טבעות הארקה כפיתרון לזליגות חשמל בצירי מנועים

מאת: אינג' יוסי טוכנר, מומחה רעידות לפי תקן ISO-18436 CAT-III מהנדס החברה חשמל מוטור בע"מ
 
רקע - זליגות חשמל
 
בשנים האחרונות עלה באופן משמעותי בתעשייה השימוש במנועי AC בשילוב מערכות משני תדר (VFD) כתחליף למנועי DC, לשם הנעת ציוד סובב במהירות משתנה.  השימוש במערכות אלה גורם להיווצרות זרם חשמלי על ציר המנוע, היוצר נזק למיסבי המנוע, במידה והציר אינו מוארק באופן יעיל לגוף המנוע.
 
זליגות חשמל הנגרמות כתוצאה משימוש במערכות VFD כאשר מנוע AC מבוקר על ידי VFD מצטברים על הרוטור שלו זרמים מזיקים. קצבי ההפעלה\ניתוק הרבים יוצרים פעימות PWM Pulse Width Modulation)), המגיעות מהטרנזיסטורים IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) אשר בתמורה יוצרים השראה חשמלית בתוך רוטור המנוע. זאת, כתוצאה מהקיבוליות החשמלית הפרזיטית בין הרוטור לסטטור. זרם הארקה זה מצטבר על ציר המנוע עד אשר הוא מוצא נתיב פריקה לגוף המנוע, לרוב דרך מיסבי המנוע.

 

 
 הצטברות הזרמים המזיקים גורמת להתכת מכתשים במסילות המיסבים, בדומה לפעולת עיכול פלדה EDM (Electrical Discharge Machining). כתוצאה מכך מתפתח נזק משמעותי ורעש חזק במיסבים ובסופו של דבר נגרם כשל לא מתוכנן למנוע. תופעה זו מתרחשת באופן שוטף במהלך עבודת מנוע  VFD בהיעדר הגנה ועלולה לגרום לנזק קשה למיסבי המנוע ואף למנוע כולו.
 
זרמים סיבוביים במנועי AC ו- DC גדולים בנוסף לנזק שנגרם למיסבי מנועי AC כתוצאה מעבודה עם VFD, מנועי AC ו- DC גדולים, שלהם צירים מעל קוטר 50 מ"מ, עלולים להיחשף לנזק במיסבים כתוצאה מזרמים סיבוביים. זרמים אלה נוצרים כתוצאה מחוסר איזון מושלם בשטף המגנטי, אשר גורם לזרמים להסתובב באופן מעגלי קדימה ואחורה בין הציר לגוף המנוע, ולהיפרק דרך המיסבים, המהווים את הנתיב בעל ההתנגדות הנמוכה ביותר.


 
 
 מכיוון שהזרמים נעים בחופשיות בתוך המנוע דרך הרוטור והמיסבים, יש הכרח לקצר את שטף הזרם, או להכין עבורו נתיב זרימה חלופי, על מנת למנוע נזק כבד למיסבים.
 
פתרונות לזליגות חשמל
 
פיתרון נפוץ לזליגות חשמל הוא שימוש במיסבים מבודדים\ היברידיים, ציפויים או טבעות בידוד למיסבים, במטרה למנוע את הנזק הנגרם להם כתוצאה מהיווצרות זרמים המחפשים נתיב קל להארקה לקרקע.

לשיטה זו מספר חסרונות משמעותיים:

• פתרונות הבידוד השונים אינם מונעים את הצטברות הזרמים ברוטור. הזרמים מחפשים נתיב חלופי להארקה ויכולים לזרום דרך המקשר או רצועות מוליכות ולפרוק עצמם דרך מיסבי המכונה אל הקרקע. כתוצאה מכך עשוי להיגרם נזק למיסבי המכונה\תמסורת\משאבה וכד'.

• למיסבים מבודדים\היברידיים, לבידוד קרמי או לטבעות בידוד יש גבול בידוד נקוב, ידוע וסופי. כאשר מצטברים ברוטור זרמים ברמות מעל ליכולת ההתמודדות של שיטות הבידוד השונות, הם זולגים בסופו של דבר דרך המיסבים, למרות הבידודים ודרכם.

• טבעות בידוד מסביב לטבעת החיצונית של המיסב יוצרות תווך מבודד חשמלית וטרמית. כתוצאה מאי הולכת החום מהמיסב אל גוף המנוע, נלכד חום רב במיסב. אי לכך, כמעט כל החום המיוצר במיסב עובר אל ציר המנוע, דבר הגורם להתפשטות ציר המנוע באזור המיסב, להידוק יתר של המיסב ואף לקיצור אורך חיי המיסב בטווח הרחוק.

• פיתרון נוסף הוא  הארקה בעזרת מוטות פחם או ברונזה, הלחוצים בעזרת קפיץ אל הציר. שיטה זו  מאבדת משמעותית מיעילותה לאחר מספר שבועות, עקב הצטברות חלודה, לכלוך וגריז על הציר. אלה מקטינים את רמת המוליכות בין הציר לפחם ומשאירים את המיסב, בעל הנתיב המוליך הטוב יותר, חשוף שוב לזליגות חשמל.

