Τρίτη, 28 Μαΐου, 2024

Η χρήση των ηλεκτρικών πινάκων στην βιομηχανία

Οι ηλεκτρικοί πίνακες χαμηλής και μεσαίας τάσης χρησιμοποιούνται στις βιομηχανικές μονάδες και αποτελούν τον «εγκέφαλο» μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης. Οι κατασκευαστές είναι υποχρεωμένοι να κατασκευάζουν πίνακες από υλικά υψηλής αντοχής και να ακολουθούν συγκεκριμένα πρότυπα, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή ασφάλεια.

Γράφουν ο κ. Θεμιστοκλής Λ. Αθανασιάδης και η κ. Αικατερίνη Δ. Πολυκράτη*

Οι ηλεκτρικοί βιομηχανικοί πίνακες χρησιμοποιούνται για τροφοδοσία καταναλώσεων ή έλεγχο διεργασιών σε βιομηχανικό περιβάλλον. Ως προς το επίπεδο της τάσης διακρίνονται σε πίνακες χαμηλής τάσης (Χ.Τ.) ή σε πίνακες μέσης τάσης (Μ.Τ.). Ως προς τη λειτουργία τους διακρίνονται σε πίνακες κίνησης, φωτισμού, αντιστάθμισης ή ελέγχου, αναλόγως με το αν τροφοδοτούν ηλεκτρικούς κινητήρες, κυκλώματα φωτιστικών, διατάξεις για τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος (cosφ) ή κυκλώματα αυτοματισμών (ηλεκτρονόμους, PLC κλπ.).

Οι βιομηχανικοί πίνακες είναι κυρίως μεταλλικοί από ηλεκτροστατικώς βαμμένη λαμαρίνα ανάλογου πάχους ή πλαστικοί από ειδικό θερμοπλαστικό υλικό. Διαθέτουν θέσεις για την ανάρτηση ή στήριξή τους, θύρες επισκέψεως, κλειδαριές, θέσεις τοποθετήσεως του απαραίτητου ηλεκτρολογικού υλικού, καθώς και μηχανισμούς αλληλασφαλίσεως για τον ασφαλή χειρισμό και την εύκολη συντήρησή τους.

Οι μεταλλικοί πίνακες πλεονεκτούν έναντι των πλαστικών στη μηχανική αντοχή καθώς και στην αντοχή στη φλόγα σε περίπτωση πυρκαγιάς, υστερούν όμως στη στεγανότητα από υγρασία ή σε δέσμη νερού, καθώς και στην αντοχή σε οξειδωτικές ατμόσφαιρες.

Το περιβάλλον στο οποίο τοποθετούνται καθορίζει και το βαθμό προστασίας τους (IPXX), οπότε υπάρχουν πίνακες προστατευμένοι από είσοδο ξένων σωμάτων, στεγανοί με προστασία από υγρασία, νερό ή σκόνη, πίνακες ανθεκτικοί σε μηχανικές καταπονήσεις ή οξειδωτικά περιβάλλοντα, αντιεκρηκτικού τύπου, ναυτιλίας κλπ. Είναι κρίσιμη η ακριβής γνώση των πραγματικών περιβαλλοντικών συνθηκών λειτουργίας των πινάκων, καθώς από αυτή θα εξαρτηθεί η σωστή επιλογή του βαθμού προστασίας τους.

Οι διαστάσεις των πινάκων εξαρτώνται από την τάση και το ρεύμα για τα οποία προορίζονται να λειτουργήσουν. Μεγαλύτερη ισχύς στις καταναλώσεις σημαίνει και μεγαλύτερο ρεύμα λειτουργίας του πίνακα, άρα και μεγαλύτερες διαστάσεις. Επίσης, η υψηλότερη τάση λειτουργίας απαιτεί μεγαλύτερες αποστάσεις μόνωσης, με αποτέλεσμα και πάλι μεγαλύτερες διαστάσεις του πίνακα.

