Uporaba motorskega zaščitnega stikala

Motorsko zaščitno stikalo (angl. Motor-protective circuit breaker, nem. Motorschutzschalter) je aparat, ki združuje dve osnovni funkciji: stikalno in zaščitno. Vklaplja zagonske tokove elektromotorjev in izklaplja tokove, ki so lahko običajni izklopni, lahko pa tudi preobremenitveni ali kratkostični. Zato mora imeti ustrezne lastnosti, ki so predpisane s standardi.

Janez Kokalj, tehnično svetovanje, Elsing Inženiring, d. o. o.

Najpomembnejše lastnosti motorskega zaščitnega stikala so poleg nazivnega toka predvsem stikalna zmogljivost, električna in mehanska življenjska doba, itd. Pomembna prednost motorskega zaščitnega stikala je, da vedno izklopi vse tri pole. Motorska zaščitna stikala so lahko kompaktna (PKZM0) (slika 1), ali pa tudi taka, kjer je zaščitni del izvlačljiv in zamenljiv (PKZ2) (slika 2).

Slika 1 - Motorsko zaščitno stikalo PKZM0

Slika 2 - Motorsko zaščitno stikalo PKZ2

Slednja so zelo uporabna tam, kjer je zaradi različnih razlogov treba spremeniti moč priključenega elektromotorja, saj je pri tem potrebno le zamenjati zaščitni del.

Motorski zaganjalnik

V krmiljenih elektromotornih sistemih motorskim zaščitnim stikalom običajno prigradimo tudi kontaktorje. Motorsko zaščitno stikalo izklaplja samo nadtoke (preobremenitev ali kratki stik), običajne vklope in izklope motorja pa opravlja kontaktor. V tem primeru bo življenjska doba motorskega zaščitnega stikala mnogo daljša, saj bo večino preklopov opravil kontaktor.

Slika 3 - "Klasična" motorska zaščita in motorski zaganjalnik

Kombinacijo motorskega zaščitnega stikala in kontaktorja imenujemo motorski zaganjalnik. Če je ta kombinacija izdelana kot kompaktna celota, govorimo o kompaktnem motorskem zaganjalniku. Ta se uporablja vse pogosteje, saj na zelo majhnem prostoru nadomešča "klasično" kombinacijo: varovalka, stikalo, kontaktor, bimetal.
Motorskim zaščitnim stikalom lahko prigradimo različne pomožne module, kot so pomožni kontakti, napetostne ali tokovne izklopne sprožnike, tokovne limiterje, itd.

Stikalna funkcija

Motorsko zaščitno stikalo mora imeti ustrezno stikalno zmogljivost, ki ustreza vsem pogojem vgradnje.

Stikalna zmogljivost je odvisna tudi od nazivnega toka stikala, a je tudi pri višjih nazivnih tokovih običajno višja, kot zanaša kratkostični tok na mestu vgradnje. To še posebej velja, če imamo opravka s kompaktnimi motorskimi zaganjalniki. Če pa bi bila vrednost kratkostičnega toka na mestu vgradnje kljub vsemu višja od stikalne zmogljivosti stikala, moramo uporabiti tokovni limiter. Predvarovalka v tem primeru ni dobra rešitev, saj pri tem lahko pride do izpada ene faze.

Zaščitna funkcija

Sodobna motorska zaščitna stikala imajo nadtokovno zaščito in so hkrati občutljiva na izpad ene faze. Nadtokovna zaščita ima preobremenitveni (bimetalni) in kratkostični (magnetni) sprožnik in ščiti motor ter napajalni kabel do motorja pred preobremenitvijo in kratkim stikom. Zaščita je lahko tudi elektronska, a se ta zaradi cene uporablja le pri višjih tokovih.
Lastnosti zaščite podaja izklopna I/t karakeristika.

Slika 4 - Izklopna karakteristika stikala, ki ima nastavljivo le preobremenitveno zaščito

Iz nje lahko razberemo čas izklopa pri določeni nastavitvi in nadtoku. Običajno se lahko pri motorskih zaščitnih stikalih nastavi le preobremenitveni sprožnik (Ir), kratkostični pa je fiksen (PKZM0).

