Как работают MCC и какова их цель?

Во время отказа двигателя в критически важной конвейерной линии крупного предприятия по переработке продуктов питания, техническим специалистам не пришлось искать кабели через трубопроводы, останавливать все производство на этаже или тратить часы на определение, какой выключатель подает электричество к какому двигателю. Профессионалы просто вошли в Центр управления двигателями (MCC) — единый металлический шкаф, установленный на полу электрической комнаты, открыли дверь нужного моторного отсека, отключили его, заблокировали и провели ремонт. Производственная линия продолжала работать без перерывов. Это означает, что MCC выполнил свою задачу: собрал все управления двигателями, защиты и изоляции в одном едином и легкодоступном месте. Здоровое и глубокое понимание MCC и их функционирования — это то, чем должен обладать каждый, кто работает с промышленными нагрузками двигателей. Поэтому этот гид содержит все, что читателям нужно знать о MCC, начиная с его конструкции и элементов, до мощности и принципа работы.

Резюме: Центр управления двигателями (MCC) — это устройство, состоящее из нескольких отсеков управляющих устройств двигателей, которые обеспечивают централизованную и стандартизированную работу распределения электроэнергии, запуска двигателей, защиты и управления питаемым оборудованием для нескольких электрических двигателей. Процесс работы начинается с того, что оборудование получает питание от системы шин, а затем распределяет питание к контроллерам двигателей, которые также известны как пускатели, контакторы и мягкие пускатели. В дополнение к распределению электроэнергии, MCC также предоставляет место для изоляции двигателей, профилактического обслуживания и устранения неполадок оборудования. Каждому двигателю выделяется отдельный отсек внутри конструкции для обеспечения его автоматическим выключателем, реле перегрузки и управляющим устройством двигателя. Основная функция Центра управления двигателями заключается в повышении эффективности процессов электротехники, сокращении времени на ремонт электрических и управляющих устройств и повышении безопасности операций.

Что такое Центр управления двигателями на самом деле

Металлическая закрытая конструкция, стоящая на полу и называемая MCC, состоит из стандартизированных вертикальных секций, скрепленных болтами для создания последовательного ряда колонн. Вертикальные секции содержат систему сборки вертикальных шин, которая обычно состоит из 3-фазных медных или алюминиевых шин, которые проходят по всей длине этих секций и передают входящую электроэнергию.
Секции соединены горизонтально через общую горизонтальную шину, которая передает входящую электроэнергию от питающего устройства к вертикальным секциям. Шины формируют электрическую основу MCC, поскольку каждый моторный отсек в ряду использует эти общие шины для получения энергии через механизм подключения, который позволяет отсеку соединяться с шиной.

Каждый двигатель на предприятии оснащен моторным баком, который представляет собой отдельный корпус, установленный в определенный слот MCC. Сам бак содержит все необходимые части для работы двигателя: автоматический выключатель или модуль предохранителя, который функционирует как изолированная секция; пускатель двигателя, который обеспечивает питание двигателя. Реле перегрузки защитит двигатель от перегрузки; трансформатор управления для обеспечения низковольтного управления (если это необходимо) и достаточное количество проводов и клеммных блоков для подключения бака к системе управления завода. Бак действует как автономная установка для управления двигателем, которая может использоваться с любой установкой того же или аналогичного типа, стандартизация и взаимозаменяемость являются его основным рабочим принципом. И каждый двигатель, установленный на заводе, имеет одинаковое название и характеристики. Нормативные требования для MCC изложены в документе NEMA ICS 18 в США и в международном стандарте IEC 61439.

