1

Mehaničke zaštite i hlađenja električnih uređaja i rotacijskih električnih strojeva

Projektiranje i konstruiranje u elektrostrojarstvu2007/2008, prof. Ban

2

MEHANIČKE ZAŠTITE ELEKTRIČNIH STROJEVA I UREĐAJA POMOĆU KUĆIŠTA, IP Kod

Normom IEC 60034-5 te ekvivalentnom europskom normom EN 60034-5 određeni su stupnjevi mehaničke zaštite električnih rotacijskih strojeva:

• od prodora stranih krutih tijela i prašine, • od štetnog prodora vode i • zaštite ljudi od opasnog dodira s djelovima pod naponom i dodira s

unutrašnjim pomičnim dijelovima strojeva.

Princip na kome se temelje ove zaštiteElektrični uređaji se štite od štetnog utjecaja iz okoline, a okolina i živa bića od

opasnog utjecaja električnog uređaja.

3

Stupnjevi mehaničke zaštite električnih uređaja i rotacijskih strojeva, prema EN 60034-5

Uređaji stupnjevi mehaničke zaštite

Rotacijski strojevi IP 00, IP11, IP20, IP21, IP23, IP41,IP54, IP65(priključna kutija najmanje IP54)

Uređaji energetske Elektronike IP 00, IP20, IP21, IP54

Transformatori IP 00, IP11, IP20, IP21, IP23, IP41,IP54, IP65

Sklopni aparati IP00, IP10, IP11, IP21........do IP68

Instalacijski aparati IP00, IP20, IP21, IP40, IP41, IP55, IP56, IP66

4

Mehanička zaštita električnih uređaja

Oznake mehaničke zaštite

U europskoj normi EN 60529 (1991) precizno su definirani stupnjevi mehaničke zaštite električnih uređaja napona do 72,5 kV.

Oznaka zaštite se sastoji od dva slova IP (International protection, IC code), te znamenki, 2 obavezne i 2 fakultativne Primjer IP 45

Osnovna oznaka IPPrva označna znamenka, brojevi od 0.... 6 ili znak X (zaštita protiv prodiranja krutih tijela i protiv dodira opasnih dijelova stroja)Druga označna znamenka, brojevi od 0.... 8 ili znak X (zaštita protiv prodiranja vode sa štetnim posljedicama)

Dodatne oznake neobavezno slova A,B,C,D(protiv dodira opasnih dijelova pod naponom i u vrtnji)Proširena oznaka neobavezno slova H,M,S,W

5

Zaštita električnih strojeva kućištem-označavanje prema IEC 60034-1 i DIN 40050 normama

Zaštita od dodira prstima opasnih djelova Zaštita od kapajuće vode, kut do150

Zaštita od štetnog utjecajavodeZaštita od dodira Zaštita od stranih tijela i prašine

Oznaka mehaničkezaštite

Opseg zaštite Degree of Protection

IP22

IP23

IP44

IP54

Zaštita od ulaska stranih tijelapromjera većih od 12 mm

Zaštita od dodira prstima opasnih dijelova Zaštita od ulaska stranih tijelapromjera većih od 12 mm

Zaštita od ulaska stranih tijelapromjera većih od 1 mm

Zaštita od štetnih naslaga prašinePotpuna zaštita od dodira opasnih dijelova

Zaštita od prskanja vode pod kutemdo 60 0 prema vertikali

Zaštita od dodira opasnih dijelova alatima, žicama ili sličnim predmetima

Zaštita od prskanja vode u svim smjerovima

Zaštita od prskanja vode iz mlaznice u svim smjerovima

6

Osnovni konstrukcijski podaci električnih strojeva

Oznake vrsta hlađenja

IEC 60034-6 normom, Rotating electrical machines-Part 6: Methods ofcooling, definirane su vrste hlađenja električnih rotacijskih strojeva.Napomena: Normi IEC 60034-6 identične su europska norma EN 60034-1, i hrvatska norma HRN 60034-1.

Potpuna oznaka se sastoji od dva slova IC (IC code) ),te još jednog slova i 2 znamenke za svaki rashladni krug.Slova označavaju rashladni medij: A-zrak, W-voda, U-ulje , H-vodik

Oznaka za zrak se može izostaviti. Prvi broj označava način strujanja rashladnog medija, drugi broj način dovođenja energije potrebne za strujanje medija Primjeri oznaka: IC 01, IC W 37A81

7

Mehanička zaštita i hlađenje električnih strojeva-primjeri

Konstrukcija asinkronog motora tzv. otvorene izvedbeOznake prema IEC 60034-6:Mehanička zaštita IP 23, Hlađenje IC 01Ventilatori na vlastitoj osovini, pogodno za upotrebu u zatvorenom prostoru i čistoj okolini.