Boljša zaščitna stikala (PKZ2) omogočajo tudi nastavitev kratkostičnega sprožnika (Irm). Z njim lahko lažje zagotovimo ustrezno selektivno delovanje zaščite v primeru kratkega stika.

Slika 5 - Izklopna karakteristika stikala, ki ima nastavljivo preobremenitveno in kratkostično zaščito

Ta lastnost je posebej dobrodošla, kjer zaradi daljšega motornega kabla toliko pade vrednost kratkostičnega toka, da bi morali sicer uporabiti kabel večjega preseka. Če pa imamo PKZ2, pa samo znižamo nivo kratkostične zaščite.

Sodobne konstrukcijske rešitve

Danes se zahteva zanesljivo delovanje, zato se vedno več pozornosti posveča ne le ustrezni izbiri aparatov pač pa tudi pravilni konstrukciji stikalnih blokov. Za razvod moči se zato uporabljajo tovarniško izdelani zbiralčni sistemi (Sasy): bakrene zbiralke, na katere se preko adapterjev fiksirajo motorski zaganjalniki in drugi odcepi. Tak sistem nudi zanesljiv razvod električne energije ne le v normalnih pogojih delovanja, pač pa tudi v slučaju napak (kratki stiki). Tudi servisni posegi postanejo hitrejši in enostavnejši.

Slika 6 - Motorski zaganjalniki na zbiralčnem sistemu Sasy

Izbira ustreznega motorskega zaščitnega stikala

Za zadovoljitev predvidenih funkcij in pričakovano življenjsko dobo aparata je najpomembnejši pravilni izbor. Prvi in hkrati najenostavnejši kriterij je nazivni tok aparata. Nazivni tok aparata izberemo glede na nazivni tok elektromotorja, ki je odvisen od priključne napetosti in moči elektromotorja.

Pomemben kriterij, ki vpliva na varnost in zanesljivost delovanja, je že omenjena kratkostična stikalna zmogljivost.

Pri motorski zaganjalnikih pa je pomembna ne le izbira stikala pač pa tudi kontaktorja, saj ravno ta element določa uvrstitev v t. i. razred 1 ali 2 po standardu SIST EN 60947-4-1, torej sposobnost zaganjalnika za nadaljnje delo tudi po doživetem kratkem stiku.

Nastavitev motorskega zaščitnega stikala

Preobremenitveni (bimetalni) zaščitni sprožnik je potrebno nastaviti točno na nazivni tok elektromotorja, ki ga razberemo iz ploščice s podatki na elektromotorju. Priporočljivo je, da je vrednost nazivnega toka elektromotorja v zgornjem delu območja bimetalnega sprožnika. Pogosta napaka, ki jo delajo elektrikarji je, da nastavijo nekoliko višji tok in sicer zaradi povečane temperature v stikalnem bloku, kjer se zaščitno stikalo nahaja. To ni potrebno, ker ima zaščitno stikalo lastno temperaturno kompenzacijo.

Pri PKZ2 je potrebno nastaviti tudi kratkostično zaščito. Nastavimo jo na vrednost, ki mora biti nižja od minimalnega (enopolnega) kratkega stika na priključkih elektromotorja. Ta minimalni kratkostični tok je potrebno izračunati ali izmeriti, saj je odvisen pogojev vgradnje (presek in dolžina napajalnega kabla, ...).

Direktne komunikacijske povezave

Za vodenje nekega procesa zahtevamo podatke o stanju motorskih zaščitnih stikal in kontaktorjev ter možnost daljinskega vklopa. Razen priključitve teh diskretnih signalov na vhode/izhode krmilnika imamo tudi možnost komunikacijske povezave npr. Profibus-DP. To povezavo realiziramo s t. i. SmartWire sistemom. Na kontaktorje namestimo posebne module in jih serijsko povežemo s posebnim kablom. Tako verigo priključimo na komunikacijski vmesnik (gateway), na katerega se povežemo z želeno komunikacijo. Z enim gatewayem krmilimo in nadziramo do 16 motorskih zaganjalnikov (vklop, signalizacija stanj motorskega zaščitnega stikala in kontaktorja) .

Slika 7 - Krmiljenje motorskih zaganjalnikov preko procesnega vodila (npr. Profibus-DP, easyNet/CANopen)