Automatiseringssystem 1 NYN (9788211044143)

Styringsteknikk og måleteknikk Dette læreverket dekkjer den nye læreplanen i faget automatiseringssystem for Vg2 og Vg3 etter fagfornyinga.

Automatiseringssystem er eit læreverk som ønskjer å skape forståing, inspirere og pirre nyfikna til elevane. Læreverket består av to trykte lærebøker og ein nettressurs.

Jon Eirik Standal Darre er utdanna fagskuleingeniør innanfor automasjon og har fagbrev som automatikar med bakgrunn frå prosessindustrien. Han har undervist i automatiseringsfaget i over ni år og jobbar no ved Laksevåg og Bergen maritime vgs. Med praktisk-pedagogisk utdanning og fem yrkespedagogiske vidareutdanningar går han no på masterutdanning.

Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas

Vg2

Vg3

NYNORSK

NYN

Vg3

ISBN 978-82-11-04414-3

Styringsteknikk og måleteknikk

Elektro og datateknologi

Vg2

Petter Skaraas er utdanna fagskuleingeniør innan industriell automasjon.

Han har fagbrev som automatikar og skipselektrikar. I tillegg har han vidareutdanning frå Oslomet og UiB innan leiing, psykologi og coaching.

Han har i største delen av karrieren hatt leiarroller i selskap som har automasjon og måling som kjerneverksemda si, mellom anna ti år som salsdirektør i Emerson.

Styringsteknikk og måleteknikk

Automatiseringssystem 1 dekkjer temaa elektriske motoranlegg, mekaniske grensebrytarar og elektroniske sensorar, pneumatiske anlegg, PLS, datakommunikasjon og elektronisk kommunikasjon, dokumentasjon og systemforståing, målenøyaktigheit og kalibrering. I tillegg inneheld boka kapittel om måling av trykk, nivå, temperatur, gjennomstrøyming, turtal og posisjon.

Automatiseringssystem 1 |

Automatiseringssystem 1

Automatiseringssystem 1

Jon Eirik Standal Darre og Petter Skaraas

Automatiseringssystem 1 Styringsteknikk og måleteknikk

Vg2 og Vg3 automatiseringssystem Nynorsk

Innhald Kapittel 1 Elektriske motoranlegg........................................................... 9 Innleiing ....................................................................................... 9 Forskrifter og standardar for elektriske anlegg ......................... 10 Energi og energiberarar ............................................................. 15 Fagomgrep og komponentar..................................................... 20 Motorar og motordrifter ............................................................. 35 Energiforbruk og energieffektivitet ............................................ 40 Grunnleggjande dokumentasjon av elektriske motoranlegg ..... 44 Kapittel 2 Mekaniske grensebrytarar og elektroniske sensorar ........ 49 Innleiing ..................................................................................... 49 Mekaniske grensebrytarar ......................................................... 50 Standardar, installasjon og montasje ........................................ 52 Magnetiske sensorar ................................................................. 57 Induktive sensorar ..................................................................... 58 Reduksjonsfaktorar for induktive givarar................................... 59 Kapasitive sensorar ................................................................... 61 Fotoceller................................................................................... 63 Ultralyd ...................................................................................... 72 Lysgitter ..................................................................................... 74 Sensorane sitt grensesnitt mot automatiseringssystemet ........ 78 Kapittel 3 Pneumatiske anlegg.............................................................. 83 Innleiing ..................................................................................... 83 Trykkluft som energiberar .......................................................... 83 Produksjon og oppbevaring av trykkluft ................................... 88 Behandling av trykkluft .............................................................. 89 Arbeid ved bruk av trykkluft ...................................................... 93 Dokumentasjon ....................................................................... 106 Kapittel 4 Programmerbare logiske styringar .................................... 109 Innleiing ................................................................................... 109 Komponentar og oppbygging ................................................. 110 2

Kompakte og modulære PLS-ar ............................................. 119 Logiske portar og funksjonar .................................................. 122 Programmeringsspråk og adressering .................................... 127 Menneske-maskin-grensesnitt (HMI) ...................................... 133 Dokumentasjon ....................................................................... 133 Feilsøking ................................................................................ 135 Kapittel 5 Datakommunikasjon og elektroniske kommunikasjonsnett........................................................... 137 Innleiing ................................................................................... 138 Datakommunikasjon ................................................................ 138 Dataoverføringsmetodar.......................................................... 144 Signalmodulering..................................................................... 158 Datasikkerheit .......................................................................... 159 «Smarte instrument» og HART ................................................ 163 Radiokommunikasjon .............................................................. 168 Mobilnett ................................................................................. 170 Kapittel 6 Dokumentasjon og systemforståing ................................. 173 Innleiing ................................................................................... 173 Standardar ............................................................................... 174 Styring og regulering ............................................................... 175 Dokumentasjonskrav ............................................................... 175 Retningslinjer og teiknereglar .................................................. 179 Alarm og forrigling ................................................................... 197 Kapittel 7 Målenøyaktigheit og kalibrering ........................................ 203 Innleiing ................................................................................... 203 Omgrep og definisjonar ........................................................... 204 Målenøyaktigheit ..................................................................... 208 Måleområde og måleomfang .................................................. 213 Nøyaktigheitsberekningar........................................................ 217 Kalibrering og justering ........................................................... 219 Kapittel 8 Metodar for å måle trykk .................................................... 227 Innleiing ................................................................................... 227 Omgrep ................................................................................... 228 Trykkeiningar ........................................................................... 236 3

Atmosfæretrykk ....................................................................... 238 Kraft i trykkmåling ................................................................... 239 Instrument for å måle trykk ..................................................... 240 Straumsløyfer og spenningstilkopling ..................................... 247 Måling av differansetrykk ........................................................ 248 Instrument med diskontinuerleg utgang ................................. 251 Montering av trykkmålarar....................................................... 253 Trådlause trykkmålarar ............................................................ 256 Diagnostikk i trykkmålarar ....................................................... 256 Kapittel 9 Metodar for å måle nivå ...................................................... 259 Innleiing ................................................................................... 259 Hydrostatiske målemetodar .................................................... 260 Nivåmåling basert på refleksjon av ultralyd............................. 268 Nivåmåling basert på refleksjon av radarpulsar ...................... 269 Nivåmåling basert på endring i kapasitans ............................. 271 Nivåmåling basert på veging av tanken .................................. 272 Nivåbrytarar ............................................................................. 274 Trådlause nivåmålarar ............................................................. 276 Diagnostikk i nivåmålarar ........................................................ 277 Kapittel 10 Metodar for å måle temperatur .......................................... 279 Innleiing ................................................................................... 279 Termisk tregheit ....................................................................... 285 Bimetalltermometer ................................................................. 289 Fylte termometer ..................................................................... 290 Termostat................................................................................. 291 Temperaturmåling ved endring i resistans .............................. 293 Termoelement .......................................................................... 300 Termistorar............................................................................... 306 Termografering ........................................................................ 309 Trådlause temperaturmålarar .................................................. 312 Diagnostikk i temperaturmålarar ............................................. 313 Kapittel 11 Metodar for å måle gjennomstrøyming ............................. 315 Innleiing ................................................................................... 315 Grunnleggjande fysikk ............................................................. 316 Måleeiningar for gjennomstrøymingar ..................................... 322 Gjennomstrøymingsmåling med differansetrykk ..................... 325 4

Turbinmålar .............................................................................. 335 Gjennomstrøymingsmåling med elektrisk induksjon ................ 336 Vorteksmålar............................................................................ 340 Gjennomstrøymingsmåling med Coriolis-effekt ...................... 343 Gjennomstrøymingsmålar med tidsskilnad ............................. 346 Rotameter ................................................................................ 348 Strøymingsvakter .................................................................... 349 Måling av massestraum med vegeteknikk .............................. 352 Trådlause mengdemålarar ....................................................... 355 Diagnostikk i mengdemålarar .................................................. 356 Kapittel 12 Måling av turtal og posisjon ............................................... 359 Innleiing ................................................................................... 359 Enkodarar ................................................................................ 360 Lineære givarar ........................................................................ 366 Potensiometer ......................................................................... 369 Stikkord ................................................................................ 374 Biletliste ................................................................................ 380

5

Føreord Hausten 2019 blei vi spurde om å revidere lærebøkene i faget automatiseringsteknikk som Bjørnar Larsen har skrive. Revisjonen av læreverket skulle skje i samband med dei nye læreplanane som blei utvikla til Kunnskapsløftet 2020. Med stor respekt for det arbeidet Bjørnar har lagt ned i utviklinga av læringsressursar for automatiseringsfaget, takka vi naturlegvis ja til oppdraget. Vi har begge hatt Bjørnar som lærar i automatisering på vidaregåande skule og har førstehandkjennskap til den solide kunnskapen han har tilført faget.

Læreverket består av to trykte bøker og ein digital læringsressurs. Denne boka har fått tittelen Automatiseringssystem 1: Styringsteknikk og måleteknikk. Boka blir gitt ut i både trykt og digital utgåve. Vi har valt å endre litt på den opphavlege tittelen på læreverket og dessutan å omstrukturere og skrive enkelte kapittel på nytt. Boka er, saman med Automatiseringssystem 2: Reguleringsteknikk og sikkerheit, meint som eit oppslagsverk for elevar på vg2 og vg3 og dessutan for lærlingar i faget. Boka kan også brukast som eit oppslagsverk av studentar på teknisk fagskule, og av fagarbeidarar og teknikarar som ønskjer å friske opp kunnskapen sin.

Boka er eit resultat av eit godt samarbeid, ikkje berre mellom oss forfattarar, men også med fagkonsulentar, kollegaer frå leverandørindustrien og andre som har støtta oss under arbeidet. Heile boka blei skriven under covid-19-pandemien utan at det var mogleg å møtast fysisk.

Arbeidsprosessen har dermed gått føre seg digitalt.

