Post on 06-Feb-2018
FAKULTETELEKTROTEHNIKEIRAUNARSTVA
ZAVODZAELEKTROSTROJARSTVOIAUTOMATIZACIJU
ELEKTROMOTORNIPOGONIUEKSPLOZIJSKIUGROENIMPROSTORIMA
ELECTRICALDRIVESFORUSEINPOTENTIALLYEXPLOSIVEATMOSPHERES
Prof.dr.sc.DragoBan
Skopje,2014.
2
MODERNIELEKTROMOTORNIPOGON,STRUKTURA
IZVOR ELEKTRINE
ENERGIJE
PRETVARA ELEKTRINE
ENERGIJE
Elektromehaniki pretvara(motor)
Elektrinaenergija
(fiksni oblik)
RADNI STROJ(TEHNOLOKI
PROCES)
Mehanikaenergija
REGULATOR
Zadana veliina(brzina, poloaj)
Senzori i pretvarai
Elektrina energija (promjenljiv oblik)
Tokenergije
Toksignala
D.Ban2014.
3
FunkcionalnidijagramizmjeninogEMP(IEC618002)
4
MODERNIELEKTROMOTORNIPOGONI,VANOST
6065% sveukupnoproizvedeneelektrineenergijenazemljisepretvaraumehanikiradposredstvomelektromotornihpogona
Namnogimprocesnimpostrojenjima8090% elektrineenergijetroiseuelektromotornimpogonima(rafinerijaplinaCPSMolve(RH)oko90%,JadranskiNaftovod(RH)oko90%)
PojedinanesnageelektromotornihpogonasekreuodredamWdo200MW(mehatronikiureajisuzanajmanjesnage,pumpno akumulacijskeelektranezanajveesnage).
5
OSNOVNAKONFIGURACIJAREGULIRANOGEMPAUEKSPLOZIJSKIUGROENOMPROSTORU
Ueksplozijskiugroenomprostoruobinosenalazielektromotoriradnistrojaostalekomponenteelektromotornogpogonasuusigurnomprostoru.
Izvo
r nap
ajan
ja,
mre
aIz
vor n
apaj
anja
, m
rea
(Hazardousarea)(Safearea)
D.Ban2014.
6
ELEKTROMOTORNIPOGONIUEKSPLOZIJSKIUGROENIMPROSTORIMA
Standardizapogoneueksplozijskiugroenimprostorima:
EUROPSKEZEMLJE:EUROPAATEX,ENiIECSTANDARDS
NORTHAMERICANSYSTEMIMA2PODSISTEMA:NORTHAMERICANNATIONALELECTRICCODE(NEC)calledANSI/NFPA70andCANADIEN(CEC)CANADIANELECTRICCODEcalledCSAC22.1
UzvaeeTraditionalSystems,NECICEC,amerikedraveprihvaajusvevieIECstandardezbogvelikogtrita
7
IEC,ATEX,CENELEC
IECEx sistemjeopenitoprihvaeniromsvijetasminimalnim lokalnimprilagodbama
ATEX94/9/EC,(TheExplosiveAtmospheresDirective)jeeuropskadirektivaobaveznauprimjeniod2003.god,zasvezemljeevropskeunije,oznakaENsaserijskimbrojemstandarda
CENELEC (TheEuropeanCommitteforElectricalStandardization)razvijaelektrotehnikestandardezaEvropskuuniju.StandardiprotueksplozijskezatiteuEvropiiIECstandardisujednakijerzanjihparalelnoglasajuuCENELECuiIECu.
Primjer:IEC600790jeEN600790zaCENELEC,BSEN600790zaUnitedKingdom,
HRNEN600790zaHrvatsku
8
Eksplozivna atmosfera, trajanje IEC/ EN System Nort American
(Hazardous are is expected to exist..)
