I quadri di controllo delle gru combinano distribuzione di potenza, azionamenti a frequenza variabile (VFD), controllo PLC, sensori, finecorsa e interfacce di comunicazione. Poiché le gru spesso operano con cavi lunghi, apparecchiature in movimento ed esposizione all'esterno, la protezione contro le sovratensioni dovrebbe essere valutata come un'architettura completa del sistema di controllo, piuttosto che come un singolo SPD nel punto di ingresso dell'alimentazione.
Questa guida si concentra specificamente sulla protezione contro le sovratensioni per quadri di controllo gru, gru a ponte, gru a portale e apparecchi di sollevamento correlati. È rivolta ai costruttori OEM di gru, ai realizzatori di quadri di controllo, agli integratori di sistemi industriali e ai team di manutenzione che devono stabilire quali circuiti richiedono protezione e quali informazioni devono essere confermate prima di selezionare uno SPD.
Un quadro di controllo gru richiede normalmente una valutazione separata della protezione contro le sovratensioni per l'alimentazione AC in ingresso, l'alimentazione del VFD, i circuiti di controllo a bassa tensione e le linee di segnale o di comunicazione esterne. La configurazione finale dell'SPD dipende dalla tensione del sistema, dal sistema di messa a terra, dal percorso dei cavi, dall'ambiente di installazione e dalla progettazione elettrica specifica del progetto.
| Sezione gru | Considerazione sulla protezione | Informazioni richieste dall'acquirente |
|---|---|---|
| Alimentazione AC principale | SPD AC sul lato di alimentazione del quadro di controllo | Tensione, fase, sistema di messa a terra |
| Lato di ingresso del VFD | Protezione contro le sovratensioni AC coordinata con il sistema di azionamento | Modello VFD, tensione di alimentazione, posizione di installazione |
| PLC e controllo a 24 V DC | Valutazione della protezione del circuito di controllo in DC | Tensione di controllo, percorso del cablaggio e interfaccia |
| Finecorsa, sensori e comunicazioni | SPD per segnale o interfaccia, se richiesto | Tipo di segnale, lunghezza del cavo ed esposizione esterna |
Il punto chiave è semplice: un unico SPD AC non può proteggere automaticamente tutti i circuiti all’interno e all’esterno di un quadro di controllo per gru.
Per i quadri di controllo per gru OEM, il fornitore necessita della reale architettura elettrica. Tensione di sistema, messa a terra, configurazione del VFD, tensione di controllo, interfacce di segnale e posizione di installazione influenzano la configurazione finale dello SPD.
L’architettura sopra mostra perché la protezione contro le sovratensioni per gru è normalmente una decisione ingegneristica multi-punto. Le linee di alimentazione e le linee di controllo sul campo possono entrare nello stesso quadro attraverso percorsi elettrici diversi, quindi ogni interfaccia dovrebbe essere valutata in base al proprio livello di tensione e alla propria funzione.
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Perché i quadri di controllo delle gru richiedono una valutazione della protezione contro le sovratensioni
Un quadro di controllo per gru è più di un involucro per il controllo motore. I moderni sistemi per gru possono includere VFD, moduli PLC, contattori, relè di controllo, alimentatori a 24 V DC, apparecchiature di comunicazione e dispositivi di campo legati alla sicurezza. Questi circuiti non hanno tutti le stesse caratteristiche di tenuta alle sovratensioni.
I possibili percorsi di sovratensione o transitori possono includere:
- Cavi di alimentazione in ingresso: disturbi di sovratensione esterni possono entrare attraverso l’alimentazione elettrica della gru.
- Cavi di traslazione lunghi: i sistemi di gru mobili o su rotaia spesso utilizzano percorsi di cavo estesi tra l’alimentazione principale, il carrello e le apparecchiature di campo.
- Operazioni di commutazione: motori, contattori e apparecchiature di elettronica di potenza possono generare transitori di commutazione all’interno del sistema elettrico.
