Jak zabezpieczać falowniki w "mokrych" aplikacjach ?

Ponieważ często dyskutuję na temat instalacji systemów napędowych z falownikami w różnego rodzaju niezbyt przyjaznych aplikacjach, postanowiłem opisać przypadek zastosowania ich w środowisku bardzo wilgotnym i mokrym. Oczywistym zdaje się tu fakt zastosowania zabezpieczeń różnicowoprądowych i często są one zaprojektowane aczkolwiek samo ich zastosowanie w układach z falownikami jest wielce problematyczne. Na początku musimy wziąć pod uwagę fakt iż stosując falownik tak naprawdę nie mamy do czynienia z "normalnym" zasilaniem, mało kto zastanawia się przy doborze podstawowych zabezpieczeń z jak bardzo odkształconym przebiegiem prądu mamy do czynienia i jak korygować ich dobór. Odkształcenia te mogą wpływać na niezadziałanie lub wprost przeciwnie - przypadkowe zadziałanie zabezpieczeń.

Jak zatem zabezpieczać instalację "falownikową" w mokrym środowisku ?

Tu obowiązują ścisłe reguły ogólnie nam znane, aczkolwiek nacisk szczególny musimy położyć na połączenia ochronne, wyrównawcze i solidne połączenia szafa napędowa-silnik. Zapoznać się należy również z instalacją np. rurociągów, pomp i innych urządzeń oraz z systemem ekwipotencjalizacji całego obiektu.
Nie zawsze sprawą oczywistą (wiem z doświadczenia, o zgrozo!) jest ochrona przed dotykiem bezpośrednim czyli tzw. ochrona podstawowa. Spotykałem się wielokrotnie z urządzeniami w żaden sposób niezabezpieczonymi, z szafami napędowymi przerdzewiałymi lub falownikami dosłownie wiszącymi na ścianach ! Wielokrotnie zwracałem uwagę na umieszczanie falowników w metalowych i szczelnych szafach, przypominam wszak raz jeszcze. Sukces osiągniemy stosując się do przepisów dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej i zdrowego rozsądku.

Ochrona przy dotyku pośrednim

Ochrona ta powinna przy jakimkolwiek zwarciu z częścią przewodzącą, zapewnić przerwę w zasilaniu zabezpieczanego układu. Ochronę tę można spełnić stosując aparaty realizujące samoczynne wyłączenie zasilania (zabezpieczenie zwarciowe) lub aparaty różnicowoprądowe. Z tymi drugimi jest trochę gorzej aczkolwiek pomijając ich cenę i dostępność, producenci nie dają nam zbyt wielkiego wyboru. Mimo braku przepisów obligujących nas do stosowania wyłączników różnicowoprądowych, kilkakrotnie zastosowałem je w szczególnie niebezpiecznych aplikacjach mimo że nie do końca pozbyłem się przypadkowego ich zadziałania. Do naszych aplikacji stosować należy aparaty z charakterystyką U lub U+. Stosowanie aparatów z inną charakterystyką i podwyższoną wartością prądu zadziałania całkowicie mija się z celem i generować będzie szereg niczym nieuzasadnionych pobudzeń i wyłączeń.
Dobierając zabezpieczenia z członem zwarciowym pamiętać musimy że doziemienie lub zwarcie może nastąpić w dowolnej części falownika: układzie prostownika, członie pośrednim DC, tranzystorach wyjściowych lub w instalacji silnikowej. Dobrze dobrane zabezpieczenie musi być skuteczne niezależnie od miejsca wystąpienia zwarcia lub doziemienia. Pamiętajmy również o prawidłowych nastawach falownika związanych z zabezpieczaniem prądowym silnika.

Połączenia wyrównawcze

Najistotniejszą sprawą jest ciągłość przewodów ochronnych i ich wzajemne połączenia. Wszystkie silniki np. pomp, muszą posiadać dodatkowe przewody ochronne połączone z systemem wyrównawczym a instalacje rurociągów powinny być uziemione. Przy wszelkiego rodzaju połączeniach rozłączanych, przegubowych bądź izolowanych muszą być zastosowane ochronne przewody połączeniowe o odpowiednim przekroju, tak aby każde urządzenie posiadało pewne połączenie z systemem uziemiającym.

Chcesz wiedzieć więcej ? Zapraszamy na szkolenia do Akademii Falowników !

Falowniki - sterowanie wektorowe lekarstwo na wszystko ?

