Automatiseringssystemer 1 BM (9788211044136) by Fagbokforlaget

Styringsteknikk og måleteknikk Dette læreverket dekker den nye læreplanen i faget automatiseringssystemer for Vg2 og Vg3 etter fagfornyelsen. Automatiseringssystemer er et læreverk som ønsker å skape forståelse, inspirere og pirre elevenes nysgjerrighet. Læreverket består av to trykte lærebøker og en nettressurs.

Jon Eirik Standal Darre er utdannet fagskoleingeniør innenfor automasjon og har fagbrev som automatiker med bakgrunn fra prosessindustrien. Han har undervist i automatiseringsfaget i over ni år og jobber nå ved Laksevåg og Bergen maritime vgs. Med praktisk-pedagogisk utdanning og fem yrkespedagogiske videreutdanninger går han nå på masterutdanning.

Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas

Vg2

Vg3

BOKMÅL

Vg3

ISBN 978-82-11-04413-6

Styringsteknikk og måleteknikk

Elektro og datateknologi

Vg2

Petter Skaraas er utdannet fagskoleingeniør innen industriell automasjon. Han har fagbrev som automatiker og skipselektriker. I tillegg har han videreutdanning fra OsloMet og UiB innen ledelse, psykologi og coaching. Han har i største del av karrieren hatt lederroller i selskaper med automasjon og måling som sin kjernevirksomhet, blant annet ti år som salgsdirektør i Emerson.

Styringsteknikk og måleteknikk

Automatiseringssystemer 1 dekker temaene elektriske motoranlegg, mekaniske grensebrytere og elektroniske sensorer, pneumatiske anlegg, PLS, datakommunikasjon og elektronisk kommunikasjon, dokumentasjon og systemforståelse, målenøyaktighet og kalibrering. I tillegg inneholder boka kapitler om måling av trykk, nivå, temperatur, gjennomstrømning, turtall og posisjon.

Automatiseringssystemer 1 |

Automatiseringssystemer 1

Jon Eirik Standal Darre og Petter Skaraas

Automatiseringssystemer 1 Styringsteknikk og måleteknikk

Vg2 og Vg3 Automatiseringssystemer Bokmål

Innhold Kapittel 1 Elektriske motoranlegg........................................................... 9 Innledning .................................................................................... 9 Forskrifter og standarder for elektriske anlegg ......................... 10 Energi og energibærere ............................................................. 15 Fagbegrep og komponenter...................................................... 20 Motorer og motordrifter ............................................................. 35 Energiforbruk og energieffektivitet ............................................ 40 Grunnleggende dokumentasjon av elektriske motoranlegg ...... 44 Kapittel 2 Mekaniske grensebrytere og elektroniske sensorer.......... 49 Innledning .................................................................................. 49 Mekaniske grensebrytere .......................................................... 50 Standarder, installasjon og montasje ........................................ 52 Magnetiske sensorer ................................................................. 57 Induktive sensorer ..................................................................... 58 Reduksjonsfaktorer for induktive givere .................................... 59 Kapasitive sensorer ................................................................... 61 Fotoceller................................................................................... 63 Ultralyd ...................................................................................... 72 Lysgitter ..................................................................................... 74 Sensorenes grensesnitt mot automatiseringssystemet ............ 78 Kapittel 3 Pneumatiske anlegg.............................................................. 83 Innledning .................................................................................. 83 Trykkluft som energibærer ......................................................... 83 Produksjon og oppbevaring av trykkluft ................................... 88 Behandling av trykkluft .............................................................. 89 Arbeid ved bruk av trykkluft ...................................................... 93 Dokumentasjon ....................................................................... 106 Kapittel 4 Programmerbare logiske styringer .................................... 109 Innledning ................................................................................ 109 Komponenter og oppbygging ................................................. 110 2

Kompakte og modulære PLS-er ............................................. 119 Logiske porter og funksjoner .................................................. 122 Programmeringsspråk og adressering .................................... 127 Menneske-maskin-grensesnitt (HMI) ...................................... 133 Dokumentasjon ....................................................................... 133 Feilsøking ................................................................................ 135 Kapittel 5 Datakommunikasjon og elektroniske kommunikasjonsnett........................................................... 137 Innledning ................................................................................ 138 Datakommunikasjon ................................................................ 138 Dataoverføringsmetoder.......................................................... 144 Signalmodulering..................................................................... 158 Datasikkerhet .......................................................................... 159 «Smarte instrumenter» og HART ............................................. 163 Radiokommunikasjon .............................................................. 168 Mobilnett ................................................................................. 170 Kapittel 6 Dokumentasjon og systemforståelse ................................ 173 Innledning ................................................................................ 173 Standarder ............................................................................... 174 Styring og regulering ............................................................... 175 Dokumentasjonskrav ............................................................... 175 Retningslinjer og tegneregler................................................... 179 Alarm og forrigling ................................................................... 197 Kapittel 7 Målenøyaktighet og kalibrering ......................................... 203 Innledning ................................................................................ 203 Begreper og deﬁnisjoner ......................................................... 204 Målenøyaktighet ...................................................................... 208 Måleområde og måleomfang .................................................. 213 Nøyaktighetsberegninger ........................................................ 217 Kalibrering og justering ........................................................... 219 Kapittel 8 Metoder for å måle trykk .................................................... 227 Innledning ................................................................................ 227 Begrep ..................................................................................... 228 Trykkenheter ............................................................................ 236 3

Atmosfæretrykk ....................................................................... 238 Kraft i trykkmåling ................................................................... 239 Instrumenter for å måle trykk .................................................. 240 Strømsløyfer og spenningstilkobling ....................................... 247 Måling av differansetrykk ........................................................ 248 Instrumenter med diskontinuerlig utgang ................................ 251 Montering av trykkmålere ........................................................ 253 Trådløse trykkmålere ............................................................... 256 Diagnostikk i trykkmålere ........................................................ 256 Kapittel 9 Metoder for å måle nivå ...................................................... 259 Innledning ................................................................................ 259 Hydrostatiske målemetoder .................................................... 260 Nivåmåling basert på reﬂeksjon av ultralyd............................. 268 Nivåmåling basert på reﬂeksjon av radarpulser ...................... 269 Nivåmåling basert på endring i kapasitans ............................. 271 Nivåmåling basert på veiing av tanken ................................... 272 Nivåbrytere .............................................................................. 274 Trådløse nivåmålere................................................................. 276 Diagnostikk i nivåmålere.......................................................... 277 Kapittel 10 Metoder for å måle temperatur .......................................... 279 Innledning ................................................................................ 279 Termisk treghet ........................................................................ 285 Bimetalltermometer ................................................................. 289 Fylte termometer ..................................................................... 290 Termostat................................................................................. 291 Temperaturmåling ved endring i resistans .............................. 293 Termoelementer ....................................................................... 300 Termistorer............................................................................... 306 Termografering ........................................................................ 309 Trådløse temperaturmålere ..................................................... 312 Diagnostikk i temperaturmålere .............................................. 313 Kapittel 11 Metoder for å måle gjennomstrømning ............................. 315 Innledning ................................................................................ 315 Grunnleggende fysikk.............................................................. 316 Måleenheter for gjennomstrømninger ..................................... 322 Gjennomstrømningsmåling med differansetrykk..................... 325 4

Turbinmåler .............................................................................. 335 Gjennomstrømningsmåling med elektrisk induksjon ................ 336 Vorteksmåler............................................................................ 340 Gjennomstrømningsmåling med Coriolis-effekt ...................... 343 Gjennomstrømningsmåler med tidsforskjell ............................ 346 Rotameter ................................................................................ 348 Strømningsvakter .................................................................... 349 Måling av massestrøm med veieteknikk ................................. 352 Trådløse mengdemålere .......................................................... 355 Diagnostikk i mengdemålere ................................................... 356 Kapittel 12 Måling av turtall og posisjon .............................................. 359 Innledning ................................................................................ 359 Enkodere ................................................................................. 360 Lineære givere ......................................................................... 366 Potensiometer ......................................................................... 369 Stikkord ................................................................................ 374 Bildeliste ............................................................................... 380

Forord Høsten 2019 ble vi spurt om å revidere lærebøkene i faget automatiseringsteknikk som Bjørnar Larsen har skrevet. Revisjonen av læreverket skulle skje i forbindelse med de nye læreplanene som ble utviklet til Kunnskapsløftet 2020. Med stor respekt for det arbeidet Bjørnar har nedlagt i utviklingen av læringsressurser for automatiseringsfaget, takket vi naturligvis ja til oppdraget. Vi har begge hatt Bjørnar som lærer i automatisering på videregående skole og har førstehåndskjennskap til den solide kunnskapen han har tilført faget. Læreverket består av to trykte bøker og en digital læringsressurs. Denne boken har fått tittelen Automatiseringssystemer 1: Styringsteknikk og måleteknikk. Boken utgis både i trykt og digital utgave. Vi har valgt å endre litt på den opprinnelige tittelen på læreverket samt å omstrukturere og nyskrive enkelte kapitler. Boken er, sammen med Automatiseringssystemer 2: Reguleringsteknikk og sikkerhet, ment som et oppslagsverk for elever på vg2 og vg3 samt lærlinger i faget. Boken kan også brukes som et oppslagsverk av studenter på teknisk fagskole og av fagarbeidere og teknikere som ønsker å friske opp kunnskapen sin. Boken er et resultat av et godt samarbeid, ikke bare mellom oss forfattere, men også med fagkonsulenter, kollegaer fra leverandørindustrien og andre som har støttet oss under arbeidet. Boken ble i sin helhet skrevet under covid-19-pandemien uten mulighet for å møtes fysisk. Hele arbeidsprosessen har dermed foregått digitalt. Vi retter en stor takk til Agnar Sæland, Kjetil Andre Edstrøm, Arild Thormodsrud og Jonas Kjærnli for viktig støtte i arbeidet. Vi ønsker også å takke Bjørnar Larsen, som har lagt grunnlaget for boken med sitt læreverk. Det var en stor ære å overta ansvaret for å tilpasse læreverket til de nye læreplanene. Takk også til Fagbokforlaget, som har spilt en stor rolle for at boken fremstår slik den gjør i dag. Redaktør Gro Brath har målbevisst ledet arbeidet og gitt støtte og oppmuntrende ord til oss forfattere under utarbeidelsen av kapitlene, med krevende tidsfrister og med støtte av det dyktige produksjonsteamet. En stor takk også til familiene våre som har støttet opp om en tidkrevende skriveprosess. Lærevillighet, interesse og engasjement for automatiseringsfaget sammen med en god dose pågangsmot er viktige stikkord for elever som tar dette faget. Den teoretiske kunnskapen, sammen med praktiske ferdigheter og riktige holdninger, danner grunnlaget for den helhetlige kompetansen som skal til for å lykkes! Bergen / Langangen, juni 2021 Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas

