Innowacyjne modułowe rozdzielnice silnikowe (MCC – Motor Control Center) zmniejszają ryzyko wyładowań łukowych.
Niebezpieczeństwo oddziaływania łuku elektrycznego wynika z powstawania ciśnienia porównywalnego z wybuchem granatu ręcznego oraz wytwarzania energii cieplnej wymuszającej uzyskanie nawet czterokrotnej temperatury słońca. Z tego powodu producenci wszystkich sektorów przemysłu wprowadzają w życie projekty techniczne zmniejszające powyższe zagrożenia i wspomagające ochronę pracowników.
Przyczyny wyładowań łukowych są zwykle przypadkowe – może być to przykładowo powodowane pojawieniem się gryzonia lub wody na dostępnych elementach wyposażenia elektrycznego lub nieprawidłowym wykonaniem przez pracownika połączenia elektrycznego (np. zapomnienie o zaciśnięciu złącza).
W takich przypadkach powietrze wokół palącego się łuku elektrycznego intensywnie się ogrzewa, następuje wzrost jego objętości i wytwarza się fala ciśnienia w sąsiedztwie obudowy.
Plazma łuku odparowuje wszystko, z czym pozostaje w kontakcie – miedź, materiały izolacyjne, rygle i stalowe obudowy – i może spowodować poważne obrażenia pracowników w postaci:
- oparzeń – od palących się i wyparowujących materiałów,
- uszkodzeń narządu słuchu – od fali dźwiękowej,
- pogorszenia wzroku – od intensywnego wyładowania.
Normy
Historycznie, przepisy elektryczne i standardy bezpieczeństwa nie odnosiły się bezpośrednio do zagrożeń spowodowanych łukiem elektrycznyn – dotyczyły wyłącznie ochrony przed ogniem, porażenia prądem elektrycznym i zagrożenia upadkiem. Jednak już nowe normy (w USA – NFPA 70E – Norma elektryczna dotycząca bezpieczeństwa w miejscu pracy) szczególnie skupiają się na ryzyku wyładowań łukowych i pomagają w zmniejszeniu podobnych zagrożeń.
Ponieważ przepisy i normy podlegają ewolucji, użytkownicy poszukują najlepszych produktów zdolnych zapewnić wyższe poziomy bezpieczeństwa. Odporne na łuk rozdzielnice silnikowe i inteligentne systemy sterowania spełniają tę potrzebę w wielu zastosowaniach. Takie rozwiązania oferują ulepszone cechy bezpieczeństwa wraz z możliwością zdalnego sterowania i monitorowania.
Propozycja prawidłowego rozwiązania
Łukoodporna modułowa rozdzielnica silnikowa MCC została zaprojektowana i zbudowana, aby dostarczyć kompletne strukturalne rozwiązanie, o zdolności zatrzymania i oddalenia energii łuku od personelu w kategorii dostępności „Type 2”. Typ 2 dostępności, wg definicji zgodnej z normą IEEE C37.20.7-2007, pomaga chronić personel znajdujący się z przodu, tyłu i po bokach obudowy od skutków wewnętrznego wyładowania łukowego.
Cechy obudowy powinny zawierać:
- integralność struktury przez przejrzystą i zwartą konstrukcję,
- podwójny system ścian w każdej sekcji,
- odizolowanie szyn poziomych i pionowych nieprzewodzącymi elementami podtrzymującymi,
- automatyczne pionowe klapy zasuwne osłaniające dostęp do szyn,
- w pełni izolowane obudowy,
- wydzielone noże uziemiające połączone z pionową szyną uziemiającą.
Odporna mechanicznie konstrukcja modułowa i prawidłowo zamocowany, odizolowany i wydzielony system szyn są ważnymi cechami rozdzielnic silnikowych, gdyż przeciwdziałają skutkom zdarzeń łukowych. Podwójna konstrukcja ścian w każdej sekcji i wytrzymałe mechanicznie podtrzymanie układu szyn przyczyniają się istotnie do zdolności wyposażenia w zatrzymaniu i rozproszeniu energii łuku elektrycznego.