Vi rettar ein stor takk til Agnar Sæland, Kjetil Andre Edstrøm, Arild Thormodsrud og Jonas Kjærnli for viktig støtte i arbeidet. Vi ønskjer også å takke Bjørnar Larsen, som har lagt grunnlaget for boka med læreverket sitt. Det var ei stor ære å ta over ansvaret for å tilpasse læreverket til dei nye læreplanane. Takk også til Fagbokforlaget, som har spelt ei stor rolle for at boka har blitt til det ho er i dag. Redaktør Gro Brath har målretta leidd arbeidet og gitt støtte og oppmuntrande ord til oss forfattarar under utarbeidinga av kapitla, med krevjande tidsfristar og med støtte av det dyktige produksjonsteamet. Ein stor takk også til familiane våre som har støtta opp om ein tidkrevjande skriveprosess.

Lærevilje, interesse og engasjement for automatiseringsfaget saman med ein god dose pågangsmot er viktige stikkord for elevar som tek dette faget. Den teoretiske kunnskapen, saman med praktiske ferdigheiter og riktige haldningar, dannar grunnlaget for den heilskaplege kompetansen som skal til for å lykkast!

Bergen / Langangen, juni 2021 Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas

7

Kapittel 1

Elektriske motoranlegg Elektriske motoranlegg består av ulike tavlekomponentar og utstyr. Forskrifter og standardar for elektriske anlegg er fundamentet for eit fagmessig godt og sikkert utført arbeid. Kunnskapen om fagomgrep og komponentar gir deg eit godt grunnlag for å forstå og snakke om faget.

Planlegginga, gjennomføringa og vurderinga av arbeidet skal dokumenterast.

Innleiing Dette kapittelet er ein repetisjon av vg1 Elektro og datateknologi.

Dersom du tek kryssløpet frå vg1 Teknologi- og industrifag, kan du lese det som ei innføring. Her finn du informasjon om viktige fagomgrep som du bør kjenne til. I tillegg kan du lese om korleis komponentar og utstyr i elektriske motoranlegg er bygde opp og verkar, og korleis dette skal dokumenterast.

Mykje av innhaldet her tilhøyrer programfaget elenergisystem, men temaa er likevel svært relevante for programfaget automatiseringssystem for å byggje ei grunnleggjande forståing i faget. I tillegg er det viktig for den naturlege tverrfaglegheita som blir praktisert i automatiserte anlegg. Dette kapittelet gir dermed ei innføring i eit stort og omfattande tema.

9

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Forskrifter og standardar for elektriske anlegg Aller først tek vi føre oss forskrifter, standardar og normer som gjeld elektriske anlegg. Vi startar her fordi dei legg rammene for korleis vi byggjer, modifiserer (endrar) og held ved like automatiserte anlegg. Forskriftene og standardane er dermed sjølve utgangspunktet for korleis du som fagperson skal utføre arbeidet ditt. Følgjer du lovene og reglane som gjeld, vil du kunne utføre arbeidet på ein trygg og sikker måte.

Figur 1.1 gir ei oversikt over omgrepa og nivåa. Dei juridisk bindande (lovpålagde) lovene og forskriftene ligg som ein grunnmur i botn. Høgare oppe finn du rettleiingar til forskrifter, standardar og normer, bruksrettleiingar og handbøker. Saman med anleggsdokumentasjonen for anlegget du skal jobbe på, dannar alt dette grunnlaget for jobben som skal utførast.

Figur 1.1 Lover, forskrifter, direktiv, rettleiingar, standardar og normer dannar grunnlaget for ein godt utført jobb.

Sikker og fagmessig godt utført jobb!

Anleggsdokumentasjon Brukarhandbøker og andre handbøker Standardar og normer

Rettleiingar

EU-direktiv gjennom EØS-avtalen

Forskrifter

Juridisk bindande

Lover

Krav til arbeid på elektriske anlegg Når du arbeider innanfor automatiseringsfaget, er det viktig at du forstår dei elektriske og automatiserte anlegga som du arbeider på. For å utføre jobben din og forstå kva du skal gjere, 10

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

må du kjenne til korleis dei ulike komponentane og utstyret er bygde opp, og korleis dei fungerer.

Dersom du skal kunne byggje eller gjennomføre feilsøking på eit automatisert anlegg som styrer ei vifte eller eit transportband, må du ta omsyn til utstyret og komponentane som blir nytta til styringa. Kunnskap om nettopp dette er viktig slik at du kan grunngi vala du tek og kva du gjer, både når du planlegg, gjennomfører, vurderer og dokumenterer eit arbeidsoppdrag.

Du må alltid utføre arbeidsoppdrag og yrkesoppgåver på ein trygg og sikker måte. Fokuset på helse, miljø og sikkerheit (HMS) står derfor sentralt når du arbeider med automatiserte anlegg. Vala du gjer på arbeidsplassen din, verkar inn på di eiga helse, men også på helsa og sikkerheita til kollegaene dine og brukarane av anlegget. At du er bevisst på HMS når du utfører arbeidsoppdrag, er også viktig for driftssikkerheita og produksjonen til bedrifta. I tillegg har det konsekvensar for miljøet omkring bedrifta og det norske samfunnet generelt.

FEK-forskrifta Forskrift om elektroforetak og kvalifikasjonskrav for arbeid knyttet til elektriske anlegg og elektrisk utstyr (FEK) varetek mellom anna krav til bedrifta om å bruke kvalifisert personell til å utføre arbeid på elektriske anlegg. Kva du som fagarbeidar er kvalifisert til å gjere, fell dermed inn under denne forskrifta. I FEK-forskrifta står det mellom anna: 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-forskrifta Forskrift om sikkerhet ved arbeid i og drift av elektriske anlegg (FSE) styrer korleis vi varetek sikkerheita på elektriske anlegg og stiller krav til overordna planlegging. I FSE-forskrifta står det mellom anna: 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.

11

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Veiledning til forskrift om sikkerhet ved arbeid i og drift av elektriske anlegg har nokre viktige presiseringar knytt til temaet overordna planlegging i § 7, mellom anna når det gjeld sikkerheitsopplæring: → Det skal ikkje gå meir enn 12 månader mellom kvar sikkerheitsopplæring (FSE-kurs). → FSE-kurset skal tilpassast relevante problemstillingar for kvar enkelt verksemd og funksjonen til den enkelte tilsette. → Bedriftsinterne instruksar, prosedyrar og retningslinjer skal dekkjast av kurset, og gjennomgangen må etter behov også femne om instruksjon og praktisk øving i bruk av relevant utstyr. → FSE-kurset må i tillegg også omfatte førstehjelpskurs med spesialopplæring i førstehjelp ved ulykker forårsaka av elektrisk straum.

Når det gjeld temaet planlegging av arbeid i § 10, går rettleiinga nærare inn på forskrifta sin sikkerheitsfilosofi om arbeid som skal utførast med bruk av sikkerheitsbarrierar: Eit gjennomgåande prinsipp i forskrifta er at ein ved alt arbeid knytt til elektriske anlegg skal etablere minst to sikkerheitsbarrierar. Dersom ein barriere sviktar, skal det framleis vere ein barriere som skal vareta sikkerheita til arbeidstakaren fullt ut.

Overordna planlegging

Figur 1.2 Forskrift om sikkerhet ved arbeid og drift av elektriske anlegg.

Forskrifta illustrerer sikkerheitsfilosofien på denne måten i § 10.

12

Planlegging før arbeid Val av arbeidsmetode

Sikkerheitsbarriere I Fråkopling og spenningsprøving

Sikkerheitsbarriere I Personleg beskyttelse

Sikkerheitsbarriere I Avstander (høgspenning) Personleg beskyttelse (lågspenning)

Sikkerheitsbarriere II Sikring mot innkopling

Sikkerheitsbarriere II Anleggsvern

Sikkerheitsbarriere II Anleggsvern

Arbeid på fråkobla anlegg (§§ 14 og 15)

Arbeid under spenning – AUS (§16)

Arbeid nær ved spenningssette delar (§§ 17 og 18)

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Kva slags barrierar det er snakk om, kjem fram av døma i figur 1.2.

FEL-forskrifta Forskrift om elektriske lavspenningsanlegg (FEL) omfattar lågspenningsanlegg opp til 1000 V vekselspenning eller 1500 V likespenning. Forskrifta stiller mellom anna krav til elsikkerheit for alle som prosjekterer, utfører, endrar og driv vedlikehald av lågspenningsanlegg. I formålsparagrafen i FEL-forskrifta 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.

Maskinforskrifta Maskiner er ein naturleg del av automatiserte anlegg, og det er derfor viktig å følgje forskriftene som omhandlar dette. Forskrift om maskiner (maskinforskrifta) utdjupar direktiv 2006/42/ EF (maskindirektivet). Formålet er at vi alltid skal konstruere og byggje maskiner og sikkerheitskomponentar på ein sikker måte. Maskinforskrifta omfattar også det elektriske anlegget til maskina. Reglar for dette er vidare presisert i norma NEK EIN 60 204-1.

Verkeområdet til maskinforskrifta 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 apparat i form av utstyr og komponentar er kompatible med kvarandre når det gjeld eit formålstenleg nivå av elektromagnetisk støy (EMI). Du kan lese meir om EMC-direktivet seinare i dette kapittelet i samband med temaet energiforbruk.

13

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Standardiseringsorganisasjonar Det finst ei rekkje standardar som du som automatikar bør kjenne til. Standardane blir stadig oppdaterte, og nye standardar blir utvikla. Desse standardane påverkar direkte korleis du må planleggje, gjennomføre, vurdere og dokumentere arbeidsoppdrag på automatiserte anlegg. Standardiseringsarbeidet skjer både på nasjonalt og internasjonalt nivå. → Nasjonalt standardiseringsarbeid: • Standard Norge (SN), Norsk Elektroteknisk Komite (NEK) og Nasjonal kommunikasjonsmyndighet (NKOM) har ansvar for standardiseringsarbeidet i Noreg på kvar sine fagområde. → Europeisk standardiseringsarbeid: • European Committee for Standardization (CEN), European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) og European Telecommunications Standards Institute (ETSI) utviklar europeiske standardar. → Internasjonalt standardiseringsarbeid: • International Organization for Standardization (ISO), International Electrotechnical Commission (IEC) og International Telecommunication Union (ITU) utviklar internasjonale standardar for verda.

Figur 1.3 Oversikt over standardiseringsorganisasjonar.

IEC

ISO CENELEC

ITU CEN

ETSI

Standardar og normer for elektriske anlegg Det finst fleire standardar og normer som du må ta omsyn til.

