Защита на мотори: Типове, дефекти и устройства
Системата за защита на моторите е набор от устройства и методи, които защитават електрическия мотор от различни дефекти и повреди. Електрическият мотор е ключов компонент в много индустриални и домашни приложения, от малки апарати до големи машини. Поради това е важно да се гарантира правилното функциониране и безопасността на мотора и неговата верига.
В тази статия ще обсъдим видовете моторни дефекти, видовете устройства за защита на моторите и как да ги изберете според Националния електротехнически кодекс (NEC) и характеристиките на мотора.
Какво е моторен дефект?
Моторният дефект е състояние, което причинява моторът да работи аномално или да се повреди. Моторните дефекти могат да бъдат класифицирани в две основни категории:
Външни дефекти: Това са дефекти, които произлизат от мрежата за доставка на енергия или от нагрузката, свързана с мотора. Някои примери за външни дефекти са:
Небалансирани напрежения: Това се случва, когато трите фази не са равни по величина или ъгъл. Това може да причини негативни последователности на тока в мотора, които произвеждат допълнителни загуби, нагряване и пулсиращ момент.
Поднапряжение: Това се случва, когато напрежението в мрежата падне под номиналната стойност на мотора. Това може да причини намален момент, увеличен ток и прекомерно нагряване на мотора.
Обратна фазова последователност: Това се случва, когато редът на фазите в мрежата е обърнат. Това може да причини обратно въртене на мотора, което може да повреди нагрузката или самия мотор.
Губене на синхронизация: Това се случва, когато синхронният мотор губи своя магнитен замък с честотата на мрежата. Това може да причини изключително просъбляване, търсене и нестабилност на мотора.
Вътрешни дефекти: Това са дефекти, които произлизат от мотора или от управляемата машина. Някои примери за вътрешни дефекти са:
Повреда на подложките: Това се случва, когато подложките, които поддържат вала на мотора, се износват или заседат поради триене, проблеми с смазката или механично напрежение. Това може да причини шум, вибрации, неправилно положение на вала и блокиране на мотора.
Прекомерно нагряване: Това се случва, когато температурата на мотора надхвърли термичната му граница поради прекомерна нагрузка, недостатъчно охлаждане, околна среда или разрушаване на изолацията. Това може да причини влошаване на изолацията, повреда на витниците и намалена ефективност на мотора.
Повреда на витниците: Това се случва, когато витниците на мотора са късо-замкнати или отворени поради разрушаване на изолацията, механично напрежение или външни дефекти. Това може да причини искри, дим, пожар и губене на момент в мотора.
Земен дефект: Това се случва, когато един от фазовите проводници на мотора докосне заземена част от веригата или оборудването. Това може да причини високи дефектни токове, повреда на изолацията и оборудването, и потенциални опасности от удар.
Моторните дефекти могат да имат сериозни последствия за производителността, безопасността и продължителността на живота на мотора и неговата верига. Поради това е необходимо да се откриват и защитават с подходящи устройства и методи.
Какво е устройство за защита на мотор?
Устройството за защита на мотора е устройство, което наблюдава и контролира едно или повече параметри на мотора или неговата верига, като ток, напрежение, температура, скорост или момент. Целта на устройството за защита на мотора е да предотврати или минимизира повредата на мотора и неговата верига в случай на дефект или аномално състояние.
Има различни видове устройства за защита на мотори в зависимост от техния функционал, принцип и приложение. Някои общи видове са:
Предпазни пръстени: Това са устройства, които прекъсват веригата, когато през тях протича висок ток поради късо-замыкване или прекомерна нагрузка. Те се състоят от метална лента или жица, която се топи, когато се нагреят от дефектния ток. Предпазните пръстени са простите, евтини и надеждни устройства, които осигуряват бърза защита срещу късо-замыквания. Обаче те имат някои недостатъци, като:
Не са многократно използваеми и трябва да се заменят след всяко действие.
Не осигуряват защита срещу прекомерна нагрузка или поднапряжение.
Не предоставят указание или изолация на местоположението на дефекта.
Автомати: Това са устройства, които прекъсват веригата, когато през тях протича висок ток поради късо-замыкване или прекомерна нагрузка. Те се състоят от двойка контакти, които се отварят или затварят чрез електромеханичен механизъм, активиран от сензорен елемент. Автоматите са по-напредък от предпазните пръстени, тъй като предоставят следното:
Многократно използване и възстановяване след всяко действие.
Защита срещу прекомерна нагрузка и поднапряжение чрез коригиране на техните настройки за отключване.
Указание и изолация на местоположението на дефекта чрез ръчно или автоматично управление.
Реле за прекомерна нагрузка: Това са устройства, които прекъсват веригата, когато през тях протича висок ток поради прекомерна нагрузка. Те се състоят от сензорен елемент, който измерва тока, и контакт, който се отваря или затваря чрез електромеханичен или електронен механизъм. Релетата за прекомерна нагрузка са проектирани да защитават моторите от прекомерно нагряване и повреда на изолацията поради продължителна прекомерна нагрузка или небалансирани напрежения. Има два основни типа реле за прекомерна нагрузка:
По-бърз отговор и по-добра защита срещу токове при късо-замыкване или земни дефекти.
Имунитет към околната температура и без нужда от коригиране.
