Dla wielu uczniów i studentów całkiem niedawno rozpoczął się sezon wakacyjny. Również ludzie podejmujący pracę zawodową mają w tym okresie swoje, najczęściej, dwa/trzy tygodnie luzu. Trzeba ten czas jakoś spożytkować, odprężyć się od codziennych obowiązków. I w tym miejscu, w ramach niekonwencjonalnej wyprawy proponuję wirtualną wycieczkę po rozdzielni elektrycznej niskiego napięcia (czyli poniżej 1000V) niewielkiego zakładu przemysłowego.

Być może w tej chwili pomyślisz, że jestem co najmniej szalony. Nie zamierzam tego ani potwierdzać ani zaprzeczać, natomiast napiszę to: usiądź wygodnie w fotelu i delektuj się widokami, których w domowej rozdzielnicy nie uświadczysz (najprawdopodobniej 🙂 ).

Na ile modułów jest rozdzielnica przemysłowa?

Każdy w swoim domu posiada rozdzielnicę, w której znajdują się elementy zabezpieczające instalację elektryczną i wpływające na bezpieczeństwo jej użytkowania. Wielkość domowej rozdzielnicy określa się w ilości modułów zabezpieczających, które można w niej zainstalować.

W przypadku mieszkania są to najczęściej mniejsze rozdzielnice na 6, 12 ewentualnie 24 modułów, a gdy mowa o domkach jednorodzinnych ta liczba może spokojnie podskoczyć do 72.

Jeśli chodzi o rozwiązania przemysłowe, to oczywiście są i rozdzielnice mniejszych rozmiarów, natomiast najczęściej po wejściu do rozdzielni spotykam się z takim widokiem:

100_8566

Szereg ustawionych obok siebie rozdzielnic, każda o wysokości min. 2 metry i różnej szerokości (od 40cm do 120 cm). No więc ile tam modułów się zmieści? Na pewno projektant rozdzielni sobie to policzy, natomiast w katalogu takiej informacji nie znajdziesz. Ważny jest wymiar szafy, a co, w jakiej konfiguracji, i ile rzędów modułów tam się znajdzie, to już zmartwienie projektanta elektryki.

Otwieram szafę rozdzielczą, a tam…

WP_20150703_11_10_50_Pro

…złączki, mnóstwo złączek. Patrząc od dołu „wychodzimy” przewodami, które prowadzą do urządzeń znajdujących się na obiekcie. W przypadku tej szafy są to przewody zasilające (brązowy, czarny, szary – fazy; niebieski – neutralny; żółto-zielony – ochronny). Po drugiej stronie złączki (od góry) wyprowadzone są przewody, które prowadzą m.in. do elementów zabezpieczających znajdujących się w górnej części rozdzielnicy.
Przewody nie pałętają się bezładnie po szafie. Przewód podpięty do złączki skierowany jest pionowo w dół lub w górę i wchodzi bezpośrednio do tzw. korytka perforowanego. Stamtąd, prowadzony w korytku, wyprowadzany jest w innym miejscu szafy rozdzielczej znów pionowo w górę lub w dół do złączki, listwy zaciskowej, zabezpieczenia lub urządzenia.

Czym załączyć urządzenie?

WP_20150703_11_10_30_Pro
Idąc wyżej dochodzimy do elementów, które odpowiadają za podanie (a w zasadzie przekazanie) napięcia do odpowiedniego urządzenia. Są to styczniki. Stycznik, gdy zostanie mu podany sygnał np. z  systemu sterowania, „samoczynnie” łączy ze sobą przewody znajdujące się pod napięciem z przewodami zasilającymi dane urządzenie. Podzespoły te są dobierane ze względu na napięcie elektryczne i natężenie prądu jakie będzie płynąć przez stycznik do urządzenia.

Zabezpieczenie jest najważniejsze

WP_20150703_11_11_16_Proa

Nad stycznikami znajdują się elementy zabezpieczające. Każdy przewód fazowy jest „przepuszczany” przez bezpiecznik. Jeśli w danym przewodzie płynie zbyt duży prąd, bezpiecznik rozłącza obwód. W tym przypadku mamy do czynienia z bezpiecznikami wkręcanymi. Elementy te są dobierane przez projektanta w zależności od rodzaju i mocy silnika urządzenia. Także nie jest ważne jedynie „sprawdzanie” przez bezpiecznik czy nie zostało przekroczone natężenie prądu, ale także jak długo to przekroczenie trwało.
Podczas rozruchu silnika natężenie prądu płynącego przez bezpiecznik może być kilkukrotnie wyższe –  od prądu nominalnego (natężenie prądu do jakiego zaprojektowany jest bezpiecznik) bezpiecznika, który ten początkowy pobór mocy musi „wytrzymać”.