Σε πολλές περιπτώσεις μεγάλων εγκαταστάσεων υπάρχουν ηλεκτροστάσια, όπου μέσα βρίσκονται πίνακες πεδίου, δηλαδή βιομηχανικοί πίνακες μεγάλων διαστάσεων τύπου ντουλάπας, στηριγμένοι στο έδαφος και επισκέψιμοι είτε από εμπρός (από ειδική μεταλλική πόρτα) είτε από πίσω (με αφαίρεση πλάτης).

Τα πεδία έχουν κοινή διάσταση ύψους και βάθους και μεταβάλλονται μόνο κατά το πλάτος τους, κάτι που παρέχει τη δυνατότητα να «χτίζονται» το ένα δίπλα στο άλλο. Πλεονεκτήματα των πεδίων είναι η άνεση χώρου για την τοποθέτηση του ηλεκτρολογικού υλικού και των ψυκτικών μέσων, καθώς και η εύκολη προσπέλαση για τη λειτουργία και τη συντήρησή τους.

Το μεγάλο τους πλεονέκτημα, όμως, είναι η δυνατότητα επέκτασης της υφιστάμενης εγκατάστασης με προσθήκη νέων πεδίων. Το κατασκευαστικό τους εύρος είναι τυποποιημένο με ύψος 2 – 2,20μ., βάθος 0,30 – 0,80μ. και πλάτος 0,40 – 0,75μ., αλλά μπορούν να γίνουν και ειδικές παραγγελίες όταν το απαιτούν οι συνθήκες.

Τα πεδία παροχών έχουν ως είσοδο την κεντρική τροφοδοσία του χώρου, η οποία γίνεται συνήθως με υπόγεια καλώδια τα οποία συσφίγγονται σε μπάρες εσωτερικά του πεδίου. Στη συνέχεια ακολουθούν τα πεδία που φέρουν τον εξοπλισμό χειρισμού και ελέγχου της εγκατάστασης ή και αντιστάθμισης όπου χρειάζεται· αλλά επειδή χρησιμοποιούνται συνήθως πυκνωτές για το σκοπό αυτό, οι οποίοι αναπτύσσουν θερμότητα, καλό είναι τα πεδία αντιστάθμισης να βρίσκονται σε κάποια απόσταση από τα πεδία παροχών.

Οι βιομηχανικοί ηλεκτρικοί πίνακες θα πρέπει να σχεδιάζονται και να κατασκευάζονται σύμφωνα με τα ισχύοντα διεθνή και ευρωπαϊκά πρότυπα, ώστε να εξασφαλίζεται η απρόσκοπτη λειτουργία τους και ταυτόχρονα να παρέχεται η μεγαλύτερη δυνατή ασφάλεια.

Οι βιομηχανικοί ηλεκτρικοί πίνακες χαμηλής τάσης θα πρέπει να συμμορφώνονται με τη σειρά προτύπων IEC 61439. Το Πρότυπο IEC 61439-1:2020 (Low-voltage switch gear and control gear assemblies – Part 1: General rules) καθορίζει τους γενικούς κανόνες (ορισμούς και συνθήκες λειτουργίας), τις απαιτήσεις κατασκευής και τα τεχνικά χαρακτηριστικά, καθώς και τις δοκιμές που απαιτούνται για τους πίνακες ως ολοκληρωμένα συστήματα (συγκροτήματα συσκευών διακοπής και ελέγχου).

Μία σημαντική αλλαγή που επέφερε αυτή η τελευταία έκδοση του προτύπου είναι ότι πέρα από τη συμμόρφωση που πρέπει να έχουν με τα αντίστοιχα πρότυπα τα διάφορα συστήματα (όπως μεταγωγείς, μετατροπείς ισχύος, τροφοδοτικά αδιάλειπτης παροχής, κινητήρες μεταβλητής ταχύτητας κ.ά.), όταν αυτά συγκροτούνται σε ένα σύστημα θα πρέπει και το ολοκληρωμένο σύστημα να υπόκειται σε δοκιμές, ώστε να συμμορφώνεται με το πρότυπο IEC 61439-1:2020.