По-висока точност и повторяемост благодарение на цифровата обработка.
Допълнителни функции като детекция на загуба на фаза, детекция на обратно въртене, комуникация и диагностика.
Те са бавни в отговора и може да не защитават срещу токове при късо-замыкване или земни дефекти.
Те са засегнати от околната температура и може да се наложи коригиране според това.
Имат ограничена точност и повторяемост поради механично износване.
Термични реле за прекомерна нагрузка: Това са устройства, които използват биметална лента или нагревателен елемент, за да измерят температурното повишаване на тока на мотора. Когато токът надхвърли предварително зададената стойност, термичният елемент се изкривява или се топи, причинявайки контакта да се отвори или затвори. Термичните реле за прекомерна нагрузка са прости, евтини и надеждни устройства, които предоставят обратно времево закъснение, което означава, че се активират по-бързо за по-високи прекомерни нагрузки. Обаче те имат някои недостатъци, като:
Електронни или цифрови реле за прекомерна нагрузка: Това са устройства, които използват трансформатор за ток или паралелен резистор, за да измерят тока на мотора, и микропроцесор или твърдотелна верига, за да управляват контакта. Когато токът надхвърли предварително зададената стойност, електронният елемент изпраща сигнал, за да отвори или затвори контакта. Електронните или цифровите реле за прекомерна нагрузка са по-напредък от термичните реле за прекомерна нагрузка, тъй като предоставят:
Диференциални реле за защита: Това са устройства, които сравняват токовете на входните и изходните терминали на мотора или неговите витници. Когато разликата между токовете надхвърли определена стойност, указвайки витнически дефект, релето прекъсва веригата. Диференциалните реле за защита са много чувствителни и надеждни устройства, които предоставят бърза защита срещу фаза-до-фаза и фаза-до-земя дефекти в нисковолтови и висковолтови мотори.
Реле за защита срещу обратно въртене: Това са устройства, които откриват посоката на въртене на мотора и предотвратяват обратно въртене. Обратното въртене може да повреди мотора или нагрузката, особено в приложения като конвейерни ленти, помпи или вентилатори. Релетата за защита срещу обратно въртене могат да използват различни методи за откриване на посоката на въртене, като:
Детекция на фазова последователност: Този метод използва реле за напрежение или реле за мощност, за да измери фазовата последователност на напрежението в мрежата. Ако фазовата последователност е обърната, указвайки обратно въртене, релето прекъсва веригата.
Детекция на негативна последователност: Този метод използва реле за ток или реле за мощност, за да измери негативната последователност на тока на мотора. Ако негативната последователност е висока, указвайки обратно въртене, релето прекъсва веригата.
Детекция на скорост: Този метод използва сензор за скорост или тахометър, за да измери скоростта на вала на мотора. Ако скоростта е отрицателна, указвайки обратно въртене, релето прекъсва веригата.
Как да изберете устройства за защита на мотори?
Изборът на устройства за защита на мотори зависи от няколко фактора, като:
Видът и размерът на мотора
Характеристиките и рейтингите на мотора
Видът и тежестта на възможни дефекти
Изискванията на NEC и други стандарти
Цената и наличността на устройствата
Статия 430 на NEC предоставя общо правило и насоки за избор на устройства за защита на мотори, базирайки се на тези фактори. Въпреки това е важно също така да се консултирате с препоръките и спецификациите на производителя за всеки мотор и устройство.
Някои общи стъпки за избор на устройства за защита на мотори са:
Определете полното напрежение (FLC) на мотора от етикета му или от таблица 430.250 на NEC за AC мотори или таблица 430.251(B) за DC мотори.
Изберете устройство за защита срещу прекомерна нагрузка, което може да обработи поне 115% от FLC за мотори с фактор на служба 1.15 или по-висок, или с температурно повишаване 40°C или по-малко; или 125% от FLC за други мотори. Устройството за защита срещу прекомерна нагрузка може да бъде термично реле за прекомерна нагрузка, електронно или цифрово реле за прекомерна нагрузка, или диференциално реле за защита, в зависимост от вида и размера на мотора.
Изберете устройство за защита срещу късо-замыкване и земен дефект, което може да обработи поне 150% от FLC за мотори с фактор на служба 1.15 или по-висок, или с температурно повишаване 40°C или по-малко; или 175% от FLC за други мотори. Устройството за защита срещу късо-замыкване и земен дефект може да бъде предпазен пръстен или автомат, в зависимост от вида и размера на мотора.
Изберете устройство за защита срещу обратно въртене, ако моторът или нагрузката не могат да толерират обратно въртене. Устройството за защита срещу обратно въртене може да бъде реле за детекция на фазова последователност, реле за детекция на негативна последователност, или реле за детекция на скорост, в зависимост от вида и размера на мотора.
Изберете размерите на проводниците за веригата на мотора според таблица 310.15(B)(16) на NEC за общо електрообзавеждане и таблица 430.250 на NEC за вериги на мотор. Проводниците трябва да имат капацитет, който не е по-малък от 125% от FLC за мотори с фактор на служба 1.15 или по-висок, или с температурно повишаване 40°C или по-малко; или 115% от FLC за други мотори.
Изберете подходящите устройства и методи за управление, стартиране, спиране, регулиране на скорост и комуникация, според вида и приложението на мотора.