- Cablaggio di controllo esterno: gli interruttori di fine corsa, i sensori, i comandi remoti e le linee di comunicazione possono fornire percorsi separati verso il quadro.
La progettazione della protezione dovrebbe seguire i percorsi elettrici effettivi in ingresso e in uscita dal quadro di comando della gru. Non si può presumere che un dispositivo installato su un circuito protegga un altro circuito con un diverso livello di tensione o un'interfaccia diversa.
Tipi di gru in cui la scelta degli SPD è comunemente considerata
| Applicazione gru | Problema elettrico tipico | Ambito della protezione |
|---|---|---|
| Gru a ponte | Cavi mobili, commutazione dei motori e comandi distribuiti | Alimentazione in ingresso più interfacce di comando di campo |
| Gru a cavalletto | Esposizione all’aperto e cablaggio esteso lungo la via di corsa | Punti di ingresso di alimentazione, controllo e comunicazione |
| Gru portuale | Umidità, atmosfera salina e cablaggio esteso sul campo | Protezione elettrica e idoneità ambientale |
| Sistema di gru automatizzato | PLC, sensori, encoder e reti di comunicazione | Coordinamento tra alimentazione e interfacce di segnale |
Questi sono esempi di ingegneria, non regole universali di installazione. Il requisito finale dipende dalla progettazione della gru, dalla valutazione del rischio del progetto e dalle norme elettriche applicabili.
Dove dovrebbe essere installato l'SPD in un quadro di controllo gru?
L’installazione dell’SPD deve seguire l’effettiva architettura elettrica della gru. La domanda più importante non è semplicemente “Dove può essere installato un SPD?”, ma “Attraverso quali conduttori può raggiungere l’apparecchiatura un transitorio dannoso?”
1. Lato alimentazione CA in ingresso
L’alimentazione CA in ingresso è normalmente il primo punto di protezione da valutare. L’SPD deve essere idoneo alla tensione di sistema effettiva, alla configurazione delle fasi e al sistema di messa a terra. La selezione deve inoltre considerare la posizione di installazione e il coordinamento con i dispositivi di protezione a monte o a valle.
Quando si richiede un SPD CA per un quadro di controllo della gru, fornire la tensione nominale del sistema, la configurazione delle fasi, il tipo di messa a terra e la posizione in cui l’SPD verrà installato.
2. Lato alimentazione VFD
Gli azionamenti di sollevamento e traslazione delle gru spesso utilizzano inverter a frequenza variabile. La protezione contro le sovratensioni per un sistema VFD deve essere valutata sul lato di alimentazione e coordinata con i requisiti di installazione del produttore dell’azionamento.
La forma d’onda di commutazione sull’uscita motore di un VFD non è lo stesso fenomeno ingegneristico di un picco esterno. Pertanto, non si deve aggiungere un SPD all’uscita del VFD solo perché l’azionamento genera transizioni rapide di tensione. Qualsiasi dispositivo installato attorno all’uscita dell’azionamento deve essere specificamente approvato per tale applicazione dal produttore dell’apparecchiatura e dal progettista del progetto.
3. PLC e circuiti di comando a 24 V CC
I PLC e i circuiti di comando a bassa tensione possono essere alimentati tramite un’alimentazione a 24 V CC o un’altra tensione di controllo. Questi circuiti devono essere valutati separatamente dall’alimentazione CA principale perché la tensione di esercizio e il livello di protezione accettabile sono diversi.
Un SPD CC deve corrispondere alla tensione di controllo effettiva e alle caratteristiche del circuito. Il modello corretto deve essere confermato dallo schema di comando, non dedotto dalla tensione di alimentazione principale della gru.
4. Finecorsa, sensori e dispositivi di campo
Gli interruttori di fine corsa, i sensori di prossimità, gli encoder e altri dispositivi di campo possono trovarsi lontano dal quadro di comando. I lunghi percorsi esterni dei cavi possono creare un percorso di sovratensione separato verso il PLC o i terminali I/O.