Kapittel 1

Elektriske motoranlegg Elektriske motoranlegg består av ulike tavlekomponenter og utstyr. Forskrifter og standarder for elektriske anlegg er fundamentet for et fagmessig godt og sikkert utført arbeid. Kunnskapen om fagbegrep og komponenter gir deg et godt grunnlag for å forstå og snakke om faget. Planleggingen, gjennomføringen og vurderingen av arbeidet skal dokumenteres. Innledning Dette kapitlet er en repetisjon av vg1 Elektro og datateknologi. Dersom du tar kryssløpet fra vg1 Teknologi- og industrifag, kan du lese det som en innføring. Her ﬁnner du informasjon om viktige fagbegrep som du bør kjenne til. I tillegg kan du lese om hvordan komponenter og utstyr i elektriske motoranlegg er bygd opp og virker og hvordan dette skal dokumenteres. Mye av innholdet her tilhører programfaget elenergisystemer, men temaene er likevel svært relevante for programfaget automatiseringssystemer for å bygge en grunnleggende forståelse i faget. I tillegg er det viktig for den naturlige tverrfagligheten som praktiseres i automatiserte anlegg. Dette kapitlet gir dermed en innføring i et stort og omfattende tema.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Forskrifter og standarder for elektriske anlegg Aller først tar vi for oss forskrifter, standarder og normer som angår elektriske anlegg. Vi starter her fordi de legger rammene for hvordan vi bygger, modiﬁserer (endrer) og vedlikeholder automatiserte anlegg. Forskriftene og standardene er dermed selve utgangspunktet for hvordan du som fagperson skal utføre arbeidet ditt. Følger du lovene og reglene som gjelder, vil du kunne utføre arbeidet på en trygg og sikker måte. Figur 1.1 gir en oversikt over begrepene og nivåene. De juridisk bindende (lovpålagte) lovene og forskriftene ligger som en grunnmur i bunn. Høyere oppe ﬁnner du veiledninger til forskrifter, standarder og normer, bruksanvisninger og håndbøker. Sammen med anleggsdokumentasjonen for anlegget du skal jobbe på, danner alt dette grunnlaget for jobben som skal utføres. Figur 1.1 Lover, forskrifter, direktiver, veiledninger, standarder og normer danner grunnlaget for en godt utført jobb.

Sikker og fagmessig godt utført jobb! Anleggsdokumentasjon Brukerhåndbøker og andre håndbøker Standarder og normer Veiledninger

EU-direktiver gjennom EØS-avtalen

Forskrifter

Juridisk bindende

Lover

Krav til arbeid på elektriske anlegg Når du arbeider innenfor automatiseringsfaget, er det viktig at du forstår de elektriske og automatiserte anleggene som du arbeider på. For å utføre jobben din og forstå hva du skal gjøre, 10

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

må du kjenne til hvordan de ulike komponentene og utstyret er bygd opp, og hvordan de fungerer. Hvis du skal kunne bygge eller gjennomføre feilsøking på et automatisert anlegg som styrer en vifte eller et transportbånd, må du forholde deg til utstyret og komponentene som brukes til styringen. Kunnskap om nettopp dette er viktig slik at du kan begrunne valgene du tar og hva du gjør, både under planleggingen, gjennomføringen, vurderingen og dokumenteringen av et arbeidsoppdrag. Du må alltid utføre arbeidsoppdrag og yrkesoppgaver på en trygg og sikker måte. Fokuset på helse, miljø og sikkerhet (HMS) står derfor sentralt når du arbeider med automatiserte anlegg. Valgene du tar på arbeidsplassen din, har innvirkning på din egen helse, men også på helsen og sikkerheten til kollegaene dine og brukerne av anlegget. At du er bevisst på HMS når du utfører arbeidsoppdrag, er også viktig for bedriftens driftssikkerhet og produksjon. I tillegg har det konsekvenser for miljøet omkring bedriften og det norske samfunnet generelt. FEK-forskriften Forskrift om elektroforetak og kvalifikasjonskrav for arbeid knyttet til elektriske anlegg og elektrisk utstyr (FEK) ivaretar blant annet krav til bedriften om å bruke kvalifisert personell til å utføre arbeid på elektriske anlegg. Hva du som fagarbeider er kvalifisert til å gjøre, faller dermed inn under denne forskriften. I FEKforskriften står det blant annet: § 1. Formål: Forskriften fastsetter krav til foretak og personer som utfører eller tilbyr å utføre arbeid knyttet til elektriske anlegg og elektrisk utstyr slik at arbeidet ikke fører til skade på liv, helse eller materielle verdier.

FSE-forskriften Forskrift om sikkerhet ved arbeid i og drift av elektriske anlegg (FSE) styrer hvordan vi ivaretar sikkerheten på elektriske anlegg og stiller krav til overordnet planlegging. I FSE-forskriften står det blant annet: § 1. Formål: Forskriften skal ivareta sikkerheten ved arbeid på eller nær ved samt drift av elektriske anlegg ved at det stilles krav om at aktivitetene skal være tilstrekkelig planlagt og at det skal iverksettes nødvendige sikkerhetstiltak for å unngå skade på liv, helse og materielle verdier.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Veiledning til forskrift om sikkerhet ved arbeid i og drift av elektriske anlegg har noen viktige presiseringer når det gjelder temaet overordnet planlegging i § 7, blant annet når det gjelder sikkerhetsopplæring: → Det skal ikke gå mer enn 12 måneder mellom hver sikkerhetsopplæring (FSE-kurs). → FSE-kurset skal tilpasses relevante problemstillinger for den enkelte virksomhet og den enkelte ansattes funksjon. → Bedriftsinterne instrukser, prosedyrer og retningslinjer skal dekkes av kurset, og gjennomgangen må etter behov også omfatte instruksjon og praktisk øvelse i bruk av relevant utstyr. → FSE-kurset må i tillegg også omfatte førstehjelpskurs med spesialopplæring i førstehjelp ved ulykker forårsaket av elektrisk strøm. Når det gjelder temaet planlegging av arbeid i § 10, går veiledningen nærmere inn på forskriftens sikkerhetsﬁlosoﬁ om arbeid som skal utføres med bruk av sikkerhetsbarrierer: Et gjennomgående prinsipp i forskriften er at det ved alt arbeid knyttet til elektriske anlegg skal etableres minst to sikkerhetsbarrierer. Ved svikt i en barriere skal det fremdeles være en barriere som skal ivareta arbeidstakerens sikkerhet fullt ut.

Figur 1.2 Forskrift om sikkerhet ved arbeid og drift av elektriske anlegg. Forskriften illustrerer sikkerhetsﬁlosoﬁen på denne måten i § 10.

Overordnet planlegging

Planlegging før arbeid Valg av arbeidsmetode

Sikkerhetsbarriere I Frakobling og spenningsprøving

Sikkerhetsbarriere I Personlig beskyttelse

Sikkerhetsbarriere I Avstander (høyspenning) Personlig beskyttelse (lavspenning)

Sikkerhetsbarriere II Sikring mot innkobling

Sikkerhetsbarriere II Anleggsbeskyttelse

Arbeid på frakoblet anlegg (§§ 14 og 15)

Arbeid under spenning – AUS (§16)

Arbeid nær ved spenningssatte deler (§§ 17 og 18)

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Hva slags barrierer det er snakk om, framgår av eksemplene i ﬁgur 1.2. FEL-forskriften Forskrift om elektriske lavspenningsanlegg (FEL) omfatter lavspenningsanlegg opp til 1000 V vekselspenning eller 1500 V likespenning. Forskriften stiller blant annet krav til elsikkerhet for enhver som prosjekterer, utfører, endrer og driver vedlikehold av lavspenningsanlegg. I FEL-forskriftens formål står det: § 1. Formål: Formålet med forskriften er å oppnå forsvarlig elsikkerhet ved prosjektering, utførelse, endringer og vedlikehold av elektriske lavspenningsanlegg og ved bruk av elektrisk utstyr tilkoblet slike anlegg.

Maskinforskriften Maskiner er en naturlig del av automatiserte anlegg, og det er derfor viktig å følge forskriftene som vedrører dette. Forskrift om maskiner (maskinforskriften) utdyper direktiv 2006/42/EF (maskindirektivet). Hensikten er at maskiner og sikkerhetskomponenter alltid skal konstrueres og bygges på en sikker måte. Maskinforskriften omfatter også maskinens elektriske anlegg. Regler for dette er videre presisert i normen NEK EN 60 204-1. Maskinforskriftens virkeområde er: § 1. Virkeområde: Denne forskriften gjelder ved konstruksjon, bygging og omsetning av følgende produkter: a) maskiner b) utskiftbart utstyr c) sikkerhetskomponenter d) løfteredskap e) kjettinger, kjeder, tau og stropper f) avtakbare mekaniske kraftoverføringsinnretninger g) delvis ferdigstilte maskiner

EMC-direktivet

EMC: electromagnetic compatibility EMI: electromagnetic interference

EMC-direktivet 2014/30/EU skal sikre at elektriske apparater i form av utstyr og komponenter er kompatible med hverandre når det gjelder et hensiktsmessig nivå av elektromagnetisk støy (EMI). Du kan lese mer om EMC-direktivet senere i dette kapitlet i forbindelse med temaet energiforbruk.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Standardiseringsorganisasjoner Det ﬁnnes en rekke standarder som du som automatiker bør kjenne til. Standardene blir stadig oppdatert, og nye standarder blir utviklet. Disse standardene påvirker direkte hvordan du må planlegge, gjennomføre, vurdere og dokumentere arbeidsoppdrag på automatiserte anlegg. Standardiseringsarbeidet foregår både på nasjonalt og internasjonalt nivå. → Nasjonalt standardiseringsarbeid: • Standard Norge (SN), Norsk Elektroteknisk Komite (NEK) og Nasjonal kommunikasjonsmyndighet (NKOM) har ansvar for standardiseringsarbeidet i Norge på hver sine fagområder. → Europeisk standardiseringsarbeid: • European Committee for Standardization (CEN), European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) og European Telecommunications Standards Institute (ETSI) utvikler europeiske standarder. → Internasjonalt standardiseringsarbeid: • International Organization for Standardization (ISO), International Electrotechnical Commission (IEC) og International Telecommunication Union (ITU) utvikler internasjonale standarder for verden. Figur 1.3 Oversikt over standardiseringsorganisasjoner.

