Czujnik zaniku fazy wyłącza silnik 15 kW podczas rozruchu – F&F CKF-BR, soft-starter, ustawienia

Pytanie

czujnik zaniku faz wyłącza w czasie rozruchu silnik 15 kilowatów

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Czujnik zaniku fazy wyłącza silnik 15 kW w chwili rozruchu, ponieważ krótkotrwałe spadki lub asymetria napięć wywołane dużym prądem rozruchowym przekraczają próg zadziałania przekaźnika.
• Kluczowe kroki: zweryfikować ustawienia czujnika (próg napięcia, próg asymetrii, opóźnienie start-up), zbadać jakość zasilania i rozważyć łagodniejszy sposób rozruchu (gwiazda-trójkąt, soft-starter).

Szczegółowa analiza problemu

1. Charakterystyka rozruchu
   • Silnik asynchroniczny 15 kW (400 V, cosφ≈0,85) pobiera prąd znamionowy
   \[ In \approx \frac{P}{\sqrt{3}\,U\,\cos\varphi} \approx \frac{15\,000}{1{,}732\cdot400\cdot0{,}85}\approx 25{,}5\;\text{A} \]
   • Prąd rozruchowy \(I\{inrush}\) = 5-8 × In → 130–200 A.
   • Impedancja sieci (transformator, przewody, styki) powoduje chwilowy spadek napięcia ΔU:
   \[ \Delta U = I{inrush} \cdot Z_{sieci} \]
   • Niewielka niesymetria impedancji faz (δZ) przy tak dużym prądzie zamienia się w znaczną asymetrię napięć (δU), co widzi przekaźnik.

2. Działanie czujnika zaniku fazy
   Typowe progi:
   • zanik fazy: U_faza < 0,1 Un
   • asymetria: |U_max – U_min| > (5–15 %) Un lub |U_faza – U_avg| > 55 V (dla 400 V)
   • czas opóźnienia: 0,1–4 s (czasem dwa timery: t_start i t_trip).

3. Typowe przyczyny zadziałania w chwili startu
   a) Zaciski, przewody o zbyt małym przekroju → R_sieci↑ → ΔU↑.
   b) Luźne lub zaśniedziałe styki → nierówna impedancja faz.
   c) Przekaźnik bez funkcji „start-up delay” lub zbyt małym t_start.
   d) Niewłaściwy układ rozruchowy (DOL) mimo dużej mocy i słabej sieci.

4. Standardowe metody eliminacji problemu
   • Regulacja przekaźnika:
   – próg asymetrii 10–15 % (≥ 80 V przy 400 V),
   – napięcie podnapięciowe −15…−20 % Un,
   – opóźnienie start-up ≥ 2–5 s (lub o 20 % dłuższe od czasu dojścia do 90 % n_n).
   • Rozruch gwiazda-trójkąt (redukcja I_inrush do ~0,33 ×).
   • Soft-starter / falownik (płynna rampa napięciowo-częstotliwościowa).
   • Wymiana przekaźnika na model z:
   – programowalnym progiem asymetrii,
   – kontrolą styków stycznika (MKF-2PK, CKF-BR),
   – wejściem blokady na czas rozruchu.
   • Poprawa sieci: zwiększenie przekroju żył, skrócenie linii, dokręcenie wszystkich zacisków, kontrola termowizyjna.

5. Symulacja prostego przypadku
   Załóżmy impedancję linii \(Z_{l}\)=45 mΩ/fazę; w rozruchu 180 A:
   \[ \Delta U \approx 180\,\text{A} \cdot 0{,}045\,\Omega = 8{,}1\,\text{V} \]
   Niewielka różnica 5 mΩ między fazami (0,045/0,050/0,040 Ω) da różnice spadków 9 V → asymetria 5–6 %. Jeśli przekaźnik ustawiony na 5 %, zadziała.