Как энергия проходит через MCC и достигает двигателя

MCC — это электрическая схема, которая имеет организованную последовательность управляющего и защитного оборудования, каждое из которых выполняет свою задачу. Понимание этой последовательности имеет решающее значение при диагностике неисправности в MCC, замене устройства или заказе нового бака. Электрический путь выглядит следующим образом:

1. Входящее питание поступает в MCC через главный отключатель — автоматический выключатель или предохранительный выключатель — защищает всю линию. Входящий питающий кабель может быть от распределительного устройства, вторичной обмотки трансформатора или распределительного щита, обычно при напряжении 480 В трехфазного тока в Северной Америке или 400 В на рынках IEC.
2. Система главного шины распределяет питание на каждую вертикальную секцию. Горизонтальная шина проходит по верхней части линии, а вертикальная шина проходит через секции MCC. Шины изготавливаются в соответствии с общей подключенной нагрузкой MCC. Рейтинг стойкости к короткому замыканию шины равен максимальному токовому короткому замыканию, который может произойти в месте установки.
3. Каждый моторный бак подключается к вертикальной шине через механизм подключения. Как только бак вставляется на место, пружинные зажимы контактируют с шинами и могут создать соединение с болтовым давлением для полного тока нагрузки двигателя. Механизм подключения обеспечивает отсутствие необходимости отключать всю MCC для вставки и удаления бака.
4. Внутри бака энергия сначала проходит через автоматический выключатель или предохранитель. Это первая защитная сборка, присутствующая в баке. Она обеспечивает защиту цепи двигателя от замыканий на землю и коротких замыканий, кроме того, функционирует как местная точка для блокировки/маркировки во время ремонтных работ. Обычно выключатель рассчитан на ток двигателя при полной нагрузке и должен быть способен прерывать силу тока, т.е. его разрывная способность должна быть равна рейтингу короткого замыкания MCC.
5. Затем энергия поступает к контактору или пускателю двигателя. Контактор действует как электромагнитный переключатель, который включает и выключает силовую цепь для запуска или остановки работы двигателя. Система управления активирует катушку контактора, и энергия поступает к двигателю в ответ на сигнал запуска, который обычно передается через 120 В переменного тока или 24 В постоянного тока. В момент передачи сигнала остановки катушка отключается, и работа двигателя прекращается. Пускатель двигателя объединяет контактор и реле перегрузки в одно устройство, так что термины могут использоваться взаимозаменяемо в приложениях MCC.
6. Реле перегрузки является последним защитным устройством перед двигателем. Реле перегрузки подключается последовательно с контактором и имеет возможность обнаруживать ток, протекающий к двигателю, с помощью биметаллических пластин или электронных устройств для измерения тока. Когда двигатель испытывает длительный перегруз — из-за механической блокировки, поломки подшипника или перегрузки процесса — реле перегрузки нагревается и срабатывает, тем самым прерывая цепь в контакторе и отключая двигатель, чтобы предотвратить перегрев обмоток. Реле настраивается на максимальный ток двигателя, обычно на уровне 115% или 125%, в зависимости от типа батареи и применимых норм.
7. Энергия покидает бак через клеммы нагрузки и подключается к двигателю. Кабель двигателя, который обычно состоит из трех проводников и заземляющего провода, размер которого определяется общим током двигателя и падением напряжения на расстоянии кабеля, соединяет клеммы нагрузки бака с клеммами двигателя. Расстояние между двигателем и MCC может составлять сотни футов, в то время как кабель двигателя может быть проложен в трубопроводе или кабельном лотке.

Цель MCC: Почему централизованное управление двигателями стало стандартом.

Прежде чем MCC (центры управления двигателями) стали популярными в 1950-х и 1960-х годах, управление промышленными двигателями осуществлялось в децентрализованной форме, где у каждого двигателя был свой пускатель, установленный на стене в непосредственной близости от двигателей. Хотя этот метод был эффективен для достижения своей цели, у него все же было много недостатков. Пускатели размещались в многочисленных местах по всему заводу, иногда в зонах, подверженных воздействию пыли, воды или в труднодоступных местах. Поиск неисправностей в двигателях означал перемещение по заводу, возможно, подъем на платформу или даже в яму. Чтобы установить новый двигатель, необходимо было установить новый пускатель, подключить его к источнику питания и проложить кабели от щита.

