W & K LEVEL CONTROL SYSTEMS Elektrotechniek / meet- en regeltechniek L. van Wallenburg Erkend Elektrotechnisch Installateur Wethouder Van Klinkenstraat 5 4306 CT NIEUWERKERK telefoon / fax : 0111-642039 e-mail :
[email protected] K.v.K. nr. 22029454
BEVEILIGING GROTERE ELEKTROMOTOREN Bij de beveiliging van grotere elektromotoren (vanaf 7,5 kW) ontstaan soms problemen met werking of beveiliging bij gebruik van installatieautomaten als kortsluitbeveiliging. Hoewel het theoretisch gezien geen probleem moet zijn om een grote motor met een installatieautomaat effectief tegen kortsluiting te beveiligen komen in de praktijk toch regelmatig situaties voor waarbij de kortsluitbeveiliging faalt. Het valt nog niet mee om alle beveiligingen juist op elkaar af te stemmen. Bij alle beveiligingen moet men denken aan: 1. 2. 3. 4.
De kortsluitbeveiliging gemonteerd door het energiebedijf. Een eventuele groeps-kortsluitbeveiliging. De kortsluitbeveiliging van de desbetreffende elektromotor. De motorbeveiliging van de desbetreffende elektromotor.
Voorbeeld misaanpassing beveiligingen: Een fabrikant bouwt een machine met een elektromotor van 22 kW. De nominaal opgenomen stroom van de elektromotor is 44 A. Als motorbeveiliging monteert de fabrikant een thermisch relais instelbaar van 24A t/m 32A in de UVW kabel(fasestroom) en stelt deze in op 44A(lijnstroom)/1,73=25,43A(=fasestroom) Als kortsluitbeveiliging monteert de fabrikant een installatieautomaat 50A type D. Als kortsluitbeveiliging monteert het energiebedrijf een installatieautomaat 80A type B. De machine kan door vuil vastlopen. De bedoeling is dan dat ofwel het thermisch relais ofwel de 50A automaat de machine uitschaken en een alarm geven. De 80A automaat mag niet uitschakelen deze geeft ook geen alarm. Het werd al snel duidelijk dat beveiliging niet goed werkte, de installatieautomaat van het energiebedrijf ging steeds uit bij vastlopen, de andere beveiligingen nooit. Wat er gebeurt bij starten van de motor is het volgende: De motor loopt aan in ster/driehoek. De aanloopstroom van een SKA motor bij directe inschakeling is ongeveer 5 x Inom = 5 x 44 = 220A De aanloopstroom in ster/driehoek is ongeveer de helft* hiervan dus 110A
Dit is 1,38 x de nominale waarde van de 80A B-automaat. Deze kan dit zeker 2 minuten volhouden en gaat niet uit bij het starten van de motor dat ongeveer 5 seconden duurt.
* Hoewel de aanloopstroom in ster/driehoek theoretisch 1/3 van de nominale stroom is geldt dit voor een onbelast aanlopende machine. Omdat de machine in het voorbeeld belast aanloopt is hier gerekend met de helft van de nominale in plaats van 1/3 van de nominale waarde.
