Zabezpieczenia silników elektrycznych- wybrane zagadnienia

Polska Norma PN-EN 60204-1 dotyczy elektronicznego, elektrycznego oraz programowalnego wyposażenia i układów maszyn, które nie są trzymane w dłoniach w czasie ich pracy oraz grup maszyn pracujących razem w sposób skoordynowany.

Jej znajomość, a także respektowanie są absolutnie nieodzowne dla pracowników tak z biura projektowego, jak i z produkcji. W IMI-Polska Sp. z o.o. przywiązujemy do kwestii bezpieczeństwa szczególną uwagę. Poniżej postaramy się przybliżyć wybrane wytyczne.

Zabezpieczenia silników elektrycznych- wybrane zagadnienia

W poprzednim artykule Ochrona wyposażenia- Zabezpieczenie nadprądowe oraz przeciwprzepięciowe – wybrane zagadnienia opisaliśmy ogólnie przyczyny i metody zabezpieczania wyposażenia przed zjawiskami nadprądowymi. W niniejszym wspomniane będzie również o tym, ale także o innych aspektach zabezpieczeń koniecznych, gdy używamy silników elektrycznych.

Silnik elektryczny to maszyna elektryczna, w której energia elektryczna zmieniana jest na energię mechaniczną. Wyróżniamy wiele ich typów, lecz niezależnie od tego, czy jest to silnik zasilany napięciem stałym, czy napięciem przemiennym stanowi kluczowy element wielu układów maszyn, bez którego większość zakładów produkcyjnych nie byłoby w stanie spełniać swoich założeń. Prawidłowe i przewidywalne działania silnika elektrycznego jest nieodzowna dla zachowania ciągłości pracy oraz właściwego poziomu bezpieczeństwa.

Zabezpieczenie silników przed przegrzaniem

Polska Norma PN-EN 60204-1 stwierdza, że każdy silnik, którego moc przekracza 0,5 kW powinien być wyposażony w zabezpieczenie przed przegrzaniem. Istnieją jednak od tej zasady pewne wyjątki. Dotyczą one silników, których samoczynne zatrzymanie byłoby niedopuszczalne. Przykładowo takimi silnikami dysponują pompy pożarnicze. W takiej sytuacji środki wykrywające winny wywoływać sygnał ostrzegawczy, na który może zareagować operator.

Dodatkowo należy pamiętać, że jeśli mogłoby to spowodować sytuację zagrażającą lub uszkodzenie maszyny bądź produkcji w toku, powinien być uniemożliwiony powtórny samoczynny rozruch silnika, po zadziałaniu zabezpieczenia przed przegrzaniem.

Zabezpieczenie przed przeciążeniem

Wprowadzając zabezpieczenie przed przeciążeniem należy przewidzieć we wszystkich przewodach czynnych, oprócz przewodu neutralnego. W sytuacji, gdy wykrywanie przeciążenia silnika nie służy również do zabezpieczenia kabli przed przeciążeniem, dopuszczalne jest zredukowanie urządzeń zabezpieczających na życzenie użytkownika. Zadeklarować to należy w formularzu ankietowym dotyczącym wyposażenia elektrycznego maszyny, którego dostarczenie do dostawcy rekomenduje się każdemu przyszłemu użytkownikowi wyposażenia.

W przypadku stosowania silników jednofazowych lub silników zasilanych prądem stałym, dopuszcza się wykrywanie przeciążenia tylko w jednym nieuziemionym przewodzie czynnym.

Jeśli zabezpieczenie przed przeciążeniem realizuje się poprzez wyłączanie obwodów, to łącznik powinien wyłączać wszystkie przewody czynne. Nie jest wtedy konieczne wyłączenie przewodu neutralnego w celu zabezpieczenia przed przeciążeniem.