MCC решали эти проблемы за счет объединения всего оборудования управления двигателями в централизованное, эффективное, чистое и доступное место. MCC выполняют множество, но взаимосвязанных задач:

• Централизованное управление и мониторинг двигателей. Каждый мотор в любой части завода может контролироваться и наблюдаться с одной точки. Хранитель завода не должен обходить и проверять каждый мотор. Индикаторы, амперметры и кнопки управления центра управления моторами предоставляют единый пункт управления для всей производственной зоны.
• Упрощенное обслуживание и поиск неисправностей. Когда мотор отключается, техник по обслуживанию открывает дверь центра управления моторами, проверяет индикатор отключения на реле перегрузки, а также автоматический выключатель и блокирует и изолирует мотор, не входя в зону производства. Корзина может быть вынута, проверена и возвращена на место за несколько минут, минимизируя время простоя. Запасная корзина может храниться на складе и быстро заменить неисправную.
• Безопасные, доступные точки изоляции. Все моторные корзины имеют рядом безопасную систему отключения, которая удобно расположена в хорошо освещенном электрическом помещении. Это значительно повышает безопасность по сравнению с обычным предохранительным отключателем на стене рядом с мотором, который может оказаться в опасных, влажных или узких местах.
• Эффективность использования пространства и снижение затрат на проводку. Один MCC объединяет десятки отдельных установок панелей в коробках и уменьшает их до одной компактной модели. Система общего шинопровода полностью устраняет необходимость в установке отдельных силовых кабелей для подключения электрической распределительной панели и каждого мотора.
• Масштабируемость и гибкость. MCC разработан с учетом зон для запасных корзин. Таким образом, чтобы добавить новый мотор в будущем, вам просто нужно добавить новую корзину в свободное место и проложить кабель мотора — не потребуется новая оболочка, новый ввод или какие-либо серьезные изменения.

Как MCC отличается от индивидуальных контроллеров моторов и панелей VFD

MCC часто неправильно понимается как различные виды электрического оборудования, и знание их различий является ключом к выбору правильного решения. Термин MCC относится к единой сущности, состоящей из нескольких пускателей моторов, объединенных в шинной системе. Панель VFD — это система, размещенная либо на стене, либо на полу; она позволяет управлять мотором или группой связанных моторов с помощью преобразователя частоты и его оборудования. Использование VFD означает, что частота и напряжение, подаваемые на мотор, могут быть отрегулированы — функция, которую не может выполнять обычный пускатель мотора, расположенный в MCC. Однако также возможно интегрировать VFD в блоки MCC. В этом случае блок VFD занимает место в стандартном MCC, имея при этом общие возможности подключения и изоляции стандартного блока пускателя. Далее идет MCP, который является названием автоматического выключателя, обеспечивающего только защиту от короткого замыкания для цепи мотора. MCP имеет регулируемое магнитное отключение, но не имеет термического элемента перегрузки. MCP работает в составе комбинированного пускателя мотора вместе с контактором и реле перегрузки. Для подробного объяснения того, как MCP отличаются от стандартных автоматических выключателей, наша статья на защитник цепи двигателя против автоматического выключателя охватывает различия в защите, применении и требованиях к кодам.

Компоненты, которые составляют типичную корзину MCC

Каждая корзина двигателя в МСС содержит стандартный набор компонентов, расположенных в последовательности, отражающей электрический путь от шины к двигателю. Таблица ниже суммирует ключевые компоненты и их функции.

Каков средний срок службы MCC?

Центры управления двигателями, за которыми правильно ухаживают, которые содержатся в чистых и сухих условиях и эксплуатируются в пределах своих заданных пределов, могут служить от 25 до 35 лет или даже дольше. Стальная оболочка, медные шины и конструкционная рама могут считаться одними из самых прочных элементов в конструкции устройства, так как они могут оставаться целыми столько же, сколько и здание. В то же время детали, которые необходимо менять время от времени — автоматические выключатели, контакторы и реле перегрузки — являются самыми слабыми частями, так как их срок службы зависит от частоты использования двигателя, типа нагрузки и рабочей среды. Таким образом, контактор, который запускает двигатель шесть раз в час, прослужит меньше, чем контактор, который запускает тот же двигатель только один раз в день. Более того, реле перегрузки, работающее при высоких температурах окружающей среды или в пыльной или влажной среде, выйдет из строя раньше, чем то, которое хранится в климатически контролируемом помещении для выключателей. Таким образом, наиболее эффективный способ предотвращения сбоев — это проверка всех шкафов управления раз в год с помощью термографического сканирования шин и автоматических выключателей, визуальная проверка контактов контактора на наличие ожогов, калибровка и очистка внутренней части.