Ekspozivna atmosfera prisutna trajno ili u dugim vremenskim intervalima Zona0Division1 *(Amerikitermin:Continuous) (orzone1)
Eksplozivna atmosfera se oekuje Zona1 Division1povremeno u normalnom radu < 1000 h(Amerikitermin: Intermittent)
Ekspl.atmosfera se ne oekuje u normalnom radu, a ako se pojavi Zona2 Division2trajat e samo kratko vrijeme
9
ELEKTROMOTORZAEKSPLOZIJSKIUGROENIPROSTORIzvoriopasnostiiprincipiizbora
Dvasutemeljnaprincipaizboraelektromotorazapogoneueksplozijskiugroenimprostorima:Prvije daseodaberevrstamotoraukojemuseunormalnimpogonskimuvjetimaipristartanjunepojavljujuuzronicipaljenjaeksplozivneatmosfere:elektriniluk,iskrenjeinedozvoljenovisoketemperature.Drugije dasemehanikimi/ilielektrikimzatitamasprjeavapojavauzronikazapaljenjaikontaktazapaljiveatmosferesnjima.Zaeksplozijskiugroeneprostoreunovimpostrojenjimanajeesekoristeasinkronikaveznimotori,sinkronimotoristrajnimmagnetima,Brushlesssinkronimotori(bezetkicaikliznihkoluta),avrlorijetkokomutatorskimotori.Pravilanizborelektromotorasobziromnapogonskeuvjeteueksplozijskiugroenimprostorimajenajvanijamjerazatite.Odabratineodgovarajuimotorpaupogonskimuvjetimatraitinaindaseispravanradosiguraraznimzatitnimmjeramajepotpunokrivipristup.
10
Primjerpotpunounitenogkavezarotoraasinkronogmotorauuvjetimatekielektromotornipogon
Iskrenjeiel.luk
11
PROTEKSPLOZIJSKEZATITEELEKTROMOTORA,VRSTEIOZNAKE
Vrstaioznakaprotueksplozijskezatite Standard
Oklapanje(engl. flameproof)ExdZatita od eksplozije se osigurava oklapanjemmotora kuitem kojemora izdratitlakeksplozijeiosiguratidaseeksplozijanepreneseizvanmotora,naokolniprostor.Kodnormalnogpogonanesmijebitinedozvoljenovruihpovrinanakuitumotoraniiskrenja.
IEC600791
EN600791
Poveanasigurnost(engl.increasedsafety)ExeZatitomsemorasprijeitipojavunedozvoljenovruihpovrinamotora,elek. luka iiskrenja u uvjetima pokretanja, normalnog pogona ili pod specificiranim kvarnimstanjimamotora.Timeseosiguravadamotornemoebitiuzronikpaljenja.
IEC600797
EN600797
Nadtlak(engl.pressurized)ExpZatitnim plinom pod tlakom u unutranjosti motora veim od tlaka okolneatmosfere, sprijeiti eksplozivnu atmosferu da prodre unutarmotora i da doe ukontakt s dijelovima motora, potencijalnim uzronicima paljenja. Kod normalnogpogona ne smije biti nedozvoljeno vruih povrina, elektrinog luka ni iskrenja nakuitumotora.
IEC600792
EN600792
Neiskrei(engl.nonspakring)ExnAPrinormalnompogonumotora iunekim specificiranimuvjetimakvarovane smijebitinedozvoljenovruihpovrina,elektrinog lukani iskrenja.Zatitomseosiguravadamotornemoebitiuzronikpaljenja.Motorizazonu2 (kategorijaopreme3)
IEC6007915
EN6007915
Zatitakuitem(engl.enclosureprotected )ExtKuitemotora trebabiti izvedenodaumotor ne moeuieksplozivnaprainaidoi udodirs djelovimamotorakojimogubitiuzronikzapalenjailieksplozije.
IEC612411
EN612411
12
ELEKTROMOTORNIPOGONIUEKSPLOZIJSKIUGROENIMPROSTORIMA
PRIMJERIINSTALIRANIHELEKTROMOTORNIHPOGONAUEKSPLOZIJSKIUGROENIM
PROSTORIMA
13
Kaveznimotorinaftovodnihpumpi3300kW,6000V,50Hz,2p=4protueksplozijskazatitaExe,mehanikazatitaIP54
OtokKrk,TerminalOmialj,Jadranskinaftovod
D.Ban2014.
14
Visokonaponskimotor,VoithGetriba icentrifugalnanaftovodnapumpa,3300kW,6000V,50Hz,2p=4,
protueksplozijskazatitaExe,mehanikazatitaIP54
Centrifugalnapumpa
Visokonaponskimotor
15
ProtueksplozijskazatitanadtlakExp,mehanikazatitaIP54,frekvencijskireguliranipogon,1800kW,3,3kV,2p=2,3200o/min
15
isti zrak
PLINSKIMOTORZAMIJENJENREGULIRANIMASINKRONIMMOTOROM
Plinskimotor2500KS(1800kW),zamijenjenelektromotoromuzatitinadtlak
1616
17
Reguliraniasinkronipogonpumpe,rafinerijaplinaMolveprotueksplozijskazatitaoklapanje,ExdIIAT3
mehanikazatitaIP55
D.Ban2014.
