Wakacyjna wycieczka po… rozdzielni zakładu przemysłowego

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:

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…

…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?

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

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”.

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?

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.

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 🙂 ).

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?

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.

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 🙂 .

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.

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

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

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.

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 🙂 .

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

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

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).