Wyłącznik silnikowy jest urządzeniem elektromechanicznym o przeznaczeniu ochronnym, którego podstawowym zadaniem jest zapobieganie uszkodzeniu silnika elektrycznego. Tak w skrócie możemy opisać bohatera tego artykułu, ale tak naprawdę wyłączniki silnikowe zapewniają izolację, dają możliwość ręcznego sterowania silnikiem oraz ochronę przed zwarciami, przeciążeniami i awariami faz.
Wyłączniki silnikowe są odmianą wyłączników nadprądowych, które są dedykowane do ochrony uzwojeń silników elektrycznych. Główną cechą wyróżniającą je spośród standardowych wyłączników nadprądowych, a tym samym ich niewątpliwą zaletą, jest możliwość regulacji termicznego wyzwalacza przeciążeniowego i to z dokładnością do dziesiątych części ampera, pozwalającą na bardzo precyzyjne dostosowanie ochrony. Najczęściej stosowane są wyłączniki termomagnetyczne, czyli takie, które posiadają wyzwalacz termobimetalowy do wyłączania przeciążeń i asymetrii zasilania oraz wyzwalacz elektromagnetyczny do wyłączania zwarć. Zwarciowy wyzwalacz elektromagnetyczny ma stałą nastawę, np. kilkunastokrotność maksymalnego prądu przeciążenia.
W celu doboru wyłącznika silnikowego trzeba wiedzieć, jaki prąd znamionowy ma silnik – możemy to odczytać z jego tabliczki znamionowej lub z karty katalogowej podanej przez producenta.
A co w przypadku, gdy tabliczki znamionowej nie ma lub jest nieczytalna, a znamy tylko moc silnika? Wtedy mamy dwie możliwości:
- Dobieramy wyłącznik na podstawie tabeli z katalogu producenta wyłączników.
- Możemy skorzystać z konfiguratora.
Według mnie to drugie rozwiązanie jest zdecydowanie szybsze i praktycznie wyklucza możliwość pomyłki. Na stronie firmy Schneider Electric jest dostępny rozbudowany konfigurator EcoStructure™ Motor Control Configurator, który pozwoli nam to zrobić.
W celu sprawdzenia jak on działa przeprowadzimy proste ćwiczenie – dobór wyłącznika oraz stycznika dla silnika o poniższych parametrach:
Już na starcie mamy możliwość wyboru, w jaki sposób chcemy sterować silnikiem: przy pomocy przemiennika częstotliwości, układu łagodnego rozruchu czy rozrusznika bezpośredniego?
Przy każdej z opcji znajaduje się pole, gdzie możemy zapoznać się z dokładnym opisem danego rowiązania – w związku z tym, że potrzebujemy dobrać wyłącznik silnikowy wybieramy pozycję: Rozrusznik bezpośredni i kilkamy „Przejdź do aplikacji”.
W kolejnym kroku należy podać napięcie zasilania. W naszym przypadku wybieramy 400 V.
Następnie należy podać moc silnika – wybieramy 15 kW.
I gotowe! – zostajemy automatycznie przeniesieni na kolejną stronę, gdzie mamy podaną gotową konfigurację układu rozruchowego silnika, którą możemy dostosować do naszych potrzeb.
Na wstępie zaznaczę, że nie wszystko zostało poprawnie przetłumaczone na język polski, ale miejmy nadzieję, że niebawem firma Schneider to poprawi 😉 Poniżej krótki opis dostępnych opcji:
1. Rodzaj współpracy, czyli wybór koordynacji.
Należy przez to rozumieć wybraną kombinację aparatów elektrycznych, która jest bezpieczna dla ludzi i otoczenia, nawet w razie wystąpienia w układzie przeciążenia lub zwarcia.
Typ koordynacji 1 – rozwiązanie najczęściej stosowane – układ rozrusznika skutecznie wyłącza prąd zwarciowy. Obsługa i urządzenie nie są zagrożone. Przed ponownym załączeniem rozrusznika układ powinien zostać sprawdzony. Stycznik i zabezpieczenie przeciążeniowe są prawdopodobnie do wymiany. W konsekwencji czas unieruchomienia urządzenia jest dłuższy, a do prac sprawdzających/naprawczych konieczny jest wykwalifikowany personel.
Typ koordynacji 2 – układ rozrusznika skutecznie wyłącza prąd zwarciowy. Obsługa i urządzenie nie są zagrożone. Po sprawdzeniu układu może on pracować dalej. Nie jest wymagana wymiana apratów. Czas unieruchomienia urządzenia jest znacznie krótszy, wymagane są tylko proste czynności sprawdzające.
Całkowita koordynacja – po wyłączeni zwarcia nie ma zagrożenia dla obsługi i instalacji. W tym rozwiązaniu niedopuszczalne są jakiekolwiek uszkodzenia aparatów i możliwe jest natychmiastowe ponowne rozpoczęcie pracy. Nie ma konieczności sprawdzania układu przed ponownym uruchomieniem.