Wat er gebeurt bij vastlopen van de machine is het volgende:
Bij vastlopen van de machine is de stroom ongeveer gelijk aan de aanloopstroom dus 220A Dit is 2,75 x de nominale waarde van de 80 A B-automaat. Deze gaat er dan uit in 6 seconden. Dit is 4,4 x de nominale waarde van de 50 A D-automaat. Deze gaat er dan uit in 9 seconden dus de 80A automaat is sneller en de gewenste 50A beveiliging gekoppeld aan de alarmering werkt niet. De fasestroom bij vastlopen is 220/1,73 = 127A. Dit is 5 x de ingestelde waarde van het thermisch relais. Het relais gaat er dan uit in 10 seconden. De 80A automaat is sneller en de gewenste beveiliging gekoppeld aan de alarmering door middel van het thermisch relais werkt niet. Oplossing van dit probleem: De eenvoudigste manier om dit probleem op te lossen zou zijn de 80A B-automaat vervangen door een 80 A D-automaat. Het energiebedrijf werkte hier echter niet aan mee. Men monteerde standaard B-automaten en was niet bereid om iets anders dan dat te monteren. Wel was het mogelijk om de aansluiting te verzwaren tot een 100A B-automaat. Bij een 100A B-automaat is bij vastlopen de stroom gelijk aan 2,2 x de nominale waarde. De 100A B-automaat gaat er dan uit in 15 seconden. De gewenste beveiligingen en alarmeringen zijn dan sneller dan de 100A B-automaat en werken dan wel. De fabrikant heeft voor deze oplossing gekozen maar moest als gevolg daarvan wel de bedrading in de kast verzwaren naar een grotere diameter i.v.m. de grotere voorgeschakelde kortsluitbeveiliging. Alternatieve oplossing van dit probleem: Een alternatieve oplossing voor dit probleem had kunnen zijn de 50A D-automaat vervangen door 50A zekeringen en hier voor alarmering een fasebewakingsrelais achter schakelen. Wat er gebeurt bij starten van de motor is het volgende: De motor loopt aan in ster/driehoek. De aanloopstroom van een SKA motor bij directe inschakeling is ongeveer 5 x Inom = 5 x 44 = 220A De aanloopstroom in ster/driehoek is ongeveer de helft* hiervan dus 110A De zekeringen kunnen dit 60 seconden volhouden en gaan niet door bij het starten van de motor wat ongeveer 5 seconden duurt. Wat er gebeurt bij vastlopen van de machine is het volgende: Bij vastlopen van de machine is de stroom ongeveer gelijk aan de aanloopstroom dus 220A De zekeringen gaan er dan binnen 1 seconde uit en het fasebewakingsrelais geeft alarm. Dit is sneller dan de 80A B-automaat dus de gewenste beveiliging en alarmering werkt. Een voordeel van deze oplossing is dat dit goedkoper is dan verzwaren van de hoofdbeveiliging met name op langere termijn i.v.m. het vastrecht wat bij verzwaren van de hoofdbeveiliging duurder wordt. Een nadeel is dat nu reservezekeringen op voorraad moeten worden gehouden.
* Hoewel de aanloopstroom in ster/driehoek theoretisch 1/3 van de nominale stroom is geldt dit voor een onbelast aanlopende machine. Omdat de machine in het voorbeeld belast aanloopt is hier gerekend met de helft van de nominale in plaats van 1/3 van de nominale waarde.
Voorbeeld falende beveiliging bij slijtage: Een fabrikant bouwt een machine met een elektromotor van 7,5 kW. De nominaal opgenomen stroom van de elektromotor is 14 A. Als motorbeveiliging monteert de fabrikant een motorbeveiligingsschakelaar instelbaar van 10A t/m 16A en stelt deze in op 14A. Als kortsluitbeveiliging monteert de fabrikant een installatieautomaat 20A type D. Als kortsluitbeveiliging monteert het energiebedrijf zekeringen 50A. De machine kan door vuil vastlopen. De bedoeling is dan dat de motorbeveiligingsschakelaar ofwel de 20A automaat de machine uitschaken en een alarm geven. De 50A zekeringen mogen niet uitschakelen deze geven ook geen alarm. Het probleem wat bij deze installatie is opgetreden is dat bij het (herhaaldelijk) vastlopen van de machine de motorbeveiligingsschakelaar is vastgebrand, de installatieautomaat 20A is vastgebrand, de machine defect is geraakt en de zekeringen 50A zijn gesprongen. Wat er gebeurt bij starten van de motor is het volgende: De motor loopt aan in ster/driehoek. De aanloopstroom van een SKA motor bij directe inschakeling is ongeveer 5 x Inom = 5 x 14 = 70A De aanloopstroom in ster/driehoek is ongeveer de helft* hiervan dus 35A Dit is 1,75 x de nominale waarde van de 20A D-automaat. Deze kan dit zeker 4 minuten volhouden en gaat niet uit bij het starten van de motor dat ongeveer 5 seconden duurt. Wat er gebeurt bij vastlopen van de machine is het volgende: Bij vastlopen van de machine is de stroom ongeveer gelijk aan de aanloopstroom dus 70A Dit is 3,5 x de nominale waarde van de 20 A D-automaat. Deze gaat er dan uit in 15 seconden. De zekeringen 50A gaan er uit in 0,5 uur dus deze beveiligen de machine op geen enkele wijze tegen vastlopen. De motorbeveiligingsschakelaar schakelt bij 70A binnen 8 seconden af . Dit heeft lange tijd goed gewerkt maar omdat de machine regelmatig vastliep is op een gegeven moment slijtage opgetreden aan de contacten van de motorbeveiligingsschakelaar en de 20A D-automaat waardoor de contacten zijn vastgebrand. De machine was hierna niet meer beveiligd en is doorgebrand waarbij aardsluiting is ontstaan en de 50A zekeringen zijn gesprongen.