Kva standardar som blir brukte, kjem an på kva slags type elektrisk anlegg du skal byggje eller arbeide på. Her er ei oversikt over relevante standardar og normer for arbeid på og med elektriske anlegg.

14

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

→ NEK400 – Elektriske lavspenningsinstallasjoner. Prosjektering og utføring av elektrisk lågspenningsinstallasjonar i bygg. → NEK EN 60204-1 – Maskinsikkerhet. Elektrisk utstyr på maskiner. Tilfredsstiller dei relevante grunnleggjande sikkerheitskrava i maskindirektivet og EMC-direktivet. → NEK EN 61439 Tavlenormen. Lågspenningstavler og kanalskjenesystem. → NEK 410 Elektriske installasjoner om bord i skip og fartøy. → NEK 700-serien – Informasjonsteknologi. Planlegging og bygging av funksjonelle kablingsinstallasjonar i alle typar bygg. → NEK420A - Elektriske installasjoner i eksplosjonsfarlige områder.

Den tekniske dokumentasjonen frå produsentane Det er viktig å følgje brukarhandbøker og datablad for utstyret frå produsenten. Her finn du mellom anna installasjonsrettleiingar, brukarrettleiingar og oversikter over parameterar. Du bør alltid følgje tilrådingane frå produsentane for installasjon og bruk av komponenten eller utstyret.

Energi og energiberarar Med omgrepet energi meiner vi evna til å utføre eit arbeid eller å varme opp noko. Det kan til dømes vere det å koke opp vatn, varme opp eit rom, få ein viftemotor til å rotere, opne ein garasjeport, frakte vatn ved hjelp av ei pumpe eller å få eit stempel til å bevege seg fram og tilbake.

Omgrepet energiberarar er ei samlenemning for materiale som kan ta med seg (bere) energi slik at vi kan ta han i bruk ein annan stad eller på eit seinare tidspunkt. Figur 1.4 viser ei oversikt over typar energi og energiberarar.

Figur 1.4 Oversikt over energitypar og energiberarar.

Energitypar

Energiberarar

Elektrisk energi

Elektrisk straum, magnetfelt

Pneumatisk energi

Trykkluft

Hydraulisk energi

Hydraulikkolje

Kjemisk energi

Olje og gass (hydrokarbon), hydrogen

Strålingsenergi

Elektromagnetisk stråling

Fall- eller gravitasjonsenergi

Heis, fallhøgd

Mekanisk energi

Springfjør i form av fjørkraft

Termisk energi

Varmekjelder (damp), friksjonsvarme

15

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Elektrisk straum som energiberar kan bli framstilt av både fossil og fornybar energi ved hjelp av ein generator. Trykkluft kan vi skape ved å komprimere luft, til dømes ved å bruke ei enkel sykkelpumpe eller ein kompressor som bruker straum til å komprimere lufta til større trykk for å levere større luftmengder. Her skal vi sjå nærare på hydrogen, elektrisk straum og elektromagnetisk stråling som energiberarar. Vi tek føre oss andre energitypar og energiberarar i andre kapittel i begge bøkene.

Hydrogen som energiberar Hydrogen (H2) er ein miljøvennleg energiberar. Når vi bruker hydrogen som drivstoff for brenselceller, gir det ingen andre utslepp enn vatn. Brenselcella omdannar nemleg hydrogen (H2) og oksygen (O2) elektrokjemisk til vatn (H2O). Ei brenselcelle som går på hydrogen, utnyttar energien betre enn ein ordinær forbrenningsmotor. Ho er derfor meir energieffektiv. Hydrogen kan dermed bidra til å redusere utsleppa i transportsektoren.

Eit døme på bruken av hydrogen finn vi hos National Aeronautics and Space Administration (NASA) i USA. NASA bruker hydrogen som drivstoff til rakettane som fraktar mannskap og utstyr til verdsrommet.

Elektromagnetisk stråling Solenergi kjem til jorda i form av elektromagnetisk stråling.

Elektromagnetisk stråling er energi som blir overført frå ei strålingskjelde til ein annan lekam. Den elektromagnetiske strålinga kan også bli oppfatta som bølgjer, og vi kallar ho derfor også for elektromagnetiske bølgjer. Den overførte energien kallar vi gjerne stråleenergi.

I ein mikrobølgjeomn er det elektromagnetisk stråling i form av mikrobølgjer som varmar opp maten, medan det i ein steikjeomn er infraraud stråling som gir varme. Informasjon som blir send frå ein mobiltelefon, er eit anna døme på elektromagnetisk stråling. Frekvensen som blir brukt til mobilsignala, skal berre takast imot av masta til nettleverandøren og ikkje opptre som støy i andre apparat. Elektronisk utstyr kan nemleg reagere på elektromagnetisk stråling som støy.

Eit døme på støy er det som kan skje i bustader som er bygde i nærleiken av ein 4G-mast for mobiltelefonar. Her kan TV-kanalar falle ut på grunn av støyen. Nettleverandøren si løysing er å montere eit støyfilter på antenneinntaket. Dette hindrar støyen i å komme til dei elektroniske krinsane i apparatet.

16

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Døme på strålingskjelder, nemningar og frekvensar.

Nemning

Bølgjelengd m

Figur 1.5 Elektromagnetisk stråling.

Frekvens Hz

Figur 1.5 viser døme på strålingskjelder, nemningar og frekvensar. Synleg lys er elektromagnetisk stråling med bølgjelengder frå ca. 400 til ca. 760 THz og opptrer omtrent midt på skalaen i tabellen. Fargen fiolett har den lågaste frekvensen, medan raudt lys har høgast frekvens. Auga våre er «mottakarar» som reagerer på desse frekvensane og gir dei att som synleg lys. I tabellen ser vi også at varme er elektromagnetisk stråling.

Typiske kjelder

-14

Gammastråling

1022 20

10

Røntgenstråling

1018

Ultrafiolettstråling

1016

Synleg lys 1014

Varme infraraudstråling

Mikrobølgjer Radiobølgjer: ultrakortkortmellomlangbølgje

1012 1010

108

106

10

Kosmisk stråling 10-12

Radioaktivitet

10-10

Atomspektra

10-8

Stråling frå gnister, lysbuer, gassutladning Fiolett

10-6

10-4

Raudt

Varme lekamar

10-2

1m

102

Mikrobølgjeomn, radar

Elektroniske krinsar Døme: mobiltelefon, TV-sendarar, radiosendarar

4

Induksjonsvarme

104

Vekselstraum

102

10

106

8

1

10

Roterande maskiner

Elektrisk straum

Vekselstraum: alternating current (AC) Likestraum: direct current (DC)

Elektrisk straum som energiberar kan vere vekselstraum (AC) eller likestraum (DC). Spenningskjelder er ei samlenemning for komponentar og utstyr som skaper spenning. Spenning kallar vi også for elektrisk potensial. Straumforsyningar, batteri, avbrotsfrie straumforsyningar (UPS), solceller og generatorar som blir nytta i samanheng med gass eller fornybar energi, er døme på komponentar og utstyr som blir brukte som spenningskjelder.

17

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.6 Spole til induksjonsplatetopp.

Kraftproduksjon og kraftforsyning

Kraftproduksjon: power generation Kraftforsyning: power supply

-G1

Vi kan bruke den elektriske straumen til å magnetisere ein spole som generer eit magnetfelt. Dette finn vi til dømes i induksjonsplatetoppar, der det er montert spolar under kokeplatene. Det variable magnetfeltet desse genererer, induserer ein straum i ein kjele av jernhaldig metall eller rustfritt stål for å varme opp vatn.

Det variable magnetfeltet blir dermed ein energiberar i dette tilfellet.

G

-G2

GS

Generatorar er fundamentet for kraftproduksjon. Dei er grunnlaget for ei stabil og sikker nettspenning. Straumnettet vårt består av → transmisjonsnett, også kalla sentralnett (300–420 kV) → regionalnett (45–132 kV) → distribusjonsnett (230 V–22 kV), som er viktig for overføringskapasiteten Vi treng også transformatorar (i daglegtale kalla trafoar) for å omforme (transformere) spenninga som blir overført frå kraftproduksjonen til forbrukaren. Vi går ikkje nærare inn på desse temaa i denne boka, men det er likevel verd å nemne satsinga på smartgrid. Dette vil i praksis seie eit smart straumnett med kommunikasjon mellom einingar som kartlegg energibehovet og bruken av batteribankar for lagring av energi.

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

Solenergi

-T1

Atomkraftverk

-T2

Vindkraftverk

Transmisjonsstasjonar

Distribusjonsstasjonar

Varmekraftverk

Figur 1.8 (over) Symbol for trefase trafo og einfase trafo.

Overvaking og styring av straumnettet

Industrianlegg

Transmisjonsstasjonar

Figur 1.9 (til høgre) Døme på smart-

Næringsbygg

Elektrisk køyretøy

grid.

Sjukehus

18

Smarte hus

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Straumforsyning og straumforsyningseiningar

Straumforsyningseining: power supply unit (PSU), omtalt munnleg som powersupplyet

Utgangspunktet for alle elektriske anlegg er at dei må ha ei straumforsyning som held ei stabil spenning, og som leverer tilstrekkeleg straumstyrke. Straumforsyningseininga (PSU) er ein komponent som leverer energi til elektriske komponentar og utstyr.

Vi har fleire typar straumforsyning: → AC/DC (likerettar og mellomkrins) → DC/DC → DC/AC (vekselrettar) → Avbrotsfri straumforsyning (UPS)

Figur 1.10 Ein 230VAC/24VDC PSU.

Straumforsyningane kan også ha tilleggsfunksjonar: overspenningsvern, galvanisk skilje, nettfilter, sikring mot avbrot med automatisk innkopling av eit reservebatteri ved utfall eller brot i nettspenninga. Straumforsyningseiningar blir merka med -T. Avbrotsfri straumforsyning (UPS)

-T1 L1

L+

L2/N

M

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

Avbrotsfri straumforsyning: Uninterruptible Power Supply (UPS)

Det er viktig for ei sikker og god drift av alle automatiserte anlegg at straumforsyninga er stabil. Elektriske anlegg på sjukehus og i prosessindustrien er døme på kritiske anlegg der det blir stilt særleg høge krav til straumforsyninga.