2. Parametry hamowania, czyli zdolność wyłączeniowa
Konfigurator w tym miejscu podaje największą skuteczną wartość prądu, która może zostać przerwana przez wyłącznik (lub inne urządzenie elektryczne) bez zniszczenia lub spowodowania łuku elektrycznego o niedopuszczalnym czasie trwania.
3. Liczba produktów, czyli wybór rozwiązań produktowych
- 2 produkty – wyłącznik termiczno-magnetyczny oraz stycznik
- 3 produkty – wyłącznik magnetyczny, stycznik oraz termiczny przekaźnik przeciążeniowy
- All in one – układy rozruchowe do 18,5 kW, które w jednym aparacie zawierają zabezpieczenie termiczne i magnetyczne, dając możliwość sterowania jak w styczniku.
4. Starter type, czyli wybór możliwości kierunku pracy silnika
DOL (Direct Online) – pojedynczy stycznik, możliwe sterowanie tylko w jednym kierunku.
Reversing – podwójny stycznik, możliwe sterowanie w obu kierunkach.
5. Sterowanie PLC
Możliwość bezpośredniego sterowania stycznikiem za pomocą sterownika PLC.
6. Zasięg, czyli wybór systemu sterowania silnikiem
TeSys D – styczniki mocy wykorzystywane do sterowania silnikami w zakresie od 9 do 150[A].
TeSys U – kompaktowe układy rozruchowe i zabepieczające typu ‘All in one’.
7, 8. Typ i napięcie cewki
Wybór rodzaju cewki stycznika (standardowa, o niskim poborze mocy, elektroniczna) oraz jej napięcia sterującego.
Na kolejnej stronie mamy możliwość wyboru dodatkowych akcesoriów, takich jak moduły łączeniowe czy styki pomocnicze.
Czym różnią się wyłączniki silnikowe?
Porównajmy teraz wyspecyfikowane aparaty. Ze względu na możliwość różnorodnej konfiguracji wykorzystam rozwiązania 2-produktowe w odniesieniu do koordynacji typu 1 oraz 2.
Jak pamiętamy, zgodnie z tabliczką znamionową silnika prąd znamionowy to 29[A]. Konfigurator zaproponował dwa typy wyłączników silnikowych: GV2ME32 (A) oraz GV2P32 (B), gdzie w obu przypadkach prąd znamionowy wynosi 32[A], a zakres nastawy wyzwalacza przeciążeniowego wynosi 24…32[A] – oznacza, że dobór został wykonany poprawnie.
Rodzaje zabezpieczeń silnikowych
Tak naprawdę możemy wskazać dwie główne różnice występujące pomiędzy wyłącznikami. Pierwsza z nich jest widoczna z zewnątrz, jest to typ sterowania – przycisk (GVME32) oraz pokrętło obrotowe (GVP32). Natomiast druga to zdolność wyłączania, która dla koordynacji typu 1 (A) wynosi 10[kA], a dla koordynacji typu 2 aż 50[kA].
W tym miejscu warto zauważyć, że istnieje możliwość blokady wyłącznika w pozycji wyłączonej, co znajduje praktyczne zastosowanie w przypadku procedur bezpieczeństwa takich jak LOTO. Jest to standardowe rozwiązanie w oferowanych przez Schneidera urządzeniach i i nie wymaga jakichkolwiek akcesoriów dodatkowych, co niestety często się zdarza w przypadku innych producentów. W obu przypadkach dobór stycznika pozostaje ten sam – LC1D32P7 (A) i (B). Jego znamionowy prąd łączeniowy to 32[A].
Należy pamiętać, że wyłącznik silnikowy ustawiamy na prąd znamionowy silnika podczas pracy normalnej (najlepiej jest dokonać pomiaru poboru prądu podczas pracy silnika pod obciążeniem znamionowym). Ustawienie mniejszej wartości może spowodować, że zabezpieczenie będzie rozłączało obwód w przypadku prawidłowej pracy układu zasilania oraz silnika. Natomiast ustawienie zbyt wysokiej wartości będzie powodowało brak prawidłowego zabezpieczenia przed przeciążeniem.
Osobiście spotkałem się z przypadkiem na obiekcie, gdzie „lekarstwem” na zbyt częste wyzwalanie wyłącznika silnikowego było zwiększenie nastawy jego wyzwalacza przeciążeniowego do maksimum. Jest to niedopuszczalna praktyka, ponieważ w żaden sposób nie eliminuje ona przyczyny, a jedynie maskuje skutek, co może doprowadzić do uszkodzenia silnika lub maszyny. Po krótkiej analizie problemu okazało się, że powodem całego zamieszania była usterka mechaniczna – łopaty wentylatora blokujące się o uszkodzoną podczas montażu obudowę.
