W poprzednich częściach cyklu zostały omówione mechaniczne uszkodzenia sprężarek. Czas powiedzieć o drugim typie uszkodzeń – uszkodzeniach elektrycznych. Jak już było wspomniane, uszkodzenia elektryczne to ponad 30% wszystkich uszkodzeń. Musimy jednak pamiętać, że uszkodzenia elektryczne powstają nie tylko jako niezależne uszkodzenia, ale też bardzo często jako efekt wtórny uszkodzenia mechanicznego. Jeżeli dojdzie do mechanicznego zablokowania wału sprężarki, a silnik sprężarki nie jest prawidłowo zabezpieczony, może dojść też do uszkodzenia uzwojeń silnika elektrycznego.

Mało tego, wał nawet nie musi być zablokowany, by doszło do uszkodzenia silnika. Wystarczy, że wystąpi zwiększony opór pracy sprężarki, a może dojść do przegrzania i uszkodzenia silnika. W drugą stronę to nie działa – jeśli dojdzie najpierw do uszkodzenia elektrycznego silnika sprężarki, nie będzie efektu domina i nie dojdzie do uszkodzenia mechanicznego. Uszkodzenie elektryczne nie pociąga efektem domina innych uszkodzeń sprężarki. Omawianie uszkodzeń powinniśmy zacząć od tych najpopularniejszych. Jeszcze kilka lat temu nie miałem z tym problemów – zaczynałem zawsze do uszkodzeń spowodowanych powstaniem łuku elektrycznego w sprężarce. Jeszcze nie dawno była to jedna z najczęstszych przyczyn uszkodzeń sprężarek chłodniczych. Jednak dziś jest to już marginalna przyczyna, którą możnaby nawet wykluczyć z omawiania uszkodzeń elektrycznych. A jednak cały czas to właśnie to uszkodzenie stawiam na pierwszym miejscu. Dlaczego? Jeden powód to zaskoczenie instalatorów, że można w taki sposób uszkodzić sprężarkę. Drugi powód to przeciwdziałanie uszkodzeniu – uważam, że znaczna redukcja tego typu uszkodzeń wynika z coraz lepszej edukacji instalatorów. A uszkodzenie przez powstanie łuku elektrycznego jest bardzo proste do wyeliminowania, a odpowiednie działania dają 100% skuteczność przeciwdziałania. Co to jednak jest ten łuk elektryczny i kiedy powstaje?

Jak dochodzi do uszkodzeń elektrycznych? Czego trzeba się wystrzegać, a co należy robić, by nie dochodziło do tego typu uszkodzeń? Czy samo wykonanie instalacji elektrycznej zgodnej ze wszystkimi zasadami, zaleceniami i normami jest wystarczającym działaniem zapobiegającym uszkodzeniom elektrycznym sprężarek chłodniczych? Spróbujemy odpowiedzieć na te pytania w miarę jak najdokładniej.

Łuk elektryczny, zwany popularnie efektem korony (rys. 1.), powstaje tylko w jednym przypadku – gdy w komorze silnika jest podciśnienie i w tym momencie silnik elektryczny zostanie zasilony energią elektryczną. Powietrze jest izolatorem, a więc podciśnienie powinno być jeszcze większym izolatorem. Ale w podciśnieniu powstają elektrony swobodne oraz pary cząsteczek metali odrywanych od materii. To zjawisko powstaje dopiero w podciśnieniu. Im większe podciśnienie, tym więcej cząstek metali oraz większe prędkości elektronów swobodnych. A to sprzyja powstawaniu łuku elektrycznego. Dzięki niewielkiej ilości cząstek metali powstały łuk ma tendencje samogaszenia, co jest często wykorzystywane przy urządzeniach rozłączających przepływ energii elektrycznej. Ale w przypadku sprężarek chłodniczych hermetycznych i półhermetycznych efekt samogaszenia jest już elementem wtórnym i powstałym po uszkodzeniu sprężarki. W momencie zasilenia sprężarki będącej w podciśnieniu dochodzi do powstania łuku na bolcach sprężarki, pomiędzy bolcami sprężarki a obudową sprężarki, a nawet między jej uzwojeniami. Po powstaniu takiego łuku dochodzi do nieodwracalnych uszkodzeń silnika sprężarki, jego uzwojeń. Uszkodzenia są wywołane przez bardzo wysoką temperaturę łuku elektrycznego.