IEC

ISO CENELEC

ITU CEN

ETSI

Standarder og normer for elektriske anlegg Det ﬁnnes ﬂere standarder og normer som du må forholde deg til. Standardene som brukes avhenger av hvilken type elektrisk anlegg du skal bygge eller arbeide på. Her er en oversikt over relevante standarder og normer for arbeid på og med elektriske anlegg. 14

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

→ NEK400 – Elektriske lavspenningsinstallasjoner. Prosjektering og utførelse av elektrisk lavspenningsinstallasjoner i bygg. → NEK EN 60204-1 – Maskinsikkerhet. Elektrisk utstyr på maskiner. Tilfredsstiller de relevante grunnleggende sikkerhetskrav i maskindirektivet og EMC-direktivet. → NEK EN 61439 Tavlenormen. Lavspenningstavler og kanalskinnesystem. → NEK 410 Elektriske installasjoner om bord i skip og fartøy. → NEK 700-serien – Informasjonsteknologi. Planlegging og bygging av funksjonelle kablingsinstallasjoner i alle typer bygg. → NEK420A - Elektriske installasjoner i eksplosjonsfarlige områder. Produsentenes tekniske dokumentasjon Det er viktig å følge brukerhåndbøker og datablad for produsentens utstyr. Her ﬁnner du blant annet installasjonsveiledninger, brukerveiledninger og oversikter over parametere. Du bør alltid følge produsentenes anbefalinger for installasjon og bruk av komponenten eller utstyret.

Energi og energibærere Med begrepet energi mener vi evnen til å utføre et arbeid eller å varme opp noe. Det kan for eksempel være det å koke opp vann, varme opp et rom, få en viftemotor til å rotere, åpne en garasjeport, frakte vann ved hjelp av en pumpe eller å få et stempel til å bevege seg fram og tilbake. Begrepet energibærere er en samlebetegnelse for materialer som kan ta med seg (bære) energi slik at den kan tas i bruk et annet sted eller på et senere tidspunkt. Figur 1.4 viser en oversikt over typer energi og energibærere. Figur 1.4 Oversikt over energityper og energibærere.

Energityper

Energibærere

Elektrisk energi

Elektrisk strøm, magnetfelt

Pneumatisk energi

Trykkluft

Hydraulisk energi

Hydraulikkolje

Kjemisk energi

Olje og gass (hydrokarboner), hydrogen

Strålingsenergi

Elektromagnetisk stråling

Fall- eller gravitasjonsenergi

Heis, fallhøyde

Mekanisk energi

Springfjær i form av fjærkraft

Termisk energi

Varmekilder (damp), friksjonsvarme

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Elektrisk strøm som energibærer kan bli framstilt av både fossil og fornybar energi ved hjelp av en generator. Trykkluft kan vi skape ved å komprimere luft, for eksempel ved å bruke en enkel sykkelpumpe eller en kompressor som bruker strøm til å komprimere luften til større trykk for å levere større luftmengder. Her skal vi se nærmere på hydrogen, elektrisk strøm og elektromagnetisk stråling som energibærere. Andre energityper og energibærere blir omtalt i andre kapitler i begge bøkene. Hydrogen som energibærer Hydrogen (H2) er en miljøvennlig energibærer. Når vi bruker hydrogen som drivstoff for brenselceller, gir det ingen andre utslipp enn vann. Brenselcellen omdanner nemlig hydrogen (H2) og oksygen (O2) elektrokjemisk til vann (H2O). En brenselcelle som går på hydrogen, utnytter energien bedre enn en ordinær forbrenningsmotor. Den er derfor mer energieffektiv. Hydrogen kan dermed bidra til å redusere utslippene i transportsektoren. Et eksempel på bruken av hydrogen ﬁnner vi hos National Aeronautics and Space Administration (NASA) i USA. NASA bruker hydrogen som drivstoff til rakettene som frakter mannskap og utstyr til verdensrommet. Elektromagnetisk stråling Solenergi kommer til jorda i form av elektromagnetisk stråling. Elektromagnetisk stråling er energi som overføres fra en strålingskilde til et annet legeme. Den elektromagnetiske strålingen kan også oppfattes som bølger og kalles derfor også elektromagnetiske bølger. Energien som overføres, kaller vi gjerne stråleenergi. I en mikrobølgeovn er det elektromagnetisk stråling i form av mikrobølger som varmer opp maten, mens det i en stekeovn er infrarød stråling som gir varme. Informasjon som sendes fra en mobiltelefon, er et annet eksempel på elektromagnetisk stråling. Frekvensen som brukes til mobilsignalene, skal bare mottas av masten til nettleverandøren og ikke opptre som støy i andre apparater. Elektronisk utstyr kan nemlig reagere på elektromagnetisk stråling som støy. Et eksempel på støy er det som kan skje i boliger som er bygd i nærheten av en 4G-mast for mobiltelefoner. Her kan TV-kanaler falle ut på grunn av støyen. Nettleverandørens løsning er å montere et støyﬁlter på antenneinntaket. Dette hindrer støyen i å komme til de elektroniske kretsene i apparatet. 16

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Eksempler på strålingskilder, betegnelser og frekvenser. Betegnelse

Bølgelengde m

Figur 1.5 Elektromagnetisk stråling.

Frekvens Hz

Figur 1.5 viser eksempler på strålingskilder, betegnelser og frekvenser. Synlig lys er elektromagnetisk stråling med bølgelengder fra ca. 400 til ca. 760 THz og opptrer omtrent midt på skalaen i tabellen. Fargen ﬁolett har lavest frekvens, mens rødt lys har høyest frekvens. Øynene våre er «mottakere» som reagerer på disse frekvensene og gjengir dem som synlig lys. I tabellen ser vi også at varme er elektromagnetisk stråling.

Typiske kilder

-14

Gammastråling

1022 10

Røntgenstråling Ultrafiolettstrålin Synlig lys

Varme infrarødstråling Mikrobølger Radiobølger: ultrakortkortmellomlangbølge

1018 1016 1014 1012 1010 108 106

Kosmisk stråling 10-12 10-10

Atomspektra

10-8

Stråling fra gnister, lysbuer, gassutladning Fiolett

10-6 10-4

104

Vekselstrøm

102

1m 102 10

Varme legemer

Mikrobølgeovn, radar

Elektroniske kretser Eksempler: mobiltelefon, TV-sendere, radiosendere

106 10

Rødt

10-2

Induksjonsvarme

Radioaktivitet

Roterende maskiner

Elektrisk strøm

Vekselstrøm: alternating current (AC) Likestrøm: direct current (DC)

Elektrisk strøm som energibærer kan være vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC). Spenningskilder er en samlebetegnelse for komponenter og utstyr som skaper spenning. Spenning blir også kalt elektrisk potensial. Strømforsyninger, batterier, avbruddsfrie strømforsyninger (UPS), solceller og generatorer som brukes i sammenheng med gass eller fornybar energi, er eksempler på komponenter og utstyr som blir brukt som spenningskilder. 17

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Vi kan bruke den elektriske strømmen til å magnetisere en spole som generer et magnetfelt. Dette ﬁnner vi for eksempel i induksjonsplatetopper, hvor det er montert spoler under kokeplatene. Det variable magnetfeltet som genereres, induserer en strøm i en kjele av jernholdig metall eller rustfritt stål for å varme opp vann. Det variable magnetfeltet blir dermed energibærer i dette tilfellet. Figur 1.6 Spole til induksjonsplatetopp.

Kraftproduksjon: power generation Kraftforsyning: power supply

-G1

-G2

Kraftproduksjon og kraftforsyning Generatorer er fundamentet for kraftproduksjon. De er grunnlaget for en stabil og sikker nettspenning. Strømnettet vårt består av → transmisjonsnett, også kalt sentralnett (300–420 kV) → regionalnett (45–132 kV) → distribusjonsnett (230 V – 22 kV), som er viktig for overføringskapasiteten Vi trenger også transformatorer (i dagligtale kalt trafoer) for å omforme (transformere) spenningen som overføres fra kraftproduksjonen til forbruker. Vi vil ikke gå nærmere inn på disse temaene i denne boken, men det er likevel verdt å nevne satsingen på smartgrid. Dette betyr i praksis et smart strømnett med kommunikasjon mellom enheter som kartlegger energibehovet og bruken av batteribanker for lagring av energi.

Figur 1.7 (over) Symboler for generator (G) og synkrongenerator (GS).

-T1

Atomkraftverk

-T2

Transmisjonsstasjoner

Varmekraftverk

Solenergi Vindkraftverk

Distribusjonsstasjoner

Figur 1.8 (over) Symboler for trefase trafo og enfase trafo. Overvåking og styring av strømnettet

Industrianlegg

Transmisjonsstasjoner

Figur 1.9 (til høyre) Eksempel på

Næringsbygg

Elektrisk kjøretøy

smartgrid. Sykehus

Smarte hus

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Strømforsyning og strømforsyningsenheter

Strømforsyningsenhet: power supply unit (PSU), omtalt muntlig som powersupplyet

Utgangspunktet for alle elektriske anlegg er at de må ha en strømforsyning som holder en stabil spenning, og som leverer tilstrekkelig strømstyrke. Strømforsyningsenheten (PSU) er en komponent som leverer energi til elektriske komponenter og utstyr. Vi har ﬂere typer strømforsyning: → AC/DC (likeretter og mellomkrets) → DC/DC → DC/AC (vekselretter) → Avbruddsfri strømforsyning (UPS)

Figur 1.10 En 230VAC/24VDC PSU.

