικό) υποσταθμό ΜΤ/ΧΤ. Χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των διατομών των γραμμών της γενικής παροχής, των παροχών των υποπινάκων και των κυκλωμάτων διακλάδωσης, Για κάθε τμήμα της διάταξης προσδιορίζεται ο τρόπος εγκατάστασης της (των) γραμμής (γραμμών). «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 36

Υπολογισμός Διατομής Καλωδίων Διακλάδωσης Κινητήρων Τα κυκλώματα διακλάδωσης των ηλεκτρικών κινητήρων κατασκευάζονται από πολυπολικά καλώδια, δηλαδή καλώδια από περισσότερους από έναν χάλκινους αγωγούς, κυκλικής συνήθως διατομής. Η μόνωση των καλωδίων είναι από θερμοπλαστικό υλικό, PVC(70 ο C). Οι αγωγοί έχουν τη δική τους μόνωση και όλοι οι αγωγοί μαζί περιβάλλονται από ένα πρόσθετο στρώμα μόνωσης (μανδύας) από PVC. Τα καλώδια διακλάδωσης των κινητήρων βιομηχανικών εγκαταστάσεων μπορεί να τοποθετούνται γυμνά ή μέσα σε σωλήνες πάνω σε τοίχους και κάτω από οροφές, νατοποθετούνταιπάνωσεμεταλλικέςσχάρεςμόνα τους ή μαζί με άλλα καλώδια σε επαφή ή σε απόσταση μεταξύ τους. Ο τρόπος εγκατάστασης των γραμμών των κυκλωμάτων διακλάδωσης, καθώς και η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι παράγοντες που επηρεάζουν τη δυνατότητα ψύξης των αγωγών του κυκλώματος διακλάδωσης και επομένως την εκλογή της διατομής των αγωγών. Δηλαδή, κατά την επιλογή του καλωδίου λαμβάνονται υπόψη και οι δύο παράγοντες που προαναφέρθηκαν. 37

Υπολογισμός Διατομής Καλωδίων Διακλάδωσης Κινητήρων Κατά τον υπολογισμό των διατομών μιας γραμμής διακλάδωσης λαμβάνονται υπόψη δύο παράγοντες: Η αναπτυσσόμενη θερμότητα από τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος δε πρέπει να καταστρέψει τη μόνωση των αγωγών της γραμμής. Η διατομή που ικανοποιεί τον περιορισμό αυτό ονομάζεται διατομή ασφαλούς λειτουργίας και η τιμή της λαμβάνεται από πίνακες καλωδίων. Η πτώση τάσης πάνω στη γραμμή πρέπει να είναι μικρότερη από την επιτρεπόμενη πτώση τάσης (στο τμήμα της γραμμής που εξετάζεται). Η διατομή που ικανοποιεί τον περιορισμό αυτό ονομάζεται διατομή καλής λειτουργίας και υπολογίζεται, λαμβάνοντας υπόψη τη διαθέσιμη πτώση τάσης και την ονομαστική ένταση ρεύματος της γραμμής. Ως τελική διατομή της γραμμής επιλέγεται η μεγαλύτερη από τις δύο διατομές, ώστε να πληρούνται και οι δύο περιορισμοί. Η διαθέσιμη συνολική πτώση τάσης στη θέση του δευτερεύοντος του Μ/Σ στον υποσταθμό της εγκατάστασης πρέπει να είναι μικρότερη από 4%. 38

Υπολογισμός Διατομής Ασφαλούς Λειτουργίας Υπολογίζεται η ένταση ρεύματος γραμμής από τη σχέση: Όπου: I b Ib I N f f f f Ι b =I N = Ονομαστική ένταση λειτουργίας κινητήρα. f θ = Συντελεστής διόρθωσης λόγω θερμοκρασίας, για θερμοκρασία περιβάλλοντος μεγαλύτερη από 30 ο C. Οι πίνακες καλωδίων δίνουν διατομές για ένα καλώδιο τοποθετημένο μόνο του στον αέρα και για θερμοκρασία περιβάλλοντος 30 ο C. f n = Συντελεστής λόγω πλήθους καλωδίων. Λαμβάνεται υπόψη όταν περισσότερα από ένα καλώδια τοποθετούνται μαζί πάνω στον ίδιο φορέα. Με βάση την (εικονική) ένταση ρεύματος I b επιλέγεται η διατομή ασφαλούς λειτουργίας από πίνακες καλωδίων, λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και το πλήθος των καλωδίων (συνθήκες λειτουργίας και εγκατάστασης της γραμμής). n n 39

Θερμική Καταπόνηση σε Βραχυχρόνια Φόρτιση Τα καλώδια των κινητήρων υφίστανται βραχυχρόνια υπερφόρτιση κατά την εκκίνηση και καταπονείται θερμικά το μονωτικό υλικό, PVC (αντέχει σε θερμοκρασία έως και 70 o C). Μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα στη βραχυχρόνια φόρτιση: I max, st. I, N Όπου: I max,st. =Μέγιστο ρεύμα αντοχής καλωδίου σε βραχυχρόνια φόρτιση. η= Συντελεστής υπερφόρτισης. t st. =Χρόνος εκκίνησης κινητήρα σε sec. Τ: Θερμική χρονική σταθερά του καλωδίου (δίνεται από το διπλανό σχήμα) σε sec. 1 e t 1 st T 40