18
Elektromotornipogonkompresorazaotpremuplina(rafinerijaINAMolve,RH)Reguliraniasinkronikaveznimotor2500kW,2p=8,3300V,protueksplozijskazatitanadtlakExp,VodomhlaenipretvarafrekvencijeABBACS1013W1,
19
Postrojenjaipostupcidodatnogdobivanjanafteiziscrpljenihizvora
20
MEHANIKEKARAKTERISTIKEASINKRONOGMOTORAICENTRIFUGALNEPUMPE,POGONSKARADNATOKASTACIONARNOGSTANJA
M
Mmax
Mk
Mn
ns ncentrifugalnapum
pa
Mmax maksimalnimoment
Mn nazivnimoment
motor
nn0
Radnatokapogona
M k momentkratkogspoja
21
PROMJENAMOMENTAISTRUJEUZALETUKAVEZNOGASINKRONOGMOTORA DIREKTNOPOKRETANJE
4
8
2
0,2 0,4 0,6 0,8 1
6
M/Mn
n/ns [min1]0
I/In
1
2struja
mome
nt
Relativnevrijednostistrujeimomentautijekuzaleta,tipinevrijednosti
22
SOFTSTARTUREAJrjeenjeproblemavelikihstrujapokretanja
Softstartreguliranaponmotorapripokretanjuimesesmanjujestrujapokretanja,momentipokretanjaidinamikesilenacijelisustavpogona.NakonzaletamotorakojiobinotrajemanjeodjedneminutesoftstartureajseprespojiudirektnispojmotoraimreeBypassContactor
*premaindustrijskomkatalogu
23
REGULIRANIILINEREGULIRANIELEKTROMOTORNIPOGON UEKSPLOZIJSKIUGROENOMPROSTORU?
Zatoodabratireguliranipogonilizamijenitipostojeinereguliranireguliranim?
1.Zbogzahtjevatehnolokogprocesa(ubrzavanjeprocesa,automatizacijaprocesa,..)Prilagodbatehnolokomprocesuiuvjetimapogonaupravljanjembrzinomilimomentomelektromotoraumjestodrugihtehnikihmogunosti(reduktori,multiplikatori,spojke,priguivai,.........)Produktivnostikvalitetaproizvodamogubitnoovisitiopreciznostiregulacijebrzinevrtnjeilimomentamotora(automatiziranaproizvodnja)
2.Zbogzatitemree,motorairadnihmehanizama,smanjivanjatrokovaodravanja
3.Zboguteda smanjenjapotronjeelektrineenergije
D.Ban2014.
24
STRUKTURAELEKTROMOTORNOGPOGONASASINKRONIMMOTOROMIPRETVARAEMNAPONAIFREKVENCIJE
Naelnashemaenergetskogkrugapretvaraafrekvencije,velikesnagefirma(ABB)zaasinkronikaveznimotorsasinusnimfiltrom
25
REGULACIJAPOGONAZBOGUTEDAENERGIJE(engl.Energyefficiency)
Upetrokemijskompostrojenjuasinkronikaveznimotorpotroi(pretvori)godinjeenergije uvrijednosti510putaveojodnjegovenabavnecijene,aucijelomvijekutrajanjapogona,tipino1525godina,potroi75250putaviezaenergijunegojenjegovanabavnacijena.
Ovajeinjenicakrucijalnapriodlucireguliraniilinereguliranielektromotornipogon,tezaanalizepriodluivanjuzazamjene,popravkeiodravanja.
Najveeutedeelektrineenergijemogusepostiireguliranimpogonomcentrifugalnihpumpi,ventilatoraikompresorakojisupodoptereeniunormalnompogonskomstanjuikojisugodinjerelativnodugovremenaupogonu.
Utehnikirazvijenomsvijetuprevladavatendencijaprimjenenovihreguliranihpogonaizamjenapostojeihnereguliranihreguliranim,zbogmogunostivelikihutedaenergije.