Strømforsyningene kan også ha tilleggsfunksjoner: overspenningsvern, galvanisk skille, nettﬁlter, avbruddsikring med automatisk innkobling av et reservebatteri ved utfall eller brudd i nettspenningen. Strømforsyningsenheter merkes med -T. Avbruddsfri strømforsyning (UPS)

-T1 L1

L+

L2/N

Figur 1.11 Symbol for 1.X PSU AC/ DC.

Avbruddsfri strømforsyning: Uninterruptible Power Supply (UPS)

Det er viktig for sikker og god drift av alle automatiserte anlegg at strømforsyningen er stabil. Elektriske anlegg på sykehus og i prosessindustrien er eksempler på kritiske anlegg der det stilles spesielt høye krav til strømforsyningen. En avbruddsfri strømforsyning (UPS) består av en batteribank som sikrer anleggene med elektrisk strøm uten avbrudd og støy i forsyningsspenningen. 100 prosent belastning (last) på batteriene uten nettspenning kaller vi batteritid. Standard batteritid for UPS-er er fem til ti minutter. For at UPS skal kunne opprettholde 24 V DC driftsspenning til instrumentene, er det behov for en stor batteribank. Batteribanken kan være et batterirom der mange batterier er koblet sammen. I batteriene brukes det gjerne destillert vann og svovelsyre. Forhold som kan påvirke batteriene, er for eksempel for høy temperatur, for høy eller for lav vedlikeholdslading, dårlige koblinger, tap av elektrolytt (batterivæske), dårlig vedlikehold og aldring. De tre hovedtypene avbruddsfrie strømforsyninger er → ofﬂine UPS → line interaktiv UPS → online UPS

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.12 Et typisk eksempel

24V DC

på bruk av UPS i et automatisert anlegg.

4–20 mA

Batteribank, ladere mm

230 V 3-fase L1

Strømforsyning (UPS) 4–20 mA

Mottaker

L2 L3

Koblingsrom

Kontrollrom

Måleinstrumenter i prosessen

Fagbegrep og komponenter Vi skal nå se nærmere på sentrale fagbegrep og komponenter som er viktige for å forstå elektriske motoranlegg og reléstyring. Vi skal også lære om noen av komponentene og deres funksjon, virkemåte og bruksområder. Sikring og dimensjonering er også svært viktig når vi arbeider med prosjektering og installasjon av elektriske anlegg. Vi skal derfor lære om komponenter som kan beskytte oss mot kortslutning, overlast, jordfeil og underspenning. I tillegg skal du lære om komponenter vi kan bruke for å sikre elektriske anlegg. Lysbue og kortslutning

Kortslutning: short-circuit

Kortslutning oppstår ved overslag eller lysbue mellom to punkter. Før det blir direkte kontakt mellom to faser (L1–L2), oppstår det en lysbue gjennom gassen (luften) som isolerer, det vil si beﬁnner seg imellom, de to lederne. Direkte kortslutning oppstår ved at lederne kommer i direkte kontakt med hverandre. Dette kan skje ved en feil eller hvis vi ved et uhell klipper over en spenningssatt kabel med metallblad. En slik kortslutning utløser mye energi.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.13 En lysbue oppstår gjennom gassen mellom de to lederne.

Figur 1.14 Direkte kortslutning oppstår når lederne kommer i kontakt med hverandre.

Overbelastning

Overbelastning: overload

Overbelastning er begrepet vi bruker når elektrisk utstyr ved en feil eller under drift trekker mer strøm enn det utstyret er laget for å gjøre. En asynkronmotor vil for eksempel trekke mer strøm når det er for tung last (høy vekt) på akslingen eller akslingen er låst. Dette vil etter en viss tid løse ut overbelastningsvernet. Overbelastningsvernet utløses for å beskytte kabel, ledninger og utstyr.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.15 Et overbelastet støpsel i en stikkontakt.

Jordfeil og jordfeilstrøm

Jordfeilstrøm: earth leakage, currents leaking to earth

Jordfeilstrøm er strøm som går fra faseleder til jord eller til jordede deler på stedet grunnet jordfeil i anlegget. I boliger har jordfeilautomatene en grense på 30 mA for å beskytte mot strømgjennomgang. Grensen på 30 mA i boliger er satt fordi høyere verdier enn dette vil gi hjertet vårt problemer ved strømgjennomgang. Strømgjennomgang kan for eksempel skje dersom du tar på to utsatte deler og det er jordfeil i anlegget. Motorvernbryter

Figur 1.16 (under) Strømområder for motorvernbrytere.

0,16–0,25 A

0,4–0,63 A

0,63–1,0 A

Vi bruker motorvernbrytere på mindre elektriske apparater, som bordsager og vedkløyvere. Vi bruker dem også i sikringsløse anlegg, det vil si i anlegg uten automatsikring. Motorvernbryterne beskytter mot kortslutning (elektromagnetisk utkobling) og overbelastning (termisk utkobling) av motoren ved å bryte hovedstrømmen. Motorvernbryteren benevnes med -Q fordi den bryter last. Motorvernbrytere kan bestilles til forskjellige strømområder avhengig av hvor stor motoren er som skal beskyttes mot overbelastning. Motorvernbryteren må stilles inn på den riktige strømverdien som overbelastningsvernet skal slå ut på i henhold til motorskiltet på motoren. Eksempler på strømområder ser du i ﬁgur 1.16. 1,0–1,6 A

1,6–2,5 A

2,5–4 A

4–6 A

5,5–8 A

7–10 A

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Ved behov for nullspenningsutløser (nullspenningsvern) kan vi enten bestille det som en egen komponent som monteres på siden av motorvernbryteren, eller vi kan bestille motorvernbrytere som har denne funksjonen innebygd. Figur 1.17 (til høyre) Symbol for motorvernbryter.

-Q1 4–6A (4,7A) Underspennings- og nullspenningsvern

Figur 1.18 En motorvernbryter.

En nullspenningsutløser fungerer som en bryter i tilfelle spenningen faller under et visst spenningsnivå. Vi omtaler gjerne dette som underspenning. Siden nullspenningsvernet fysisk slår av motorvernbryteren, automatsikringen eller jordfeilautomaten som sikrer anlegget, vil anlegget ikke starte automatisk opp igjen når spenningen kommer tilbake. Anlegget må startes opp igjen lokalt. Dette er regulert av Forskrift om elektriske lavspenningsanlegg (FEL):

Figur 1.19 Symbolet for nullspenningsutløser.

§ 26. Beskyttelse mot underspenning Mennesker, husdyr og eiendom skal være beskyttet mot fare eller skade som skyldes at spenning kommer tilbake etter helt eller delvis utfall av spenningen. Dersom gjeninnkobling av vern kan skape en farlig situasjon, skal ikke gjeninnkobling skje automatisk.

Farlige anlegg kan være roterende utstyr og maskiner, for eksempel en vifte som er koblet til en asynkronmotor. Nullspenningsutløsere kan også bestilles som en separat komponent som settes på motorvernbryteren eller automatsikringen som skal beskytte mot underspenning. Se ﬁgur 1.20. Automatsikring og jordfeilautomat

Figur 1.20 En nullspenningsutløser.

Vi bruker automatsikringer for å beskytte det elektriske anlegget mot kortslutning og overbelastning. En jordfeilautomat beskytter også mot kortslutning og overbelastning, men utløses i tillegg hvis det oppstår en jordfeilstrøm ved 30 mA eller høyere 23

5 6

(RCBO)

breaker with overcurrent protection

(300–3000 mA). Både automatsikringen og jordfeilautomaten er merket med sikringskarakteristikker og sikringsstørrelse og har enten to, tre eller ﬁre poler (2P, 3P eller 4P). Benevnelsen -F ble mye brukt før og brukes fortsatt i en del elektriske anlegg. I oppdaterte standarder brukes imidlertid denne merkingen nå for motorvern og smeltesikringer. Komponentene benevnes nå -Q fordi automatene i praksis bryter last.

Jordfeilautomat: residual current circuit

Automatsikring: circuit breaker

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Automatiseringssystemer 1

Figur 1.21 2P B6 automatsikring (venstre) og 3P C16 automatsikring (høyre).

-Q2

-Q1

B6 4

C16

Figur 1.22 Fra venstre: 2P automatsikring, 2P- og 3P jordfeilautomat.

∕ ∆

Sikringsstørrelse og sikringskarakteristikker 2

Figur 1.23 Prinsippsymbol 3P jordfeilautomat.

Sikringskarakteristikker: fuse characteristics

Sikringsstørrelser angir nominell merkestrøm (IN) for overbelastningsvern, automatsikringer og jordfeilautomatsikringene. Eksempler på sikringsstørrelser er 6 A, 10 A, 13 A, 15 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A og 63 A. Sikringskarakteristikker, også kalt utløserkarakteristikker, angir hvor raskt eller tregt automatsikringen eller jordfeilautomaten løser ut ved overbelastning (termisk utkobling) og kortslutning (elektromagnetisk utkobling). Eksempler på sikringskarakteristikker er A, B, C og D. Automatene omtales med en kombinasjon av sikringskarakteristikk (bokstav) og nominell strøm (tall), som C16 og B6. I ﬁgur 1.25 ser du kurvene i et diagram for utløserkarakteristikker.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.24 En automatsikring innvendig.

Tild

Figur 1.25 Utløserkarakteristikker for

100 60 40

Minutter

vern.