Часто задаваемые вопросы

Что делает центр управления двигателем?

Функции распределения электроэнергии, запуска двигателя, защиты от перегрузки и управления электрическим двигателем собраны в одном корпусе с помощью Центра управления двигателем (MCC). MCC не только упрощает изоляцию и обслуживание электрических двигателей в безопасном месте, но и минимизирует трудности, возникающие в процессе устранения неполадок, помогая достичь общей простоты системы и избегая проблем с проводкой по сравнению с распределенными пускателями электрических двигателей, установленными по всему заводу.

В чем разница между MCC и VFD?

MCC — это сложная сборка, которая включает в себя пускатели двигателей, автоматические выключатели и управляющее оборудование для различных двигателей, собранные в общую шину. VFD (привод с переменной частотой) относится к одному устройству, которое контролирует скорость двигателя, изменяя частоту и напряжение питания двигателя. Таким образом, VFD может быть установлен в отсек MCC, который также предоставляет платформу для работы с барными пускателями.

Какова разница между MCC и MCP?

MCC МСС — это целый центр управления двигателями — металлическая сборка, которая содержит несколько отсеков для двигателей и общую шину. MCP MCP (защита цепи двигателя) — это специфический тип автоматического выключателя, который обеспечивает только защиту от короткого замыкания, с регулируемым магнитным срабатыванием и без термического элемента перегрузки. MCP является компонентом внутри отдельного отсека для двигателя в MCC; это не альтернатива MCC. Наша подробная сравнительная таблица MCP и стандартных автоматических выключателей объясняет функциональные и кодовые различия.

Каков срок службы центра управления двигателями?

Хорошо обслуживаемый МСС в чистой, сухой, закрытой среде имеет типичный срок службы от 25 до 35 лет и более. Структурная оболочка и шины могут прослужить весь срок службы объекта. Изнашивающиеся компоненты — автоматические выключатели, контакторы, реле перегрузки — имеют более короткий срок службы, обычно от 15 до 25 лет, в зависимости от частоты запусков двигателя, тяжести электрической нагрузки и условий эксплуатации. Ежегодная проверка и профилактическое обслуживание продлевают срок службы каждого компонента.

Ссылки

• NEMA ICS 18 — Центры управления двигателями. Североамериканский стандарт, который определяет требования к проектированию, строительству, испытаниям и производительности центров управления двигателями, опубликованный Национальной ассоциацией производителей электротехники.
• IEC 61439 — Сборки низковольтного распределительного и управляющего оборудования. Международный стандарт, регулирующий проектирование и испытания MCC и аналогичных сборок, принятый в Европе, Азии и на многих мировых рынках.
• Eaton — Центры управления двигателями: Freedom 2100 и FlashGard. Производитель MCC для промышленных и коммерческих приложений, с технической документацией, охватывающей выбор отсеков, номиналы шин и функции безопасности от дуговых разрядов.
• Schneider Electric — Центры управления двигателями модели 6. Производитель MCC с интегрированным мониторингом мощности и интеллектуальными возможностями управления двигателями, с рекомендациями по применению для тяжелых промышленных и процессных приложений.

A Центр управления двигателями является электрическим узлом промышленного предприятия — единой точкой, где мощность, защита и управление каждым двигателем объединяются в стандартизированную, обслуживаемую и расширяемую систему. Изучение того, как работает MCC — шины, передающие напряжение от входной линии, ящики, которые размещают и контролируют каждый двигатель, последовательность оборудования от источника питания до двигателя — имеет решающее значение для промышленного электрического обслуживания, устранения неполадок и проектирования. MCC создает единицу из того, что ранее было разбросано, объединяет то, что когда-то делалось спонтанно, и обеспечивает необходимое безопасное отключение, а также модульность устройств. Любой электрик, выполняющий обслуживание, инженер, выбирающий компоненты, и менеджер производственной площадки, использующий MCC, охарактеризует это устройство как надежное и стабильное.