26
UTJECAJPRIMJENEFREKVENCIJSKIHPRETVARAANANEKASVOJSTVAREGULIRANOGELEKTROMOTORNOGPOGONA
Premda upotreba frekvencijskih reguliranih pogona u eksplozijom ugroenimpostrojenjima ima znaajnih prednosti pred nereguliranim pogonima njihovaupotrebaunosiinekenoveproblemesaspektaprotueksplozijskezatite.Zbognelinearnihkarakteristikapretvaraanaponiistrujekojemotoriuzimajuiznjihnisuugranicamastandardnogsinusnogoblika,kaokoddirektnognapajanjaizmree,ve sadrerazliitevieharmonikelanove.Sadrajiveliinaviihharmonikaovisioizvedbiispravljakogdijelapretvaraaiprimjenifiltranaizlazuizpretvaraa.
27
REGULIRANIELEKTROMOTORNIPOGONUEKSPLOZIJSKIUGROENOMPROSTORU
U usporedbi s nereguliranim pogonom (direktno pokretanje) reguliranipogoneksplozijskiugroenomprostorumoeimati:
slabijuventilacijuihlaenjekodsmanjenjabrzine,
vianaponskanaprezanjaizolacijskogsustavazbogimpulsnihpojava,
viepovrinsketemperaturezbogutjecajanesinusnihnaponaistrujanapoveanjegubitakaumotorui
nesimetrinenaponeistrujezvijezdita(engl.Commonmodevoltagesandcurrents)tomoeizazvatiiskrenjenaleajevimamotoraioteenjeistih.
28
IMPLUSNEPOJAVEUKABELUODPRETVARAADOMOTORA
Izborkabelainjegovoprikljuenjenamotoripretvara trebauskladusIEC6003425.tojekraikabeltojemanjezahtjevanaizvedbukabelaiposebnezatitnemjereizmeupretvaraaimotora.
Zona opasnosti Izvan zone opasnosti
Pretvara FiltarMrea50/60 Hz
kabel
Nadziranjetemperature
3 fazni kaveznimotor
L1
L2
L3
U
V
W
Osnovna frekvencija5 - 100 Hz
(zagrijavanje)
Frekvencija sklapanja1- 20 kHz
(leajevi, dodatna zagrijavanja,skin efekt)
Tranzijentna frekvencija300 kHz - 3 MHz
(prenaponi u namotima)
29
GLAVNIIZVORIRIZIKAPALJENJAZBOGPRIMJENEREGULIRANOGPOGONAIMJEREZASMANJENJE
Iskrenjezbogprobojaizolacijeunamotimamotorailiprikljunojkutiji uzrokimpulsiprenaponaireflektiranivalovinapona.Smanjenjerizika:Pojaanaizolacijaiilidu/dt filtrinaizlazuizpretvaraa.
Iskrenjenaleajevimazbogpromjenljivognaponazajedniketoke,zvjezditaCommonmodevoltages.Smanjenjerizika:Izoliranjeleaja,uzemljenjeosovineveihmotora,filtarnaizlazupretvaraa(engl.Commonmodefilter).
Poveanepovrinsketemperaturedijelovamotorazbogslabijeghlaenjailipreoptereenjamotora.Poveanjetemperaturemoebitizbogpogonamotoraizvanspecificiranogpodrujaregulacijeilinekorektnogdimenzioniranjamotora.
Smanjenjerizika:Temperaturanapovrinimotoramorabitirigoroznoprovjerena(mjerenjemiliraunanjemupojedinimsluajevimaprimjene)premaodnosnomstandardu.Upogonskimuvjetimatemperaturamotoramora bitidirektnomjerena.Mjerenjeoptereenjamotoraiadekvatnazatita.Ispravanprojektiodabirmotora.
30
PROBLEMLEAJNIHSTRUJAREGULIRANIHPOGONA
Problemleajnihstrujaelektrinihstrojevazbognesimetrijemag.krugovajedavnopoznatirjeavasenaklasinenaine,konstrukcijomstrojaiizoliranjempogonskihkomponenata.Tipiniproblemkodveihivelikihelektrinihstrojeva.
Umodernimreguliranimpogonimagenerirajuseleajnestruje visokihfrekvencijazbognesimetrinostinaponazajedniketokeuinvertoru(engleski:commonmodevoltages).