20 10 6 4 2 1 40

Toleranseområde for overbelastning med termisk utkobling

Sekunder

10 6 4 2 1 0,6 0,4

0,2 0,1 0,06 0,04

Toleranseområde for elektromagnetisk utkobling

0,02 0,01

1,5

5 6

8 10

Antall ganger merkestrømmen

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Startstrøm Når vi starter en asynkronmotor, vil den trekke en startstrøm som er fem til sju ganger høyere enn den nominelle strømmen. For å unngå at automatsikringen eller jordfeilautomaten løses ut i løpet av tiden det tar for asynkronmotoren å starte opp, kan vi velge en tregere sikringskarakteristikk, for eksempel bytte fra B- til C-karakteristikk. Hvis asynkronmotoren fortsetter å trekke en høy strøm, vil motoren likevel løse ut overbelastningsvernet etter en viss tid. Tiden det tar før automatsikringen eller jordfeilautomaten løser ut, vil være avhengig av sikringskarakteristikken til vernet. Figur 1.26 Utkoblingsgrenser for

t (s)

Termiske utkoblinggrenser

Overlastbeskyttelse (termisk)

vern (I1, I2, I4 og I5). Elektromagnetiske utkoblinggrenser

min.

7−15

Kortslutningsbeskyttelse D (elektromagnetisk)

2−4 0,5−1,5

maks.

0,01−0,02

I1 I2

I / IN

Selektivitet -Q1

-Q4

Figur 1.27 Selektivitet.

Selektivitet betyr at vernet som er nærmest stedet der det oppstår en feil, blir utløst først slik at resten av det elektriske anlegget fortsetter å fungere som normalt. En sammenligning av kurven til automatsikringen eller jordfeilautomaten med automaten som er forankoblet (montert oppstrøms), gir mulighet for å kontrollere om en angitt kombinasjon vil være selektiv i tilfelle overlast (termisk utkobling). Selektiviteten for overlast gjelder bare for strømverdiene opp til grenseverdi for kortslutning (elektromagnetisk utkobling). Selektivitet ved kortslutning krever altså at egenskapene til automatene sammenlignes. Elektriske belastninger Utstyret som kobles til den elektriske kretsen, vil påvirke det elektriske anlegget. Hvilken type elektrisk belastning som er tilkoblet den elektriske kretsen, vil påvirke hvilke komponenter vi bør velge og hvordan den elektriske kretsen påvirker hele det elektriske anlegget.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Elektrisk belastning kaller vi ofte bare last. Lastene deler vi gjerne inn i tre typer: Figur 1.28 Ulike typer elektriske belastninger.

Belastningstype

Beskrivelse

Resistiv last

For eksempel motstand og varmeovn med varmeelementer som er bygd opp av motstandstråder.

Kapasitiv last

Kondensator og lysarmaturer, oppstår i og mellom kabler.

Induktiv last

For eksempel spoler, induksjonsplatetopper og asynkronmotorer.

Hvorvidt lasten er resistiv, kapasitiv eller induktiv, påvirker valget av karakteristikk til automatsikringen eller jordfeilautomaten. Driftskategorien (AC) til kontaktoren vi velger, blir også påvirket av dette. Kontaktor

5 6

Figur 1.30 Symbol for kontaktor

Kontaktor: contactor

Figur 1.29 En kontaktor.

En kontaktor består av en spole, et anker (jernkjerne) og hovedog hjelpekontakter. Kontaktoren fungerer som en elektrisk bryter som brukes til å legge inn og bryte større laster, for eksempel til en motor. Kontaktorer benevnes -Q fordi de bryter last.

-Q10

hovedstrøm.

I ﬁgur 1.31 og 1.32 ser du en oversikt over nummerering og kontaktsett til kontaktorens hovedog hjelpekontakter. Figur 1.31 Nummerering og kontakt-

Fase

sett til kontaktorens hovedkontakter.

Hovedkontaktnummer

1 og 2

3 og 4

5 og 6

Figur 1.32 Nummerering og kontakt-

Kontaktsett

Hvilekontakter (NC)

Arbeidskontakter (NO)

sett til kontaktorens hjelpekontakter.

Hjelpekontaktnummer

21 og 22, 31 og 32 etc.

13 og 14, 23 og 24, 33 og 34 etc.

Hvilken type elektrisk belastning kontaktoren skal styre, har innvirkning på hvilken driftskategori vi velger fordi dette påvirker hvor mange ampere som kan gå igjennom kontaktsettene til kontaktoren. I ﬁgur 1.33 ser du et eksempel på driftskategoriene for en kontaktor. I de ﬂeste tilfeller vil det være AC3 for induktive laster som brukes for elektriske motoranlegg. 27

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Beskrivelse

taktorer.

AC1

Resistive laster som varmeelementer eller svakt induktive laster.

AC2

Sleperingsmotorer, høyt moment.

AC3

Induktive laster som asynkronmotorer (kortslutningsmotorer) med høy kontinuerlig strøm.

AC4

Asynkronmotorer (kortslutningsmotorer), innkobling, reversering, rykkvis drift («jogging»).

kontaktorspole styrestrøm, hvilekon-

Figur 1.34 Symboler for (fra venstre)

-Q10

Driftskategori

Figur 1.33 Driftskategorier for kon-

-Q10

5 6

3 4

1 2

F10

Figur 1.35 (over) Symbol for motorvernrelé hovedstrøm.

Figur 1.36 Et motorvernrelé. Motorvernrelé: motor protection relay 0,16–0,25 A 0,4–0,63 A

0,63–1,0 A

Figur 1.37 Strømområder for et motorvernrelé.

kontaktoren.

takt (NC) og arbeidskontakt (NO) til

Motorvernrelé Et motorvernrelé beskytter motoren mot overbelastning som kan oppstå hvis motoren trekker for tung last, eller hvis rotoren på motoren låser seg. Motorvernreleet blir også kalt bimetall fordi det består av to metaller som føler på hver av de tre fasene (L1, L2 og L3). Ved overbelastning vil bimetallet gå fra hverandre på grunn av varme og veksle over kontaktsettet med hjelpekontakter som brukes i styrestrømmen. Motorvernreleet bryter ikke hovedstrømmen, men det føler på hovedstrømmen slik at hjelpekontaktene kan bryte styrestrømmen til kontaktoren. Det ﬁnnes i tillegg elektroniske motorvernreleer som måler strømmen som går igjennom releet, og som kobles inn etter den målte verdien. De elektroniske motorvernreleene er dermed ulike i virkemåte fra de tradisjonelle motorvernreleene som bruker bimetall. I likhet med motorvernbryteren må også motorvernreleene bestilles til forskjellige strømområder avhengig av hvor stor motor som skal beskyttes mot overbelastning. Motorvernreleet må stilles inn på den riktige strømverdien som overbelastningsvernet skal slå ut på i henhold til motorskiltet på motoren. Eksempler på strømområder for et motorvernrelé ser du i ﬁgur 1.37. 1,0–1,6 A

1.6–2,5 A

2,5–4 A

4–6 A

5,5–8 A

7–10 A

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Motorvernreleet benevnes -F. Du ﬁnner en oversikt over kontaktsett og nummerering av hovedkontakter og arbeidskontakter i ﬁgur 1.38 og 1.39. Figur 1.38 Nummerering og kontaktsett

Fase

til motorvernreleets hovedkontakter.

Hovedkontaktnummer

1 og 2 (T1)

3 og 4 (T2)

5 og 6 (T3)

Figur 1.39 Nummerering og kontaktsett

Kontaktsett

Hvilekontakter (NC)

Arbeidskontakter (NO)

til motorvernreleets hjelpekontakter.

Hjelpekontaktnummer

95 og 96

97 og 98

-S100

sikkerhetsbryter og lastavskiller

Figur 1.42 (til høyre) Symboler for

Figur 1.41 (over) En sikkerhetsbryter.

(NO) til motorvernrelé.

hvilekontakt (NC) og arbeidskontakt

-Q101 6

(-Q101).

Figur 1.40 Symboler for (fra venstre)

-F10

Vi bruker sikkerhetsbrytere for å låse av og sikre motoren til for eksempel vifter, transportbånd, heiser og annet roterende utstyr og maskiner. Dette gjør vi for å hindre utilsiktet start eller innkobling mens vi utfører vedlikeholdsoppgaver. Sikkerhetsbryteren har derfor ikke som funksjon å slå av og på lasten, men i stedet skal den være en sikkerhetsbarriere under service og vedlikehold. Motoren eller maskinen stoppes ved at man aktiverer anleggets ordinære stoppfunksjon før sikkerhetsbryteren aktiveres slik at ikke sikkerhetsbryteren bryter mens motoren eller maskinen er belastet. Kapitlet om utstyr for frakobling av strømtilførselen i NEK EN 60204-1 stiller klare krav til hvordan frakoblingen skal foregå, men verken denne normen eller Forskrift om maskiner stiller direkte krav til bruk av sikkerhetsbryter. Den mest praktiske løsningen for å ivareta en sikker frakobling er likevel en sikkerhetsbryter som er plassert nær maskinen eller det roterende utstyret. Dette er også den beste måten å ivareta NEK400 på om «Utstyr for utkobling for mekanisk vedlikehold». Sikkerhetsbrytere skal kunne låses med en personlig hengelås for å opprettholde personsikkerheten. Sikkerhetsbryteren skal også monteres i henhold til NEK EN 60204 fra en minimumshøyde på 0,6 meter til en maksimumshøyde på 1,9 meter. 3

Sikkerhetsbryter

Automatiseringssystemer 1

«Lås og merk»: lockout, tagout

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

For å sikre at maskinen er tømt for energi i tillegg til at den er låst og merket under vedlikeholdsarbeid, bruker vi metoden «Lås og merk», som er utarbeidet av Arbeidstilsynet. Metoden bidrar til sikkert vedlikehold av maskiner. Figur 1.43 viser et eksempel på en låsemetode for automater.

Figur 1.43 Lås til automater.

