Pumppujen käynnistys- virran rajoittaminen Seppo Kymenlaakson Sähköverkko Oy Urakoitsijapäivä Sokos Hotel Vaakuna 12.3. 2014 Kouvola
Käynnistysvirrat, yleistä Moottori ottaa käynnistyshetkellä ns. jatkuvan tilan käynnistysvirtana 4 8 x I n ja kytkentävirtasysäys voi olla 8 12 x I n ilman virran rajoitusta Kuorma ei vaikuta (se vaikuttaa ainoastaan käynnistysaikaan) Aiheuttaa sähköverkkoon ja kiinteistössä jännitekuoppia ja hankalasti selvitettäviä laitteiden virhetoimintoja, joskus myös sulakepaloja Käynnistysvirrat aiheuttavat asiakkaalla usein sopimusrikkomuksen, josta asiakas on vastuussa STE ja VPE kohta 4 Käynnistysvirrat huomioitava varavoiman mitoituksessa Moottorin ilmoitettu pätöteho on akseliteho, eikä verkosta otettava teho 11.3.2014 2
Edut Suora käynnistys Suuri käynnistymismomentti Nopea käynnistys Ei ylimääräisiä kytkentälaitteita Ongelmia Suuri käynnistysvirta Jännitekuopat ja niiden haitat ympäristössä Käynnistysmomentin voimakas vaihtelu, jopa 5-6 x käynnistyksessä Huomioitava mitoituksessa 11.3.2014 3
Suoran käynnistyksen alussa momentti vaihtelee voimakkaasti Koneen tiedot P N = 7,5 kw, n =1500 rpm I N =16 A, T N = 47,7 Nm Lähde: Lauri Hietalahti 11.3.2014 4
Käynnistyksen alussa loistehot ovat huomattavasti pätötehoja suuremmat Lähde: Lauri Hietalahti 11.3.2014 5
Käynnistyshetken virtaan ei vaikuta kuormitus, vaan moottorin sähköiset ominaisuudet Käynnistyshetki Lähde: Lauri Hietalahti 11.3.2014 6
Virran rajoittajat 1/2 Tähti-kolmiokäynnistys Etuja: Verrattain halpa ja yksinkertainen Käynnistyshetken virtaa (tähdessä) saa pienennettyä 1/3 osaan nimellisjännitteen arvosta Haittoja: Aina käynnistysvirtapiikki ja jännitekuoppa Käynnistysmomentti tähdessä pienenee 1/3 nimellisjännitteeseen verrattuna Kolmioon siirryttäessä suuriakin virtapiikkejä (verkon ja moottorin napojen jännitteet voivat olla vastakkaiset) 11.3.2014 7
37 kw kompressorin eräs tähti-kolmio-käynnistys 636 A 273 A 3,63 s Δ 618 A Kolmiossa 1,36 s 42 A 59 A Kymenlaakson Sähköverkko OY/Seppo 8
Virran rajoittajat 2/2 Pehmokäynnistin Käynnistysvirtapiikin seurauksena syntyy jännitekuoppa, joka voi aiheuttaa prosesseissa ja laitteissa toimintahäiriöitä. Usein myös VPE/STE sopimusrikkomus Isommilla moottoreilla, jopa naapureita häiritsevää välkyntää Virran rajoitus käynnistysvirrasta käytännössä alle 50 % Halvempi, mutta ei anna taajuusmuuttajaan verrattavaa suojaa moottoreille Taajuusmuuttaja Moottorin käynnistysvirtapiikkiä eikä jännitekuoppaa ei synny Käynnistys pehmeä, kuitenkin moottorin vääntömomentti käytettävissä heti käynnistyshetkestä Suojaa moottoreita. Toimii kolmivaiheisesti, vaikka syötöstä palaisi sulake Ei kontaktoreita eikä lämpöreleitä Voi selvitä pienempitehoisella varavoimalaitteella (mitoitus moottorin nimellisvirran mukaan) Verkkoon päin cos ϕ 1 Kalliimpi kuin pehmo Moottorin on oltava taajuusmuuttajakäyttöön sopiva, varmista! Käytä aina EMC-suodatinta, ellei ole jo muuttajaan sisäänrakennettu 11.3.2014 9
Mittaustapaus, jvp pehmoilla Jätevesipumppaamo, haja-asutusalue Asiakkaan mukaan välkyntä alkoi, kun pumppaamo otettiin syksyllä 2012 käyttöön Mittaus osoitti välkynnän lähteeksi jv-pumppaamon, jossa 50 A liittymä. Käynnistysvirrat ylittivät reilusti liittymisoikeuden. Mittauksen perusteella pumppaamo aiheutti välkynnän. Asiakkaalle suositeltu taajuusmuuttaja virran rajoittajaksi, tai virtoja vastaavan liittymän hankkiminen Kerrottu että taajuusmuuttaja on halvin vaihtoehto Asennusfirma halusi kokeilla parempia pehmoja käynnistysvirran rajoitukseen 11.3.2014 10