Topli zrak

Hladni zrak

Princip hlađenja asinkronog stroja zatvorene konstrukcije, oznaka hlađenja prema IEC normi

Mehanička zaštita IP44 - IP54Hlađenje IC01, vlastiti ventilatori, pogodno za vanjsku montažu i prostorekoji nisu čisti ( cement, prašina, ugljen...).

Hladni zrak

Topli zrak

Pojednostavljeni montažni nacrt trofaznog asinkronog motora zatvorene konstrukcijes oznakama strujanja rashladnog zraka

9

Konstrukcija asinkronog motora

Ulaz zrakaIzlaz zraka

Hlađenje IC01,Mehanička zaštita IP23

10

Konstrukcija asinkronog motora vodom hlađenog

• Hlađenje voda-zrak izmjenjivačem, oznaka ICW37A81• Mehanička zaštita IP54 - IP54

11

Hlađenje okolnim zrakom, tzv. otvoreni motorOznaka hlađenja IC 01, mehanička zaštita IP 20 - IP 23

Topli zrak

Hladni zrak

12

Zrak-zrak hlađenje, nezavisni vanjski ventilatori

13

Vlastito hlađenje velikog asinkronog motora pomoću izmjenjivača zrak-zrak (cijevni izmjenjivač)(Ventilator smješten iza ležaja na suprotnoj strani od pogonske zbog velikog razmaka među ležajima)

14

Trofazni asinkroni motor izveden u mehaničkoj zaštiti IP54, hlađenje zrakom IC01, izvedba za eksplozijski ugroženu atmosferu EEx d

pogon klipnog kompresora

15

Trofazni asinkroni motor za 6kV,50 Hz, hlađenje izmjenjivačem zrak-zrak, IC 01,mehanička zaštita IP54

16

Vodom hlađeni visokonaponski asinkroni motoroznaka mehaničke zaštite IP54,oznaka hlađenja IC W 37 A81

17

Zagrijavanje i potrebna količina rashladnog medija

Kao rashladna sredstva za električne rotacijske strojeve koriste se zrak, voda i vodik. Za transformatore se koristi zrak(suhi trnsformatori) i transformatorsko ulje.Najčešće se koristi zrak i voda, demineralizirana voda u kombinaciji sa vodikom samo za strojeve velikih snaga (preko 150 MVA).Potrebna količina rashladnog zraka izračuna se na osnovu snage gubitaka u stroju Pg i svojstava zraka: specifične topline c (Ws/kgK), gustoće ρ (kg/m3 ) i dozvoljenog povećanje temperature zraka u K.

• Gubici u stroju su

η je korisnost stroja pri nazivnoj snazi Pn.

Potrebna količina zraka V (m3 /s) uz

1 1g nP Pη⎛ ⎞

= −⎜ ⎟⎝ ⎠

30,8

P Pg g mV scρ ϑ ϑ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

= =Δ Δ

0 331,20 / 20 1,05 10 /kg m pri i c Ws kgKρ = = ⋅

Obično je dozvoljen porast temperature rashladnog zraka oko 10 K pa za odvođenje svakog kW gubitaka treba 0,08 m3 /s ili 290 m3/h svježeg zraka

ϑΔ

18

Potrebna količina rashladne vode

• Ako se koristi voda kao sredstvo za odvođenje topline-hlađenje stroja potrebna količina rashladne vode u jedinici vremena se može izračunati prema izrazu

333 4,77 10 172 1

1000 4,18610g

g

P Pg m lV P za odvod kW gubitakas hcρ ϑ ϑ− ⎡ ⎤ ⎡ ⎤= = = ⋅ =⎢ ⎥Δ ⎣ ⎦⋅ ⋅ Δ ⎣ ⎦

3

5 , .31000 / , 4,186 10 /

Pr 180 .

ako se dozvoli porast temperature vode Kelvina a snaga računa u kWZa vodu je kg m c Ws kg Kibližno se može uzeti da za svaki kW gubitaka treba l vode na sat

ϑρ

Δ =

= = ⋅

19

Toplinska svojstva materijala ključnih za gradnju transformatora i električnih strojeva

20

Utjecaj povišenja temperature na skraćivanje životnog vijeka izolacijskog sustava

Prema IEEE 177 i 101