Elektrisk kontakt og kontaktsett

contact Normalt lukket kontakt (hvilekontakt): normally closed contact (NC), break contact

Figur 1.44 (til venstre) Symbol for

normally open contact (NO), make

Normalt åpen kontakt (arbeidskontakt):

Kontaktsett: contact pair

En elektrisk kontakt på elektriske brytere og releer består av to tilkoblingspunkter, ett inn på kontakten og ett ut fra kontakten, som til sammen utgjør et kontaktsett. Kontaktsettet kan monteres på trykknapper for angitt funksjon. En normalt lukket kontakt (NC) kaller vi også en hvilekontakt. For å indikere at det er en NC-kontakt, slutter kontaktnummereringen (merkingen) på tilkoblingene på 1 og 2. En normalt åpen kontakt (NO) kaller vi også en arbeidskontakt. For å indikere at det er en NO-kontakt, slutter kontaktnummereringen (merkingen) på tilkoblingene på 3 og 4.

Elektrisk kontakt: electrical contact

kontaktsett for NC. Figur 1.45 (i midten) Symbol for kontaktsett for NO. Figur 1.46 (til høyre) Symbol for vekselkontakt NC/NO.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.47 (til venstre) Kontaktblokk 1NC. Figur 1.48 (til høyre) Kontaktblokk 1NO.

Relé Et relé er en bryter som styres elektrisk. Et relé gjør at vi med en mindre strøm kan magnetisere reléspolen slik at den styrer en større strøm gjennom relékontaktene. Relékontaktene er enten NO eller NC. For større laster (strøm) til for eksempel motorstyring bruker vi en kontaktor i stedet. I ﬁgur 1.50 ser du et eksempel på merking av NO og NC på relékontakter. Releer benevnes -K med spoletilkobling A1 og A2.

Figur 1.49 Et relé. Relé: relay Figur 1.50 (til høyre) Nummerering og

Kontaktsett

Hvilekontakter (NC)

Arbeidskontakter (NO)

kontaktsett til releets hjelpekontakter.

Hjelpekontaktnummer

11 og 12, 21 og 22

11 og 14, 21 og 24

Figur 1.51 (til høyre) Symboler for

relé.

14 22

-K3

32 31 41

1 2

Figur 1.52 Symbol for nødstoppbryter.

34 42

-S0

Nødstoppbryter Automatiserte anlegg skal ha en nødstopp innenfor rekkevidde slik at det er mulig å koble ut roterende maskineri raskt. Nødstoppbryteren er en rød knapp på gul bakgrunn, og den holder posisjonen etter at den har blitt aktivert (trykket inn). 31

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Det automatiserte anlegget skal ikke kunne starte igjen etter at nødstoppbryteren har blitt aktivert. Du må vri og trekke ut nødstoppbryteren for å få den tilbake til utgangsposisjon. Før det automatiserte anlegget kan startes, må det tilbakestilles (resettes) ved hjelp av en resetknapp (impulsbryter). Nødstoppbryteren benevnes -S som andre brytere og som -S0 i mindre anlegg.

Figur 1.54 (til venstre) Symbol for tryk-

En trykknapp er en bryter med fjærretur som gir et kort signal (en spenningspuls) når bryteren blir aktivert. Vi kaller også en slik trykknapp for en impulsbryter. Impulsbryteren trykkes inn for hånd og endrer koblingen ut fra det kontaktsettet (NO eller NC) som er koblet til impulsbryteren. Impulsbryterne benevnes -S og brukes for eksempel som startbryter, stoppbryter og resetknapp. Det ﬁnnes også impulsbrytere med lys, såkalte lystrykknapper.

-S1

-S2

Impulsbryter: pulse switch

Trykknapp

Figur 1.53 En nødstoppbryter.

knapp (impuls) med kontaktsett NC.

knapp (impuls) med kontaktsett NO.

Figur 1.55 (til høyre) Symbol for tryk-

Figur 1.56 (til venstre) Trykknapp (impulsbryter) NC. Figur 1.57 (til høyre) Trykknapp (impulsbryter) NO.

Vribryter

Figur 1.58 En vribryter.

En vribryter brukes blant annet dersom et anlegg skal settes i auto, manuell, av eller ved valg av retning. Det er hensiktsmessig å bruke en vribryter til dette fordi bryteren ikke har fjærretur og dermed vil holde seg i den valgte posisjonen. Vribryteren kalles også en vender. Vi endrer posisjonen for hånd, og vribryteren benevnes dermed -S.

Figur 1.59 (til venstre) Symbol for en vribryter NC.

-S3

-S2

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Automatiseringssystemer 1

-S2

vribryter NO. Figur 1.61 (til høyre) Symbol for vribryter vekselkontakt NO/NC.

Lysemitterende diode: Light-EmittingDiode (LED)

Figur 1.60 (i midten) Symbol for

Lysindikering Vi bruker signallamper for å fortelle oss om anleggets driftstilstand. Lysene indikerer om utstyr er i drift, men de kan også brukes til å indikere feil som oppstår på anlegget. Fargen på lysindikeringen avhenger av hva som skal indikeres. NEK EN 60204-1 viser hvordan fargene brukes. For eksempel indikerer grønn farge normal tilstand, mens rødt indikerer en nødsituasjon som krever øyeblikkelig inngrep. Selve lyset kan være en lysemitterende diode (LED), også kalt en lysdiode, eller en pære med glødetråd. Lysindikering benevnes -P1, men eldre merking i form av -H1 forekommer ennå.

Figur 1.62 (til venstre) Symbol for LED.

X1 Figur 1.63 (i midten) Symbol for vanlig lampe.

-P1

-A 1

X1 X2

Lydvarsling

-A 2

-P2

med formotstand.

-H1 X2

Figur 1.64 (til høyre) Symbol for lampe

-A

-A 2

Figur 1.65 Symboler for (fra øverst til venstre) summer, alarmklokke, sirene og horn.

Summere, sirener, alarmklokker og horn er eksempler på utstyr som varsler ved hjelp av lyd. For eksempel kan en alarmklokke ringe når en maskin skal starte opp, eller vi kan bruke en sirene som gassalarm. Brannvarsling med alarmklokker er et eksempel på slik lydvarsling. Tidsrelé, tidsblokk og multifunksjonsrelé Vi kan bruke tidsreleer, tidsblokker og multifunksjonsreleer som tidsforsinkelser i styrestrømmen til elektriske anlegg. Dette skjer i form av forsinket innkobling eller forsinket utkobling. Et tidsrelé kalles også en timer eller tidsbryter.

Tidsrelé: timing relay, timer

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Forsinket inn: on-delay

Forsinket innkobling betyr at det går en viss tid fra anlegget har fått signal om å starte opp til det faktisk starter. For eksempel blinker en lampe da i fem sekunder før anlegget starter opp. Forsinket utkobling betyr at det går en viss tid fra anlegget har fått signal om å stoppe til det faktisk stopper. Dette kan være hensiktsmessig for eksempel for å gi en avtrekksvifte tid til å fjerne all røyk. Et annet eksempel på en forsinket utkobling er at lyset ikke skrur seg av før en viss tid etter at det sist ble detektert at det var noen i rommet. Et tidsrelé kan være forsinket inn, forsinket ut eller ha begge funksjoner. Hvis tidsreleet har ﬂere funksjoner, kaller vi det for et multifunksjonsrelé. Tidsblokker kan enten være forsinket inn eller forsinket ut da tidsblokkene er montert mekanisk direkte på kontaktoren. Tidsreleer benevnes som regel -K, men i noen tilfeller bruker vi også -T.

Forsinket ut: off-delay Forsinket inn- og utkobling: on-/offdelay Multifunksjonsrelé: multifunction relay

Figur 1.66 Symbol for (fra venstre): spole forsinket innkobling, NC- og

-K1

-K2

NO-kontakt forsinket inn/ut, vekselkontakt (NC/NO) forsinket inn.

Figur 1.67 Symbol for (fra venstre): spole forsinket utkobling, NC- og NO-kontakt forsinket ut, vekselkontakt (NC/NO) forsinket inn.

Figur 1.68 (til venstre) Et multifunksjonsrelé. Figur 1.69 (i midten) Tidsblokk forsinket inn. Figur 1.70 (til høyre) Tidsblokk forsinket ut.

Nødstopprelé

Sikkerhetsrelé: safety relay

Vi bruker nødstoppreleer til å overvåke nødstoppbrytere, sikkerhetsbrytere og sikkerhetssensorer i nødstoppkretsen eller sikkerhetskretsen til automatiserte maskiner og systemer. Et annet ord for nødstopprelé er sikkerhetsrelé.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Eksempler på sikkerhetssensorer kan være mekaniske grensebrytere, fotoceller, lysgitter eller andre sikkerhetskomponenter. Alle komponentene i en sikkerhetssløyfe må være sertiﬁsert. Sikkerhetssløyfen kan for eksempel brukes for å sikre en inngjerdet robotcelle. Dette kan du lese mer om i neste kapittel og i kapitlet om person- og maskinsikkerhet. Fasefølgerelé

Figur 1.71 Et sikkerhetsrelé. Nettovervåkingsrelé: three-phase monitor relay, phase sequence relay, phase failure relay

Fasefølgereleer overvåker spenningen og faserekkefølgen på strømnettet. Et annet ord for fasefølgerelé er nettovervåkingsrelé. I normaltilstand, med spenning til stede og riktig faserekkefølge, legges arbeidskontakten (NO-kontakten) inn. Ved feil faserekkefølge eller bortfall av en fase vil fasefølgereleet detektere dette og legge ut NO-kontakten. Tilbakemeldingen brukes som en sikkerhetsfunksjon i styrestrømmen for å unngå at maskiner går i feil retning på grunn av feil faserekkefølge.

Motorer og motordrifter Motorer og motordrifter er sentralt i automatiseringsfaget fordi det er motorer som faktisk utfører arbeidet som blir styrt eller regulert. De neste avsnittene i dette kapitlet gir en kort oversikt over motortyper og symboler. Deretter ser vi nærmere på motordrifter. Figur 1.72 Fasefølgerelé.

Motorer

Figur 1.73 (under) Prinsippskisse for

Motorer deles inn i to hovedtyper: → vekselspenningsmotorer (AC) → likespenningsmotorer (DC).

asynkronmotoren.