Kiedy dochodzi do tego typu awarii? Najczęściej w trakcie uruchomienia instalacji. Instalatorzy, reklamując sprężarkę, bardzo często sami informują o przyczynach jej uszkodzenia. Nawet nie trzeba dochodzić do tej sprężarki, nie mówiąc o jej jakichkolwiek oględzinach, by wydać diagnozę uszkodzenia z prawie 100% pewnością. Często słyszałem z ust instalatora tego typu informację: „Ja nie wiem, ale coś z tą sprężarką jest nie tak. Wie Pan, robię instalację, później azot i próba ciśnienia, potem próżnia i czynnik. Włączam sprężarkę i nic. Ale ona wcześniej działała, bo sprawdzałem. No wie Pan, jak robiłem próżnię to sprawdziłem całą elektrykę, no wtedy sprężarka bez problemów się załączyła. A teraz, po napełnieniu czynnika już nie chce pracować. Ja nie wiem, o co chodzi.”.Ja za to już wiedziałem. A jak mówiłem, co jest przyczyną, to zdziwienie i tłumaczenia, „że ja tak od dawna robię i nic się nie stało”. Efekt korony nie zawsze powstanie, gdy sprężarka zostanie załączona w trakcie próżni. Muszą być też cząsteczki metalu i wolne elektrony. Bez tego nic się nie stanie. Druga sprawą jest fakt, że nawet jak powstanie efekt korony, to nie zawsze dojdzie do zniszczenia sprężarki. Czasem powstanie tylko ślad, ale sprężarka dalej będzie działać. Miałem okazję nie raz oglądać sprężarki, w których było widać efekt korony, ale przeżyły to i uległy uszkodzeniu wiele lat później z innych przyczyn. No dobrze, ale czy efekt korony powstaje tylko w przypadku takiego załączenia „na próbę” sprężarki? Nie. Efekt taki może powstać jeszcze w przypadku wykorzystywania sprężarek jako pompy próżniowej. Dziś już to też marginalny problem, bo prawie każdy instalator ma pompę próżniową (np. rys. 2.). Kiedyś tak nie było. Pompy próżniowe nie były tak łatwo dostępne jak obecnie, co powodowało, że nie każdy je miał. (…)