Zalet stosowania falowników do sterowania silnikami nie trzeba chyba przedstawiać, wiele osób przekonało się do takich rozwiązań napędowych co pozwala zaoszczędzić nie tylko pieniądze ale również oszczędności pośrednie wynikające między innymi z mniejszego zużycia mechaniki, przekładni czy rzadszą wymianę łożysk a co za tym idzie zmniejszenie przestojów maszyn.
Prawidłowy dobór falowników do aplikacji napędowych stanowi o wydatkach przeznaczonych na inwestycję, niestety wiele osób omamionych przez niezbyt rozgarniętych doradców, dokonuje złego wyboru i mimo zwiększonych wydatków nie osiąga docelowych założeń technicznych i ekonomicznych. Nie będę się tu rozpisywał za bardzo na temat szeroko rozumianej metodyki doboru, bo tym zajmujemy się podczas szkoleń w Akademii Falowników ale pozwolę sobie skreślić kilka słów o nieuzasadnionym zastosowaniu falowników wektorowych do wrzecion szybkoobrotowych.
Właściwy dobór falownika uzależniony jest od zastosowanego silnika, obciążenia oraz zakresu parametrów jego pracy. Silnik wrzeciona szybkoobrotowego pracującego z częstotliwościami 400Hz...1kHz, zasilany z falownika z uruchomionym sterowaniem wektorowym jest obarczony błędnym doborem a parametry napędowe bardzo często ulegają znacznemu pogorszeniu! Sterowanie wektorowe polega na szybkim przeliczaniu olbrzymiej liczby parametrów, model matematyczny wirującego pola, jak i prądy uzwojeń są przedstawiane w obliczeniach jako wektory wirujące w przestrzeni trójwymiarowej, wyniki analizy wektorowej nie mogą być bezpośrednio przełożone do parametrów fizycznych napędu, takich jak prędkość i moment.
Mimo zastosowania w falownikach coraz szybszych procesorów i specjalizowanych procesorów matematycznych, przy dużych prędkościach silnika system nie nadąża w wyliczaniu kolejnych orientacji pola mimo zastosowania transformacji matematycznych Clarke’a i Parka - co nieznacznie upraszcza analizowanie i wyliczanie układu wektorowego. W takim przypadku niekontrolowane w pełni sterowanie wektorowe może mieć zły wpływ na przebieg generowanego napięcia zasilającego silnik co przekłada się na nierówną jego pracę czy nadmierne nagrzewanie się silnika. Bardzo często również szczególnie przy wolniejszych procesorach, nie możemy przeprowadzić prawidłowego biegu identyfikacyjnego z uruchomionym silnikiem - autotuning aktywny.
W zastosowaniu praktycznym okazuje się (analizując w dużym uproszczeniu) że falownik wektorowy sprawdza się w przypadku zmniejszania obrotów silnika lub sterowanie momentem np. przy nawijaniu a do sterowania silnikami szybkoobrotowymi lepiej dobierać falowniki ze sterowaniem skalarnym u/f. Silniki indukcyjne powszechnego użytku mają charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową - stały stosunek częstotliwości do napięcia, realizując sterowanie szybkoobrotowym silnikiem należy pamiętać o ustawieniu poprawnej wartości częstotliwości kluczowania tranzystorów mocy falownika. Ustawienie to ma olbrzymi wpływ na zmniejszenie strat w stojanie silnika elektrycznego i zwiększenie efektywności napędu. A dla nas to wszak najważniejsze !

Falowniki bezpieczeństwo, ciąg dalszy...

Swojego czasu toczyłem dyskusję na temat wykorzystania w systemach sterowania przewodu neutralnego. Pomijając względy estetyczno-inżynierskie mój interlokutor nie dał się przekonać mimo że przedstawione "dowody" w żaden sposób Go nie przekonywały. Ot czasami trafi się człowiek który uparcie dąży do tworzenia nowych zasad elektrotechniki.
Błędne działanie wyposażenia elektrycznego nie powinno prowadzić do stanów zagrożenia ani wywoływać żadnych szkód. Zagrożeniom należy zapobiegać w miejscu ich powstawania przez zastosowanie odpowiednich środków. Norma EN 60204-1 podaje różne środki zmniejszające ryzyko w przypadkach błędnych działań. Jednym słowem należy tak projektować systemy sterowania napędami (w tym także falownikami) aby w przypadku wystąpienia awarii aparatu elektrycznego, urządzenia czy wypięcia lub doziemienia przewodu sterowniczego - sterowane urządzenie nie zagrażało życiu ludzkiemu lub uszkadzało sterowane urządzenie.
Stosowanie do sterowania przewodu neutralnego lub innego przewodu napięcia odniesienia pomijam celowo i takie łączenie zostawiam samobójcom. Przypomnę dla porządku: wszystkie funkcje łączeniowe sterowania projektujemy i wykonujemy po stronie nieuziemionej (przewód fazowy). Zastosowanie osprzętu bezpieczeństwa z wymuszonym rozwieraniem styków zwiększa bezpieczeństwo wyłączenia w przypadku "sklejania się styków pomocniczych), idealnie gdy styki łączone są szeregowo z kilku aparatów. Jakiekolwiek doziemienie przewodu sterowniczego powinno: pozbawiać napięcia układ sterowania (w części lub całkowicie - przez zadziałanie odpowiednich zabezpieczeń nadprądowych) przez co otwierane są styki obwodów silnoprądowych. Należy stosować rozwiązania, które obniżają lub całkowicie wykluczają prawdopodobieństwo niepożądanych stanów pracy urządzeń i aparatów elektrycznych. System połączeń i zabezpieczeń powinien odpowiednio reagować zarówno na zwarcia jak i przerwy w układzie sterowania.