Sytuacja komplikuje się, gdy rozważamy zabezpieczenie silników specjalnego przeznaczenia. Silniki takie stosuje się do częstych rozruchów, hamowań (na przykład silniki stosowane do szybkich posuwów poprzecznych, do zamykania, do szybkich nawrotów, do precyzyjnego wiercenia). Trudności może sprawić zwłaszcza dobór zabezpieczenia przeciążeniowego o stałej czasowej porównywalnej ze stałą czasową zabezpieczanego uzwojenia. W takich sytuacjach nieodzowne jest dobranie urządzeń zabezpieczających o właściwościach dopasowanych do silników specjalnego przeznaczenia lub zabezpieczeń przed nadmierną temperaturą.

Wyjątek od wymogu stosowania zabezpieczenia przed przeciążeniem stanowią silniki, które nie mogą być przeciążone. Przykładem mogą być tu silniki momentowe albo napędy zabezpieczone mechanicznym urządzeniem przeciążeniowym lub są odpowiednio zwymiarowane.

Zabezpieczenie przed nadmierną temperaturą

Stosowanie zabezpieczenia przed nadmierną temperaturą jest szczególnie zalecane w przypadku silników, których środowisko pracy (przykładowo stopień zapylenia) może wpływać na pogorszenie chłodzenia.

Dodatkowo niezbędne jest branie pod uwagę rodzaju silnika, pojedyncze zabezpieczenie może okazać się niewystarczające i zaleca się stosowanie dodatkowego zabezpieczenia. Przykładem takiej sytuacji może być zahamowanie wirnika lub przerwy w zasilaniu jednej fazy.

Zastosowanie zabezpieczenia przed nadmierną temperaturą jest także zalecane w przypadku wyżej wspomnianych silników, które nie mogą zostać przeciążone, gdy istnieje możliwość wystąpienia nadmiernej temperatury (na przykład z powodu zmniejszenia chłodzenia)

Zabezpieczenie przez ograniczenie prądu

Jeżeli zabezpieczenie przed skutkami przegrzania silników trójfazowych uzyskuje się poprzez ograniczenie prądu, dopuszcza się zmniejszenie urządzeń ograniczających prąd z trzech do dwóch.

Dla silników zasilanych z sieci jednofazowej prądu przemiennego lub prądem stałym dopuszcza się ograniczanie prądu jedynie w jednym przewodzie nieuziemionym.

Zabezpieczenie przed nienormalną temperaturą

Jeśli obwód zawiera rezystancyjne urządzenia grzejne, bądź inne obwody zdolne osiągać, bądź powodować nieprawidłowe temperatury, a przez to może być przyczyną zagrożenia, należy wyposażyć go w odpowiednie detektory, które będą w stanie uruchomić odpowiednie działania sterownicze. Szczególnej uwagi wymagają tu obwody przewidziane do pracy dorywczej.

Zabezpieczenie przed przerwą w zasilaniu lub obniżeniem napięcia i jego powrotem

W sytuacji, w której przerwa w zasilaniu lub obniżenie napięcia może doprowadzić do sytuacji zagrożenia, uszkodzenia maszyny lub produkcji w toku, nieodzowne jest zastosowanie zabezpieczenia podnapięciowego, nastawionego na ustalony wcześniej poziom, które będzie miało możliwość na przykład wyłączenia maszyny.

Dopuszczalne jest zastosowanie zwłocznego zabezpieczenia podnapięciowego, jeżeli działanie maszyny pozwala na krótkotrwałe przerwy lub obniżenie napięcia, jednak konieczne jest dopilnowanie, by takie urządzenie nie pogarszało działania dowolnego urządzenia odpowiedzialnego za ewentualne zatrzymanie maszyny.

Konieczne jest przeciwdziałanie samoczynnemu lub niespodziewanemu ponownemu uruchomieniu maszyny w przypadku powrotu napięcia do poprzedniej wartości, jeśli mogłoby to spowodować sytuację zagrożenia.