Ei avbrotsfri straumforsyning (UPS) består av ein batteribank som sikrar anlegga med elektrisk straum utan avbrot og støy i forsyningsspenninga. 100 prosent belastning (last) på batteria utan nettspenning kallar vi batteritid. Standard batteritid for UPS-ar er fem til ti minutt.

For at UPS skal kunne halde ved lag 24 V DC driftsspenning til instrumenta, treng vi ein stor batteribank. Batteribanken kan vere eit batterirom der mange batteri er kopla saman. I batteria blir det gjerne brukt destillert vatn og svovelsyre. Forhold som kan påverke batteria, er til dømes for høg temperatur, for høg eller for låg vedlikehaldslading, dårlege koplingar, tap av elektrolytt (batterivæske), dårleg vedlikehald og aldring.

Dei tre hovudtypane avbrotsfrie straumforsyningar er → offline UPS → line interaktiv UPS → online UPS

19

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.12 Eit typisk døme på bruk

24V DC

av UPS i eit automatisert anlegg.

4–20 mA

Batteribank, ladarar mm

230 V 3-fase L1

Straumforsyning (UPS) 4–20 mA

Mottakar

L2 L3

Koplingsrom

Kontrollrom

Måleinstrument i prosessen

Fagomgrep og komponentar Vi skal no sjå nærare på sentrale fagomgrep og komponentar som er viktige for å forstå elektriske motoranlegg og reléstyring.

Vi skal også lære om nokre av komponentane og funksjonen, verkemåten og bruksområda deira.

Sikring og dimensjonering er også svært viktig når vi arbeider med prosjektering og installasjon av elektriske anlegg.

Vi skal derfor lære om komponentar som kan verne oss mot kortslutning, overlast, jordfeil og underspenning. I tillegg skal du lære om komponentar vi kan bruke for å sikre elektriske anlegg.

Lysboge og kortslutning

Kortslutning: short-circuit

20

Kortslutning oppstår ved overslag eller lysboge mellom to punkt.

Før det blir direkte kontakt mellom to fasar (L1–L2), oppstår det ein lysboge gjennom gassen (lufta) som isolerer, det vil seie som er imellom, dei to leiarane.

Direkte kortslutning oppstår ved at leiarane kjem i direkte kontakt med kvarandre. Dette kan skje ved ein feil eller om vi ved eit uhell klipper over ein spenningssett kabel med metallblad. Ei slik kortslutning utløyser mykje energi.

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.13 Ein lysboge oppstår gjennom gassen mellom dei to leiarane.

Figur 1.14 Direkte kortslutning oppstår når leiarane kjem i kontakt med kvarandre.

Overbelastning

Overbelastning: overload

Overbelastning er omgrepet vi bruker når elektrisk utstyr ved ein feil eller under drift trekkjer meir straum enn det utstyret er laga for å gjere. Ein asynkronmotor trekkjer til dømes meir straum når det er for tung last (høg vekt) på akslingen, eller akslingen er låst. Dette vil etter ei viss tid løyse ut overbelastningsvernet.

Overbelastningsvernet blir utløyst for å verne kabel, leidningar og utstyr.

21

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.15 Eit overbelasta støpsel i ein stikkontakt.

Jordfeil og jordfeilstraum

Jordfeilstraum: earth leakage, currents leaking to earth

Jordfeilstraum er straum som går frå faseleiar til jord eller til jorda delar på staden på grunn av jordfeil i anlegget. I bustader har jordfeilautomatane ei grense på 30 mA for å verne mot straumgjennomgang. Grensa på 30 mA i bustader er sett fordi høgare verdiar enn dette vil gi hjartet vårt problem ved straumgjennomgang. Straumgjennomgang kan til dømes skje dersom du tek på to utsette delar og det er jordfeil i anlegget.

Motorvernbrytar

Figur 1.16 (under) Straumområde for motorvernbrytarar.

0,16–0,25 A

22

0,4–0,63 A

0,63–1,0 A

Vi bruker motorvernbrytarar på mindre elektriske apparat, som bordsager og vedkløyvarar. Vi bruker dei også i sikringslause anlegg, det vil seie i anlegg utan automatsikring. Motorvernbrytarane vernar mot kortslutning (elektromagnetisk utkopling) og overbelastning (termisk utkopling) av motoren ved å bryte hovudstraumen. Motorvernbrytaren får nemninga -Q fordi han bryt last.

Vi kan bestille motorvernbrytarar til ulike straumområde avhengig av kor stor motoren er som skal vernast mot overbelastning. Motorvernbrytaren må stillast inn på den riktige straumverdien som overbelastningsvernet skal slå ut på i samsvar med motorskiltet på motoren. Døme på straumområde 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

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

1

3

5

2

4

6

Ved behov for nullspenningsutløysar (nullspenningsvern) kan vi anten bestille det som ein eigen komponent som blir montert på sida av motorvernbrytaren, eller vi kan bestille motorvernbrytarar som har denne funksjonen innebygd.

Figur 1.17 (til høgre) Symbol for motorvernbrytar.

-Q1 4–6A (4,7A)

Underspennings- og nullspenningsvern

D1

Figur 1.18 Ein motorvernbrytar.

D2

U

Ein nullspenningsutløysar fungerer som ein brytar i tilfelle spenninga fell under eit visst spenningsnivå. Vi omtaler gjerne dette som underspenning. Sidan nullspenningsvernet fysisk slår av motorvernbrytaren, automatsikringa eller jordfeilautomaten som sikrar anlegget, startar ikkje anlegget opp att automatisk når spenninga kjem tilbake. Anlegget må startast opp att lokalt.

Dette er regulert av Forskrift om elektriske lavspenningsanlegg (FEL):

Figur 1.19 Symbolet for nullspenningsutløysar.

§ 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.

Farlege anlegg kan vere roterande utstyr og maskiner, til dømes ei vifte som er kopla til ein asynkronmotor.

Ein kan også bestille nullspenningsutløysarar som ein separat komponent, som ein set på motorvernbrytaren eller automatsikringa for å verne mot underspenning. Sjå figur 1.20.

Automatsikring og jordfeilautomat

Figur 1.20 Ein nullspenningsutløysar.

Vi bruker automatsikringar for å verne det elektriske anlegget mot kortslutning og overbelastning. Ein jordfeilautomat vernar også mot kortslutning og overbelastning, men blir i tillegg utløyst om det oppstår ein jordfeilstraum ved 30 mA eller høgare 23

5 6

1

(RCBO)

3

breaker with overcurrent protection

4

(300–3000 mA). Både automatsikringa og jordfeilautomaten er merkte med sikringskarakteristikkar og sikringsstorleik og har anten to, tre eller fire polar (2P, 3P eller 4P).

Nemninga -F blei mykje brukt før og blir framleis nytta i ein del elektriske anlegg. I oppdaterte standardar blir derimot denne merkinga no brukt for motorvern og smeltesikringar. Komponentane får no nemninga -Q fordi automatane i praksis bryt last.

Jordfeilautomat: residual current circuit

1

Automatsikring: circuit breaker

2

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

3

Automatiseringssystem 1

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

-Q2

-Q1

B6 4

2

C16

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

1

3

5

∕ Δ

T

Sikringsstorleik og sikringskarakteristikkar 2

4

6

Figur 1.23 Prinsippsymbol 3P jordfeilautomat.

Sikringskarakteristikkar: fuse characteristics

24

Sikringsstorleiken viser nominell merkestraum (IN) for overbelastningsvern, automatsikringar og jordfeilautomatsikringane. Døme på sikringsstorleikar er 6 A, 10 A, 13 A, 15 A, 16 A, 20 A, 25 A, 32 A, 40 A, 50 A og 63 A. Sikringskarakteristikkar, også kalla utløysarkarakteristikkar, angir kor raskt eller tregt automatsikringa eller jordfeilautomaten løyser ut ved overbelastning (termisk utkopling) og kortslutning (elektromagnetisk utkopling). Døme på sikringskarakteristikkar er A, B, C og D. Vi omtaler automatane med ein kombinasjon av sikringskarakteristikk (bokstav) og nominell straum (tal), som C16 og B6. I figur 1.25 ser du kurvene i eit diagram for utløysarkarakteristikkar.

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.24 Ein automatsikring innvendig.

Tild

Figur 1.25 Utløysarkarakteristikkar

100 60 40

Minutt

for vern.

20 10 6 4 2 1 40

I1

I1

Toleranseområde for overbelastning med termisk utkopling

20

Sekund

10 6 4 2 1 0,6 0,4

A

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

I4

B

I5

I5

I4

C

I4

D

I5

Toleranseområde for elektromagnetisk utkopling

I5

I4

0,02 0,01 1,5

2

3

4

5 6

8 10

15

20

30

Talet på gonger merkestraumen

25

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Startstraum Når vi startar ein asynkronmotor, trekkjer han ein startstraum som er fem til sju gonger høgare enn den nominelle straumen.

For å unngå at automatsikringa eller jordfeilautomaten blir løyst ut i løpet av tida det tek for asynkronmotoren å starte opp, kan vi velje ein tregare sikringskarakteristikk, til dømes byte frå B- til C-karakteristikk. Dersom asynkronmotoren held fram med å trekkje ein høg straum, vil motoren likevel løyse ut overbelastningsvernet etter ei viss tid. Tida det tek før automatsikringa eller jordfeilautomaten løyser ut, kjem an på sikringskarakteristikken til vernet. t

t (s)

Termiske utkoplingsgrenser

Figur 1.26 Utkoplingsgrenser for

Overlastvern (termisk)

vern (I1, I2, I4 og I5).

Elektromagnetiske utkoplingsgrenser

min.

7−15

Kortslutningsvern D (elektromagnetisk)

2−4 0,5−1,5

maks.

B

C

0,01−0,02

I1 I2

I4

I5

IN

1

3

5

10

I / IN

Selektivitet -Q1

-Q4

Figur 1.27 Selektivitet.

Selektivitet vil seie at vernet som er nærast staden der det oppstår ein feil, blir utløyst først slik at resten av det elektriske anlegget held fram med å fungere som normalt.