* Hoewel de aanloopstroom in ster/driehoek theoretisch 1/3 van de nominale stroom is geldt dit voor een onbelast aanlopende machine. Omdat de machine in het voorbeeld belast aanloopt is hier gerekend met de helft van de nominale in plaats van 1/3 van de nominale waarde.
Wijziging beveiliging naar kortsluitbeveiliging met zekeringen:
Monteren we een nieuwe machine, een nieuwe motorbeveiligingsschakelaar, nieuwe zekeringen 50A en als vervanging voor de installatieautomaat zekeringen 20A met daarachter een fasebewakingsrelais voor de alarmmelding. Wat er gebeurt bij starten van de motor is het volgende: De motor loopt aan in ster/driehoek.De aanloopstroom van een SKA motor bij directe inschakeling is ongeveer 5 x Inom = 5 x 14 = 70A De aanloopstroom in ster/driehoek is ongeveer de helft* hiervan dus 35A De zekeringen 20A kunnen dit zeker 0,25 uur volhouden en gaan niet uit bij het starten van de motor dat ongeveer 5 seconden duurt. Wat er gebeurt bij vastlopen van de machine is het volgende: Bij vastlopen van de machine is de stroom ongeveer gelijk aan de aanloopstroom dus 70A De 20A zekeringen gaan er dan uit in 1 seconde. De motorbeveiligingsschakelaar schakelt bij 70A binnen 8 seconden af . Bij vastlopen van de motor zijn de 20A zekeringen sneller dan de motorbeveiligingsschakelaar en schakelen de zekeringen de stroom af waarna het fasebewakingsrelais alarm geeft. Wat er gebeurt bij overbelasting van de machine waarbij deze wel zwaar loopt maar nog niet vastloopt is het volgende: Stel de machine loopt zwaar en er loopt 25A in plaats van de normale 14A. De zekeringen reageren hier pas na vele uren op of mogelijk geheel niet, deze geven hiervoor geen beveiliging. De motorbeveiligingsschakelaar zal echter na ongeveer 60 seconden de stroom afschakelen. De motor loopt bij deze kleinere overbelasting en relatief korte tijd geen schade op en wordt tijdig afgeschakeld waarna de motorbeveiligingsschakelaar alarm geeft. De nu gemonteerde beveiliging met zekeringen en motorbeveiligingsschakelaar heeft als voordelen boven een beveiliging met zekeringautomaat en motorbeveiligingsschakelaar: 1. Grote overbelastingen als vastlopen worden door de zekeringen afgeschakeld zodat er minder slijtage is aan de motorbeveiligingsschakelaar. 2. Bij vastbranden van de motorbeveiligingsschakelaar is er toch nog een goede beveiliging tegen vastlopen omdat de zekeringen zullen werken.
Een nadeel is dat reservezekeringen in voorraad gehouden moeten worden. Conclusie: Het is nog niet zo eenvoudig om een grote motor met een installatieautomaat effectief tegen kortsluiting te beveiligen. Vaak werkt een kortsluitbeveiliging met zekeringen beter / betrouwbaarder. Het voordeel van zekeringen is een zeer betrouwbare uitschakeling. Het nadeel is dat reservezekeringen in voorraad moeten worden gehouden. Bij kleine motoren is beveiliging met installatieautomaten geen probleem, stromen en vermogens zijn veel kleiner en daarom is de contactbelasting van de componenten gering.
* Hoewel de aanloopstroom in ster/driehoek theoretisch 1/3 van de nominale stroom is geldt dit voor een onbelast aanlopende machine. Omdat de machine in het voorbeeld belast aanloopt is hier gerekend met de helft van de nominale in plaats van 1/3 van de nominale waarde.
GRAFIEKEN INSTALLATIEAUTOMATEN
GRAFIEKEN ZEKERINGEN
GRAFIEK THERMISCH RELAIS
GRAFIEK MOTORBEVEILIGINGSSCHAKELAAR