Rys. 2. Pompa próżniowa produkcji Rothenberger

Wspomniałem, że prawie każdy serwisant i instalator ma pompę próżniową. Dlaczego użyłem słowa „prawie”? Bo niestety cały czas możemy spotkać ekipy, które tego urządzenia nie mają. Kim oni są? Są to przede wszystkim dwie grupy. Pierwszą z nich są monterzy klimatyzatorów typu split. Ich działania ograniczają się najczęściej to przedmuchania zainstalowanych rurek czynnikiem chłodniczym, który znajduje się w klimatyzatorze. Działanie takie jest oczywiście nie dopuszczalne, ale ma też wpływ na cenę. Nie tylko instalator taki ma niższe koszty własne, bo nie musi amortyzować pompy próżniowej (i pewnie wielu innych urządzeń, które powinien mieć), ale też i czas jego pracy jest krótszy. Nikt przecież nie załącza pompy próżniowej na kilka sekund, a tyle trwa przedmuchanie instalacji za pomocą czynnika. O co jednak chodzi przy robieniu próżni w układzie? Praca pompy próżniowej to nie tylko kwestia usunięcia powietrza, ale najważniejszą kwestią jest usunięcie wody. Podciśnienie jest wytworzone dosyć szybko przez pompę próżniową. Słychać ten moment nawet w trakcie pracy pompy – odgłos jej pracy staje się inny. Czy w tym momencie można przerwać proces robienia próżni? Zdecydowanie nie, w tym momencie można powiedzieć: dopiero zaczynamy właściwy proces wytwarzania próżni. Woda w instalacji wykrapla się z powietrza i osiada w instalacji w postaci ciekłej, a nawet stałej (gdy temperatura otoczenia danego fragmentu instalacji jest poniżej 0°C). W trakcie robienia próżni wyciągamy jednak tylko i wyłącznie gaz. By woda stała się gazem, a więc parą wodną, należy ją ogrzać powyżej punktu parowania, a więc powyżej +100°C w warunkach normalnych. Ale to jest nie możliwe. Na szczęście woda może parować też przy niższszej temperaturze. Jak widać na załączonym wykresie (rys. 4.), woda paruje również przy niższym ciśnieniu. By woda parowała w temperaturze około 0°C, musimy jednak wytworzyć podciśnienie na poziomie 611,2 Pa w skali absolutnej. Jest to bardzo niskie ciśnienie, jednak osiągalne dla dobrych pomp próżniowych. Teoretycznie dobra pompa próżniowa dwustopniowa jest wstanie odessać instalację nawet do poziomu 3,0 Pa, ale pamiętajmy, że jest to graniczne ciśnienie cząstkowe, a nie rzeczywiste ciśnienie w instalacji, jakie można osiągnąć. W miarę obniżania ciśnienia w instalacji, w procesie odparowywania, woda z instalacji zaczyna parować. Każda odparowana cząstka wody podnosi jednak ciśnienie, co powoduje, że póki nie zostanie ona odessana, kolejna cząstka nie odparuje. Oczywiście, to uproszczony obraz tego, co się dzieje w instalacji w trakcie jej odsysania, ale obrazuje, dlaczego należy go wykonywać długo. A im chłodniej, tym ten proces powinien być dłużej wykonywany. W trakcie przedmuchania instalacji usuniemy tylko powietrze, a nie skroploną wodę. Pamiętajmy, że nie mówimy tu o ilościach wody tworzącej widoczne krople, ale o wodzie przywartej do ścian instalacji i nie widocznych gołym okiem. Bo nawet takie ilości są niebezpieczne dla instalacji i sprężarki. Część tej wody wprawdzie zostanie wyłapana przez filtr cieczowy, ale inna część zostanie zaabsorbowana przez olej w sprężarce, co jest już niebezpieczne. A dlaczego niebezpieczne, to wspomnimy dalej, omawiając uszkodzenia spowodowane przez powstające kwasy. (…)