Dersom vi samanliknar kurva til automatsikringa eller jordfeilautomaten med automaten som er kopla framom (montert oppstraums), kan vi kontrollere om ein angitt kombinasjon er selektiv om det oppstår overlast (termisk utkopling). Selektiviteten for overlast gjeld berre for straumverdiane opp til grenseverdien for kortslutning (elektromagnetisk utkopling). Selektivitet ved kortslutning krev altså at eigenskapane til automatane blir samanlikna.

Elektriske belastningar Utstyret som blir kopla til den elektriske krinsen, vil påverke det elektriske anlegget. Kva type elektrisk belastning som er kopla til den elektriske krinsen, vil påverke kva for komponentar vi bør velje og korleis den elektriske krinsen påverkar heile det elektriske anlegget.

26

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Elektrisk belastning kallar vi ofte berre last. Lastene deler vi gjerne inn i tre typar: Figur 1.28 Ulike typar elektriske belastningar.

Belastningstype

Skildring

Resistiv last

Til dømes motstand og varmeomn med varmeelement som er bygd opp av motstandstrådar.

Kapasitiv last

Kondensator og lysarmatur, oppstår i og mellom kablar.

Induktiv last

Til dømes spolar, induksjonsplatetoppar og asynkronmotorar.

Om lasta er resistiv, kapasitiv eller induktiv, påverkar valet av karakteristikk til automatsikringa eller jordfeilautomaten. Driftskategorien (AC) til kontaktoren vi vel, blir også påverka av dette.

Kontaktor

3

5

4

6

Figur 1.30 Symbol for kontaktor

1

Kontaktor: contactor

2

Figur 1.29 Ein kontaktor.

Ein kontaktor består av ein spole, eit anker (jernkjerne) og hovud- og hjelpekontaktar. Kontaktoren fungerer som ein elektrisk brytar som blir brukt til å leggje inn og bryte større laster, til dømes til ein motor. Kontaktorar får nemninga -Q fordi dei bryt last.

-Q10

hovudstraum.

I figur 1.31 og 1.32 ser du ei oversikt over nummerering og kontaktsett til hovud- og hjelpekontaktane i kontaktoren.

Figur 1.31 Nummerering og kontaktsett til hovudkontaktane til kontak-

Fase

L1

L2

L3

toren.

Hovudkontaktnummer

1 og 2

3 og 4

5 og 6

Figur 1.32 Nummerering og kontakt-

Kontaktsett

Kvilekontaktar (NC)

Arbeidskontaktar (NO)

sett til hjelpekontaktane til kontak-

Hjelpekontaktnummer

21 og 22, 31 og 32 osv.

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

toren.

Kva for ein type elektrisk belastning kontaktoren skal styre, verkar inn på kva driftskategori vi vel, fordi dette påverkar kor mange ampere som kan gå igjennom kontaktsetta til kontaktoren. I figur 1.33 ser du eit døme på driftskategoriane for ein kontaktor. I dei fleste tilfelle vil det vere AC3 for induktive laster som blir brukt for elektriske motoranlegg.

27

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Skildring

taktorar.

AC1

Resistive laster som varmeelement eller svakt induktive laster.

AC2

Sleperingsmotorar, høgt moment.

AC3

Induktive laster som asynkronmotorar (kortslutningsmotorar) med høg kontinuerleg straum.

AC4

Asynkronmotorar (kortslutningsmotorar), innkopling, reversering, rykkvis drift («jogging»).

kontaktorspole styrestraum, kvile-

21

Figur 1.34 Symbol for (frå venstre)

-Q10

-Q10

13

Driftskategori

A1

Figur 1.33 Driftskategoriar for kon-

-Q10

5 6

3 4

2

F10

1

Figur 1.35 (over) Symbol for motorvernrelé hovudstraum.

Figur 1.36 Eit motorvernrelé.

Motorvernrelé: motor protection relay 0,16–0,25 A 0,4–0,63 A

0,63–1,0 A

Figur 1.37 Straumområde for eit motorvernrelé.

28

14

til kontaktoren.

22

A2

kontakt (NC) og arbeidskontakt (NO)

Motorvernrelé Eit motorvernrelé vernar motoren mot overbelastning som kan oppstå dersom motoren trekkjer for tung last, eller dersom rotoren på motoren låser seg. Motorvernreleet blir også kalla bimetall fordi det består av to metall som føler på kvar av dei tre fasane (L1, L2 og L3). Ved overbelastning vil bimetallet gå frå kvarandre på grunn av varme og veksle over kontaktsettet med hjelpekontaktar som blir nytta i styrestraumen.

Motorvernreleet bryt ikkje hovudstraumen, men det føler på hovudstraumen slik at hjelpekontaktane kan bryte styrestraumen til kontaktoren. Det finst i tillegg elektroniske motorvernrelé som måler straumen som går igjennom releet, og som blir kopla inn etter den målte verdien. Dei elektroniske motorvernreléa verkar dermed på ein annan måte enn dei tradisjonelle motorvernreléa som bruker bimetall.

Til liks med motorvernbrytaren må også motorvernreléa bestillast til ulike straumområde avhengig av kor stor motoren som skal vernast mot overbelastning, er. Motorvernreleet må stillast inn på den riktige straumverdien som overbelastningsvernet skal slå ut på i samsvar med motorskiltet på motoren.

Døme på straumområde for eit 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

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.38 Nummerering og kontaktsett til hovudkontaktane til motor-

Motorvernreleet får nemninga -F. Du finn ei oversikt over kontaktsett og nummerering av hovudkontaktar og arbeidskontaktar i figur 1.38 og 1.39.

Fase

L1

L2

L3

Hovudkontaktnummer

1 og 2 (T1)

3 og 4 (T2)

5 og 6 (T3)

Figur 1.39 Nummerering og kontakt-

Kontaktsett

Kvilekontaktar (NC)

Arbeidskontaktar (NO)

sett til hjelpekontaktane til motor-

Hjelpekontaktnummer

95 og 96

97 og 98

vernreleet.

vernreleet.

3

5

PE

6

PE

-S100

4

sikkerheitsbrytar og lastavskiljar

1

Figur 1.42 (til høgre) Symbol for

2

1

Figur 1.41 (over) Ein sikkerheitsbrytar.

PE

kontakt (NO) til motorvernrelé.

-Q101 6

4

2

(-Q101).

PE

venstre) kvilekontakt (NC) og arbeids-

5

Figur 1.40 (over) Symbol for (frå

Vi bruker sikkerheitsbrytarar for å låse av og sikre motoren til til dømes vifter, transportband, heisar og anna roterande utstyr og maskiner. Dette gjer vi for å hindre utilsikta start eller innkopling medan vi utfører vedlikehaldsoppgåver. Sikkerheitsbrytaren har derfor ikkje som funksjon å slå av og på lasta, men i staden skal han vere ein sikkerheitsbarriere under service og vedlikehald.

Motoren eller maskina skal stoppast ved at ein aktiverer den ordinære stoppfunksjonen til anlegget før sikkerheitsbrytaren blir aktivert, slik at ikkje sikkerheitsbrytaren bryt medan motoren eller maskina er belasta.

Kapittelet om utstyr for fråkopling av straumtilførselen i NEK EIN 60204-1 stiller klare krav til korleis fråkoplinga skal skje, men verken denne norma eller Forskrift om maskiner stiller direkte krav til bruk av sikkerheitsbrytar. Den mest praktiske løysinga for å vareta ei sikker fråkopling er likevel ein sikkerheitsbrytar som er plassert nær maskina eller det roterande utstyret.

Dette er også den beste måten å vareta NEK400 på om «Utstyr for utkobling for mekanisk vedlikehold».

Sikkerheitsbrytarar skal vi kunne låse med ein personleg hengjelås for å halde oppe personsikkerheita. Sikkerheitsbrytaren skal også monterast i samsvar med NEK EIN 60204 frå ei minimumshøgd på 0,6 meter til ei maksimumshøgd på 1,9 meter.

3

97

-F10 95

-F10

98

96

Sikkerheitsbrytar

29

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

«Lås og merk»: lockout, tagout

For å sikre at maskina er tømd for energi i tillegg til at ho er låst og merkt under vedlikehaldsarbeid, bruker vi metoden «Lås og merk», som er utarbeidd av Arbeidstilsynet. Metoden bidreg til sikkert vedlikehald av maskiner. Figur 1.43 viser eit døme på ein låsemetode for automatar.

Figur 1.43 Lås til automatar.

Elektrisk kontakt og kontaktsett

contact Normalt lukka kontakt (kvilekontakt): normally closed contact (NC), break contact

Figur 1.44 (til venstre) Symbol for

13

normally open contact (NO), make

14

Normalt open kontakt (arbeidskontakt):

21

Kontaktsett: contact pair

Ein elektrisk kontakt på elektriske brytarar og relé består av to tilkoplingspunkt, eitt inn på kontakten og eitt ut frå kontakten, som til saman utgjer eit kontaktsett. Kontaktsettet kan vi montere på trykknappar for den aktuelle funksjonen.

Ein normalt lukka kontakt (NC) kallar vi også ein kvilekontakt.

For å indikere at det er ein NC-kontakt, sluttar kontaktnummereringa (merkinga) på tilkoplingane på 1 og 2.

Ein normalt open kontakt (NO) kallar vi også ein arbeidskontakt. For å indikere at det er ein NO-kontakt, sluttar kontaktnummereringa (merkinga) på tilkoplingane på 3 og 4.

22

Elektrisk kontakt: electrical contact

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

30

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

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

Relé Eit relé er ein brytar som blir elektrisk styrt. Eit relé gjer at vi med ein mindre straum kan magnetisere reléspolen slik at han styrer ein større straum gjennom relékontaktane. Relékontaktane er anten NO eller NC. For større laster (straum) til til dømes motorstyring bruker vi ein kontaktor i staden.

I figur 1.50 ser du eit døme på merking av NO og NC på relékontaktar. Relé får nemninga -K med spoletilkopling A1 og A2.

Figur 1.49 Eit relé.

