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