Aby pomóc odizolować i ochronić użytkowników od potencjalnie niebezpiecznych napięć, rozdzielnica silnikowa powinna być wyposażona w stały system uziemień wzdłuż prawidłowo izolowanego i wydzielonego układu szyn pionowych i poziomych. Dodatkowo dla bezpieczeństwa przedziały, które zawierają człony wysuwne, powinny zawierać automatyczne przegrody ruchome, które będą natychmiast osłaniać styki stałe po wysunięciu członu ruchomego.
Jedna z najnowszych cech w technologii rozdzielnic silnikowych polega na użyciu wbudowanych układów sieciowych i odpowiednio skonfigurowanego oprogramowania. Poprzez zastosowanie sieci zakładowej, opartej na jawnym protokole, jak np. DeviceNet, wraz z monitorowaniem rozdzielnicy i oprogramowaniem konfiguracji użytkownicy mogą zdalnie monitorować, konfigurować i diagnozować MCC, zmniejszając potrzebę wejścia przez personel do strefy wyładowania łukowego.
Kryteria bezpieczeństwa
Rozważając zastosowanie łukoodpornych rozdzielnic silnikowych ważne jest, aby użytkownicy rozumieli kryteria, którym muszą sprostać, zanim MCC zostanie sklasyfikowana jako łukoodporne rozwiązanie. Termin „łukoodporny” – ponieważ odnosi się do wyposażenia elektrycznego, jak np. niskonapięciowe MCCs, jest uznanym pojęciem w przemyśle – zdefiniowanym w IEEE C37.20.7-2007. Podana norma określa wymagania prób, które muszą być spełnione, oraz oczekiwane cechy techniczne wyposażenia, które musi przyjąć w warunkach krytycznych wyładowanie łukowe.
Niektórzy sprzedawcy mogą używać pojęcia łukoodporny”, aby opisać ich oferowany produkt w znaczeniu udowodnionej zdolności łukoodporności, która w przemyśle nie ma innych, dodatkowych znaczeń. Jeszcze jedna kwestia sporna w MCC polega na twierdzeniu, że utrzymanie zamkniętych drzwi w rozdzielnicy podczas wprowadzania i usuwania systemów stykowych zapewnia niższe ryzyko i dlatego pozwala użytkownikom dotrzymać zredukowanego poziomu wymaganego sprzętu ochrony osobistej (PPE). W rzeczywistości nieprzemysłowe standardy pozwalają użytkownikom zmniejszyć kategorię ryzyka rozdzielnicy MCC, dlatego że drzwi są zamknięte.
Pilność popłaca
Ostatecznie, najlepszą ochroną przed narażeniem na wyładowanie łukowe jest wewnętrzny program bezpieczeństwa, zgodny z normą NFPA 70E. Poza tym najważniejsza jest następująca rada – „wyłączyć”. Z powodu wysokiej produkcji i używania wielorakich i różniących się systemów automatyki w jednym zakładzie przemysłowym, identyfikowanie i znaczące zmniejszanie potencjalnych zagrożeń może być złożonym zadaniem. Oznacza to, że użytkownicy i pracodawcy muszą się pilnie doszkalać na praktycznych kursach i wysoce wybiórczo wybierać technologie zwiększające bezpieczeństwo w ich miejscu pracy.
Wszystkie dobre wiadomości, które są postępem w technologii nadzoru, ułatwiają wybór rozwiązań projektowych w celu dostarczenia poprawionego bezpieczeństwa, powiększającego produktywność i oszczędność.
John Kuroski jest kierownikiem produktu w Rockwell Automation
Artykuł pod redakcją dr. inż. Marka Olesza – adiunkta Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej oraz weryfikowany przez dr. hab. inż. Romana Partykę – kierownika Zakładu Wysokich Napięć i Aparatów Elektrycznych Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej.