Relé: relay Figur 1.50 (til høgre) Nummerering og kontaktsett til hjelpekontaktane

Kontaktsett

Kvilekontaktar (NC)

Arbeidskontaktar (NO)

Hjelpekontaktnummer

11 og 12, 21 og 22

11 og 14, 21 og 24

til releet.

12 11

Figur 1.51 (til høgre) Symbol for relé.

14 22

21

-K3

A1

32 31 41

44

A1

A2

1 2

Figur 1.52 Symbol for nødstoppbrytar.

34 42

A2

-S0

24

Nødstoppbrytar Automatiserte anlegg skal ha ein nødstopp innanfor rekkjevidd slik at det er mogleg å kople ut roterande maskineri raskt.

Nødstoppbrytaren er ein raud knapp på gul bakgrunn, og han held posisjonen etter at han har blitt aktivert (trykt inn).

31

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Det automatiserte anlegget skal ikkje kunne starte att etter at nødstoppbrytaren har blitt aktivert. Du må vri og trekkje ut nødstoppbrytaren for å få han tilbake til utgangsposisjonen. Før ein kan starte det automatiserte anlegget, må det tilbakestillast (resetjast) ved hjelp av ein resetknapp (impulsbrytar). Nødstoppbrytaren får nemninga -S som andre brytarar og som -S0 i mindre anlegg.

Figur 1.53 Ein nødstoppbrytar.

Trykknapp

Figur 1.54 (til venstre) Symbol for trykk-

-S2

3

-S1

1

Impulsbrytar: pulse switch

Ein trykknapp er ein brytar med fjørretur som gir eit kort signal (ein spenningspuls) når brytaren blir aktivert. Vi kallar også ein slik trykknapp for ein impulsbrytar. Impulsbrytaren skal trykkjast inn for hand og endrar koplinga ut frå det kontaktsettet (NO eller NC) som er kopla til impulsbrytaren. Impulsbrytarane får nemninga -S og blir til dømes brukte som startbrytar, stoppbrytar og resetknapp. Det finst også impulsbrytarar med lys, såkalla lystrykknappar.

knapp (impuls) med kontaktsett NC.

2

knapp (impuls) med kontaktsett NO.

4

Figur 1.55 (til høgre) Symbol for trykk-

Figur 1.56 (til venstre) Trykknapp (impulsbrytar) NC. Figur 1.57 (til høgre) Trykknapp (impulsbrytar) NO.

Vribrytar

Figur 1.58 Ein vribrytar.

32

Ein vribrytar nyttar vi mellom anna dersom eit anlegg skal setjast i auto, manuell, av eller når vi skal velje retning. Det er formålstenleg å bruke ein vribrytar til dette fordi brytaren ikkje har fjørretur og dermed held seg i den posisjonen vi vel. Vribrytaren kallar vi også for ein vendar. Vi endrar posisjonen for hand, og vribrytaren får dermed nemninga -S.

Figur 1.59 (til venstre) Symbol for ein vribrytar NC.

-S2

4

2

-S3

3

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

1

Automatiseringssystem 1

-S2

1

2

vribrytar NO.

4

Figur 1.60 (i midten) Symbol for

Figur 1.61 (til høgre) Symbol for

Lysemitterande diode: Light-Emittingdiode (LEI)

Lysindikering Vi bruker signallamper til å fortelje oss om driftstilstanden til anlegget. Lysa indikerer om utstyr er i drift, men dei kan også brukast til å indikere feil som oppstår på anlegget. Fargen på lysindikeringa kjem an på kva som skal indikerast. NEK EIN 60204-1 viser korleis vi bruker fargane. Til dømes indikerer grøn farge normal tilstand, medan raudt indikerer ein nødsituasjon som krev inngrep med det same.

Sjølve lyset kan vere ein lysemitterande diode (LEI), også kalla ein lysdiode, eller ei pære med glødetråd. Lysindikering får nemninga -P1, men eldre merking i form av -H1 finst enno.

Figur 1.62 (til venstre) Symbol for LED.

-P1

X1

X1

-H1

Figur 1.63 (i midten) Symbol for vanleg lampe.

X2

X1

vribrytar vekselkontakt NO/NC.

-P2

X2 X2

Figur 1.64 (til høgre) Symbol for lampe med formotstand.

Lydvarsling

2

-A 1

2

1

-A 1

-A

-A 2

Figur 1.65 Symbol for (frå øvst til venstre) summar, alarmklokke, sirene og horn.

Summarar, sirener, alarmklokker og horn er døme på utstyr som varslar ved hjelp av lyd. Til dømes kan ei alarmklokke ringje når ei maskin skal starte opp, eller vi kan bruke ei sirene som gassalarm. Brannvarsling med alarmklokker er eit døme på slik lydvarsling.

Tidsrelé, tidsblokk og multifunksjonsrelé Vi kan bruke tidsrelé, tidsblokker og multifunksjonsrelé som tidsforseinkingar i styrestraumen til elektriske anlegg. Dette skjer i form av forseinka innkopling eller forseinka utkopling. Eit tidsrelé kallar vi også ein timer eller tidsbrytar.

Tidsrelé: timing relay, timer

33

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Forseinka inn: on-delay

Forseinka innkopling vil seie at det går ei viss tid frå anlegget har fått signal om å starte opp til det faktisk startar. Til dømes kan ei lampe blinke i fem sekund før anlegget startar opp. Forseinka utkopling vil seie at det går ei viss tid frå anlegget har fått signal om å stoppe til det faktisk stoppar. Dette kan vere formålstenleg til dømes for å gi ei avtrekksvifte tid til å fjerne all røyk. Eit anna døme på ei forseinka utkopling er at lyset ikkje skrur seg av før ei viss tid etter at det sist vart detektert at det var nokon i rommet.

Eit tidsrelé kan vere forseinka inn, forseinka ut eller ha begge funksjonar. Dersom tidsreleet har fleire funksjonar, kallar vi det for eit multifunksjonsrelé. Tidsblokker kan anten vere forseinka inn eller forseinka ut då tidsblokkene er monterte mekanisk direkte på kontaktoren. Tidsrelé får som regel nemninga -K, men i nokre tilfelle bruker vi også -T.

Forseinka ut: off-delay Forseinka inn- og utkopling: on-/ off-delay Multifunksjonsrelé: multifunction relay

Figur 1.66 Symbol for (frå venstre): spole forseinka innkopling, NC- og

-K1

-K1

-K1

-K1

-K2

-K2

-K2

-K2

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

Figur 1.67 Symbol for (frå venstre): spole forseinka utkopling, NC- og NO-kontakt forseinka ut, vekselkontakt (NC/NO) forseinka inn.

Figur 1.68 (til venstre) Eit multifunksjonsrelé.

Figur 1.69 (i midten) Tidsblokk forseinka inn.

Figur 1.70 (til høgre) Tidsblokk forseinka ut.

Nødstopprelé

Sikkerheitsrelé: safety relay

34

Vi bruker nødstopprelé til å overvake nødstoppbrytarar, sikkerheitsbrytarar og sikkerheitssensorar i nødstoppkrinsen eller sikkerheitskrinsen til automatiserte maskiner og system. Eit anna ord for nødstopprelé er sikkerheitsrelé.

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Døme på sikkerheitssensorar kan vere mekaniske grensebrytarar, fotoceller, lysgitter eller andre sikkerheitskomponentar.

Alle komponentane i ei sikkerhetssløyfe må vere sertifiserte.

Sikkerhetssløyfa kan til dømes nyttast for å sikre ei inngjerda robotcelle. Dette kan du lese meir om i neste kapittel og i kapittelet om person- og maskinsikkerheit.

Fasefølgjerelé

Figur 1.71 Eit sikkerheitsrelé.

Nettovervakingsrelé: three-phase monitor relay, phase sequence relay, phase failure relay

Fasefølgjerelé overvakar spenninga og faserekkjefølgja på straumnettet. Eit anna ord for fasefølgjerelé er nettovervakingsrelé.

I normaltilstand, med spenning til stades og riktig faserekkjefølgje, blir arbeidskontakten lagd (NO-kontakten) inn. Ved feil faserekkjefølgje eller bortfall av ein fase vil fasefølgjereleet detektere dette og leggje ut NO-kontakten. Tilbakemeldinga blir brukt som ein sikkerheitsfunksjon i styrestraumen for å unngå at maskiner går i feil retning på grunn av feil faserekkjefølgje.

Motorar og motordrifter Motorar og motordrifter er sentralt i automatiseringsfaget fordi det er motorar som faktisk utfører arbeidet som blir styrt eller regulert. Dei neste avsnitta i dette kapittelet gir ei kort oversikt over motortypar og symbol. Deretter ser vi nærare på motordrifter.

Figur 1.72 Fasefølgjerelé.

Motorar

Figur 1.73 (under) Prinsippskisse for

Motorar deler vi inn i to hovudtypar: → vekselsspenningsmotorar (AC) → likespenningsmotorar (DC).

asynkronmotoren.

Vifte

Tilkoplingsklemmer

Kjøleribbar

Stator (Viklingar)

Aksling

Burvikla rotor

Lager

35

Automatiseringssystem 1

Symbol

Trefase AC-sleperingsmotorar

DC-shuntmotor

PE

V1

W1 W1

V1

M YΔ

-M1

3

-M1

Det finst fleire ulike typar AC- og DC-motorar. I denne boka kjem vi ikkje inn på dei ulike typane, men i figur 1.73 ser du ei skisse av ein asynkronmotor, som vi også kallar ein kortslutningsmotor.

I figur 1.74 finn du ei oversikt over dei symbola vi bruker for å karakterisere ulike typar motorar.

Motorskilt Motorskilt, også kalla merkeskilt, gir oss viktig informasjon om motoren sine verdiar: → 1 spenning → 2 merkestraum → 3 produsert effekt → 4 effektfaktor (cos phi) → 5 omdreiingar per minutt → 6 frekvens → 7 kapslingsgrad

M

M

-M1

Stepper motor (stepmotor)

M

V2

-M1 U2

Trafase AC-motor med seks tilkoplingspunkt over viklingane

3

U1

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

M

U1

-M1

Einfase AC-motor

W2

Type motor

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

I figur 1.75 finn du att verdiane ovanfor slik dei er oppgitt på eit motorskilt.