Vifte

Tilkoblingsklemmer

Kjøleribber

Stator (Viklinger)

Aksling

Burviklet rotor

Lager

Automatiseringssystemer 1

Symbol

Trefase AC-sleperingsmotorer

DC-shuntmotor

V1 V1

M Y∆ V2

-M1 U2

Trafase AC-motor med seks tilkoblingspunkter over viklingene

M 3

Trafase AC-motor generelt symbol -M1 med tilkoblingspunkt for jording (PE)

-M1

Enfase AC-motor

-M1

Type motor

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Det finnes flere ulike typer AC- og DC-motorer. I denne boken vil vi ikke komme inn på de ulike typene, men i figur 1.73 ser du en skisse av en asynkronmotor, som også er kalt en kortslutningsmotor. I figur 1.74 finner du en oversikt over de symbolene vi bruker for å betegne ulike typer motorer. Motorskilt Motorskilt, også kalt merkeskilt, gir oss viktig informasjon om motorens verdier: → 1 spenning → 2 merkestrøm → 3 avgitt effekt → 4 effektfaktor (cos phi) → 5 omdreininger per minutt → 6 frekvens → 7 kapslingsgrad

M 3

-M1

Stepper motor (stepmotor)

-M1

I figur 1.75 finner du igjen verdiene over slik de er oppgitt på et motorskilt. I figurene 1.76 og 1.77 viser vi vinklinger i motoren lasket i stjerne- og trekantkobling. Lasking betyr sammenkobling av to punkter med en lask.

Servomotor

∆/

230 / 400 V

4.0 KW 5

2 14.5 / 8.5 A 4

cos

1410 min-1

IP 54

0.82 6

50 Hz

Iso. KI F

Figur 1.74 (over) Oversikt over motorsymboler.

400 / 690 V Burviklet: squirrel cage Motorskilt: motor nameplate

∆/

8.5 / 4.9 A

4.0 KW

cos

1410 min-1 Figur 1.75 (til høyre) Motorskilt for to ulike motorer.

IP 54

Iso. KI F

0.82 50 Hz

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.76 (venstre side) Vinklinger i

ILN

ULN

motoren lasket i stjernekobling. U2

Figur 1.77 (høyre side) Vinklinger i U1

motoren lasket i trekantkobling.

ILN

ULN

V2 W2

ULN = √3 x UW, ILN = IW U1

Figur 1.78 (over) Symbol for myk-

∆ W2

ULN = UW, ILN = √3 x IW

-Q20

starter.

Start- og reguleringsmetoder For styring og regulering av motorer som skal utføre et arbeid, har vi ulike start og reguleringsmetoder som for eksempel direkte start, mykstart og frekvensomformerstyrt. Disse skal vi nå se nærmere på. Direkte start Begrepet direkte start bruker vi om motorstyring som starter motoren direkte, for eksempel ved å bruke en motorvernbryter eller en kontaktor. Det vil si at motoren starter å gå for fullt turtall og moment med det tilhørende store strømstøtet som kommer av den høye startstrømmen som motoren trekker for å starte. Mykstart

Figur 1.79 Mykstarter.

Mykstarter blir brukt for å dempe startstrømmen til motoren. Da går motoren rolig i starten og øker til full drift etter hvert. Dette er hensiktsmessig for å dempe strømstøtet som kommer av den høye startstrømmen som motoren trekker for å starte. Denne justerbare tiden omtaler vi gjerne som «rampetid». «Rampetid» er et fellesbegrep på akselerasjonstiden og deakselerasjonstiden for mykstarteren (se ﬁgur 1.80). I oppstartsøyeblikket reduseres da spenningen og dermed også motorens dreiemoment. Dette gir en redusert mekanisk belastning og mindre slitasje på drivreimer og lagre.

Automatiseringssystemer 1

Figur 1.80 Akselerasjonstid og deak-

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Omdreininger

selerasjonstid (retardasjonstid). FrS (50 Hz)

Tid ACC

DEC

FrS = Statorfrekvensen = 50 Hz i Europa

Frekvensomformer Frekvensomformer: Variable Frequency Drive (VFD)

For å kunne styre og regulere frekvensen til motorer og pumper bruker vi frekvensomformere. Det finnes forskjellige frekvensomformere, og i figur 1.81 ser du eksempel på to ulike utforminger. I figur 1.82 ser du en oversikt over noen hovedtyper av frekvensomformere. Frekvensomformere

Omformere med mellomkrets

Direkteomformere

Variabel

Figur 1.81 (over) Frekvensomformere.

Figur 1.82 (til høyre) Ulike typer frekvensomformere.

Konstant

1) CSI

2) PAM

3) PWM

Strømstyrt frekvensomformer Current Source Inverter (CSI)

Puls-amplitude-modulering Pulse Amplitude Modulation (PAM)

Puls-bredde-modulering Pulse Width Modulation (PWM)

Strømstyrt mellomkrets I-omformere

Spenningsstyrt mellomkrets U-omformere

For å forstå hvordan frekvensomformeren kan styre og regulere frekvenser, skal vi også se på dens blokkskjematiske oppbygning. Hoveddelene i frekvensomformeren er en likeretter (A), en mellomkrets (B), en vekselretter (C) og styre- og kontrollkretsen (D), som vist på ﬁgur 1.83. I ﬁgur 1.84 ser du også en elektronisk prinsippskisse av en frekvensomformer. 38

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

I/0 KEYPAD BUS

Figur 1.83 Blokkskjematisk oppbygning av en frekvensomformer.

CPU

M 3

DC+

L1 L2 L3

3-faset stjernekoblet asynkronmotor Vikling U, V, W

Strømbane C

Strømbane B

Vekselretter Strømbane A

C = Kondensator

6-puls styrt likeretter

sippskisse av en frekvensomformer.

3-fas Strømforsyning

Figur 1.84 (til høyre) Elektronisk prin-

Bremse-«chopper» R = Bremsemotstand

DC-

Skjerm

Styringsenhet styrt likeretter

Styringsenhet bremse-«chopper»

Styringsenhet vekselretter

Mikroprosessor (CPU) Strømforsyning (PSU)

Innganger/utganger (I/O)

OS/Firmware (FLASH) Parameterinstilling (EEPROM/FLASH)

Frekvensomformerens styre- og kontrollenhet

Figur 1.85 (over) Oppbygd sinuskurve av DC-pulser (PWM).

Puls-bredde-modulasjon: pulse-widthmodulation (PWM) Puls-amplitude-modulasjon: pulseamplitude-modulation (PAM)

Likerettingen av spenningen skjer i grove trekk på to måter, ustyrt ved bruk av dioder eller styrt ved bruk av tyristorer. Det ﬁnnes ulike utforminger for hvordan motoren kan styres av mellomkretsen og vekselretteren. Hovedprinsippet er at vekselspenning blir likerettet i likeretteren og glattet ut til en likespenning som ikke lenger er pulserende i mellomkretsen. Når frekvensomformeren etter dette skal bygge opp sinuskurver igjen, skjer dette fordi vekselretteren bygger opp en tilnærmet sinuskurve i form av likespenningspulser. Likespenningspulsene bygger opp sinuskurven enten i bredde (varighet av pulsen) ved bruk av puls-bredde-modulasjon (PWM) eller i amplitude (styrken på pulsen) ved bruk av puls-amplitude-modulasjon (PAM). Ved å ta i bruk modulasjonsmetoder har vi mulighet til å påvirke sinuskurven og dermed også frekvensen som motoren eller pumpa skal gå med. 39

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

På grunn av likespenningspulsene ut fra vekselretteren generer frekvensomformeren elektromagnetisk støy (EMI). Dette kan du lese mer om i avsnittene om EMI og EMC. Svitsjefrekvensen påvirker hvor god sinuskurven blir slik det er vist i ﬁgur 1.87.

U Uz t PAM

U fp= 1,5 kHz Uz

0 t PWM

Figur 1.86 (over) Skisse av puls-

fp= 3 kHz

amplitude-modulasjon (PAM) og pulsbredde-modulasjon (PWM).

Figur 1.87 (til høyre) Svitsjefrekvens. ωt

Energiforbruk og energieffektivitet Bevegelsessensorer som skrur av lyset i et rom når ingen oppholder seg der, eller temperatursensorer som regulerer varmen, er med på å begrense bruken av energi. Frekvensomformere kan også bidra til å begrense bruken av energi fordi motorer og pumper da kan være i drift med redusert turtall. Vi kan også overvåke og redusere energiforbruket på andre måter. Energimålere og energisensorer kan for eksempel måle forbruket på hver kurs eller på et helt anlegg. Lastbalansering av anlegg er også tiltak vi kan gjøre for å unngå skjevtrekk av strøm på de forskjellige fasene. Energisensor Figur 1.88 Trådløs energisensor PowerTag.

Vi kan koble energisensorer til automatsikringen eller jordfeilautomaten for å måle energien i form av hvor stort strømtrekket er. Dette gir oss mulighet til å overvåke lasten og få en alarm ved overlast.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Energisensorer blir gjerne brukt når man skal måle energiforbruket i elektriske anlegg, for eksempel til kurser i bygninger som gir en oversikt over hvor mye strøm kursen bruker. Dette gjør at vi kan måle effekten av energibesparende tiltak. På markedet ﬁnnes det også energimålere som vi kan koble rett til måleren på elektriske anlegg. EMC-direktivet

Figur 1.89 Tibber pulse.

Alle typer elektriske apparater og installasjoner som blir markedsført i EØS-området, omfattes av EMC-direktivet. EMC står for elektromagnetisk kompatibilitet. Direktivet stiller krav til CEmerking for at produkter skal kunne markedsføres og selges i EU og EØS. Produkter som skal ha CE-merket, må innfri bestemte krav til helse, miljø og sikkerhet. CE-merket kan ikke settes på produktet før man har utarbeidet den nødvendige tekniske dokumentasjonen og en samsvarserklæring. Dokumentasjonen skal vise at varen er produsert etter gjeldende regelverk.

Figur 1.90 CE-merket.