Aktualne informacje i trendy

• Nowoczesne przekaźniki (F&F CKF-BR, LOVATO PMVF, Schneider PM-PR) oferują cyfrową analizę wektorową napięć i osobny timer start-up (0–30 s), co praktycznie eliminuje fałszywe wyłączenia podczas rozruchu.
• Soft-startery z algorytmem „current-limit” ograniczają I_inrush do 3 × I_n; wbudowane w nie zabezpieczenia fazowe często zastępują oddzielny czujnik.
• Coraz częściej korzysta się z falowników (VFD) nawet dla aplikacji pomp/kompresorów 15 kW, bo oprócz łagodnego startu umożliwiają oszczędność energii (regulacja prędkości).
• Normy IEC/PN-EN 60034-1 i 60034-26 rozszerzają wymagania dotyczące ochrony silników przed skutkami niesymetrii i zaniku faz.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Różnica między czujnikiem zaniku fazy a relą kontrolną silnika: pierwszy nadzoruje tylko napięcia, drugi może też mierzyć prądy faz i temperaturę uzwojeń.
• Analogicznie do hydrauliki: prąd rozruchowy = „uderzenie wodne” w rurociągu; zawór bezpieczeństwa (przekaźnik) może zadziałać, jeśli uderzenie przekroczy nastawę – rozwiązaniem jest tłumik (soft-starter) lub zawór by-pass (timer start-up).

Aspekty etyczne i prawne

• Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Energii (PN-EN 60204-1) właściciel urządzenia ma prawny obowiązek zapewnić, że zabezpieczenia nie będą pomijane w sposób trwały (zakaz „na stałe” zwarcia przekaźnika).
• Celowe wyłączenie czujnika na czas rozruchu jest dopuszczalne tylko automatycznie, kontrolowane i udokumentowane w DTR maszyny.
• Ochrona pracownika: praca silnika z utratą fazy grozi pożarem – konsekwencje prawne (Dz.U. 2022 poz. 1085 – PPOŻ).

Praktyczne wskazówki

1. Pomiary:
   • Multimetr True-RMS + cęgi z funkcją INRUSH.
   • Zarejestruj MIN/MAX napięć i prądów w 0–5 s od startu.
2. Ustawienia przekaźnika (przykład CKF-BR):
   • asymetria: 15 % (regulator na pozycję 12 h),
   • podnapięcie: 80 % Un,
   • t_start: 4 s,
   • t_trip: 0,5 s.
3. Jeśli relays nie ma t_start: stycznik pomocniczy + przekaźnik czasowy OP-1 (ON-delay 5 s) zwierający wejście zasilania czujnika.
4. Rozruch Y/Δ: ustaw T_y = 3 s (≥ 2× τ_m), T_Δ = 0,1 s (przerwa), kontrola prądu w Δ < 40 A.
5. Soft-starter: dobierz na 150 % I_n (≈ 40 A) z rampą 5 s, prąd limit 3 × I_n.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Nadmierne „poluzowanie” progu asymetrii poniżej 20 % może pozbawić silnik ochrony przy realnym zaniku fazy.
• Soft-starter w układzie sieci IT lub zasilanej z falownika o słabym filtrze EMC może wprowadzać wyższe harmoniczne – konieczna analiza THDu oraz filtr LCL.
• Jeśli napięcie transformatora już w stanie jałowym jest < 390 V, najpierw rozwiąż problem niedowoltowania.

Sugestie dalszych badań

• Rejestrator jakości energii (Class A) – pomiar spadków napięcia, flickeru i asymetrii podczas cyklu start-stop.
• Analiza cieplna uzwojeń metodą RTD lub czujniki PT100 – ocena wpływu częstych rozruchów na ΔT.
• Porównanie efektywności energetycznej: DOL vs soft-starter vs VFD – możliwa redukcja strat na jałowym biegu do 20 %.

Krótkie podsumowanie

Problem wynika z tego, że przy rozruchu silnik 15 kW generuje wysoki prąd, powodując chwilowe spadki i asymetrię napięć, które czujnik zaniku fazy interpretuje jako uszkodzenie zasilania. Najbezpieczniej:

1. Skorygować nastawy lub wymienić przekaźnik na model z timerem start-up.
2. Ograniczyć prąd rozruchowy (gwiazda-trójkąt, soft-starter, VFD).
3. Upewnić się, że instalacja (przewody, styki, trafo) wytrzymuje prąd rozruchowy bez nadmiernych spadków napięcia.
   Wdrożenie powyższych kroków eliminuje fałszywe zadziałania, zachowując jednocześnie pełną ochronę silnika przed rzeczywistym zanikiem fazy.