Θερμική Καταπόνηση Καλωδίων σε Βραχυκυκλώματα Ο χρόνος διακοπής των ρευμάτων βραχυκύκλωσης από τις ασφάλειες ή τους αυτομάτους διακόπτες είναι μικρός, συνήθως πολύ μικρότερος από 5sec. Η θερμότητα που παράγεται από το ρεύμα βραχυκύκλωσης δεν προλαβαίνει να απαχθεί προς το περιβάλλον, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας του μονωτικού υλικού (PVC) του καλωδίου του κινητήρα. Σε συνθήκες βραχυχρόνιας φόρτισης λόγω βραχυκυκλώματος, επιτρέπεται η θερμική φόρτιση του PVC μέχρι και τους160 o C. Σε συνθήκες βραχυκύκλωσης, το ρεύμα σφάλματος διαρρέει τον αγωγό φάσης και τον αγωγό προστασίας (ΡΕ)!. Θερμικά επιτρεπόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος: Όπου: k= Ονομαστική πυκνότητα. Για καλώδια με μόνωση από PVC είναι: 115 sec.q:διατομή του καλωδίου σε mm 2.t= Χρόνος διακοπής της ασφάλειας ή του ηλεκτρομαγνητικού στοιχείου ακαριαίας λειτουργίας του αυτόματου διακόπτη σε sec. I th k q t 41

Πίνακας 1 Επιλογή Διατομής Αγωγών Όριο φόρτισης πολυπολικών και μονοπολικών καλωδίων ΧΤ από χαλκό και μόνωση από PVC για 30 ο C. Τα καλώδια βρίσκονται μόνα τους στον αέρα ή σε απόσταση μεταξύ τους και από τοίχους άνω του 0,3d (διάμετρος μανδύα καλωδίου) «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 42

Πίνακας 2 Συντελεστής Διόρθωσης Θερμοκρασίας Συντελεστές διόρθωσης, f θ, για θερμοκρασία περιβάλλοντος διαφορετική των 30 ο C. Εφαρμόζονται για τη διόρθωση των τιµών του µέγιστου επιτρεπόμενου ρεύµατος που δίνεται στον Πίνακα 1. «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 43

Πίνακας 3: Συντελεστής Διόρθωσης Λόγω Πλήθους Καλωδίων Συντελεστής διόρθωσης, f n, για την ομαδοποίηση κυκλωμάτων ή πολυπολικών καλωδίων σε επαφή η σε μικρή απόσταση μεταξύ των. Εφαρμόζονται σε ομάδες ισοφορτιζμένων καλωδίων. Δεν απαιτείται καμία διόρθωση για απόσταση μεταξύ των καλωδίων μεγαλύτερη από το διπλάσιο της διαμέτρου των καλωδίων. 44

Πίνακας 4: Επιλογή Ασφαλειών και Διακοπτών ΑΤΚ 45

Παρατηρήσεις Πίνακα 4 1. Οι ασφάλειες είναι κατηγορία αμ (βραδείας τήξης) και προστατεύουν τον κινητήρα και το διακόπτη σε βραχυκυκλώματα, χωρίς να τήκονται για απευθείας εκκίνησης μέχρι 5sec και εκκίνηση με διακόπτη Υ/Δ μέχρι 10 sec. Μέχρι 80Α, τοποθετούνται ασφάλειες DIAZED ή και τύπου ΝΗ. Πάνω από 80Α, τοποθετούνται ασφάλειες τύπου ΝΗ. 2. Οι καταπονήσεις των ρελαί στο ΕΡ έχουν ομαδοποιηθεί σε 4 κατηγορίες: AC-1, AC-2, AC-3, AC-4. Η κατηγορία χρήσης πρέπει να είναι AC-3 (κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα: εκκίνηση, απόζευξη κατά τη λειτουργία) ή AC-4 (κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα: εκκίνηση, ισχυρή πέδηση, αντιστροφή, γρήγορη περιοδική λειτουργία με εκκινήσεις και πεδήσεις). Οι τιμές σε παρένθεση είναι για χειροκίνητους διακόπτες και εκτός παρένθεσης για ρελαί. 3. Οι αντίστοιχες κατηγορίες καταπόνησης των διακοπτών στο ΕΡ είναι: AC- 21 έως AC-24. Ο διακόπτης πρέπει να είναι κατηγορία χρήσης AC-23 (χειρισμοί σε κινητήρες ή κυρίως επαγωγικά φορτία), εφόσον πρέπει να συνδέει και να αποσυνδέει τον κινητήρα ή κατηγορίας AC-24. 46

Χαρακτηριστικές Ρεύματος- Χρόνου (t-i) Ασφαλειών Τύπου ΝΗ Βραδείας Τήξης (αμ) για Κινητήρες «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 47

Χαρακτηριστικές Ρεύματος-Χρόνου (t-i) Ασφαλειών Τύπου ΝΗ Ταχείας Τήξης (gl) «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 48

Αυτόματοι διακόπτες Κινητήρων (1) Το ηλεκτρομαγνητικό στοιχείο αποζεύει στο ρεύμα διέγερσης μετά από 10-40ms περίπου. (2) Οι ασφάλειες Diazed είναι βιδωτές ασφάλειες. (3) Οι ασφάλειες ΝΗ είναι βιδωτές. (4) Ο χαρακτηρισμός του τύπου έχει εκλεγεί αυθαίρετα. (χ) Δε χρειάζονται ασφάλειες. «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 49