WP_20150703_11_11_27_Pro

Ponad bezpiecznikami znajduje się listwa zaciskowa, która ma za zadanie połączyć przewody zasilające rozdzielnicę z przewodami które poprzez bezpieczniki i styczniki podają napięcie elektryczne do urządzenia. Listwa ta oczywiście musi być dobrana dla odpowiedniego poziomu natężenia prądu.

Skąd się bierze to napięcie?

WP_20150706_09_40_01_Pro

Napięcie doprowadzone jest przez zakład energetyczny do transformatora znajdującego się na obiekcie przemysłowym. Za transformatorem znajduje się wyłącznik (zdjęcie u góry), dzięki któremu możemy podać lub zdjąć napięcie w całej rozdzielni elektrycznej.
Wyłącznik ten jest siłą rzeczy trochę większy od wyłącznika światła w domowym zaciszu. Wyłącznik przemysłowy musi zadziałać nawet jeśli płynie przez niego prąd o dużym natężeniu (naturalnie każdy wyłącznik ma swój limit). Załączenie i wyłączenie musi nastąpić bardzo szybko w celu zminimalizowania ryzyka powstania tzw. łuku elektrycznego (a nawet gdy taki łuk powstanie to wyłącznik powinien go w ułamku sekundy „wygasić”). Tego typu wyłączniki to tak naprawdę dość skomplikowane urządzenia z układem elektronicznym, dzięki któremu oprócz przekroczonego natężenia potrafią wykryć (w zależności od typu) wiele różnych nieprawidłowości w doprowadzonym do nich zasilaniu.

Wcale nie trzeba otwierać szafy…

…żeby mieć wpływ i/lub zobaczyć status zasilania rozdzielni.

WP_20150703_11_12_12_Pro

Elektryk ma możliwość załączenia / wyłączenia wyłącznika z poziomu elewacji szafy (od frontu). Do tego celu służą przyciski i lampki o kolorach odpowiednich do pełnionej przez nie funkcji (tutaj w przeciwieństwie do filmów, każda lampka ma swój sens 🙂 ).

WP_20150706_09_37_38_Pro

Często jest również możliwość podejrzenia parametrów sieci zasilającej dla danego transformatora. Można wyświetlić poziomy napięć fazowych jak i międzyfazowych, natężenie prądu, moc czynną, bierną i pozorną, współczynnik mocy i jeszcze kilka innych parametrów. Takie urządzonko również zlicza pobraną moc elektryczną.

Co to jest falownik?

WP_20150703_11_13_59_Pro

Przetwornica częstotliwości zwana potocznie falownikiem służy do płynnej regulacji prędkości obrotowej silnika. Wiadomo, czasem chcemy, żeby pompka więcej pompowała, a czasem mniej.

W jaki sposób falownik to robi? Otóż zamienia dostarczone napięcie przemienne o określonej częstotliwości na napięcie o częstotliwości mniejszej lub większej (napięcie też jest przy tym regulowane ale głównie chodzi o częstotliwość). Im mniejsza częstotliwość tym silnik wolniej się kręci.

Za regulację obrotów odpowiada operator lub sterownik, który np. reguluje obrotami tak, aby utrzymać zadany (stały) przepływ wody w rurociągu.

WP_20150703_11_13_28_Pro
„Baty” zasilające falownik

Doprowadzone kable do falownika muszą być odpowiedniej grubości. Na powyższym rysunku widać dwa kable podpięte do podstawy falownika. Kablem po lewej dostarczane jest zasilanie do przemiennika częstotliwości, a kabel po prawej podłączony jest do odpływu falownika w którym podane jest napięcie o zmienionej częstotliwości.

Chodźmy gdzie indziej

Teraz przypatrzymy się tzw. szafom sterowniczym. Tutaj duża moc nie jest potrzebna, natomiast ważne jest, aby doprowadzić kilkadziesiąt/kilkaset sygnałów z/do systemu sterowania zgodnie z obowiązującymi przepisami i dobrą praktyką inżynierską i elektromonterską 🙂 .