Rys. 4. Wykres zależności ciśnienia i stanu skupienia dla wody

Wróćmy jednak do naszego efektu korony. Jak już wiemy, możemy spowodować ten efekt w trakcie próbnego uruchomienia sprężarki, w momencie, gdy w układzie jest próżnia oraz w przypadku, gdy próbujemy wytworzyć próżnię w układzie za pomocą sprężarki. Czy to jedyne sytuacje? Oczywiście, że nie. Należy jeszcze wspomnieć o trzecim popularnym przypadku, gdy dochodzi do powstania efektu korony. W omawianych przypadkach do efektu korony dochodziło nie tylko w wyniku błędnego działania serwisanta, ale też bezpośrednio przy nim. W trzecim przypadku dochodzi do powstania efektu korny w przypadku wadliwie ustawionych presostatów niskiego ciśnienia lub wręcz ich braku. Jeżeli sprężarka jest sterowana na podstawie ciśnienia ssania, nie ma najczęściej problemu. Układ regulacji jest zawsze regulowany i ustawiany, sprężarka wyłącza się przy spadku ciśnienia ssania, a załącza się przy jego wzroście. W tego typu układach sprężarka załączy się dopiero po wzroście ciśnienia, a nawet dla układów mroźniczych pracujących w okolicy ciśnienia 0 bar atmosferycznego, a więc na granicy podciśnienia, rozruch następuje powyżej tego ciśnienia. Zresztą wyłączenie sprężarki też powinno nastąpić powyżej ciśnienia 0 bar, nawet w przypadku, gdy tego nie zrobi sterownik (ze względu np. na minimalny czas pracy), powinien to zrobić presostat zabezpieczający niskiego ciśnienia. Należy jednak podkreślić jeszcze raz, że nawet w przypadku, gdy ciśnienie ssania spadnie poniżej 0 bar, ponieważ źle został ustawiony presostat zabezpieczający niskiego ciśnienia, a sterownik przeciągnął pracę sprężarki ze względu na np. minimalny czas pracy, ponowne uruchomienie nastąpi dopiero po wzroście ciśnienia. Należy też pamiętać, że w przypadku aplikacji, gdy ciśnienie ssania w trakcie normalnej pracy jest poniżej 0 bar, należy zastosować sprężarkę dwustopniową (np. rys. 5.). Wtedy ciśnienie w komorze silnika jest równe ciśnieniu międzystopnia, a nie ciśnieniu ssania, co eliminuje ryzyko powstania efektu korony. Inaczej może wyglądać sytuacja w przypadku sprężarek sterowanych temperaturą, które nie są odsysane. W takim przypadku może dojść do niekontrolowanego obniżenia się ciśnienia ssania i dalszej pracy sprężarki. Do takiej sytuacji może dojść w przypadku zacięcia się zaworu rozprężnego, zatkania się fi ltra osuszacza, zmniejszenia się przepływu rurociągiem cieczowym z innego względu czy też nawet w przypadku braku czynnika. Oczywiście, powinien w takim przypadku zadziałać presostat zabezpieczający niskiego ciśnienia. Ale nie zawsze on jest, a jak jest, to nie zawsze jest on dobrze ustawiony. Może dojść wtedy do niebezpiecznej sytuacji. Sprężarka pracuje na bardzo niskim ciśnieniu, oczywiście w komorze nie osiągamy odpowiedniej temperatury, presostat niskiego ciśnienia nie rozłącza sprężarki, bo go nie ma lub jest za nisko ustawiony. Przychodzi czas odszraniania, sprężarka zostaje wyłączona na podciśnieniu, kończy się odszranianie, ale ciśnienie na ssaniu nie ulega zmianie lub ulega w niewielkim stopniu (w trakcie odszraniania w parowniku nie było ciekłego czynnika, który podniósłby ciśnienie ssania w czasie grzania) i jest cały czas za niskie, zostaje załączony układ chłodzenia i sprężarka startuje mimo podciśnienia – to jeden z możliwych scenariuszy, jednak najbardziej popularny. Sytuacja taka rzadko zdarza się zaraz po uruchomieniu instalacji, najczęściej ma miejsce już po dłuższym okresie pracy, liczonym nie w tygodniach czy nawet miesiącach, ale w latach. Mamy więc omówione przypadki, gdy może dojść do powstania łuku elektrycznego wewnątrz sprężarki. A jak tego uniknąć? Jak pisałem na początku, jest to bardzo prosta sprawa:

• nigdy nie załączamy sprężarki na podciśnieniu,

• uruchamiamy sprężarkę dopiero po chociaż wstępnym podniesieniu ciśnienia ssania,

• nie używamy sprężarki do robienia próżni,

•  zawsze stosujemy presostat zabezpieczający niskiego ciśnienia, najlepiej niezależny dla każdej sprężarki i podłączony bezpośrednio do jej korpusu,

•  prawidłowo ustawiamy presostat zabezpieczający niskiego ciśnienia,

• do aplikacji bardzo niskotemperaturowych stosujemy sprężarki dwustopniowe.

Proste, prawda?

Tymczasem zachęcam do przeczytania kolejnej części cyklu, w której omówię m.in. powstawanie kwasów w instalacji.

Koniec cz. 4. 

Autor: Bartosz Nowacki