Χαρακτηριστική Ρεύματος Χρόνου Αυτόματου Διακόπτη Ισχύος Κινητήρα (1) Καμπύλη θερμικής απόζευξης σε λειτουργία με τρεις φάσεις. (2) Καμπύλη θερμικής απόζευξης σε λειτουργία με δύο φάσεις (π.χ. με διακοπή της μιας φάσης από τήξη ασφάλειας). «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 50

Επιτρεπόμενη Βύθιση Τάσης Κατά την Εκκίνηση Κινητήρων Η ΔΕΗ έχει εκδώσει οδηγία σύμφωνα με το πρότυπο EN 50160, ηοποία προσδιορίζει τις επιτρεπόμενες βυθίσεις τάσεις από συσκευές όπως κινητήρες, συσκευές συγκόλλησης, ακτίνες Χ κ.λπ. Για κινητήρες ισχύουν οι τιμές του Πίνακα 5. Πίνακας 5 Μέγιστες επιτρεπόμενες βυθίσεις τάσης κατά την εκκίνηση σε % Κατηγορία Σπάνια Συχνά Πολύ συχνά Α 3,5 2,0 1,3 Β 6,0 3,5 2,3 Γ 10 5,0 3,5 Κατηγορίες: Α: Αστικά φορτία, υψηλή πυκνότητα φορτίου, καταναλωτές ΜΤ. Β: Μικρή πυκνότητα φορτίου (βιομηχανικές, αγροτικές περιοχές). Γ: Καταναλωτές με ίδιο υποσταθμό. Σπάνια: Το πολύ μια εκκίνηση ανά ώρα. Συχνά: Μέχρι μια εκκίνηση ανά λεπτό. Πολύ συχνά: Περισσότερες από μία εκκινήσεις στο λεπτό. 51

Ζεύξη Κινητήρων Χωρίς Προηγούμενη Έγκριση από τη ΔΕΗ Η ΔΕΗ επιτρέπει τη ζεύξη τριφασικών κινητήρων χωρίς προηγούμενη έγκρισή της, εάν πληρούται μία τουλάχιστον από τις παρακάτω συνθήκες (1) και (2). 1) Το ρεύμα εκκίνησης είναι μικρότερο των τιμών του Πίνακα 6. Πίνακας 6 Σπάνιες εκκινήσεις 50 Α (4/12,55 PS) Μονοφασικοί Κινητήρες Εναέρια Δίκτυα Υπόγεια Δίκτυα 27Α (1 PS) 40A (1,5 PS) Τριφασικοί Κινητήρες Εναέρια Δίκτυα Υπόγεια Δίκτυα Συχνές εκκινήσεις 30 A (2,5/7,5 PS) Σπάνιες εκκινήσεις 70 A (6/17 PS) Συχνές εκκινήσεις 50 A (4/12,5 PS) 52

Ζεύξη Κινητήρων Χωρίς Προηγούμενη Έγκριση από τη ΔΕΗ 2) Η σχέση ρεύματος εκκίνησης προς ονομαστικό ρεύμα να είναι μικρότερη του 2 για κινητήρες με ισχύ μέχρι 10 PS (7,5kW) και μικρότερη του 1,6 για κινητήρες με ισχύ μεγαλύτερη από 10 PS. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις, η ΔΕΗ πρέπει προηγουμένως να εγκρίνει την εγκατάσταση κίνησης. 53

Μεταβολή Βαθμού Απόδοσης και Συντελεστή Ισχύος Κινητήρα Συναρτήσει του Μηχανικού Φορτίου «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 54

Γραμμή Διακλάδωσης Κινητήρα και Διατάξεις Ελέγχου Μελέτη εκκίνησης και απόφαση για απευθείας εκκίνηση ή εκκίνηση με βοηθητικά μέσα (απαιτήσεις ΔΕΗ). Τετραπολικό καλώδιο κυκλώματος διακλάδωσης κινητήρα (L 1,L 2,L 3,PE) με ελάχιστη διατομή αγωγών 2,5mm 2. Κάθε κινητήρας πρέπει να έχει το δικό του κύκλωμα διακλάδωσης. Δεν επιτρέπονται διακλαδώσεις στη γραμμή του κινητήρα. Προστασία τις γραμμής από βραχυκυκλώματα και υπερφορτίσεις με ασφάλειες τήξης κατηγορίας αμ και με θερμικά αντίστοιχα. Τα θερμικά συνιστάται να συνδέονται σε σειρά με τα τυλίγματα του στάτη (εντός της συνδεσμολογίας Δ). Η ίδια προστασία εξασφαλίζεται και από ηλεκτρομαγνητικούς αυτόματους διακόπτες με ηλεκτρομαγνητικό στοιχείο για προστασία από βραχυκυκλώματα και θερμικό στοιχείο για προστασία από υπερφορτίσεις. Οι ασφάλειες τήξης και οι αυτόματοι διακόπτες τοποθετούνται στην αναχώρηση της γραμμής, στον υποπίνακα κίνησης και τα θερμικά τοποθετούνται είτε στον υποπίνακα κίνησης είτε στον πίνακα χειρισμού κοντά στον κινητήρα. 55