Elektromagnetisk støy

Elektromagnetisk interferens: electromagnetic interference (EMI)

Når elektriske eller elektroniske apparater eller systemer blir påvirket og forstyrret av elektromagnetisk støy, kaller vi fenomenet elektromagnetisk interferens (EMI). Vi omtaler også EMI som elektromagnetisk forstyrrelse eller elektromagnetisk støy. Med forstyrrelser mener vi at uønsket elektromagnetisk stråling fra en kilde forstyrrer en annen elektrisk krets. Forstyrrelsen kan ødelegge funksjonen til elektronisk utstyr. Eksempler på dette er at en datamaskin faller ut, at vi har problemer med dataoverføringer, sus eller sprakende lyd i mobiltelefonen, sprakende lyd i radioens høyttalere, støy i TV-bildet eller at TV-mottaket faller ut. 41

Automatiseringssystemer 1

Figur 1.91 Elektromagnetiske forstyrrelser fra atmosfæren, maskiner og

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Elektromagnetiske forstyrrelser fra maskiner og installasjoner

Atmosfæriske utladninger (torden)

andre kilder. Elektrostatiske utladninger

Interne støykilder

Signaler ut

Strømforsyning

Jordsystem

Elektromagnetisk kompatibilitet

Elektromagnetisk kompatibilitet: electromagnetic compatibility (EMC)

EMC betyr elektromagnetisk sameksistens eller elektromagnetisk kompatibilitet. Når et apparat eller system er installert slik at det arbeider riktig og uforstyrret og ikke forstyrrer andre elektriske apparater, har vi elektromagnetisk kompatibilitet. Induktiv kobling Det oppstår et induktivt felt rundt en strømførende kabel. Dette feltet påvirker signalkablene som ligger i nærheten – derfor legger vi signalkabler og effektkabler i sikker avstand fra hverandre. Dersom kabelen legges på en jordet kabelbro eller kabelstige, vil kabelbroen eller -stigen ta opp det induktive feltet og lede det til jord. Se ﬁgur 1.92. Kapasitiv kobling Det oppstår en kapasitiv kobling når vi har en spenningsforskjell mellom to objekter. For eksempel kan det være en signalkabel og en effektkabel som ligger nær hverandre. Spenningsforskjellen danner et elektrisk felt som kan føre en kapasitiv støystrøm på signalkabelen. Se ﬁgur 1.93.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.92 Når det går strøm gjennom en kabel, genereres det et induktivt felt rundt kabelen.

Motorstrøm

Datasignal

Induktivt felt Skjermjord

Figur 1.93 Kapasitanser som oppstår mellom kabler.

Kapasitanser

Støystrøm

Skjermjord

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Grunnleggende dokumentasjon av elektriske motoranlegg Dokumentasjon er en viktig del av arbeidet for en automatiker. I alt arbeid med planlegging, gjennomføring og vurdering står dokumenteringen av arbeidsoppdraget sentralt. Du skal kunne lage digitale tegninger, lister og skjemaer, og du skal kunne bruke korrekte benevninger. Dette er en naturlig del av den tekniske dokumentasjonen av elektriske anlegg. Arbeidslivet stiller høye krav til god dokumentasjon. Først og fremst er dette et sikkerhetstiltak, men god dokumentasjon sparer også tid når vi må gjennomføre en feilsøking ved en produksjonsstans. Du kan lese mer om person- og maskinsikkerhet i Automatiseringssystemer 2. I dette kapitlet vil vi ikke komme inn på dokumentasjon som vi bruker i forbindelse med måling og regulering, som loopskjemaer (sløyfeskjemaer), prosessﬂytskjemaer, tekniske ﬂytskjemaer (P&ID) eller forriglingsmatriser. Den typen dokumentasjon kommer vi tilbake til i kapittel 6 om dokumentasjon og systemforståelse. I de neste avsnittene skal du lære om de tegningene og skjemaene som en grunnleggende teknisk dokumentasjon for et elektriske motoranlegg skal bestå av. Markering av framdrift Når vi kobler opp det automatiserte anlegget i henhold til dokumentasjon som er laget, er det god praksis, og i mange tilfeller påkrevd, å bruke markeringstusj for å vise hvilke ledninger og kabler som er lagt og koblet. Når vi bruker markeringstusj på denne måten, er framdriften i arbeidet alltid synlig. Dette gjør det lettere å huske hvor langt vi har kommet med arbeidet, og å være helt sikker på hvilke kabler og ledninger som er lagt. Denne framgangsmåten er hensiktsmessig hvis det oppstår endringer i prosjektet, som for eksempel hvem som utfører den fysiske oppkoblingen. Slik markering med tusj er også nyttig når det må tas en pause i arbeidet fordi andre jobber må prioriteres i en periode. Husk da å ha kontroll på hvor du oppbevarer tegningene. Stigeledningsskjema

I avsnittet om selektivitet introduserte vi en måte å tegne vernene i anlegget på. Et stigeledningsskjema er en slik tegning som gir oversikt over alle vernene i det elektriske anlegget med tilhørende utløserkarakteristikk og nominell strømstyrke.

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Når vi lager et stigeledningsskjema for det elektriske anlegget, har vi en oversikt over kortslutningsvern (KV), overbelastningsvern (OV), kabeltype og tverrsnitt til fordelingene i de ulike etasjene med tilhørende kurser.

Figur 1.94 (over) Eksempel på num-

F10 /.1 /.2 /.2

merering av strømveier på tegninger.

Figur 1.95 (over) Oversikt over plasseringen av kontaktsettene til et motorvernrelé.

Figur 1.96 (til høyre) Forklaring på symbol og nummer for kontaktsett til komponenter.

Hovedstrøm En tegning over hovedstrømmen gir en oversikt over hovedkomponentene som beskytter og setter i drift motoren i det elektriske anlegget. Komponentene som vi tegner inn her, kan være automatsikring eller jordfeilautomat, hovedkontaktene til kontaktoren, motorvernelé, sikkerhetsbryter og motor. Hvilke komponenter vi tegner inn, er avhengig av hvilke komponenter og utstyr det elektriske motoranlegget er bygd opp av. Det er viktig med god merking av komponenter og kabler med korrekt benevning for at vi skal lage god dokumentasjon. Strømbaner viser hvor på tegningen du kan ﬁnne kontaktsettene. Se ﬁgur 1.94-1.98. Symbol eller nummer

Forklaring

Samme side som symbolet

Strømvei 1

Strømvei 2

2.3

Side 2 i strømvei 3

/.1

-F10 95

-F10 /.1

Styrestrøm

Figur 1.97 (over) Oversikt over plasseringen av motorvernrelé.

En tegning over styrestrømmen gir en oversikt over komponentene som er med på å styre hovedstrømmen. Her tegner vi inn slike komponenter som automatsikringer eller jordfeilautomat for styrestrøm, impulsbrytere, indikasjonslamper, releer og kontaktorens spole (A1 og A2) med tilhørende hjelpekontakter (NO/ NC). Hvordan styrestrømmen tegnes, avhenger av om styringen er en reléstyring, PLS-styring eller en del av et større styresystem. Se ﬁgur 1.97 og 1.98. Du kan lese mer om PLS-styring i kapittel 4.

Figur 1.98 (til høyre) Plasseringen av kontaktsettene til en kontaktor på tegningene.

/.2 /.1

/.1

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Arrangementstegning En arrangementstegning gir en oversikt over plasseringen av komponentene i en tavle. Hensikten er at selv en person som aldri har vært inne i skapet før, kan finne fram til riktig komponent. Tegningen viser hvilken komponent som er montert hvor i styreskapet eller på skapdøren. I tillegg gir den en oversikt over mekaniske mål som lengde, bredde og dybde og dimensjoner på hull. Dette gir deg en oversikt over hvor mye plass det er i igjen i eksisterende styreskap dersom du skal gjøre endringer eller bygge på anlegget, det vi si utføre modifikasjoner. Rekkeklemmeliste En rekkeklemmeliste, også kalt en rekkeklemmetabell, er en naturlig del av anleggsdokumentasjonen. Listen gir en oversikt over hvilket utstyr og hvilke kabler som er koblet eksternt (ute i felt) via rekkeklemmer til tavla, og hvor de er koblet videre internt i tavla. Det er viktig å ha fokus på bruken av lasking og merking av rekkeklemmerader og rekkeklemmer når du tegner og endrer rekkeklemmelisten. Parameterliste En parameterliste er en oversikt over hvilke parametere du har endret på, for eksempel i en frekvensomformer. Parameterlisten tar utgangspunkt i fabrikkinnstillingene. Derfor er det som regel nok bare å skrive opp parameterne du har endret på. Det kan også i mange tilfeller være hensiktsmessig å ta med relevante parametere med fabrikkinnstilling. Sluttkontroll og funksjonstest Sluttkontrollen er en viktig del av jobben. Den må alltid gjennomføres. Sluttkontrollen består gjerne av flere punkter, som: en visuell kontroll, sjekk mot kortslutning, kontinuitetsmåling og isolasjonsmåling («megging»). Samsvarserklæring Det skal alltid utarbeides en CE-samsvarserklæring for maskiner og samsvarserklæringer for elektriske anlegg. Samsvarserklæringen for maskiner har med følgende punkter:

Automatiseringssystemer 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.99 Samsvarserklæring. Produsentnavn med adresse: Erklærer herved at Maskin merke type: Serienummer: Produksjonsdato/-år: Er produsert i overensstemmelse med maskindirektivet og tilsvarende nasjonale lover. Er produsert i overensstemmelse med følgende andre EEC direktiver: Og erklærer dessuten at Følgende harmoniserte normer er benyttet: Følgende nasjonale tekniske standarder og spesiﬁkasjoner (eller deler av disse) er benyttet:

Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas

Vg2

Vg3

BOKMÅL

Vg3

ISBN 978-82-11-04413-6

Styringsteknikk og måleteknikk

Elektro og datateknologi

Vg2

Styringsteknikk og måleteknikk

Automatiseringssystemer 1 |

Automatiseringssystemer 1

Automatiseringssystemer 1 BM (9788211044136)

Articles inside

Automatiseringssystemer 1 BM