Na czym polega prawidłowa eksploatacja silników wysokiego napięcia? Jakie rozwiązania pozwalają na obniżenie kosztów eksploatacji tych napędów?
Silniki klatkowe wysokiego napięcia (610 kV) są zazwyczaj podłączane bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej. Należy pamiętać, że uderzenie prądu rozruchowego, powstające podczas załączenia, może powodować w silniku udary oraz naprężenia mechaniczne. Z kolei przepływ prądu rozruchowego jest przyczyną nagrzewania uzwojenia stojana, a także szybkiego i nierównomiernego nagrzewania uzwojenia klatkowego w wirniku. W efekcie przyspiesza się procesy zużycia silnika i zwiększa jego awaryjność. Dlatego w przypadku aplikacji wymagających częstego uruchamiania i długotrwałych rozruchów przy szybkozmiennym obciążeniu na wale wykorzystuje się specjalne wykonania napędu. Liczone są przy tym naprężenia mechaniczne i termiczne, które występują w uzwojeniach stojana i klatkach wirników silników indukcyjnych podczas rozruchu. Oprócz tego ważne jest odpowiednie wykonanie klatki wirnika, przy zachowaniu odpowiednich luzów i tolerancji.
Konstrukcja silników
W trójfazowych silnikach klatkowych dużej mocy wykorzystuje się konstrukcję spawaną. Chłodzenie może być realizowane za pomocą chłodnicy rurowej, nabudowanej na kadłubie, z systemem chłodzenia powietrze/powietrze lub woda/powietrze. Silniki z chłodzeniem za pomocą powietrza bazują na wewnętrznym obiegu powietrza zapewnionym przez wentylator. Silniki z zewnętrznym czynnikiem chłodzącym wykorzystują wodę w obiegu zamkniętym.
Podłączenie i rozruch silnika
Na etapie doboru kabli zasilających silnik oraz urządzeń sterujących i zabezpieczających, trzeba uwzględnić przede wszystkim znamionowy prąd silnika, długość kabla, a także współczynnik dotyczący warunków pracy. Jeżeli silniki nie mają zespołu listew zaciskowych, to należy wykorzystać materiały izolacyjne, które są kompatybilne z klasą izolacji podaną na tabliczce znamionowej. Ważne jest, aby minimalna odległość izolacji pomiędzy nieizolowanymi elementami pod napięciem oraz pomiędzy elementami pod napięciem a uziemieniem wynosiła:
-> 5,5 mm dla napięcia znamionowego o wartości do 690 V,
-> 8 mm dla napięcia znamionowego o wartości do 1,1 kV,
-> 45 mm dla napięcia o wartości do 6,9 kV,
-> 70 mm dla napięcia o wartości do 11 kV,
-> 105 mm dla napięcia o wartości do 16,5 kV.
W silnikach elektrycznych wysokiego napięcia wykorzystuje się skrzynki zaciskowe, wyposażone w uszczelnienia kablowe i uchwyty kabli, które chronią je przed wyrwaniem. Wnętrze skrzynek zawiera odpowiednie obejmy, przeznaczone do uziemienia pancerza kabla zasilającego. Do podłączenia zasilania wykorzystuje się 3 zaciski uzwojenia stojana umieszczone na izolatorach. Niektóre pokrywy skrzynek silników wysokonapięciowych mają specjalne membrany antyimplozyjne. Obwody zabezpieczeń termicznych i grzałek antykondensacyjnych są wyprowadzone od oddzielnych skrzynek zaciskowych umieszczonych w sąsiedztwie skrzynki głównej.
W przypadku bezpośredniego rozruchu silników przy pełnym napięciu wykorzystuje się stycznik pośredni, czyli prostą, a zarazem tanią aplikację rozruchową. Można ją stosować, jeżeli prąd rozruchu nie jest w stanie zakłócić parametrów sieci zasilającej. W praktyce przyjmuje się, że prąd rozruchu w silnikach indukcyjnych osiąga wartość przekraczającą prąd znamionowy o 67 razy. Prąd o tej wartości nie powinien wpływać na zasilanie innych odbiorników elektrycznych.
Rozruch bezpośredni stosuje się w aplikacjach, gdzie sieć zasilająca ma odpowiedni zapas mocy. Rozruch napędu powinien być przy tym wykonywany bez obciążenia. Jeżeli bezpośredni rozruch nie jest możliwy, wykorzystuje się rozwiązania przeznaczone do ograniczania prądu rozruchu – rozrusznik gwiazda-trójkąt, przełącznik szeregowo-równoległy, kompensacja przełącznika lub automatycznego transformatora, statyczny lub miękki rozrusznik (tzw. softstart), przetwornice.