Γραμμή Διακλάδωσης Κινητήρα και Διατάξεις Ελέγχου Εάν τοποθετείται και τοπικός πίνακας χειρισμού του κινητήρα, λόγω μεγάλης απόστασης του κινητήρα από τον υποπίνακα κίνησης, τότε τοποθετούνται ασφάλειες τήξης στον υποπίνακα κίνησης και στον τοπικό πίνακα χειρισμού. Στην περίπτωση αυτή, η ονομαστική ένταση των ασφαλειών στον υποπίνακα κίνησης πρέπει να είναι μεγαλύτερης τιμής από την αντίστοιχη τιμή των ασφαλειών στον τοπικό πίνακα, ώστε να λειτουργούν νωρίτερα οι ασφάλειες στον τοπικό πίνακα. Η γραμμή προστατεύεται κατά των βραχυκυκλωμάτων ακόμα και με ασφάλειες μέχρι τρεις βαθμίδες πάνω από την επιτρεπόμενη θερμική ένταση της γραμμής. Η γραμμή του κινητήρα μπορεί να προστατεύεται με χαλυβδοσωλήνα κατάλληλης διαμέτρου. Η διάμετρος του σωλήνα είναι 3-4 φορές τη διάμετρο του καλωδίου. Στην αναχώρηση της γραμμής στον υποπίνακα κίνησης τοποθετούνται κατά σειρά: Διακόπτης απομόνωσης Ασφάλειες η συνδυασμένος διακόπτης με ασφάλειες (ασφαλειοαποζεύκτης). 56

Γραμμή Διακλάδωσης Κινητήρα και Διατάξεις Ελέγχου Εγκατάσταση του καλωδίου: Επίτοιχο με ή χωρίς χαλυβδοσωλήνα ή πάνω σε μεταλλική σχάρα. Τοπικός πίνακας χειρισμού κινητήρα. Περιέχει: Ηλεκτρονόμους, μπουτόνς START-STOP, ασφάλειες, διακόπτη φορτίου, διακόπτη Υ/Δ, διακόπτη αναστροφής λειτουργίας, θερμικά, λυχνίες σήμανσης κ.λπ. Γραμμή από τοπικό πίνακα μέχρι τον κινητήρα: Για απευθείας εκκίνηση, γραμμή 4 αγωγών, 3φάσεις L 1,L 2,L 3 και αγωγόw προστασίας PE. Για εκκίνηση με διακόπτη Υ/Δ, γραμμή 7 αγωγών, 6 αγωγοί για τη μεταφορά των ακροδεκτών του τυλίγματος του στάτη στον τοπικό πίνακα χειρισμού και ένας αγωγός προστασίας ΡΕ. Η παροχή του πίνακα χειρισμού για την τροφοδοσία των Η/Ν του κυκλώματος αυτοματισμού είναι καλώδιο τριπολικό (L,N,PE), διατομής 1,5mm 2, η οποία προστατεύεται από βραχυκυκλώματα με ασφάλεια τήξης 10Α που τοποθετείται στην αναχώρηση της γραμμής, στον υποπίνακα κίνησης. 57

Έλεγχος Δυνατότητας Εκκίνησης ΑΤΚ με Διακόπτη Υ/Δ Η τάση τροφοδοσίας κατά την ονομαστική λειτουργία του κινητήρα δίνεται στην πινακίδα του, π.χ. 400Δ ή 400Δ/690Υ που σημαίνει ότι ο κινητήρας με συνδεσμολογία Δ μπορεί να λειτουργήσει σε δίκτυο πολικής τάσης 400V ή ισοδύναμα σε συνδεσμολογία Υ σε δίκτυο πολικής τάσης 690V. Εφαρμογή: Τριφασικός κινητήρας μπορεί να εκκινήσει με διακόπτη Υ/Δ σε δίκτυο πολικής τάσης 400V, όταν στην πινακίδα του αναγράφεται ο συμβολισμός: 400Δ ή 400Δ/690Υ. Ο χαρακτηρισμός στην πινακίδα 230Δ/400Υ σημαίνει ότι η ονομαστική τάση των τυλιγμάτων του κινητήρα είναι 230V καιπρέπεινασυνδεθείσεσυνδεσμολογίαδσεδίκτυο πολικής τάσης 230V ή εναλλακτικά σε συνδεσμολογία Υ σε δίκτυο πολικής τάσης 400V. Συμπέρασμα: ο κινητήρας μπορεί να εκκινήσει με διακόπτη Υ/Δ μόνο σε δίκτυα με πολική τάση ίση με την τάση των τυλιγμάτων του στάτη σε συνδεσμολογία τριγώνου. 58

Έλεγχος Δυνατότητας Εκκίνησης ΑΤΚ με Διακόπτη Υ/Δ Πίνακας 7: Τάσεις τυλιγμάτων κινητήρων ΧΤ και τάσεις δικτύων που μπορεί να λειτουργήσουν ή να εκκινήσουν με διακόπτη Υ/Δ Τάσεις των τυλιγμάτων στην πινακίδα του κινητήρα (V) Τάσεις τριφασικού δικτύου που μπορεί να συνδεθεί ο κινητήρας (V) 230Δ/400Υ 230 400 400Υ 400Δ 400 400 400Δ/690Υ 400 690 690Υ 690Υ Τάσεις δικτύου για απευθείας εκκίνηση (V) 230Δ 400Υ 230Υ 400Δ 400Δ 690Υ 690 690Υ 690Δ Τάσεις δικτύου για εκκίνηση με διακόπτη Υ/Δ (V) 230Δ - - 400Δ 400Δ - - 690Δ 59