Daseizbjegnuoteenjailiunitenjaleajamorajuseupotrebljavatispecijalnifiltrinaizlazuizpretvaraa,tepaljivoodabranienergetskikabelizaspojmotoraipretvaraa.Najeetrebaizoliratileaje,uzemljitiosovinuiliprimijenitikeramikeleaje.tojereguliranipogonveesnagetosuiproblemileajnihstrujavei.Detaljnijeuputeipreporukezaproblemeleajnihstrujadajeisporuiteljpretvaraaproizvoaumotora.
31
LEAJNESTRUJEUFREKVENCIJSKIREGULIRANOMPOGONU
32
PRSTENKOTRLJAJUEGLEAJAOTEENLEAJNIMSTRUJAMA
IZVOR:IEC
33
ELEKTRINEZATITEEMPAUEKSPLOZIJSKIUGROENIMPROSTORIMA
ZatitamotoraodpreoptereenjauizvedbioklapanjeExduprincipuseprovodikaoizamotoreopenamjenejersuiposljediceodeksplozijeunutarmotoraznatnomanjegznaenjanegokadseonadogodiizvanmotora.
Uobiajenajeprekostrujnazatitapomoubimetalnihreleja,ilibolje,zatitatermosondamaugraenimunamotemotora(direktnatermikazatita).
ZatitaodnedozvoljenovisokogzagrijavanjanajvanijijedioizvedbepoveanasigurnostExe. ZatitnirelejmoraimatitakvukarakteristikudavrijemeiskljuenjauzzadanustrujukratkogspojabudekraeoddoputenogvremenatEstajanjaukratkomspoju.
34
ZAGRIJAVANJEIMINIMALNOVRIJEMEtE UOVISNOSTIOODNOSUSTRUJAMOTORAIK/IN ,PROTUEKSPLOZIJSKAZATITAEXe
MinimalnovrijemetE uovisnostioodnosustrujepokretanjainazivnestrujemotoraIk/In
Primjer:PorasttemperaturenakonnastankakratkogspojaiodreivanjavremenatE zakaveznimotor900kW,6000V,29701/min
tEKratki spoj
D.Ban2014.
35
PROCJENARIZIKAPOTENCIJALNOGPROBOJASTATORSKOGNAMOTAFAKTORIRIZIKAPALJENJAPREMAIEC6007914,PRILOGE(NORMATIVAN),ZAMOTOREUPROTUEKSPLOZIJSKOJZATITIEXe
36
PROCJENARIZIKAPOTENCIJALNOGPROBOJASTATORSKOGNAMOTAFAKTORIRIZIKAPALJENJAPREMAIEC6007914,
PRILOGEZAMOTOREUPROTUEKSPLOZIJSKOJZATITIEXE
AkojeukupnifaktorrizikaveiodonogkojegapropisujenormaEN600797motormorabitidodatnoispitanueksplozivnojplinskojsmjesiilimorabitiosiguranodapripokretanjukuitemotoranesadrieksplozivnuatmosferutoseprovodiikodzatitenadtlakExp postupkomispiranja.
Akojenpr.zbrojfaktorarizikaiztabliceveiod6morajubitiugraeniantikondenzacijskigrijai.Kuitenesmijesadravatieksplozivnuatmosferupripokretanjumotora.
ELEKTRIKAZATITAMOTORAUREGULIRANIMPOGONIMA
Usuvremenimreguliranimpogonimapojediniklasinielementielektrikihzatitamotorapostajunepotrebni,jersunjihovefunkcijekaoidodatnizahtjeviugraeniufrekvencijskipretvara.
Uobiajenesuzatitemotoraugraeneusustavpretvaraaod:kratkogspojaumotorskomkruguispojnomkabelupretvara motor,preoptereenjemotorasignalizugraenihsondiilitermikimodelmotora,nedozvoljenovisoketemperatureleaja,nedozvoljenovelikestrujeimomentamotora,prekidafazemotora,zemljospoja.
37
38
ISPITIVANJEELEKTROMOTORNOGPOGONAZAEKSPLOZIJSKIUGROENIPROSTOR
Procedurainainispitivanjasudefiniranipremavrstiprotueksplozijskezatiteelektromotora.Motorinapajanipromjenjivomfrekvencijominaponomprekopretvaraamorajubititipskiispitanizaradutakvimpogonskimuvjetimakaocjelinaspretvaraemizatitnimureajem IEC6007914.
39
Hvalanapanji
40
41
42