Ukryte korzyści inteligentnego MCCs, Dale Hrachovec Siemens Industry
W praktyce utrzymania ruchu występują znaczące korzyści związane z wprowadzeniem właściwego programu eksploatacji polegającego na redukcji kosztów energii i unikania kosztów niezaplanowanego czasu przestoju związanego z krytycznym uszkodzeniem silnika. Właściwe zastosowanie praktyk utrzymania ruchu w celu wyeliminowania stałych, nieplanowanych uszkodzeń może doprowadzić do 60% redukcji kosztów konserwacji, a to oznacza miliony dolarów oszczędności dla właściciela.
Jedna z metod utrzymania silnika, zwykle używana w niekrytycznych procesach, polega na „pracy do uszkodzenia” (run-to failure). Metoda ta może być w wysokim stopniu wystarczająca w zastosowaniu np. w układach wentylacyjnych.
Najczęściej stosowana metoda utrzymania, używana w eksploatacji szerokiej gamy silników większej mocy, polega na wykonywaniu konserwacji w określonych odstępach czasu (Time Based Maintenance). Okresowa eksploatacja silników wykorzystuje analizę ogólnych parametrów zużycia, takich jak: liczba rozruchów, liczba godzin pracy silnika, cykl pracy oraz liczba wyłączeń przeciążeniowych. Powyższy typ standardowego programu utrzymania używa wymienionych danych, aby określić smarowanie i czas przeglądów.
Jednakże większość uszkodzeń silników może zostać przewidziana na podstawie właściwości fizycznych silnika w warunkach pracy (temperatura, napięcie, prąd obciążenia, drgania). Względne poziomy tych zmiennych mogą wskazywać potencjalne, bliskie uszkodzenia maszyny. Zdolność przewidzenia awarii w czasie rzeczywistym, która odbywa się poprzez monitorowanie parametrów fizycznych, jest określona jako diagnostyka predykcyjna (Condition Based Maintenance albo Predictive Maintenance). Sposób ten jest używany szczególnie w eksploatacji nietypowych silników – często napędzających inne, ważne urządzenia.
Inteligentna rozdzielnica silnikowa MCC wykorzystuje zaawansowane technologicznie części składowe. Dodatkowe dane są monitorowane przez inteligentne wyłączniki przeciążeniowe, układy łagodnego rozruchu (soft start), układy sterowania częstotliwościowego VFD oraz układy pomiarowe mierzące prądy i napięcia w poszczególnych fazach, moce, asymetrię napięcia, temperaturę obudowy, z modelem nagrzewania silnika poprzez wykorzystanie wbudowanych termistorów dla określenia temperatury uzwojeń silnika.
Ważnym kryterium oceny inteligentnych rozwiązań MCC jest miejsce gromadzenia wymaganych informacji. Właściwie dobrany, inteligentny MCC powinien gromadzić odpowiednie dane w sterownikach programowalnych (PLC) i/lub w urządzeniu sterującym silnikiem. Pozwala to zapamiętać ważne dla użytkownika dane podczas wymiany sterownika programowalnego lub jego uszkodzenia. Dodatkowo – zbiór, ocena i wyświetlenie kompletnych danych silnika może wyeliminować potrzebę ich ręcznego gromadzenia, zmniejszając w ten sposób koszty pracy i powiększając dokładność. Oszczędności wynikające z zastosowanego udogodnienia są w tym przypadku najważniejsze. Kiedy planuje się więc modernizację, należy pamiętać o wykorzystaniu inteligentnych technologii MCC obecnie dostępnych. Ich użycie i integracja w programie utrzymania silników może dostarczyć zarówno konkretnych oszczędności utrzymania, jak i potencjalnie znaczących zysków dzięki zapobieganiu nieoczekiwanym uszkodzeniom silników.
Dale Hrachovec jest inżynierem konsultantem w Siemens Industry.