Κώδικας Σήμανσης Καλωδίων Καλώδιο: H 03 VV H2 F 2x1 H: Αναγνωρισμένο από χώρες της Ε.Ε. 03: Vo(φασική)/V(πολική)=300/300V V: Υλικό μόνωσης αγωγού PVC V: Υλικό μόνωσης μανδύα PVC Η2: Πλακέ μη αποχωρισμένων πόλων F: Εύκαμπτος αγωγός εύκαμπτου καλωδίου 2: Αριθμός αγωγών 1: Ονομαστική διατομή αγωγού σε mm 2 Καλώδιο: J1VV-U 5x1,5 J: Κατασκευή βάσει προτύπου IEC 1: Για ονομαστική τάση 600/1000 V V: Υλικό μόνωσης αγωγού από PVC V: Υλικό μανδύα από PVC U: Μονόκλωνοι αγωγοί 5χ1,5: Πέντε μονόκλωνοι αγωγοί διατομής 1,5mm 2 «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 60

Συνήθεις Τύποι Καλωδίων ΕΗΕ 61

Συνήθεις Τύποι Καλωδίων ΕΗΕ Αγωγοί ΕΗΕ Χ.Τ. Αγωγοί Ισχύος Χ.Τ. 62

Τρόποι Εγκατάστασης Καλωδίων 63

Τρόποι Εγκατάστασης Καλωδίων 64

Υπολογισμός Πτώσης Τάσης 65

Υπολογισμός Πτώσης Τάσης Για τριφασικό κύκλωμα: ul l ul l 3 l Ib cos % u % 100, U U q U l l l l l l Όπου: ε% είναι η επιτρεπόμενη πτώση τάσης στη γραμμή του κυκλώματος διακλάδωσης σε %, ρ η ειδική αντίσταση του χαλκού σε Ωmm 2 /m, I b ηονομαστική ένταση γραμμής, Ι το μήκος της γραμμής σε m, U l-l ηπολικήτάσηκαιq ΑΛ ηδιατομή ασφαλούς λειτουργίας. Επιλέγεται πρώτα η διατομή ασφαλούς λειτουργίας και με βάση τη διατομή αυτή υπολογίζεται η πτώση τάσης στη γραμμή του κυκλώματος διακλάδωσης. Εάν η πτώση τάσης είναι μικρότερη από την επιτρεπόμενη, η διατομή ασφαλούς λειτουργίας επιλέγεται ως τελική διατομή. Στην αντίθετη περίπτωση, επιλέγεται η επόμενη τυποποιημένη διατομή και ελέγχεται η πτώση τάσης, έως ότου επιτευχθεί πτώση τάσης μικρότερη από την επιτρεπτή τιμή. 66

Παράδειγμα 1 Στην πινακίδα τετραπολικού τριφασικού επαγωγικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα αναγράφονται τα εξής στοιχεία: ονομαστική ισχύς 40 kw, βαθμός απόδοσης 85%, συντελεστής ισχύος 80%, ονομαστική ολίσθηση 3%, τάση κινητήρα 400Δ, συχνότητα 50 Hz. Ρεύμα απευθείας εκκίνησης εξαπλάσιο του ονομαστικού. Ο κινητήρας έχει σπάνιεςεκκινήσειςκαιεγκαθίσταταισεβιομηχανίαμεδικότηςυποσταθμό ΧΤ/ΜΤ. Ο κινητήρας θα τροφοδοτηθεί από υποπίνακα κίνησης της βιομηχανίας, στον οποίο το διαθέσιμο ποσοστό πτώσης τάσης είναι 1,0%. Πλησίον του κινητήρα θα τοποθετηθεί πίνακας χειρισμού αυτόματης λειτουργίας του. Το καλώδιο σύνδεσης υποπίνακα κίνησης και τοπικού πίνακα έχει μήκος 120m και αποτελείται από χάλκινους αγωγούς με μόνωση από PVC. Το καλώδιο τοποθετείται επάνω σε συμπαγή μεταλλική σχάρα μαζί με άλλα 3 τριφασικά καλώδια σε απλή στρώση και σε επαφή μεταξύ τους. Χρόνος εκκίνησης κινητήρα 10 sec. Θερμοκρασία περιβάλλοντος 40 0 C. Ειδική αντίσταση χαλκού, ρ Cu =0,01785 Ωmm 2 /m. 67

Ζητούνται: Παράδειγμα 1 1. Να αποφασιστεί ο τρόπος εκκίνησης και το ρεύμα ζεύξης του κινητήρα. 2. Να προσδιοριστεί η διατομή των αγωγών του καλωδίου υποπίνακα κίνησης - τοπικός πίνακας, καθώς και του καλωδίου σύνδεσης κινητήρα τοπικού πίνακα και να επιλεγεί ο τύπος των καλωδίων. 3. Να επιλεγούν ο διακόπτης φορτίου και οι ασφάλειες τήξης. 4. Να επιλεγεί ο αυτόματος διακόπτης, σε περίπτωση που δεν τοποθετηθούν ασφάλειες τήξης. 5. Να δοθεί το κύκλωμα αυτοματισμού Υ/Δ και αναστροφής λειτουργίας του κινητήρα. 6. Να επιλεγούν οι Η/Ν αλλαγής φοράς περιστροφής, οι Η/Ν αστέρα και τριγώνου, καθώς και η περιοχή ρύθμισης των θερμικών. 68