I figurane 1.76 og 1.77 viser vi vinklingar i motoren laska i stjerne- og trekantkopling. Lasking tyder samankopling av to punkt med ein lask.

M

1

S1 Servomotor

3

Δ/

230 / 400 V 3

M

4.0 KW 5

7

E

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 motorsymbol.

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

S1

Δ/

8.5 / 4.9 A

4.0 KW

cos

1410 min-1 Figur 1.75 (til høgre) Motorskilt for to ulike motorar.

36

IP 54

Iso. KI F

0.82 50 Hz

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

L1

Figur 1.76 (venstre side) Vinklingar i

ILN

ULN

L2

L3

L1 ILN

V1

motoren laska i stjernekopling.

ULN

L2

U2 U2

Figur 1.77 (høgre side) Vinklingar i U1

motoren laska i trekantkopling.

V1

V2

W2

W1

U1

V2 W2

ULN = √3 x UW, ILN = IW U1

-Q20

M

Figur 1.78 (over) Symbol for mjuk-

W1

ULN = UW, ILN = √3 x IW

W1

Y

U1

V1

W1

W2

U2

V2

Δ W2

startar.

V1

L3

U2

V2

Start- og reguleringsmetodar For styring og regulering av motorar som skal utføre eit arbeid, har vi ulike start- og reguleringsmetodar som til dømes direkte start, mjukstart og frekvensomformarstyrt. Desse skal vi no sjå nærare på.

Direkte start Omgrepet direkte start bruker vi om motorstyring som startar motoren direkte, til dømes ved å bruke ein motorvernbrytar eller ein kontaktor. Det vil seie at motoren byrjar å gå for fullt turtal og moment med den store straumstøyten som høyrer til, og som kjem av den høge startstraumen som motoren trekkjer for å starte.

Mjukstart

Figur 1.79 Mjukstartar.

Vi bruker mjukstarar for å dempe startstraumen til motoren. Då går motoren roleg i starten og aukar til full drift etter kvart. Dette er formålstenleg for å dempe straumstøyten som kjem av den høge startstraumen som motoren trekkjer for å starte. Denne justerbare tida omtaler vi gjerne som «rampetid».

«Rampetid» er eit fellesomgrep på akselerasjonstida og deakselerasjonstida for mjukstartaren (sjå figur 1.80). I oppstartsaugneblinken blir då spenninga og dermed også dreiemomentet til motoren redusert. Dette gir ei redusert mekanisk belastning og mindre slitasje på drivreimer og lager.

37

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Omdreininger

Figur 1.80 Akselerasjonstid og deakselerasjonstid (retardasjonstid).

FrS (50 Hz)

Tid ACC

DEC

FrS = Statorfrekvensen = 50 Hz i Europa

Frekvensomformar Frekvensomformar: Variable Frequency Drive (VFD)

For å kunne styre og regulere frekvensen til motorar og pumper bruker vi frekvensomformarar. Det finst ulike frekvensomformarar, og i figur 1.81 ser du døme på to ulike utformingar.

I figur 1.82 ser du ei oversikt over nokre hovudtypar av frekvensomformarar.

Frekvensomformarar

Omformarar med mellomkrins

Direkteomformarar

Variabel

Figur 1.81 (over) Frekvensomfor-

Konstant

1) CSI

2) PAM

3) PWM

Straumstyrt frekvensomformar Current Source Inverter (CSI)

Puls-amplitude-modulering Pulse Amplitude Modulation (PAM)

Puls-breidde-modulering Pulse Width Modulation (PWM)

marar.

Figur 1.82 (til høgre) Ulike typar frekvensomformarar.

Straumstyrt mellomkrins I-omformarar

Spenningsstyrt mellomkrins U-omformarar

For å forstå korleis frekvensomformaren kan styre og regulere frekvensar, skal vi også sjå på den blokkskjematiske oppbygginga av omformaren. Hovuddelane i frekvensomformaren er ein likerettar (A), ein mellomkrins (B), ein vekselsrettar (C) og styreog kontrollkrinsen (D), som vist på figur 1.83.

I figur 1.84 ser du også ei elektronisk prinsippskisse av ein frekvensomformar.

38

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

I/0 KEYPAD BUS

Figur 1.83 Blokkskjematisk oppbygging av ein frekvensomformar.

CPU

M 3

DC+

L1 L2 L3

B

Bremse-«chopper» R = Bremsemotstand

C

3-fasa stjernekopla asynkronmotor Vikling U, V, W

Straumbane C

Straumbane B

Vekselrettar Straumbane A

C = Kondensator

sippskisse av ein frekvensomformar.

6-puls styrt likerettar

Figur 1.84 (til høgre) Elektronisk prin-

3-fas Straumforsyning

A

R1

R

IU

LU

RU

R2

IV

LV

RV

IW

LW

RW

C

DC-

Skjerm

Styringseining styrt likerettar

Styringseining bremse-«chopper»

Styringseining vekselrettar

Mikroprosessor (CPU) Straumforsyning (PSU)

Inngangar/utgangar (I/O)

OS/Firmware (FLASH) Parameterinnstilling (EEPROM/FLASH)

Frekvensomformarens styre- og kontrolleining

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

Puls-breidde-modulasjon: pulse-width-modulation (PWM) Puls-amplitude-modulasjon: pulse-amplitude-modulation (PAM)

Likerettinga av spenninga skjer i grove trekk på to måtar, ustyrt ved bruk av diodar eller styrt ved bruk av tyristorar. Det finst ulike utformingar for korleis motoren kan styrast av mellomkrinsen og vekselsrettaren. Hovudprinsippet er at vekselspenning blir likeretta i likerettaren og glatta ut til ei likespenning som ikkje lenger er pulserande i mellomkrinsen. Når frekvensomformaren etter dette skal byggje opp sinuskurver igjen, skjer dette fordi vekselsrettaren byggjer opp ei tilnærma sinuskurve i form av likespenningspulsar.

Likespenningspulsane byggjer opp sinuskurva anten i breidda (kor lenge pulsen varer) ved bruk av puls-breidde-modulasjon (PWM) eller i amplitude (styrken på pulsen) ved bruk av puls-amplitude-modulasjon (PAM). Ved å nytte modulasjonsmetodar kan vi påverke sinuskurva og dermed også frekvensen som motoren eller pumpa skal gå med.

39

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

På grunn av likespenningspulsane ut ifrå vekselsrettaren generer frekvensomformaren elektromagnetisk støy (EMI). Dette kan du lese meir om i avsnitta om EMI og EMC. Svitsjefrekvensen påverkar kor god sinuskurva blir slik det er vist i figur 1.87.

U Uz t

IN

PAM U

fp= 1,5 kHz Uz

0 t PWM 0

fp= 3 kHz

Figur 1.86 (over) Skisse av pulsamplitude-modulasjon (PAM) og pulsbreidde-modulasjon (PWM).

0

Figur 1.87 (til høgre) Svitsjefrekvens. ωt

Energiforbruk og energieffektivitet Rørslesensorar som skrur av lyset i eit rom når ingen er der, eller temperatursensorar som regulerer varmen, er med på å avgrense bruken av energi. Frekvensomformarar kan også bidra til å avgrense bruken av energi fordi motorar og pumper då kan vere i drift med redusert turtal.

Vi kan også overvake og redusere energiforbruket på andre måtar. Energimålarar og energisensorar kan til dømes måle forbruket på kvar kurs eller på eit heilt anlegg. Lastbalansering av anlegg er også tiltak vi kan gjere for å unngå skeivtrekk av straum på dei ulike fasane.

Energisensor

Figur 1.88 Trådlaus energisensor PowerTag.

40

Vi kan kople energisensorar til automatsikringa eller jordfeilautomaten for å måle energien i form av kor stort straumtrekket er. På denne måten kan vi overvake lasta og få ein alarm ved overlast.

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Energisensorar bruker vi gjerne når vi skal måle energiforbruket i elektriske anlegg, til dømes til kursar i bygningar som gir ei oversikt over kor mykje straum kursen bruker. Dette gjer at vi kan måle effekten av energisparande tiltak. På marknaden finst det også energimålarar som vi kan kople rett til målaren på elektriske anlegg.

EMC-direktivet

Figur 1.89 Tibber pulse.

Alle typar elektriske apparat og installasjonar som blir marknadsførte i EØS-området, fell inn under EMC-direktivet. EMC står for elektromagnetisk kompatibilitet. Direktivet stiller krav til CE-merking for at produkt skal kunne marknadsførast og seljast i EU og EØS. Produkt som skal ha CE-merket, må innfri bestemde krav til helse, miljø og sikkerheit. Ein kan ikkje setje CE-merket på produktet før ein har utarbeidd den nødvendige tekniske dokumentasjonen og ei samsvarserklæring. Dokumentasjonen skal vise at vara er produsert etter gjeldande regelverk.

Figur 1.90 CE-merkt.

Elektromagnetisk støy

Elektromagnetisk interferens: electromagnetic interference (EMI)

Når elektriske eller elektroniske apparat eller system blir påverka og forstyrra av elektromagnetisk støy, kallar vi fenomenet elektromagnetisk interferens (EMI). Vi omtaler også EMI som elektromagnetisk forstyrring eller elektromagnetisk støy.

Med forstyrringar meiner vi at uønskt elektromagnetisk stråling frå ei kjelde forstyrrar ein annan elektrisk krins. Forstyrringa kan øydeleggje funksjonen til elektronisk utstyr. Døme på dette er at ei datamaskin fell ut, at vi har problem med dataoverføringar, sus eller sprakande lyd i mobiltelefonen, sprakande lyd i høgtalarane i radioen, støy i TV-biletet eller at TV-mottaket fell ut.

41

Automatiseringssystem 1

Figur 1.91 Elektromagnetiske forstyrringar frå atmosfæren, maskiner og

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Elektromagnetiske forstyrringar frå maskiner og installasjonar

Atmosfæriske utladingar (tore)

andre kjelder.

Elektrostatiske utladingar

Interne støykjelder

Signal ut

Straumforsyning

Jordsystem

Elektromagnetisk kompatibilitet

Elektromagnetisk kompatibilitet: electromagnetic compatibility (EMC)

EMC betyr elektromagnetisk sameksistens eller elektromagnetisk kompatibilitet. Når eit apparat eller system er installert slik at det arbeider riktig og uforstyrra og ikkje forstyrrar andre elektriske apparat, har vi elektromagnetisk kompatibilitet.