Falowniki w sieciach IT

Wśród wielu aplikacji napędowych jakie realizujemy znajdują się również szafy sterownicze z falownikami zasilanymi z sieci IT.
Specyfika sieci IT polega na tym że punkt neutralny transformatora jest izolowany a punkty PE połączone z uziemieniem ochronnym oddzielnie dla każdego odbiornika. Takie systemy zasilania występują między innymi w instalacjach o poziomie napięcia 500V w kopalniach, hutach i ogólnie w przemyśle ciężkim lecz również spotkamy się z tym systemem w zasilaniach obiektów medycznych.
Budując szafę napędową systemu IT musimy pamiętać o kilku podstawowych zasadach. Przede wszystkim należy wyeliminować tradycyjne filtry przez który zasilamy falownik, jeżeli filtr jest wbudowany w falowniku, zazwyczaj jest możliwość odłączenia go przez wykręcenie jednej lub kilku śrub połączeniowych przez które są podłączone kondensatory filtra do obudowy falownika (PE), niektóre modele posiadają zworę do PE lub specjalny przełącznik. We wszystkich przypadkach należy zapoznać się z instrukcją montażową falownika lub skontaktować się ze wsparciem technicznym producenta. Dlaczego należy odłączyć filtr ? Proponuję poczytać na temat sieci IT oraz budowy takich klasycznych filtrów które posiadają dość dużą upływność...
W przypadku potrzeby stosowania napięcia pomocniczego należy stosować transformatory separujące (na przykład 500V/230V) i w żadnym przypadku nie należy uziemiać uzwojenia wtórnego.
Jako dodatkowe zabezpieczenie należy stosować system lokalizacji doziemienia i monitorowanie stanu izolacji. Zadaniem systemu lokalizacji doziemień jest ciągłe monitorowanie rezystancji izolacji sieci a po wykryciu doziemienia automatyczna lokalizacja uszkodzonego odbiornika podczas normalnej pracy sieci. Tak zaprojektowany system zapewni nam bezawaryjną i bezpieczną pracę urządzeń sterowniczych i napędowych.

W sieci IT punkt neutralny transformatora izolowany, punkty PE połączone z uziemieniem ochronnym oddzielnie dla każdego odbiornika. Układ IT jest stosowany w przypadku występowania dużych wymagań dotyczących zarówno pewności zasilania jak i niezawodnej ochrony przeciwporażeniowej.
Znaczenie liter:
I - Odizolowanie wszystkich czynnych części od ziemi albo uziemienia jednego punktu przez impedancję
T - Korpus jest uziemiony bezpośrednio, niezależnie od uziemienia źródła zasilania (uziom ruchomy)
Więcej informacji o sieciach na stronie Akademii Falowników
Pozdrawiam, Przemek ;)

Odwieczny temat - kable do falowników

Totalne lekceważenie przepisów, norm, dyrektyw i zdrowego rozsądku to nie stosowanie kabli falownikowych w instalacjach silnikowych.
Na zdjęciu obok prezentuję idiotyczną próbę "wybrnięcia" z sytuacji braku kabla w ekranie i nanizanie zwykłego kabla do peszla metalowego i swoiste "umasienie" go do przewodu PE.
Przyznaję szczerze że ręce opadają na taki widok i bezmyślność wykonawcy (żeby było śmieszniej, firma dość znana na rynku). Byłbym w stanie zrozumieć takową instalację jako powiedzmy.. tymczasową ale nigdy nie jako docelową !
To co się dzieje z takim peszlem po kilku miesiącach, widać na obrazku, metal utlenia się czy jak kto woli rdzewieje, kruszy się i nie spełnia żadnej ochrony ani mechanicznej ani nie zabezpiecza w żaden sposób przedostawania się zakłóceń do pozostałej części instalacji w tym niskoprądowej, bardzo czułej na zakłócenia.
Pytałem Inwestora o tę instalację i oglądałem ofertę Wykonawcy, oczywiście jak byk w wykazie materiałów stoi: kabel falownikowy ! Mało tego moje zdziwienie największe chyba wywołał dokument Deklaracji Zgodności wystawiony przez tego Wykonawcę !!!
Firma wykonująca instalację chyba nie zdaje sobie sprawy że oszczędzając około 2500 zł naraża się na olbrzymie koszty związane z karami grożącymi za takie "przestępstwo". Pomijam tu fakt oszukania Inwestora i pozostawienie Go z instalacją która po kilku miesiącach przestała spełniać swoje zadanie..
W widocznym na zdjęciu plastikowym peszlu biegną nieekranowane kable sygnalizacyjne w tym kable z sygnałem analogowym w standardzie 0...10V.!!!
Po wymianie kabli silnikowych na kable "falownikowe" z pokryciem w 100% ekranem oraz kabli sygnałowych na kabel ekranowany, pozostało tylko zoptymalizowanie napędów pod kątem aplikacji (oszczędzanie energii). Całość systemu pracuje dzięki temu bez żadnych problemów czy zakłóceń.

Na koniec zapraszam do sklepu z falownikami gdzie trwa promocja na falowniki ACS 150 firmy ABB, gorąco polecam !