Silniki wysokosprawne
W przemyśle zastosowanie znajdują wysokosprawne trójfazowe silniki klatkowe wysokiego napięcia. W niektórych maszynach elektrycznych tego typu stosowane są użebrowane kadłuby żeliwne o wysokim współczynniku energetycznym. Sztywna i zwarta konstrukcja kadłuba zapewnia niski poziom drgań i hałasu. Przykładowy zakres produkcyjny silników wysokosprawnych obejmuje wielkości mechaniczne: rozmiar od 355 do 560 mm, przy mocy 1601800 kW.
Niektóre modele silników są przeznaczone do aplikacji o pracy ciągłej, niewymagających częstych nawrotów i rozruchów. W zależności od warunków otoczenia dobiera się stopień ochrony IP obudowy silnika.
Dostępne są również silniki przeznaczone do pracy w układach szybkich SZR (załączanie rezerwy). Mogą być załączane przy obecności 100% napięcia resztkowego i pełnej opozycji faz.
Konserwacja
Podczas konserwacji silników należy pamiętać, aby utrzymywać w czystości nie tylko silnik, ale również urządzenia, które z nim współpracują. Warto w określonych odstępach czasowych mierzyć parametry instalacji, a także temperaturę uzwojenia i łożysk oraz układu chłodzenia. Należy sprawdzać efekty zużycia oraz działanie układu smarowania i stan łożysk. Ważne jest sprawdzenie systemu wentylacyjnego, by zapewniał on prawidłowy przepływ powietrza. Oprócz tego kontroli poddawany jest wymiennik ciepła. Należy mierzyć poziomy drgań maszyny i sprawdzać wszystkie akcesoria i połączenia silnika. W celu zapewnienia skutecznej wymiany ciepła z otoczeniem zewnętrzna strona ramy musi być czysta i nie zawierać kurzu czy tłuszczu.
Okresowa kontrola uzwojeń powinna się sprowadzać do regularnych pomiarów parametrów roboczych zasilania oraz rezystancji uzwojeń i/lub przewodów zasilających. Jest to szczególnie istotne, jeżeli maszyna pracuje w trudnych warunkach środowiskowych lub przez długi czas nie była używana. Okresowemu przeglądowi powinno się poddać uzwojenie. W przypadku gdy pomiar wykazał obniżone wartości rezystancji, trzeba dokładnie przeanalizować przyczynę jej obniżenia. W niektórych miejscach spadek poziomu rezystancji może być skutkiem zbyt dużej ilości wilgoci i pyłu. By uzyskać prawidłową wartość oporności izolacji, należy usunąć pył oraz wysuszyć wilgoć, która znajduje się na uzwojeniach.
Prawidłowa eksploatacja uzwojeń izolowanych wymaga zadbania, by były one czyste i wolne od zanieczyszczeń, pyłu itp. Uzwojenia mogą być czyszczone za pomocą odkurzacza przemysłowego z wąską, niemetaliczną końcówką. Silniejsze zabrudzenia można czyścić specjalnym ciekłym rozpuszczalnikiem. Po wyczyszczeniu uzwojenie należy wysuszyć. W celu sprawdzenia, czy uzwojenie jest całkowicie suche, wykonuje się pomiar rezystancji izolacji i wskaźnika polaryzacji. Czas schnięcia uzwojenia po myciu ma charakter zmienny, w zależności od warunków atmosferycznych – wilgotności, temperatury itp.
Przykłady oferty rynkowej
Na rynku dostępne są m.in. silniki modułowe wysokiego napięcia firmy ABB przeznaczone do stref pyłowych, osiągające moce od 160 do 7700 kW przy wzniosie wału IEC od 400 do 630 i liczbie biegunów od 2 do 12. Zakres napięć wynosi od 1000 do 13 800 V przy częstotliwości 50 lub 60 Hz i stopniu ochrony IP 54, IP 55 lub IP 56. Maszyny bazują na chłodzeniu typu IC 611, IC 666, IC 616, IC 81W lub IC 86W. Materiał obudowy to stal spawana. Silnik może być montowany pionowo lub poziomo.
Innym przykładem są silniki dużej mocy serii Sf-E i Sfw firmy Emit. Są to trójfazowe silniki klatkowe wysokiego napięcia w kadłubach modułowych z konstrukcją spawaną. Chłodzenie jest realizowane za pomocą chłodnicy rurowej, nadbudowanej na kadłubie (system chłodzenia IC611 – powietrze/powietrze lub IC81W – powietrze/woda).
Firma Weg oferuje m.in. silniki serii M Line MGP, które zaprojektowano pod kątem pracy w systemach chłodzenia, a także silniki serii WGM, bazujące na chłodzeniu za pomocą płaszcza wodnego.
Autor: Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
Tekst pochodzi z nr 6/2016 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