WP_20150703_11_08_32_Pro

Co tu dają? Są oczywiście złączki. Tutaj mamy jedynie napięcie jednofazowe czyli po 3 przewody na obwód / urządzenie. Co ciekawe, przewód ochronny doprowadzony jest tylko z jednej strony (od dołu). Błąd? Ależ skąd! Żółto-zielona złączka jest połączona elektrycznie z obudową, natomiast obudowa jest uziemiona. Czyli wszystko w normie.

WP_20150706_08_47_56_Pro

Zasilanie doprowadzone jest przez wyłączniki spotykane nierzadko w naszych domostwach. Tutaj projektant postanowił użyć wyłączników RCBO, czyli elementów, które pełnią dwie funkcje:

  • wyłącznika nadmiarowo-prądowego (popularnej eski)
  • wyłącznika różnicowo-prądowego

WP_20150706_08_46_49_Pro

Jednym z bardziej niedocenianych elementów znajdującym się w większości szaf sterowniczych jest termostat, którego zadaniem jest załączenie wentylacji w przypadku, gdy zostanie przekroczona temperatura ustawiona pokrętełkiem 🙂 .

Obniżamy napięcie

WP_20150706_08_44_47_Pro

Systemy sterowania często zasilone są bardzo niskim napięciem np. 24VDC. Tak jak wspomniałem powyżej, duża moc tutaj nie jest potrzebna. Istotne jest tylko to, żeby sterownik wiedział np. że ktoś załączył pompę, lub że zadziało jakieś zabezpieczenie. Na zdjęciu powyżej widać dwa zasilacze podłączone do zwrotnicy diodowej, która ma za zadanie podać do układu napięcie z jednego lub drugiego zasilacza. W przypadku awarii jednego z nich, nie ma przerwy w dostawie zasilania.

WP_20150706_08_45_45_Pro
ZOOM

Tutaj też znajdziesz bezpieczniki, tylko o wiele mniejsze. Wewnątrz mocowania umiejscowionego w centralnej części elementu znajduje się tzw. bezpiecznik radiowy. Jeśli ulegnie przepaleniu zaświeci się czerwona dioda, którą widać niewyraźnie zaraz pod mocowaniem. Gdy wszystkie bezpieczniki są sprawne to przynajmniej nie razi po oczach. Sprytne 🙂 .

WP_20150706_08_49_23_Pro
ZOOM

Nierzadko stosowane są również przekaźniki, które mają za zadanie odseparować sygnały elektryczne doprowadzone z obiektu, od zasilania układu sterowania. Dzięki temu nawet w przypadku powstania zwarcia przy urządzeniu, system sterowania jest bezpieczny.

Sterujemy

WP_20150703_11_07_17_Pro

Sercem obiektu jest sterownik PLC czyli „sterownik swobodnie programowalny”.  Zadaniem takiego sterownika – w bardzo telegraficznym skrócie – jest zebranie wszystkich sygnałów z obiektu, zakotłowanie ich w programie i wystawienie odpowiednich wyjść sterujących. Dodatkowo sterownik przekazuje wybrane sygnały do systemu wizualizacji, które są wyświetlane w odpowiedni sposób na ekranie monitora.

Tutaj zastosowano sterownik modułowy. Sterowniki tego typu są elastyczne pod względem konfiguracji. Podstawę stanowi kaseta bazowa, do której wpinane są moduły o określonej funkcjonalności. Mogą to być moduły:

  • zasilające sterownik
  • jednostki centralne odpowiedzialne za wykonywanie programu sterującego
  • komunikacyjne (np. do sieci ethernet)
  • odczytujące sygnały binarne (stan pracy urządzeń)
  • wystawiające sygnały binarne (załącz / wyłącz urządzenie)
  • odczytujące sygnały analogowe (pomiary wartości fizycznych, przepływu, ciśnienia itd.)
  • wystawiające sygnały analogowe (sterowanie prędkością silnika poprzez falownik)
  • …i wiele wiele innych specjalistycznych modułów

 Szybki rzut oka na elewację szafy sterowniczej

WP_20150703_11_09_24_Pro          WP_20150703_11_06_45_Pro

Podstawowym elementem, który znajduje się na elewacji szafy sterowniczej jest wyłącznik bezpieczeństwa zwany pospolicie „grzybkiem” (to te trzy duże czerwone przyciski).

Oprócz tego nierzadko można zaobserwować przyciski przydatne podczas sterowania urządzeniami z pominięciem systemu wizualizacji (np. w przypadku awarii komputera), panele operatorskie umożliwiające zdalny odczyt parametrów lub przełączniki umożliwiające zmianę trybu pracy zakładu.