Μία άλλη αλλαγή είναι η εισαγωγή ομαδικού ονομαστικού ρεύματος του συστήματος και δοκιμή ανύψωσης της θερμοκρασίας με βάση αυτό το ονομαστικό ρεύμα. Επίσης, η τελευταία έκδοση του προτύπου εισάγει δύο κλάσεις προστασίας (κλάση Ι και κλάση ΙΙ) όσον αφορά την προστασία έναντι ηλεκτροπληξίας, και επιπλέον προσθέτει τις απαιτήσεις δοκιμών για D.C. τάση.

Το Πρότυπο IEC 61439-2:2020 (Low-voltage switch gear and control gear assemblies – Part 2: Power switch gear and control gear assemblies) ορίζει τις συγκεκριμένες απαιτήσεις που πρέπει να έχουν τα συστήματα διακοπής και ελέγχου χαμηλής τάσης (μικρότερη από 1 kV για a.c. τάση και 1,5 kV για d.c. τάση) με συχνότητα μικρότερη του 1 kHz, ανάλογα με τα εξής κριτήρια:

  • Αν είναι εξωτερικού ή εσωτερικού χώρου
  • Αν είναι σταθερά ή κινητά.
  • Αν είναι με ή χωρίς περίβλημα.
  • Αν η χρήση τους σχετίζεται με την παραγωγή, τη μεταφορά, τη διανομή ή τη μετατροπή ενέργειας ή προορίζονται για ειδική χρήση (για παράδειγμα πλοία ή τρένα).

Στην τελευταία έκδοση έχουν προστεθεί και οι απαιτήσεις για φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις.

Οι δοκιμές που αφορούν την ηλεκτρική ασφάλεια και απαιτούνται από το Πρότυπο εξασφαλίζουν την διηλεκτρική αντοχή, την ικανότητα μεταφοράς ρεύματος, την αντοχή στο βραχυκύκλωμα, την προστασία έναντι ηλεκτροπληξίας (βασική προστασία και προστασία από σφάλμα), την προστασία έναντι πυρκαγιάς ή έκρηξης, την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC), καθώς και τη δυνατότητα τροφοδότησης των κυκλωμάτων κατά τη διάρκεια συντήρησής τους χωρίς καμία έκπτωση στην παρεχόμενη ασφάλεια.

Ακόμη, ελέγχονται για συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες που τυχόν επικρατούν στη θέση εγκατάστασής τους, καθώς και για την αντοχή τους σε τυχόν μηχανικές καταπονήσεις που μπορούν να υποστούν λόγω αυτής. Για τάσεις μεγαλύτερες του 1 kV υπάρχει η σειρά προτύπων IEC 62271.

Η επιλογή των βιομηχανικών πινάκων θα πρέπει πάντοτε να γίνεται σύμφωνα με τις ανάγκες του τελικού χρήστη, ενώ η συμμόρφωση με τους κανονισμούς (η οποία επιτρέπει την ασφαλή και απρόσκοπτη κυκλοφορία τους στο εμπόριο) θα πρέπει να αποδεικνύεται με τεχνικές εκθέσεις από κατάλληλα διαπιστευμένα εργαστήρια, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η ασφάλεια του καταναλωτή και η βέλτιστη λειτουργία τους καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής τους.

 

Βιβλιογραφία

Βιομηχανικές Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις, Β. Μπιτζιώνης, Εκδόσεις Τζιόλα

Ηλεκτρικές εγκαταστάσεις καταναλωτών μέσης και χαμηλής τάσης, Πέτρος Ντοκόπουλος, Εκδόσεις Ζήτη

Ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, Gunter G. Seip, Siemens, Εκδόσεις Τζιόλα

Σχέδιο για Ηλεκρολόγους Μηχανικούς, Ι.Φ. Γκόνος, Α.Δ. Πολυκράτη, Εκδόσεις Τζιόλα

*O κ. Θεμιστοκλής Λ. Αθανασιάδης είναι υποψήφιος διδάκτορας και μέλος του Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων και Ηλεκτρικών Μετρήσεων της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείο. Η κ. Αικατερίνη Πολυκράτη είναι ηλεκτρολόγος μηχανικός και μηχανικός υπολογιστών Ε.Μ.Π., καθώς και μέλος του εργαστηριακού διδακτικού προσωπικού στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών ΕΜΠ, στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων και Ηλεκτρικών Μετρήσεων.

 

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