Zaštite pretvarača i motora upravljivog pogona

Transcription

1 Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike ELEKTROTEHNIKA - XIV tečaj Nove tehnologije električnih postrojenja Zaštite pretvarača i motora upravljivog pogona mr sc Milivoj Puzak dipl. ing. viši predavač Tehničko veleučilište u Zagrebu Elektrotehnički odjel ZAGREB tvz.hr

2 Elektromotorni pogon Zaštite djelovanje u neregularnim stanjima radi sprećavanja opasnosti i šteta pogoni konstantne brzine: motor direktno priključen na mrežu klasične tehnike zaštita - prekostrujna i termička (bimetalni relej ili detekcija tempereture u motoruc poznati postupci proračuni uz pomoć tabličnih kalkulatora pogoni upravljive brzine: motor + pretvarač tvore pogon zaštite raspodijeljene funkcijski na obje sastavnice pogon s asinkronim motorom i pretvarčem frekvencije najčešće rješenje u novim projektima

3 Štićenje - koga, što od čega Pojna mreža i dovodni vod - prevelikih struja koje onemogućavaju rad drugih trošila na istoj razini razvoda, povratnog djelovanja pretvarača Pretvarač prekostruje kratki spoj, preopterećenje Kabel - pregrijanje - prenaponi s mreže kratki spoj, proboj izolacije, preopterećenje Motor proboj na masu, spoj u namotima, preopterećenje Osoblje direktni dodir napona, indirektni dodirn naponi

4 zaštita podjela funkcija Prekidač zaštita pri kratkom spoju odvajanje od mreže pri održavanju Sklopnik radno uključenje i isključenje blokiranje rada pogona Pretvarač upravljanje radom u zaletu, regulaciji brzine i zaustavljanju zaštite sklopova pretvarača zaštita vodova zaštite motora

5 kvarovi na mrežnoj strani Pretvarač: ispravljač kondenzatorska baterija istosmjernog međukruga invertor mrežna i motorska strana odvojeni su istosmjenim sustavom konstantnog napona s mrežne strane na vidi se što se događa na motorskoj i obratno mjerni elementi su na izlazu inevrtora ne mogu djelovati na pojave u ispravljaču

6 kvarovi na motorskoj strani Pretvarač napona i frekvencije invertor: regulirani izvor sastavljen od 6 brzih poluvodičkih prekidača > moguć prekid struje u μs vremenskom području > moguće i funkcije zaštite struja se zatvara kroz kondenzator kao izvor struje kvara djelovanje na temelju signala mjerenja napona međukruga i struja prema motoru

7 strujni krug pri proboju izolacije zemljospoj motora Struje zemljospoja zatvarajus se iz izvora kroz ispravljač invertor motorski kabel i motor ovisno o mjestu zemljospoja ima izmjenu komponentu 50 Hz, ispravljenu pulzirajuću komponentu pozitivnu ili negativnu, modulirajuću frekvencije modulacije invertora te struju izlazne frekvencije napajanja motora

8 Pojava visokofrekventnih struja kroz kapacitete Struje kroz filterske kondenzatore i parazitne kapacitete kabele i namota motora teku prema uzemljenoj (PE) točki Radi povišene sklopne grekvencije inertora dodatno opterećuju tranzistore Pri uklopu mreže mogu prouzročiti proradu FID sklopke

9 Pojave u izoliranoj mreži IT pri proboju iza pretvarača Pogon s pretvarčem frekvencije može se priključiti na izoliranu mrežu Pri proboju na jednom mjestu ne dolazi do prekida rada pogona Pojavljuje se oscilirajući napon srednje točke međukruga Potrebno detektirati takvo stanje jer bi slijedeći proboj bio kratki spoj

10 zaštita ulaznog ispravljača Osigurač u rastavljačkom aparatu za galvansko odvajanje Sklopnik isklop energije prema nalogu iz kruga upravljanja u koji može biti uključena i neka naredba iz pretvarača ili motorske zaštite Osigurač štiti samo ispravljačke komponente posebno osjetljivi IGBT u aktivnoj ispravljačkoj jedinici specificirana karakteristika gg (gr) definiran I 2 t preporučen dual-action npr Sitor 3NE1 -F1.Q -G1 315 kw V 0-70 Hz -K1

11 zaštita ulaznog ispravljača Karaloški podaci ultrabrzih osigurača KONČAR Karakteristika I/t osigurača dual-fuction

12 zaštite ostvarene u pretvaraču Interne zaštite pretvaračke jedinice i motora temeljem mjerenih veličina strujne, naponske zaštite pretvarač štiti motor! Regulacijske zaštite - limiti Podešenje max. brzine vrtnje limit frekvencije limit struje i momenta motora vremena ubrzanja i usporenja te oblika prijelazne pojave promjene brzine vrtnje zabrana rada na rezonantnim brzinama

13 zaštite motora i invertora Prekostrujne zaštite kratki spoj na izlazu detekcija povišenog napona IGBT u vođenju vrijeme 4-10 μs brza prekostrujna mjerenje struje izlaza na cca 3 In vrijeme μs Zemljospoj detekcija razlike izlanih struja (10-50 %) In vrijeme reakcije 30 μs prekid faze motora jedna struja = 0 A vrijeme 100 μs nesimetrija struja dovoda ispad faze mreže neispravnost ispravljača povećana valovitost napona međukruga obuhvatni transformator mjerenje ΔI dovoda (u nekim izvedbama pretvarača)

