Che cos'è un soft starter a media tensione e perché il tuo grande motore ne ha bisogno?

Cos'è esattamente un soft starter a media tensione?

Un soft starter a media tensione è un dispositivo di controllo elettronico utilizzato per avviare e arrestare motori a induzione CA di grandi dimensioni che funzionano nell'intervallo da 2,3 kV a 15 kV. Invece di mandare il motore a piena tensione nel momento in cui viene acceso, un soft starter a media tensione aumenta gradualmente la tensione e la corrente, consentendo al motore di accelerare gradualmente fino alla massima velocità. Questo approccio "morbido" è il motivo per cui la tecnologia porta il suo nome: sostituisce l'avvio duro e sobbalzante di un tradizionale avviatore su tutta la linea con una rampa controllata e delicata.

Nelle industrie pesanti come quella mineraria, del cemento, del trattamento delle acque, del petrolio e del gas e della produzione di energia, i motori sono spesso enormi, a volte migliaia di cavalli. L'avvio diretto di questi motori può causare massicce correnti di spunto, shock meccanici e abbassamenti di tensione che si propagano attraverso l'intera rete elettrica. Un soft starter a media tensione risolve questo problema alla radice gestendo esattamente quanta tensione riceve il motore durante i primi secondi di funzionamento.

Come funziona un soft starter a media tensione?

Al centro di un softstarter di media tensione ci sono i tiristori (raddrizzatori controllati al silicio) o simili dispositivi a semiconduttore di potenza. Questi componenti si trovano tra l'alimentatore e il motore e sono controllati per aprirsi in un punto specifico in ciascun ciclo di tensione CA. Regolando l'"angolo di accensione" dei tiristori, l'avviatore statico controlla la quantità di ciascuna onda di tensione che raggiunge effettivamente il motore.

Durante l'avvio, l'angolo di accensione inizia a essere restrittivo e si apre gradualmente in un tempo di rampa prestabilito, solitamente compreso tra 5 e 60 secondi a seconda del carico. Quando l'angolo si apre, più tensione raggiunge il motore e questo accelera senza intoppi. Una volta che il motore raggiunge la massima velocità, molti avviatori statici di media tensione utilizzare un contattore di bypass per instradare l'alimentazione direttamente al motore, bypassando completamente i tiristori. Ciò protegge l'elettronica dallo stress termico continuo e migliora l'efficienza complessiva del sistema durante il normale funzionamento.

Componenti tipici all'interno del sistema

• Moduli di potenza a tiristori per il controllo della tensione
• Scheda logica di controllo o microprocessore per la programmazione delle rampe
• Contattore di bypass per ridurre il calore una volta alla massima velocità
• Sistema di raffreddamento, spesso ad aria forzata o a liquido per unità ad alta potenza
• Relè di protezione per sovracorrente, sottotensione e guasti termici

Perché le strutture scelgono gli avviatori statici a media tensione

L'attrattiva di un soft starter a media tensione va oltre un semplice avvio più fluido. Influisce direttamente sulla durata delle apparecchiature, sui costi energetici e persino sulle dimensioni dell’infrastruttura elettrica che una struttura deve installare. Di seguito sono riportati i principali vantaggi evidenziati dagli impiantisti nel giustificare l'investimento.

• Corrente di spunto ridotta, che può ridurre la corrente di avviamento da 6-8 volte a pieno carico fino a 2-4 volte
• Minore stress meccanico su giunti, scatole del cambio, cinghie e alberi durante l'accelerazione
• Ridotti cali di tensione che potrebbero altrimenti disturbare le apparecchiature sensibili sullo stesso alimentatore
• Decelerazione controllata o arresto graduale, che aiuta a prevenire i colpi d'ariete nelle applicazioni con pompe
• Maggiore durata del motore e dei componenti meccanici grazie al minor numero di shock termici e meccanici
• Requisiti di dimensionamento più piccoli del generatore o del trasformatore poiché la domanda di picco è ridotta

Avviatore statico a media tensione e azionamento a frequenza variabile: quale è adatto?