Uusi jätevesipumppaamo aiheutti välkyntäongelman haja-asutusalueella Pumppaamo Muuntamo 30 kva Laskenta: - 40 % huippukuorma - Verkko 22 % Mitattu Ik liittymässä 310 A Pumput 2 x 11 kw, varustettu pehmo-käynnistimillä, jvp liittymä 50 A 11.3.2014 11
Yhteenveto mittauksesta, alkutilanne 11.3.2014 12
Jännitteen ja virtojen 10 min tehollisarvot 11.3.2014 13
Minimijännitteet ja maksimivirrat, alkutilanne Liittymisoikeus 50 A 11.3.2014 14
Virran rajoituskyky alkuperäisillä ja uusilla pehmoilla, sekä rajoittamaton virta Pehmo 1, virran rajoituskyky n. 28 % 125 A, rajoittamaton virta 120 A 120 A 110 A 110 A 100 A 90 A Pehmo 2, virran rajoituskyky noin 38 % 100 A 90 A 80 A 80 A 70 A 70 A 11.3.2014 15
Välkyntä ja virrat pehmokäynnistimen eri tyypeillä Välkyntä yli suositusten molemmilla pehmoilla Pehmo 1, virran rajoituskyky n. 28 % Välkynnän max. suositus-arvo Pehmo 2, virran rajoituskyky noin 38 % Liittymisoikeus 50 A 11.3.2014 16
Yksittäinen tyypillinen pehmon käynnistysvirtakäyrä, pehmo 1 11.3.2014 17
11.3.2014 18
Pumpun käynnistys ilman virran rajoitusta 11.3.2014 19
11.3.2014 20 77 A
Pumpun pysäytysramppi aiheuttaa myös välkyntää 11.3.2014 21
Pumpun pysäytysramppi 11.3.2014 22
Väliraportti asiakkaalle Pehmokäynnistyskokeilujen jälkeen asiakasta kehotettu hankkimaan pumpuille joko taajuusmuuttaja tai virtoja vastaava liittymä Asiakas valitsi halvemman eli taajuusmuuttajan Seurantamittaus 11.3.2014 23
Yhteenveto jvp:n sähkön laadusta liittymässä taajuusmuuttajan asentamisen jälkeen. Laatu on täysin kunnossa 11.3.2014 24
Taajuusmuuttajalla käynnistysvirrat noin 16 18 A 18 A 16 A 11.3.2014 25
11 kw pumpun käynnistyksen virtakäyrä taajuusmuuttajalla 17 A 15 A 11.3.2014 26
Käynnistysvirrat eri rajoitusmenetelmillä jätevesipumppaamo, 11 kw moottoreilla A 110 ka. n. 90A 100 90 80 ka. n. 78A 80 70 Liittymäoikeus 50 A Taajuusmuuttajalla virran rajoitus n. 86 % ka. n. 17 A 20 15 11.3.2014 27
Tapauksen taloudellinen tarkastelu Pehmokäynnistimillä Laskentaesimerkki: varustetun pumppaamon liittymäkooksi oli tilattu 50 A, jota ylikuormitettiin 40 60 A:lla. Liittymän mitoitusta suuremmat virrat aiheuttivat alueelle välkyntää, josta valitettiin. Mittauksissa välkyntä ylitti standardin. Taajuusmuuttajalla käynti- sekä käynnistysvirta jäivät alle 20 A, joten liittymäksi olisi riittänyt 25 A. Asiakas oli tilannut taajuusmuuttajan jälkeen pienennyksen vain 35 A:iin. Pääsulakkeen pienennys 50->35A 50->25 A Hintaero /v Hintaero Vuosittaisten perusmaksujen säästö 130 315 Taajuusmuuttajan ja pehmojen välinen hintaero 11 kw moottorille (toimittajan ilmoittama) 650 650 Nykyratkaisu, takaisinmaksuaika perusmaksuissa 5 v 2 v Jos jo suunnitteluvaiheessa olisi valittu pehmojen sijaan taajuusmuuttaja: Liittymismaksujen säästö verrattuna 35 sekä 25A liitymiin: 2 000 3 300 Taajuusmuuttajalla saatu säästö olisi ollut 1. vuonna 35 ja 25 A:n liittymille: /v 1 480 2 965 11.3.2014 28
Uusi kirja ilmestynyt. 1. painos 2013, 244 sivua 11.3.2014 29
KIITOS AJASTANNE! 11.3.2014 30