La protezione del segnale deve essere selezionata in base alla tensione del segnale, al tipo di interfaccia, alla corrente, alla larghezza di banda o alle caratteristiche dei dati, ove pertinenti. Uno SPD AC di rete non sostituisce uno SPD per linea di segnale.
5. Circuiti del pendente e del telecomando
I comandi pendenti cablati e i ricevitori del telecomando devono essere esaminati in base al loro effettivo metodo di connessione. Se una linea di comando esce dal quadro protetto e percorre un tratto esposto o lungo, tale interfaccia può richiedere una valutazione separata della protezione.
I circuiti di potenza, i circuiti di comando in DC e le interfacce di comunicazione operano a diversi livelli di tensione e possono utilizzare principi di protezione differenti. Ogni cavo che entra o esce dal sistema di comando della gru deve essere esaminato in base alla sua funzione.
Scelta dell'SPD per i circuiti di alimentazione, VFD e controllo della gru
Il confronto sopra separa i principali circuiti della gru perché ciascuno richiede informazioni di selezione diverse. Questo è particolarmente importante per i progetti OEM di quadri di comando, in cui lo SPD deve essere confermato prima che il layout del quadro e il cablaggio vengano definiti.
Selezione dello SPD per l'alimentazione AC
Per l'alimentazione in ingresso della gru, confermare:
- tensione nominale del sistema;
- tensione massima di esercizio prevista, ove pertinente;
- configurazione monofase o trifase;
- sistema di messa a terra;
- tipo di SPD richiesto e ubicazione di installazione;
- coordinamento con la protezione di backup e altri SPD presenti nell'installazione.
Una tensione nominale dello SPD più elevata non significa automaticamente una protezione migliore. Lo SPD deve rimanere idoneo alla tensione effettiva di esercizio, fornendo al contempo un adeguato livello di protezione per le apparecchiature a valle.
Considerazioni sulla protezione del VFD
Per una gru con motori di sollevamento o traslazione comandati da VFD, confermare la tensione di ingresso del drive, la configurazione di distribuzione a monte e se sia già installato un altro SPD nel quadro di alimentazione.
La configurazione finale deve seguire la documentazione del costruttore del VFD e il progetto elettrico dell'impianto. Non assumere che una posizione generica dello SPD sia adatta a ogni sistema di azionamento.
Protezione di controllo e comunicazione
I circuiti di controllo e comunicazione richiedono una selezione specifica in base all’interfaccia. Gli esempi possono includere I/O PLC, RS485, Ethernet e circuiti sensori a bassa tensione.
Il SPD deve essere compatibile con la normale tensione del segnale e con le caratteristiche dell’interfaccia. Per i circuiti di comunicazione, potrebbero essere necessari anche la conferma di ulteriori parametri, come le caratteristiche di trasmissione e il metodo di connessione.
Binari esterni, cavi lunghi e apparecchiature sul campo
I sistemi di gru outdoor e di gru mobili presentano spesso una quantità maggiore di cablaggio sul campo rispetto a un quadro di comando fisso per interni. Lunghi percorsi di cavo possono collegare il quadro principale alle apparecchiature del carrello, agli I/O remoti, ai sensori, ai finecorsa o ai comandi dell’operatore.
Questo rende il percorso dei cavi un aspetto importante della valutazione della protezione contro le sovratensioni. Una valutazione tecnica pratica dovrebbe identificare:
- quali cavi escono dal quadro di comando principale;
- quanto lontano si estendono;
- se percorrono ambienti esterni o passano accanto a grandi conduttori di potenza;
- dove i dispositivi di campo sono messi a terra o collegati equipotenzialmente;
- se il cavo entra in un altro armadio locale prima di raggiungere il dispositivo.
Laddove una linea di campo crea un percorso di esposizione separato, può essere necessaria una protezione a una o entrambe le estremità a seconda del circuito, della progettazione del sistema e dei requisiti di progetto applicabili. Ciò deve essere verificato caso per caso.