Koniec wycieczki

Dziękuję bardzo drogi czytelniku za wspólne zwiedzanie. Mam nadzieję, że nie przynudzałem. Różnorodnych elementów znajdujących się w rozdzielniach przemysłowych jest tak dużo, że można by było pisać na ten temat wiele artykułów, ale… w kolejnych artykułach zdecydowanie zejdę na ziemię 🙂 .

A tymczasem zachęcam do polubienia strony bloga na facebooku i oczywiście do zapisania się do newslettera (poniżej). Na fejsie spotkasz innych ludzi, którzy interesują się elektryką, a dzięki newsletterowi nie będziesz musiał(a) ani pamiętać adresu strony, ani sprawdzać co jakiś czas czy jest nowy artykuł. Wszystko to otrzymasz w mailu (bez spamu i dziadostwa).

print

Dodaj komentarz

8 komentarzy do "Wakacyjna wycieczka po… rozdzielni zakładu przemysłowego"

Powiadom o
avatar
Sortuj wg:   najnowszy | najstarszy | oceniany
slayer74
Użytkownik

Radek jako że jesteś inżynierem automatykiem mam temat na artykuł na przyszłość: jak według prostego projektu wykonać niedużą szafę sterowniczą (plus twoje filmik)i choć z linku poniżej już dużo się dowiedziałem i z tego artykuły też. Oraz jakieś dokładne omówienie szafy większych rozmiarów przy okazji prac serwisowych, przeróbki, diagnostyka awarii itp.
http://abkinstal.pl/montaz-szafy/
ps. prośba również w związku z tym ze nie wiadomo jak długo link będzie aktwny

cny
Gość

Temat kopalnia, bo w zasadzie chciałbyś poruszyć wszystko 😉

Ale główne zapytanie to jakiego typu szafa sterownicza. 230/24V, czy tylko 24V, bo to dwa trochę różniące się zagadnienia

Ja pracuję na modułowych szafach Rittala, a wyposażenie to głównie Siemens + Wago/Pheonix. Jeśli ktoś używa przy projektowaniu instalacji jakiegoś elektrycznego kombajnu (np. Eplan), to wygląd szafy na zewnątrz i wewnątrz jest generowany przez program i modyfikowany przez planistę. Odbiera to konieczność z bawieniem się w układanie elementów. Są pewne zasady, których się należy trzymać.

W małym artykule ciężko byłoby to streścić,a to o co prosisz to masa roboty. Może Pan Radek znajdzie czas. Ja bym się tego nie podjął.

Mateusz
Gość

Witam.

W jaki sposób zamontować korytka grzebieniowe na drzwiach od szafy aby ich nie podziurawić?

Zazwyczaj montuje korytka na wkręty samowiercące do płyty montażowej ale takie rozwiązanie zastosowane na drzwiach zrobiłoby niezły ser szwajcarski.

Lechu
Gość

Używa się też specjalnych zgrzewarek pozwalających na zamocowanie śruby na powierzchni wewnętrznej drzwi. Między dzrzwiami a śrubą przepływa prąd i dochodzi do połączenia elementów (dochodzi do stopienia metali).

Syl. B.
Gość

Najczęściej stosuje się taśmę piankową, dwustronną. Nie ma obaw, że odpadnie – raczej trudno oderwać w razie potrzeby. 🙂

Wojtek
Gość

Sygnał binarny to to samo co cyfrowy. Np przełącznik który jest włączony lub wyłączony.
Sygnał podawany na przekaźnik jest również sygnałem binarnym. Albo wyłączony albo załączony.
Wejściem analogowym może być np termometr. Napięcie lub natężenie zmienia się pod względem temperatury. Przykładem wyjścia analogowego może być falownik podpięty do PLC. Daje to możliwość sterowania od 0 do 100% a czasem nawet powyżej 100% prędkośći silnika, a nie tylko wyłączony-włączony.

Syl. B.
Gość

Sygnał binarny i cyfrowy to nie jest to samo 🙂 Sygnał binarny jest rodzajem sygnału cyfrowego.
Co do silników to raczej chodzi Ci o możliwość przeciążania go a nie o przekroczeniu prędkości.

PIOTR
Gość

Witam,sygnały (binarne)czy są to sygnały ktore odczytuje jakis systmem komputerowy?mozna taki sygnal nazwac cyfrowym? a sygnał podawany na cewke przekaznika jest sygnałem (analogowym?)czy takie napiecie podawane na cewke mozemy nazwac sygnalem analogowym?

wpDiscuz