Dodatkowo należy mieć na uwadze, że jeśli tylko część maszyny lub grupy maszyn pracujących razem w sposób skoordynowany podlega skutkom obniżenia napięcia lub przerwy w zasilaniu, to zabezpieczenie podnapięciowe muszą inicjować odpowiednie sterowanie, by zapewnić ciągłość koordynacji.

Zabezpieczenie silników przed nadmiernym wzrostem prędkości obrotowej

Jeśli możliwe jest wystąpienie nadmiernego wzrostu prędkości obrotowej silnika elektrycznego i może to spowodować sytuację zagrożenia, powinno być wprowadzone stosowne zabezpieczenie. Zabezpieczenie takie powinno uruchamiać stosowne działania sterownicze oraz zapobiegać ponownemu samoczynnemu uruchomieniu.

Zaleca się również, by działanie przed nadmierną prędkością obrotową działało w taki sposób, by dopuszczalna ze względów mechanicznych prędkość obrotowa silnika lub jego obciążenie nie zostały przekroczone. Takie zabezpieczenie może zawierać przykładowo wyłącznik odśrodkowy bądź wskaźnik dopuszczalnych wartości prędkości obrotowej.

 Zabezpieczenie przed niepoprawną kolejnością faz

Jeśli niepoprawna kolejność faz napięcia zasilania może doprowadzić do sytuacji zagrożenia lub uszkodzenia maszyny należy wprowadzić stosowne zabezpieczenie.

Jest to szczególnie istotne, jeśli maszyna zostaje przełączona z jednego zasilania na inne, bądź jest mobilna i wyposażona w osprzęt służący dołączaniu do zewnętrznego źródła zasilania.

Zabezpieczenie przed przepięciami spowodowanymi udarami wynikającymi z wyładowań atmosferycznych i z czynności łączeniowych

Jeśli przewiduje się możliwość doprowadzenia w ten sposób do sytuacji zagrożenia można wprowadzić dodatkowe urządzenia zabezpieczające przed skutkami przepięć wynikających z udarów powodowanych przez wyładowania atmosferyczne lub czynności łączeniowe. Wprowadzając je należy zadbać o to by:

• Urządzenia odpowiedzialne za ograniczanie przepięć spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi były dołączone do zacisków wejściowych urządzenia odłączającego od zasilania.
• Urządzenia służące ograniczeniu przepięć powodowanych udarami, które wynikają z czynności łączeniowych były włączone pomiędzy zaciski całego wyposażenia wymagającego takiej ochrony.

Polska Norma PN-EN 60204-1 Zawiera liczne wskazówki i wytyczne dotyczące poszczególnych maszyn oraz wyposażenia. Powinna być ona niezbędnym kompendium wiedzy dla każdego, kto zajmuje się tak projektowaniem, jak montażem i użytkowaniem maszyn zawierających elektroniczne lub elektryczne wyposażenie.

W nadchodzących tygodniach postaramy się przybliżyć kolejne wybrane zagadnienia, tymczasem zachęcamy do zapoznania się z już opublikowanymi:

1. Ryzyko towarzyszące zagrożeniom związanym z wyposażeniem elektrycznym
2. Środowisko rzeczywiste i warunki pracy- wybrane parametry
3. Ochrona wyposażenia- Zabezpieczenie nadprądowe oraz przeciwprzepięciowe- wybrane zagadnienia

Inne artykuły, które mogą Cię zainteresować:

1. Automatyzacja procesu spawania
2. Automatyzacja produkcji
3. Kim jest integrator automatyki przemysłowej?
4. Automatyzacja procesów produkcyjnych
5. Automatyka przemysłowa
6. Projektowanie instalacji elektrycznych – maszyny
7. Prefabrykacja szaf sterowniczych – dlaczego warto stosować standardy?
8. Programowanie PLC
9. Maszyny specjalne
10. Design for Assembly, automatyzacja produkcji