Ambienti portuali, ad alta umidità e corrosivi
Le gru portuali e le altre attrezzature di sollevamento per esterni possono operare in ambienti umidi, salini o corrosivi. Queste condizioni non modificano la funzione elettrica di base di uno SPD, ma possono influire sulla scelta del contenitore, sui terminali, sulle condizioni di montaggio e sui requisiti di manutenzione a lungo termine.
Lo SPD stesso e l’installazione circostante devono essere idonei alle condizioni ambientali specificate dal progetto. Non si deve presumere che una condizione di installazione interna su guida DIN sia automaticamente idonea a un luogo esterno esposto.
Per progetti di gru portuali o per esterni, fornite l’ambiente di installazione insieme ai parametri elettrici. Le condizioni ambientali possono influire sul contenitore e sul metodo di installazione anche quando il valore nominale elettrico dello SPD è altrimenti adeguato.
La messa a terra e il collegamento equipotenziale sono fondamentali
Le prestazioni dello SPD dipendono dall’intera installazione, non solo dalle specifiche del dispositivo. I conduttori di collegamento, la messa a terra e il collegamento equipotenziale possono influenzare la tensione residua che raggiunge le apparecchiature protette.
I conduttori di collegamento dello SPD devono essere mantenuti il più corti e diretti possibile, secondo le regole di installazione applicabili e la progettazione del progetto. Conduttori lunghi o inutilmente ad anello possono aumentare la tensione induttiva durante una sovratensione.
La configurazione esatta di messa a terra e di collegamento equipotenziale deve seguire la progettazione elettrica della gru e le norme applicabili. Non dovrebbe essere improvvisata basandosi soltanto su un articolo generale.
Errori comuni nella scelta degli SPD per gru
| Errore | Perché è un problema | Approccio ingegneristico migliore |
|---|---|---|
| Proteggere solo l’alimentazione CA in ingresso | Le linee esterne di segnale e comunicazione possono rimanere esposte | Esaminare ogni cavo che entra o esce dal sistema di controllo |
| Selezionare lo SPD solo in base ai kW del motore | La potenza del motore non definisce la tensione dello SPD né il tipo di interfaccia | Utilizzare la tensione del sistema, il regime di messa a terra e la funzione del circuito |
| Usare uno SPD di potenza su un circuito di segnale | Le caratteristiche elettriche possono essere incompatibili | Selezionare uno SPD progettato per la specifica interfaccia di segnale |
| Ignorare il percorso dei cavi | Cavi di campo lunghi possono creare un ulteriore percorso di sovratensione | Esaminare la distanza tra il dispositivo e i cavi esposti |
| Scegliere una tensione nominale più elevata “per sicurezza” | Una maggiore capacità di tensione continua non offre automaticamente un livello di protezione inferiore | Abbinare l'SPD alle effettive condizioni operative del sistema |
Controlli dello stato dell'SPD e pianificazione della manutenzione
I team di manutenzione delle gru dovrebbero includere i controlli dello stato degli SPD nel piano di manutenzione elettrica. La frequenza delle ispezioni dovrebbe seguire il programma di manutenzione dell'apparecchiatura, le istruzioni del produttore e le condizioni del sito.
- Controllare l'indicatore visivo di stato, se l'SPD ne è dotato.
- Ispezionare il modulo e i terminali per verificare eventuali segni visibili di surriscaldamento o danni.
- Verificare che i conduttori e i collegamenti ai terminali rimangano saldi secondo la procedura di manutenzione.
- Registrare le date di sostituzione e i riferimenti del modulo.
- Qualora vengano utilizzati contatti di stato remoti, verificare che il circuito di monitoraggio funzioni correttamente.
Un'indicazione di guasto o fine vita deve essere gestita secondo le istruzioni del produttore dell'SPD e la procedura di sicurezza elettrica del progetto.