Questa è una delle domande più comuni che gli ingegneri devono affrontare quando specificano le apparecchiature di controllo del motore. Sia un soft starter a media tensione che un azionamento a frequenza variabile (VFD) possono controllare la corrente di avviamento, ma hanno scopi diversi. Un soft starter gestisce solo le fasi di accelerazione e decelerazione, quindi lascia girare il motore a piena velocità fissa. Un VFD, invece, varia continuamente sia la tensione che la frequenza, garantendo il pieno controllo della velocità durante l'intero ciclo operativo.

In breve, se un processo funziona a una velocità costante una volta avviato e funzionante, come un trasportatore, una ventola o una pompa a velocità fissa, un avviatore statico a media tensione è solitamente la scelta più economica e affidabile. Se il processo necessita di cambiamenti di velocità costanti, un VFD recupera il costo maggiore attraverso il risparmio energetico.

Applicazioni comuni in tutti i settori

Gli avviatori statici a media tensione vengono utilizzati ovunque i motori di grandi dimensioni necessitino di un avviamento controllato e affidabile. Alcuni dei casi d'uso più comuni includono:

• Grandi pompe centrifughe negli impianti di trattamento delle acque e delle acque reflue
• Ventilatori a tiraggio indotto e forzato negli impianti di produzione di energia
• Frantoi, trasportatori e mulini nel settore minerario e nella lavorazione dei minerali
• Compressori utilizzati nella lavorazione di petrolio, gas e petrolchimico
• Azionamenti di forni e ventilatori ID negli impianti di produzione del cemento

Come scegliere il giusto soft starter a media tensione

Selezionare l'unità corretta non significa solo abbinare la tensione nominale. Gli ingegneri devono esaminare il quadro completo del motore, del carico e delle condizioni del sito prima di prendere una decisione.

Caratteristiche del motore e del carico

Confermare la tensione, la corrente e la potenza nominale del motore, quindi considerare il profilo della coppia di carico. I carichi ad alta inerzia come i grandi ventilatori o i frantoi richiedono tempi di rampa più lunghi e limiti di corrente più elevati rispetto ai carichi più leggeri come le pompe.

Frequenza di avvio e ciclo di lavoro

Se il motore si avvia frequentemente durante il giorno, la progettazione termica e il sistema di raffreddamento dell'avviatore statico devono gestire cicli ripetuti senza surriscaldarsi. È qui che le unità raffreddate a liquido spesso superano le versioni raffreddate ad aria nelle applicazioni più impegnative.

Ambiente del sito

L'altitudine, la temperatura ambiente, l'umidità e i livelli di polvere influiscono tutti sul modo in cui un soft starter a media tensione deve essere chiuso e raffreddato. Le installazioni costiere o offshore possono anche richiedere involucri resistenti alla corrosione e gradi di protezione aggiuntivi.

Migliori pratiche di installazione e manutenzione

Una corretta installazione e una manutenzione continua sono ciò che mantiene un soft starter di media tensione affidabile per tutta la sua vita utile, che può durare da 15 a 20 anni con la dovuta cura. Di seguito sono riportate le pratiche che riducono costantemente i tempi di inattività e i guasti imprevisti.

• Pianifica scansioni termiche periodiche per individuare le connessioni allentate prima che si guastino
• Mantenere le ventole di raffreddamento, i filtri e i dissipatori di calore puliti e privi di accumuli di polvere
• Verificare regolarmente il funzionamento del contattore di bypass poiché trasporta la piena corrente di funzionamento
• Testare annualmente i relè di protezione e le impostazioni di guasto per garantire che scattino correttamente
• Registra la corrente di avvio e i tempi di rampa nel tempo per individuare i primi segnali di degrado del motore o dell'avviatore

Un soft starter a media tensione ben mantenuto non solo protegge il motore a cui è accoppiato, ma protegge anche l'intero sistema elettrico, riduce le interruzioni non pianificate e, in definitiva, consente di risparmiare denaro sia sui costi energetici che sulla sostituzione delle apparecchiature nel corso degli anni.