Παράδειγμα 1 7. Να προσδιοριστεί ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα, όταν αυτός λειτουργεί με το 50% του ονομαστικού του φορτίου. Να σχολιαστεί το αποτέλεσμα. 69

Λύση 1. Εκκίνηση κινητήρα Ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας: Παράδειγμα 1 Pm / 40.000 / 0,85 Ib IN 85 A 3 U cos 3 400 0,80 l l Επειδή το ρεύμα εκκίνησης είναι: 85Α >50Α, ο κινητήρας δεν επιτρέπεται να εκκινήσει με απευθείας σύνδεσή του στο δίκτυο (Πίνακας 6) και επομένως θα εκκινήσει με αυτόματο διακόπτη Υ/Δ. Μετά την εκκίνηση, τα τυλίγματα του στάτη συνδέονται σε Δ και δέχονται την πολική τάση του δικτύου, 400V,δηλαδή στην τάση που έχουν κατασκευαστεί. Επομένως, ο κινητήρας μπορεί να εκκινήσει με διακόπτη Υ/Δ (Πίνακας 7). 70

Παράδειγμα 1 Ρεύμα με απευθείας εκκίνηση του κινητήρα: I 1,. 6 st I N 6 85 510 A. Ρεύμα εκκίνησης κινητήρα με διακόπτη Υ/Δ: I 510 170 A. 3 3 1, st. 1, st. 2. Υπολογισμός διατομής αγωγών καλωδίων υποπίνακα κίνησης τοπικού πίνακα και τοπικού πίνακα - κινητήρα Καλώδιο υποπίνακα κίνησης τοπικού πίνακα Συντελεστής θερμοκρασίας: f θ =0,87 (Πίνακας 2) Συντελεστής πλήθους καλωδίων:f n =0,75 (Πίνακας 3) I 71

Παράδειγμα 1 Υπολογισμός έντασης ρεύματος I b : ' Ib 85 Ib 130,27 A. f f 0,87 0,75 n Αρχική επιλογή διατομής (ασφαλούς λειτουργίας). Από τον Πίνακα 1, 2 η στήλη, επιλέγεται διατομή: 2 ' q 50mm I o 153 A I b 130,27 A Ηδιατομήq ΑΛ πρέπει να ελεγχθεί σε: πτώση τάσης κατά την κανονική λειτουργία, βύθιση τάσης κατά την εκκίνηση, θερμική καταπόνηση της μόνωσης κατά την εκκίνηση και θερμική καταπόνηση λόγω σφάλματος από βραχυκύκλωμα. 72

Παράδειγμα 1 Υπολογισμός πτώσης τάσης κατά την κανονική (ονομαστική) λειτουργία του κινητήρα: ul l 3 l Ib cos 3 0,01785 120 85 0,8 0,0126 Ul l q Ul l 50 400 ul l % u % 100 0,0126 100 1,26% 1,0% U l l Επειδή η πτώση τάσης είναι μεγαλύτερη από την επιτρεπόμενη, επιλέγεται η επόμενη τυποποιημένη διατομή 70mm 2, ul l 50 0,0126 0,009 Ul l 70 ul l % u % 100 0,009 100 0,9% 1,0% U l l Ηδιατομήq ΑΛ =70mm 2 γίνεται αρχικώς αποδεκτή. 73

Παράδειγμα 1 Υπολογισμός πτώση (βύθιση) τάσης κατά την εκκίνηση Η επιτρεπτή βύθιση τάσης κατά την εκκίνηση του κινητήρα είναι (Πίνακας 5) είναι 5%. Το ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα είναι 170 Α. Πτώση τάσης κατά την εκκίνηση: 3 li 1, st. Y cos 3 0,01785 120 170 0,8 0,18 ul l Ul l q Ul l 70 400 ul l % u % 100 0,18 100 18% 10,0% U l l Απορρίπτεται η διατομή 70mm 2 καιελέγχονταιοιεπόμενεςτυποποιημένες διατομές 95mm 2 και 120mm 2. 70 % 0,18 100 13,26% 10,0% 95 70 % 0,18 100 10,5% 10,0% 120 Οπότε, γίνεται αποδεκτή η διατομή 120mm 2. 74

Παράδειγμα 1 Θερμική καταπόνηση μόνωσης του καλωδίου κατά την εκκίνηση Για διατομή 120mm 2, η θερμική χρονική σταθερά του καλωδίου είναι (διάγραμμα στη σελ.146) Τ 1.500sec και το μέγιστο ρεύμα στη βραχυχρόνια φόρτιση που μπορεί να αντέξει το καλώδιο: 1 1 12,26 tst T 10 1.500 1 e 1 e I max, st. 85 12,56 1.067,6 A. Επειδή I max,st =1.067,6 A > I 1,st.Y =170 A, η μόνωση του καλωδίου διατομής 120mm 2 αντέχει τη θερμική καταπόνηση κατά την εκκίνηση του κινητήρα. Θερμική καταπόνηση καλωδίου σε βραχυκύκλωμα Σύμφωνα με τον κανονισμό HD 384, η διακοπή των κυκλωμάτων σταθερών συσκευών, όπως κινητήρες, και γραμμών πινάκων πρέπει να είναι μικρότερος από 5sec για δίκτυα τάσης 400V/230V/50Hz. 75