Prima di ordinare: checklist dell'SPD per il quadro di controllo gru
- tipo di gru: a ponte, a cavalletto, portuale, paranco o altra apparecchiatura di sollevamento;
- tensione nominale del sistema CA e configurazione di fase;
- sistema di messa a terra;
- tensione di ingresso del VFD e modello, ove applicabile;
- tensione del PLC e del circuito di controllo;
- tipi di segnale di finecorsa, sensore ed encoder;
- RS485, Ethernet o altre interfacce di comunicazione;
- lunghezza approssimativa del cavo esterno e instradamento del cavo;
- ambiente interno, esterno, umido, portuale o corrosivo;
- spazio disponibile per installazione su guida DIN o in armadio;
- norme, certificazioni o documenti tecnici richiesti;
- requisiti per etichette OEM, imballaggio o documentazione.
Il flusso di lavoro sopra trasforma il processo di selezione dello SPD per gru in una sequenza pratica: innanzitutto comprendere il sistema elettrico della gru, quindi identificare i circuiti esposti, confermare le condizioni di installazione e solo a quel punto finalizzare la configurazione dello SPD.
Invia la tensione del quadro di comando della gru, la configurazione di messa a terra, le informazioni sul VFD e le interfacce protette. LEEYEE può esaminare le informazioni disponibili e aiutare a identificare una configurazione SPD adatta per quadri gru OEM e applicazioni di sollevamento industriale. La selezione finale deve comunque essere confermata in base ai disegni di progetto e ai requisiti dell'attrezzatura.
Domande frequenti
Ogni quadro di comando della gru necessita di uno SPD?
Non a ogni gru può essere data la stessa risposta senza esaminare l'installazione. La necessità e la configurazione degli SPD dipendono dall'impianto elettrico, dalle condizioni di esposizione, dalla sensibilità delle apparecchiature, dalle norme applicabili e dalla valutazione del rischio del progetto.
Dove dovrebbe essere installato un SPD in un quadro di comando di una gru a ponte?
L'alimentazione AC in ingresso è normalmente uno dei primi punti da valutare. I circuiti di alimentazione del VFD, i comandi a bassa tensione e le interfacce esterne sul campo possono richiedere una protezione aggiuntiva a seconda dell'architettura della gru e dell'esposizione dei cavi.
Un singolo SPD AC di Tipo 2 può proteggere l'intera gru?
Non necessariamente. Un SPD AC di Tipo 2 protegge il circuito a cui è correttamente collegato. Non fornisce automaticamente una protezione adeguata per i comandi a 24 V DC, RS485, Ethernet, sensori o altre interfacce di segnale.
Va installato uno SPD sull'uscita del VFD verso il motore della gru?
Non darlo per scontato. L'uscita di un VFD contiene forme d'onda a commutazione rapida e le apparecchiature collegate devono essere specificamente idonee a tale ambiente. Prima di installare qualsiasi dispositivo di protezione contro le sovratensioni sull'uscita dell'azionamento, seguire la documentazione del costruttore del VFD e il progetto dell'impianto.
I finecorsa e i sensori della gru richiedono una protezione separata contro le sovratensioni?
Potrebbero richiederla, specialmente quando cavi lunghi o instradati all'esterno collegano i dispositivi sul campo all'elettronica di comando sensibile. La selezione dipende dal tipo di segnale, dalla tensione, dalla configurazione del cablaggio e dalle condizioni di esposizione.
Quali informazioni dovrebbe fornire un OEM di gru a un fornitore di SPD?
Al minimo, fornire la tensione del sistema di alimentazione, la configurazione delle fasi, il sistema di messa a terra, i dettagli del VFD, la tensione di comando, le interfacce di segnale esterne, le condizioni dei cavi e l'ambiente di installazione. Questi dati consentono al fornitore di valutare i circuiti reali invece di procedere per ipotesi in base alle dimensioni della gru o alla potenza del motore.