14 zaštite od preopterećenja i pregrijanja Termičke zaštite pregrijanje invertora : mjerenje temperature hladnjaka >95 0 C temperatura IGBT > C nestanak hlađenja temperatura procesorskog modula >80C zaštita motora od pregrijanja termo slika motora temeljem mjerenja opterećenja i brzine vrtnje te podataka o toplinskoj vremenskoj konstanti pretvarač estimira temperaturu motora > upozorenje ili alarm pregrijanja

15 zaštite od preopterećenja i pregrijanja Termička zaštita direktnom detekcijom zagrijanja PT100 (1000) sonde u namotu + PT relej > mjerenje, upozorenje i zaštitno djelovanje PTC sonde sonde ugrađene u namote odgovarajuće toplinske karakteristike >dvije razine upozorenje i zaštitno djelovanje isklop ili zaustavljanje pogona direktni priključak PT sonde na analogni ulaz pretvarača omogućava uvid u zagrijanje motora i zaštitne funkcije signali davača (npr PT100 preko releja ili PTC sondi direktno priključeni na digitalni ulaz pretvarača

16 zaštita u pogonu s više motora na jednom pretvaraču Iznimno: pretvarač nije u mogućnosti raspoznati preopterećenje nekog motora napaja ih i štiti kao jedan ukupne snage bimetalna zaštita uz sklopnik pojedinog motora isklop jednog motora signalizira se ili zaustavlja rad pretvarača ponovno pokretanja pogona samo iz mirovanja svih motora nije dopustivo uključiti pojedini motor na pretvarač u radu!

17 zaštita pogona bez unutarnjih zaštitnih funkcija pretvarača Iznimno: pretvarač ne može štititi motor male snage u odnosu na nazivne struje pretvarača!? bimetalna zaštita ispred pretvarača kao zaštita pogona motor štititi termičkim sondama i uključiti u upravljanje sklopnikom

18 zaštite od napona dodira Direktni dodir sprijećen izvedbom motora IP 5x i pretvarača IP 21 ili IP54 Inirektni dodir povezivanje vodljivih dijelova motora i pretvarača na zaštitni vod pravila uzemljavanja ista kao i za klasične izvedbe pogona

19 zaštita detekcijom struje greške (RCD /FID) Detekcija struje greške štiti od opasnosti indirektnog dodira napona primjena s većim otporima zaštitnog kruga Struje u pogonu spretvaračem imaju osim osnovne frekvencije ima i dodatne komponemte: istosmjernu, pulzirajuću 150 Hz te radnu frekvenciju motora i modulacijku frekvenciju pretvarača povezivanje vodljivih dijelova motora i pretvarača na zaštitni vod pravila uzemljavanja ista kao i za klasične izvedbe pogona izmjenična struja pulzirajuća istosmjerna struja pulzirajuća regulirana istosmjerna pulzirajuća s istosmjrnom komponentom. filtrirana istosmjerna Princip RCD zaštite Potrebna osjetljivost RCD zaštitnog releja

20 zaštita detekcijom struje greške (RCD /FID) Standardni RCD može nepotrebno reagirati pri ukapanju zbog pojave kapacitivnih struja prenaponske zaštite i punjenje kondenzatora međukruga RCD zaštita se izbjegava u reguliranim pogonima Potrebna primjena elektroničkih vremenski i frekvencijski osjetljivih zaštita ili kombinacija manje osjetljivih standardnih i elektroničkih Pojava kapacitivnih struja u pogonu Primjena dvostruke RCD zaštite

21 zemljospojna zaštita u IT sustavu mreže Pogon s pretvaračem na izoliranoj mreži transformator D/d spoj vodljivi dijelovi opreme povezani na PE vodič proboj jedne točke nema za posljedicu struju zemljospoja proboj na dvije točke je kratki spoj trajni monitoring izolacije sustavom mjerenja otpora izolacije oscilacije napona neutralne zočke pri zemljospoju principna sheme nadzora izolacije

22 zaštita od prenapona Standardni slog varistora i filterskih kondenzatora na ulazu pretvarača štiti mrežni ispravljač od kratkotrajnih prenapona Pri korištenju RCD zaštite u nekim slučajevima potrebno odspojiti kondenzatore prema kućištu (PE) Mjerenjem napona u međukrugu signalizira se pojava prenapona ali ne može djelovati na sklopne aparate regulacijski se ograničava povišenje napona u kočnom režimu rda ulazni mrežni filter prenapona i struja zajedničke točke

23 zaštita u rješenju pogona Projektom izbor izvedbe pretvarača izbor sheme i elementa u mrežnom dovodu Podešavanjem pri puštanju u rad podešenje limita upravljačko regulacijske jedinice pretvarača aktiviranje i podešenje razina djelovanja zaštitnih funkcija Uvažavanjem pravila izbora zaštitnih elemenata i mogućnosti zaštitnih funkcija u pretvaračkj jedinici može se postići pogon koji će raditi pouzdano i sigurno

24 Literatura 1. J. Sconeck,Y. Nebon: LV protection devices and variable speed drives; ect 204 Schneider Electric *** IEC Guide for the design and performance of cage induction motors for converter supply; SINAMICS - Low Voltage Engineering Manual; Siemens SITOR Semiconductor protection: ACS 800 Instalation manual; ABB Drives