Παράδειγμα 1 Για την προστασία της γραμμής και του κινητήρα από βραχυκυκλώματα, και για εκκίνηση με διακόπτη Υ/Δ, επιλέγονται ασφάλειες βραδείας τήξης (αμ) ονομαστικής έντασης 100Α (Πίνακας 4). Ένταση ρεύματος σφάλματος για διακοπή της ασφάλειας σε χρόνο μικρότερο από 5sec (χαρακτηριστικές χρόνου-ρεύματος ασφαλειών, σελ.152) μεγαλύτερη από 700 Α. Μέγιστο θερμικά επιτρεπόμενο ρεύμα καλωδίου σε βραχυκύκλωμα, για χρόνο διακοπής της γραμμής μικρότερο από 5sec, I I th th k q t 2 2 A mm mm 115 sec / 120 5sec Επειδή είναι I th =6.172A > 700 A, το καλώδιο αντέχει τη θερμική καταπόνηση κατά το βραχυκύκλωμα. 6.172 A. 76

Παράδειγμα 1 Επιλέγεται τελικώς διατομή 120mm 2 για τη γραμμή υποπίνακα κίνησης τοπικός πίνακας χειρισμών καλώδιο ισχύος με τυποποιημένη σήμανση Παρατηρήσεις i. Σημασία των γραμμάτων στον τύπο του καλωδίου: J:Καλώδιο κατασκευασμένο σύμφωνα με το πρότυπο IEC. V: Μόνωση αγωγών από PVC. V: Μόνωση μανδύα από PVC. R: Πολύκλωνοι αγωγοί. 3*120mm 2 : Διατομή αγωγών φάσεων 70mm 2. G: Αγωγός προστασίας διατομής 70mm 2. ii. Παλαιά ονομασία του καλωδίου: ΝΥΥ 3*120mm 2 + 70mm 2. iii. iv. J1VV R 3*120mm 1G 70mm 2 2 Τα καλώδια ισχύος παρουσιάζουν εκτός από ωμική αντίσταση και επαγωγική αντίδραση. Λόγω, όμως, του μικρού μήκους της γραμμής, ητιμήτηςεπαγωγικής αντίδρασης είναι πολύ μικρότερη από την ωμική αντίσταση και αγνοείται. Το πρότυπο HD 384, επιτρέπει, για συμμετρική φόρτιση, η διατομή του ουδέτερου αγωγού και του αγωγού γείωσης να λαμβάνεται ίση με το 50% της διατομής των αγωγών φάσης. 77

Παράδειγμα 1 Υπολογισμός καλωδίου από τον τοπικό πίνακα χειρισμών κινητήρα Πρόκειται για καλώδιο με έξι αγωγούς και ένας ξεχωριστός αγωγός προστασίας. Ονομαστικό ρεύμα γραμμής: I N, ph. I N 85 49,13 A. 3 3 Ρεύμα υπολογισμού διατομής ασφαλούς λειτουργίας: ' Ib 49,13 Ib 56,47 A. f f 0,87 1 n Διατομή ασφαλούς λειτουργίας (Πίνακας 1)Q q 10mm I 60 A I 56,47 A 2 ' 0 b 78

Παράδειγμα 1 Ο κινητήρας βρίσκεται κοντά στον τοπικό πίνακα χειρισμών και επομένως δεν απαιτείται έλεγχος της διατομής καλής λειτουργίας σε πτώση τάσης. Τελική επιλογή διατομής των έξι αγωγών 10mm 2. Επιλέγονται δύο παράλληλα καλώδια 3*10mm 2 και ένας πολύκλωνος αγωγός προστασίας (ΡΕ) 70mm 2. 3. Επιλογή διακόπτη φορτίου και ασφαλειών κινητήρα Διακόπτης φορτίου Είναι κατηγορίας AC-24.Το μέγεθος του διακόπτη φορτίου πρέπει να είναι τουλάχιστον ίσο με το μέγεθος ασφαλειών προστασίας του κινητήρα. Επιλέγεται διακόπτης φορτίου (Πίνακας 4):,. 3100. A Lsw Ασφάλειες βραδείας τήξης (Πίνακας 4): I IF 3 100 A. 79

Παράδειγμα 1 4. Επιλογή αυτόματου διακόπτη προστασίας από υπερένταση και υπερφορτίσεις Επιλέγεται αυτόματος διακόπτης (Πίνακας στη σελ.155) με βάση την ονομαστική ένταση λειτουργίας του κινητήρα: Ι Ν =85 Α. Στην περίπτωση αυτή, τα θερμικά διαρρέονται με το ρεύμα γραμμής και σε αυτήν την ένταση ρεύματος ρυθμίζονται. Τύπος:52 Ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας:100α. Περιοχή ρύθμισης θερμικού: 80Α ~100Α. Ρύθμιση θερμικών στην ένταση ρεύματος:i th.,set. =85,5A. Ρεύμα διέγερσης ηλεκτρομαγνητικού στοιχείου: 1.200Α. Ο χρόνος διακοπής σε περίπτωση στέρεου (χωρίς την παρεμβολή αντίστασης) βραχυκυκλώματος λαμβάνεται από τη χαρακτηριστική του σχήματος, στη σελίδα 156. Για I th.,set. /I N = 1.200/100 = 12, οχρόνοςδιακοπήςείναι περίπου 10ms <<5 sec (ακαριαία διακοπή!). 80