• פיתרון של שימוש בגריז מוליך מעבר לעלותו הגבוהה, פתרון זה אינו יעיל לאורך זמן בשל העובדה שהוא מאבד מיכולתו להוליך חשמל מהמיסב באופן אופטימאלי ככל שהחלקיקים המוליכים בגריז מתפרקים.

טכנולוגית טבעות ההארקה Shaft Grounding Ring™ Conductive MicroFiber™ של חברת Aegis
בניגוד לפתרונות שהוצגו, מהוות טבעות ההארקה של חברת Aegis פריצת דרך בהגנה על מיסבים מפני זליגות חשמל. לטבעות אלה יכולת למנוע את הצטברות הזרמים ברוטור ולשמור על נתיב פתוח שאינו מושפע ממגבלות חומרי הבידוד השונים.
 
טבעות ההארקה מטכנולוגית AEGIS Shaft Grounding Ring™ מציעות פתרון מהפכני להארכת חיי מנועי AC ו- DC, באמצעות מניעת מעבר זרמים חשמליים מזיקים דרך מיסבי המנועים. טבעות ההארקה מטכנולוגית AEGIS SGR™ בנויות על פי טכנולוגית Electron Transport Technology™, אשר מוגנת בפטנט ייחודי, המעניק להן יתרון על פני מוצרים מקבילים.
 
טבעות ההארקה AEGIS SGR™ מציעות שורה של יתרונות:

• טבעות ההארקה מטכנולוגית AEGIS SGR™ הן הפיתרון האופטימאלי וארוך הטווח ביותר מבין הפתרונות הקיימים כיום בשוק לנושא זליגות החשמל, כפי שהוכח במאות מכונות ובעשרות מפעלים בישראל וברחבי העולם. אריכות החיים של טבעות ההארקה מושגת באמצעות סיבי פחם מוליכים מסוג MicroFibers™, המתוכננים למגע רציף עם ציר מסתובב, תוך גריפת הלכלוך והגריז המצטבר על הציר ויצירה רצופה של מגע מחודש עם הציר, כמעט ללא התנגדות.

• טבעות ההארקה AEGIS SGR™ מותקנות בקלות, בהתקנה חיצונית על מכסי המנוע או בכל דרך אחרת לפי העדפת הלקוח, כולל שתילת הטבעת במכסי המנוע בתוך המגרעת המיועדת למחזיר השמן. כל הפתרונות האחרים דורשים פירוק והרכבת המנוע ו/או התקנת מרכיבים נוספים במנוע.

• טבעות ההארקה AEGIS SGR™ יעילות לפריקת חשמל מהרוטור אל גוף המנוע בכל תחום מהירות של כל ציוד סובב. ניתן להזמין טבעת הארקה כמעט בכל קוטר, לתחומי מהירות של עד 15,000 סל"ד למוצר המדף, ואף למהירויות גבוהות יותר למוצרים בהזמנה אישית.

• אין צורך באחזקה – אורך חיי הטבעות שווה לפחות לאורך חיי המיסבים במנוע.

• עלויות נמוכות משמעותית מעלות תיקון המנוע (פירוק, הרכבה, שיפוץ, זמן השבתה ועוד.)

• התאמה מושלמת לכל מנוע AC ו-DC בשוק.

 הטבלה הבאה משווה את יכולות טבעות ההארקה AEGIS SGR™ לפתרונות אחרים המוצעים בשוק:
 

	AEGIS SGR™	בידוד חיצוני לטבעת ע"י ציפוי קרמי	מיסב מבודד \ היברידי	מברשות פחם \ ברונזה	גוש פחם לחוץ עם קפיץ על הציר	גריז מוליך חשמל
מגן על המנוע והמכונה המחוברת אליו	כן	לא	לא	לא	לא	לא
קל להרכבה	כן	לא	לא	לא	לא	לא
עמיד בפני זיהומים	כן	-	-	לא	לא	-
יעיל בכל סל"ד	כן	כן	כן	לא	לא	לא
ללא צורך באחזקה	כן	כן	כן	לא	לא	לא

 
 
למידע נוסף ניתן לפנות לחברת חשמל מוטור במייל: office@hashmal-motor.co.il
 

כל הזכויות שמורות לחברת חשמל מוטור בע”מ. אין להעתיק, לשכפל, לצלם, לתרגם ו/או לאכסן במאגר מידע בכל דרך ו/או אמצעי מכני,דיגיטלי, אופטי, מגנטי ו/או אחר – חלק כלשהו מן המידע ו/או התכנים ו/או התמונות ו/או האיורים ו/או כל תוכן אחר שצורף ו/או נכלל במאמר זה, בין אם לשימוש פנימי ו/או לשימוש מסחרי. כל שימוש בתכני המאמר ללא אישור מפורש בכתב מחשמל מוטור בע”מ אסור בהחלט.