1. No category

Pumppujen käynnistysvirran rajoittaminen
Seppo Suurinkeroinen
Kymenlaakson Sähköverkko Oy
Urakoitsijapäivä Sokos Hotel Vaakuna
12.3. 2014 Kouvola
Käynnistysvirrat, yleistä
• Moottori ottaa käynnistyshetkellä ns. jatkuvan tilan
käynnistysvirtana 4 – 8 x In ja kytkentävirtasysäys voi
olla 8 – 12 x In 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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
2
Suora käynnistys
– Edut
• 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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
3
Suoran käynnistyksen alussa momentti vaihtelee voimakkaasti
Koneen tiedot
PN = 7,5 kW, n =1500 rpm
IN =16 A, TN = 47,7 Nm
Lähde: Lauri Hietalahti
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
4
Käynnistyksen alussa loistehot ovat huomattavasti pätötehoja suuremmat
Lähde: Lauri Hietalahti
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
5
Käynnistyshetken virtaan ei vaikuta kuormitus,
vaan moottorin sähköiset ominaisuudet
Käynnistyshetki
Lähde: Lauri Hietalahti
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
7
37 kW kompressorin eräs tähti-kolmio-käynnistys
636 A
Δ 618
A
273 A
3,63 s
1,36 s
42 A
Kymenlaakson Sähköverkko OY/Seppo
Suurinkeroinen
Kolmiossa
59 A
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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
10
Pumppaamo
Uusi jätevesipumppaamo
aiheutti välkyntäongelman
haja-asutusalueella
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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
11
Yhteenveto mittauksesta, alkutilanne
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
12
Jännitteen ja virtojen 10 min tehollisarvot
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
13
Minimijännitteet ja maksimivirrat, alkutilanne
Liittymisoikeus 50 A
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
14
Virran rajoituskyky alkuperäisillä ja uusilla pehmoilla, sekä rajoittamaton virta
125 A, rajoittamaton virta
120 A
120 A
Pehmo 1, virran rajoituskyky n. 28 %
110 A
110 A
100 A
100 A
90 A
Pehmo 2, virran rajoituskyky noin 38 %
90 A
80 A
80 A
70 A
70 A
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
16
Yksittäinen tyypillinen pehmon käynnistysvirtakäyrä, pehmo 1
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
17
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
18
Pumpun käynnistys ilman virran rajoitusta
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
19
77 A
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
20
Pumpun pysäytysramppi aiheuttaa myös välkyntää
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
21
Pumpun pysäytysramppi
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
22
Väliraportti asiakkaalle
• Pehmokäynnistyskokeilujen jälkeen asiakasta
kehotettu hankkimaan pumpuille joko
taajuusmuuttaja tai virtoja vastaava liittymä
• Asiakas valitsi halvemman eli
taajuusmuuttajan
• Seurantamittaus
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
23
Yhteenveto jvp:n sähkön laadusta liittymässä taajuusmuuttajan
asentamisen jälkeen. Laatu on täysin kunnossa
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
24
Taajuusmuuttajalla käynnistysvirrat noin 16 – 18 A
18 A
16 A
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
25
11 kW pumpun käynnistyksen virtakäyrä taajuusmuuttajalla
17 A
15 A
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
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
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
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
Vuosittaisten perusmaksujen säästö
50->35A
50->25 A
Hintaero
Hintaero
€/v
€/v
130 €
315 €
650 €
650 €
5v
2v
2 000 €
3 300 €
1 480 €
2 965 €
Taajuusmuuttajan ja pehmojen välinen hintaero
11 kW moottorille (toimittajan ilmoittama)
Nykyratkaisu, takaisinmaksuaika perusmaksuissa
Jos jo suunnitteluvaiheessa olisi valittu
pehmojen sijaan taajuusmuuttaja:
Liittymismaksujen säästö verrattuna 35 sekä 25A liitymiin:
Taajuusmuuttajalla saatu säästö olisi ollut
1. vuonna 35 ja 25 A:n liittymille:
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
28
Uusi kirja ilmestynyt. 1. painos 2013, 244 sivua
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
29
KIITOS
AJASTANNE!
11.3.2014
Kymenlaakson Sähköverkko Oy/ Seppo
Suurinkeroinen
30