Induktiv kopling Det oppstår eit induktivt felt rundt ein straumførande kabel.

Dette feltet påverkar signalkablane som ligg i nærleiken – derfor legg vi signalkablar og effektkablar i sikker avstand frå kvarandre. Dersom kabelen blir lagd på ei jorda kabelbru eller kabelstige, vil kabelbrua eller -stigen ta opp det induktive feltet og leie det til jord. Sjå figur 1.92.

Kapasitiv kopling Det oppstår ei kapasitiv kopling når vi har ein spenningsskilnad mellom to objekt. Til dømes kan det vere ein signalkabel og ein effektkabel som ligg nær kvarandre. Spenningsskilnaden dannar eit elektrisk felt som kan føre ein kapasitiv støystraum på signalkabelen. Sjå figur 1.93.

42

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Figur 1.92 Når det går straum gjennom ein kabel, blir det generert eit induktivt felt rundt kabelen.

OK

Motorstraum

Datasignal

Induktivt felt Skjermjord

Figur 1.93 Kapasitansar som oppstår mellom kablar.

OK

Kapasitansar

Støystraum

Skjermjord

43

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Grunnleggjande dokumentasjon av elektriske motoranlegg Dokumentasjon er ein viktig del av arbeidet for ein automatikar.

I alt arbeid med planlegging, gjennomføring og vurdering står dokumenteringa av arbeidsoppdraget sentralt. Du skal kunne lage digitale teikningar, lister og skjema, og du skal kunne bruke korrekte nemningar. Dette er ein naturleg del av den tekniske dokumentasjonen av elektriske anlegg.

Arbeidslivet stiller høge krav til god dokumentasjon. Først og fremst er dette eit sikkerheitstiltak, men god dokumentasjon sparer også tid når vi må gjennomføre ei feilsøking ved ein produksjonsstans. Du kan lese meir om person- og maskinsikkerheit i Automatiseringssystem 2. I dette kapittelet kjem vi ikkje inn på dokumentasjon som vi bruker i samband med måling og regulering, som loopskjema (sløyfeskjema), prosessflytskjema, tekniske flytskjema (P&ID) eller forriglingsmatriser.

Den typen dokumentasjon kjem vi tilbake til i kapittel 6 om dokumentasjon og systemforståing.

I dei neste avsnitta skal du lære om dei teikningane og skjemaa som ein grunnleggjande teknisk dokumentasjon for eit elektrisk motoranlegg skal bestå av.

Markering av framdrift Når vi koplar opp det automatiserte anlegget i samsvar med dokumentasjonen som er laga, er det god praksis, og i mange tilfelle påkravd, å bruke markeringstusj for å vise kva for leidningar og kablar vi har lagt og kopla. Når vi bruker markeringstusj på denne måten, er framdrifta i arbeidet alltid synleg. Dette gjer det lettare å hugse kor langt vi har komme med arbeidet, og å vere heilt sikre på kva for kablar og leidningar som er lagde.

Denne framgangsmåten er formålstenleg viss det oppstår endringar i prosjektet, som til dømes kven som utfører den fysiske oppkoplinga. Ei slik markering med tusj er også nyttig når ein må ta ein pause i arbeidet fordi andre jobbar må prioriterast i ein periode. Hugs då å ha kontroll på kvar du oppbevarer teikningane.

Stigeleidningsskjema

44

I avsnittet om selektivitet introduserte vi ein måte å teikne verna i anlegget på. Eit stigeleidningsskjema er ei slik teikning som gir oversikt over alle verna i det elektriske anlegget med tilhøyrande utløysarkarakteristikk og nominell straumstyrke.

Automatiseringssystem 1

1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

2

Når vi lagar eit stigeleidningsskjema for det elektriske anlegget, har vi ei oversikt over kortslutningsvern (KV), overbelastningsvern (OV), kabeltype og tverrsnitt til fordelingane i dei ulike etasjane med kursane som høyrer til.

3

Figur 1.94 (over) Døme på nummere-

Hovudstraum

1

3

5

4

6

F10 /.1 /.2 /.2

2

ring av straumvegar på teikningar.

Ei teikning over hovudstraumen gir ei oversikt over hovudkomponentane som vernar og set i drift motoren i det elektriske anlegget. Komponentane som vi teiknar inn her, kan vere automatsikring eller jordfeilautomat, hovudkontaktane til kontaktoren, motorvernelé, sikkerheitsbrytar og motor. Kva komponentar vi teiknar inn, kjem an på kva komponentar og utstyr det elektriske motoranlegget er bygd opp av. Det er viktig at komponentar og kablar er godt merkte med korrekt nemning for at vi skal kunne lage god dokumentasjon.

Straumbaner viser kvar på teikninga du kan finne kontaktsetta. Sjå figur 1.94-1.98.

Figur 1.95 (over) Oversikt over plasseringa av kontaktsetta til eit motorvernrelé.

Figur 1.96 (til høgre) Forklaring på symbol og nummer for kontaktsett til komponentar.

Symbol eller nummer

Forklaring

/

Same side som symbolet

.1

Straumveg 1

.2

Straumveg 2

2.3

Side 2 i straumveg 3

/.1

97

-F10

95

-F10 /.1

98

96

Styrestraum

Figur 1.97 (over) Oversikt over plasseringa av motorvernrelé.

Ei teikning over styrestraumen gir ei oversikt over komponentane som er med på å styre hovudstraumen. Her teiknar vi inn slike komponentar som automatsikringar eller jordfeilautomat for styrestraum, impulsbrytarar, indikasjonslamper, relé og spolen til kontaktoren (A1 og A2) med hjelpekontaktane (NO/NC) som høyrer til. Korleis vi teiknar styrestraumen, kjem an på om styringa er ei reléstyring, PLS-styring eller ein del av eit større styresystem. Sjå figur 1.97 og 1.98. Du kan lese meir om PLS-styring i kapittel 4.

Figur 1.98 (til høgre) Plasseringa av kontaktsetta til ein kontaktor på teikningane.

/.2 /.1

/.1

45

Automatiseringssystem 1

Kapittel 1 Elektriske motoranlegg

Arrangementsteikning Ei arrangementsteikning gir ei oversikt over plasseringa av komponentane i ei tavle. Formålet er at sjølv ein person som aldri har vore inne i skapet før, kan finne fram til riktig komponent.

Teikninga viser kva komponent som er montert kvar i styreskapet eller på skapdøra. I tillegg gir ho ei oversikt over mekaniske mål som lengd, breidd og djupn og dimensjonar på hol. Dette gir deg ei oversikt over kor mykje plass det er igjen i eksisterande styreskap dersom du skal gjere endringar eller byggje på anlegget, det vil seie utføre modifikasjonar.

Rekkjeklemmeliste Ei rekkjeklemmeliste, også kalla ein rekkjeklemmetabell, er ein naturleg del av anleggsdokumentasjonen. Lista gir ei oversikt over kva for eit utstyr og kva kablar som er kopla eksternt (ute i felt) via rekkjeklemmer til tavla, og kvar dei er kopla vidare internt i tavla. Det er viktig å ha fokus på bruken av lasking og merking av rekkjeklemmerader og rekkjeklemmer når du teiknar og endrar rekkjeklemmelista.

Parameterliste Ei parameterliste er ei oversikt over kva for parameterar du har endra på, til dømes i ein frekvensomformar. Parameterlista tek utgangspunkt i fabrikkinnstillingane. Derfor er det som regel nok berre å skrive opp parameterane du har endra på. Det kan også i mange tilfelle vere formålstenleg å ta med relevante parameterar med fabrikkinnstilling.

Sluttkontroll og funksjonstest Sluttkontrollen er ein viktig del av jobben. Den må alltid gjennomførast. Sluttkontrollen består gjerne av fleire punkt, som: ein visuell kontroll, sjekk mot kortslutning, kontinuitetsmåling og isolasjonsmåling («megging»).

Samsvarserklæring Ein skal alltid utarbeide ei CE-samsvarserklæring for maskiner og samsvarserklæringar for elektriske anlegg. Samsvarserklæringa for maskiner har med desse punkta:

46

Automatiseringssystem 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:

47

Styringsteknikk og måleteknikk Dette læreverket dekkjer den nye læreplanen i faget automatiseringssystem for Vg2 og Vg3 etter fagfornyinga.

Automatiseringssystem er eit læreverk som ønskjer å skape forståing, inspirere og pirre nyfikna til elevane. Læreverket består av to trykte lærebøker og ein nettressurs.

Jon Eirik Standal Darre er utdanna fagskuleingeniør innanfor automasjon og har fagbrev som automatikar med bakgrunn frå prosessindustrien. Han har undervist i automatiseringsfaget i over ni år og jobbar no ved Laksevåg og Bergen maritime vgs. Med praktisk-pedagogisk utdanning og fem yrkespedagogiske vidareutdanningar går han no på masterutdanning.

Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas

Vg2

Vg3

NYNORSK

NYN

Vg3

ISBN 978-82-11-04414-3

Styringsteknikk og måleteknikk

Elektro og datateknologi

Vg2

Petter Skaraas er utdanna fagskuleingeniør innan industriell automasjon.

Han har fagbrev som automatikar og skipselektrikar. I tillegg har han vidareutdanning frå Oslomet og UiB innan leiing, psykologi og coaching.

Han har i største delen av karrieren hatt leiarroller i selskap som har automasjon og måling som kjerneverksemda si, mellom anna ti år som salsdirektør i Emerson.

Styringsteknikk og måleteknikk

Automatiseringssystem 1 dekkjer temaa elektriske motoranlegg, mekaniske grensebrytarar og elektroniske sensorar, pneumatiske anlegg, PLS, datakommunikasjon og elektronisk kommunikasjon, dokumentasjon og systemforståing, målenøyaktigheit og kalibrering. I tillegg inneheld boka kapittel om måling av trykk, nivå, temperatur, gjennomstrøyming, turtal og posisjon.

Automatiseringssystem 1 |

Automatiseringssystem 1

Automatiseringssystem 1