Παράδειγμα 1 5. Κύκλωμα αυτοματισμού εκκίνησης με διακόπτη Υ/Δ και αναστροφής λειτουργίας κινητήρα Κύκλωμα ισχύος «Ηλεκτροτεχνία Ηλεκτρικές Μηχανές», Γ. Περαντζάκης 81

Παράδειγμα 1 Κύκλωμα ελέγχου 82

Παράδειγμα 1 6. Επιλογή Η/Ν διακόπτη Υ/Δ και διακόπτη αλλαγής φοράς περιστροφής Επιλογή Η/Ν αλλαγής φοράς περιστροφής Κ1 και Κ2 Η ονομαστική ένταση ρεύματος των Η/Ν είναι (Πίνακας 4): 90Α. Κατηγορία χρήσης Η/Ν: AC-4. Αριθμός βοηθητικών επαφών και των δύο Η/Ν. Κανονικά ανοικτές (ΝΟ)=2. Κανονικά κλειστές (NC)=1 Επιλογή Η/Ν για συνδεσμολογία αστέρα Η ονομαστική ένταση ρεύματος των Η/Ν είναι (Πίνακας 4): 90Α. Κατηγορία χρήσης Η/Ν: AC-4. Αριθμός βοηθητικών επαφών. Κανονικά ανοικτές (ΝΟ)=0. Κανονικά κλειστές (NC)=1. 83

Παράδειγμα 1 Επιλογή Η/Ν για συνδεσμολογία τριγώνου Ο Η/Ν διαρρέεται από το φασικό ρεύμα. Εντούτοις, για λόγους ομοιομορφίας, επιλέγεται ίδια ένταση ρεύματος:90α. Κατηγορία χρήσης Η/Ν: AC-4. Αριθμός βοηθητικών επαφών. Κανονικά ανοικτές (ΝΟ)=0. Κανονικά κλειστές (NC)=1. Επιλογή Θερμικών Τα θερμικά τοποθετούνται σε σειρά με τις φάσεις του τυλίγματος του στάτη σε τρίγωνο (σχήμα στη σελίδα 136) καιεπομένωςδιαρρέονταιαπό ρεύμα:i N / 3 =85/ 3 =49,13 50A. 84

Παράδειγμα 1 7. Λειτουργία κινητήρα στο 50% του ονομαστικού φορτίου Μεταβολή του συντελεστής ισχύος Για λειτουργία του κινητήρα στο 50% του ονομαστικού φορτίου, ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα (Πίνακας στη σελ. 161)μειώνεται στην τιμή:cosφ=0,59!!!. Ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα μειώνεται δραστικά, περίπου κατά - 26%. Ο κινητήρας πρέπει να επιλέγεται στο ονομαστικό φορτίο και όχι με βάση μεγαλύτερη ισχύ (υπέρδιαστασιολόγηση κινητήρα). Στην περίπτωση υπέρδιαστασιολόγησης, αυξάνει το κόστος λειτουργίας του κινητήρα!!! (γίνεται υποεκμετάλευση των δυνατοτήτων του κινητήρα και απαιτείται επιπλέον διάταξη βελτίωσης του συντελεστή ισχύος). Μεταβολή του βαθμού απόδοσης Γιαλειτουργίατουκινητήραστο50% του ονομαστικού φορτίου, οβαθμός απόδοσης του κινητήρα είναι (Πίνακας στη σελ. 161)παραμένει σταθερός. 85

Βιβλιογραφία 1. «Ηλεκτρικές Μηχανές», S. J. Chapman, 4 η Έκδοση, Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ, 2010, Θεσσαλονίκη. 2. «Ηλεκτρικές Μηχανές», Π. Μαλατέστας, Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ, 2012, Θεσσαλονίκη. 3. «Ηλεκτρικές Μηχανές», C. I. Hubert, Εκδόσεις ΙΩΝ, 2008, Αθήνα. 4. Electrical Machines, Drives and Power Systems, Sixth Edition, Theodore Wildi, Pearson Prentice Hall, 2006. 5. Electric Machinery, sixth Edition, A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, JR, Stephen D. Umans, McGraw Hill, 2003. 6. Principles of Electrical Machines and Power Electronics, Second Edition, P. C. Sen, John Wiley & Sons, 1997. 7. Principles of Electric Machinery with Power Electronics Applications, Second Edition, Mohamend E., EI-Hawary, IEEE Press Power Engineering Series, A John Wiley & Sons, Publications, 2002. 86

Βιβλιογραφία 8. «Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών», Π. Ντοκόπουλος, Εκδόσεις ΖΗΤΗ, 2005, Θεσσαλονίκη. 9. «Βιομηχανικές Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις», Β. Μπιτζιώνης, Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ, 2011, Θεσσαλονίκη. 10. «Το Ηλεκτρολογικό Σχέδιο, Μέρος ΙΙ», Α. Γούτη, 4 η Έκδοση, Εκδόσεις ΙΩΝ, 2008, Αθήνα. 87