Faktoren für den Betrieb eines Nieder- oder Mittelspannungs-Elektromotors
Niederspannungsmotoren sind aufgrund der Vertrautheit mit Produkten und verfügbaren Dienstleistungen sowie der typischerweise geringeren Kosten einzelner Komponenten häufig die bevorzugte Wahl. Mit zunehmender Leistung (PS) kann es jedoch Vorteile geben, auf einen Mittelspannungsmotor umzusteigen. Niederspannungsmotoren erreichen typischerweise bis zu 1.000 PS, während Mittelspannungsmotoren 250 PS und mehr abdecken können.
Darüber hinaus können Niederspannungsmotoren in speziellen Anwendungen mit variablen Frequenzantrieben (VFD) bis zu oder sogar über 5.000 PS erreichen. Diese hohe Nennleistung liegt vorzugsweise über der Niederspannungsgrenze der National Electrical Manufacturers Association (NEMA) von 600 Volt, aber immer noch unter der Niederspannungsgrenze der International Electrotechnical Commission (IEC) von 1.000 Volt.
Zu wissen, wann der richtige Motor für eine Anwendung auszuwählen ist, kann den Benutzern Zeit, Platz und Geld sparen. Hier sind einige Bereiche, die bei der Wahl zwischen Nieder- und Mittelspannungs-Elektromotoren zu berücksichtigen sind.
Verkabelung
Bei Niederspannungsmotoren nimmt mit zunehmendem PS-Bereich die Größe der Verkabelung zu, um den Anstieg der Ampere zu bewältigen. Da es sich bei Leitern um eine Kupferkomponente handelt, kann diese Erhöhung des Drahtquerschnitts die Kosten erhöhen, insbesondere bei längeren Kabelwegen durch eine große Anlage oder über eine große Entfernung zu einer entfernten Pumpstation. Diese Durchmesservergrößerung führt auch zu größeren Windungsradien, was die Herstellung von Verbindungen innerhalb der Klemmenkästen erschwert. Dies kann zeitaufwändig sein und ein zusätzliches Risiko für das Wartungspersonal während der anfänglichen Einrichtung des Motors darstellen.
Ein geringerer Strom in Mittelspannungsmotoren ermöglicht kleinere Kabel (Leitungen) auch bei höheren PS. Die Verwendung von Kabeln mit kleinerem Durchmesser reduziert die Kosten pro Fuß für diese Fernverbindungen zu entfernten Pumpstationen. Auch während der Motoranschlussverfahren sind die Drähte mit kleinem Durchmesser einfacher zu handhaben und innerhalb des Motorklemmenkastens anzuschließen. Dies kann die Zeit des Wartungspersonals zum Herstellen der Verbindungen verkürzen und das Risiko einer Beschädigung der Kabel verringern.
Die Kosten für Kupfer als Rohstoff und der Unterschied in der Dicke der Leitungen für Niederspannungsmaschinen im Vergleich zu Mittelspannungsmaschinen können so groß sein, dass dies der wichtigste bestimmende Faktor für die Spezifikation des Spannungsdienstes sein kann. Die höheren Kosten für Mittelspannungsgeräte können in Anwendungen mit langen Kabelwegen von der Verteilung leicht kompensiert werden.
Größe
Wenn der Platz eine Rolle spielt, sollte mehr als nur die Motorgröße als Wahl zwischen einem Nieder- oder Mittelspannungsmotor betrachtet werden, die sich auf die Komponenten im gesamten System auswirkt.
Niederspannungsantriebe sind kleiner als Mittelspannungsantriebe, wenn Anwendungen mit variabler Drehzahl bei der Motorauswahl eine Rolle spielen. Oberhalb von 1.000 PS beginnt dieses Verhältnis jedoch zu kippen, und die Antriebsgröße kann vergleichbar oder sogar kleiner sein. Aufgrund geringerer Stromstärken ermöglichen Mittelspannungsmotoren auch den Einsatz kleinerer versorgungsseitiger Schaltgeräte, Versorgungstransformatoren und Steuerungen.
Wicklungen
Um Kurzschlüsse zu vermeiden und die Langlebigkeit von Mittelspannungswicklungen zu erhalten, werden sie üblicherweise mit einem formgewickelten Isoliersystem hergestellt. Das Isolationssystem wird mit einem vakuumdruckimprägnierten (VPI) System versiegelt, das die Hohlräume in den Spulen füllt, um sie vor Kontamination zu schützen. Die Spulen sind außerhalb des Statorkerns angeordnet, um den idealen Abstand der Windungen zu gewährleisten, was einen Luftstrom um die Spulen herum ermöglicht, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Es ist ein arbeitsintensiverer Prozess, aber gut geeignet für die Härte der Spannungsimpulse eines Mittelspannungssystems. Darüber hinaus besteht aufgrund der kleineren Leiter, die in den Wicklungen verwendet werden, die Möglichkeit, mehr Windungen zu haben, sodass eine größere Flexibilität beim elektrischen Design besteht, wodurch spezifische Leistungsmerkmale erreicht werden können.
Bei Niederspannungsmotorwicklungen mit Leitern mit größerem Durchmesser gibt es mehr Einschränkungen für das elektrische Design, aber weniger Bedarf an präzise geordneten Spulen, die erforderlich sind, um der Mittelspannung standzuhalten. Aus diesem Grund können Niederspannungsmaschinen ein kostengünstigeres Zufalls- oder Mush-Wicklungsdesign mit einem gründlichen Tauch- und Einbrennlack verwenden, das häufig mit einer Vakuumimprägnierung der Wicklung gekoppelt ist, um sicherzustellen, dass das Isoliermaterial alle Hohlräume füllt . Das Ergebnis ist ein Niederspannungs-Isolierungssystem, das die Industriestandards für Langlebigkeit übertrifft und gleichzeitig die Leistungsmerkmale erreicht, die für ein breites Anwendungsspektrum erforderlich sind.
Wie bei allen guten Fragen lässt sich die Frage, ob man sich für ein Pumpensystem für einen Nieder- oder Mittelspannungsmotor entscheiden sollte, nicht leicht beantworten. Es sind mehrere Faktoren abzuwägen, einschließlich der Besonderheiten des Standorts und der Installation, die sich darauf auswirken, welcher Spannungsdienst für ein bestimmtes Projekt am besten geeignet ist. Bei der Auswahl eines Motors für eine Anwendung sollte die Bewertung dieser drei Faktoren den besten Allround-Motor für die Einrichtung ergeben.
Wayne Paschall ist Produktmarktspezialist bei ABB Inc. im Bereich Großmaschinen und Generatoren. Weitere Informationen finden Sie unter abb.com.
durch Wayne Paschall
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