Protecció del motor: tipus, errors i dispositius
Un sistema de protecció de motors és un conjunt de dispositius i mètodes que protegeixen un motor elèctric de diversos falles i danys. Un motor elèctric és un component crucial en moltes aplicacions industrials i domèstiques, des d'electrodomèstics petits a màquines grans. Per tant, és important assegurar el funcionament adequat i la seguretat del motor i el seu circuit.
En aquest article, discutirem els tipus de falles de motors, els tipus de dispositius de protecció de motors i com seleccionar-los segons el Codi Elèctric Nacional (NEC) i les característiques del motor.
Què és una falla de motor?
Una falla de motor és una condició que fa que el motor funcioni anormalment o fali. Les falles de motor es poden classificar en dues categories principals:
Falles externes: Aquestes són falles que provenen de la xarxa d'abastament d'energia o de la càrrega connectada al motor. Alguns exemples de falles externes són:
Voltatges desequilibrats: Això ocorre quan els voltatges trifàsics no són iguals en magnitud o angle de fase. Això pot causar corrents de seqüència negativa al motor, que produeixen pèrdues addicionals, calentament i pulsacions de torque.
Sobrecorrent: Això ocorre quan el voltatge d'abastament cau per sota del valor nominal del motor. Això pot causar un torque reduït, un increment de la corrent i sobrecalentament del motor.
Seqüència de fase invertida: Això ocorre quan l'ordre de les fases d'abastament es reverteix. Això pot causar una rotació inversa del motor, que pot enderrocar la càrrega o el propi motor.
Pèrdua de sincronisme: Això ocorre quan un motor síncron perd el seu bloqueig magnètic amb la freqüència d'abastament. Això pot causar un esclat excessiu, caceria i inestabilitat del motor.
Falles internes: Aquestes són falles que provenen del motor o de la planta impulsada. Alguns exemples de falles internes són:
Falla del rodaments: Això ocorre quan els rodaments que suporten el eix del motor s'usen o s'enganxen a causa de la fricció, problemes de lubrificació o estrès mecànic. Això pot causar soroll, vibració, desalineació del eix i atur del motor.
Sobrecalentament: Això ocorre quan la temperatura del motor supera el seu límit tèrmic a causa de sobrecàrrega, refredament insuficient, condicions ambientals o ruptura de l'aïllament. Això pot causar la deterioració de l'aïllament, danys a les bobines i una eficiència reduïda del motor.
Falla de bobines: Això ocorre quan les bobines del motor estan en curt-circuit o obertes a causa de la ruptura de l'aïllament, estrès mecànic o falles externes. Això pot causar espurnes, fum, incendi i pèrdua de torque al motor.
Falla a terra: Això ocorre quan un conductor de fase del motor entra en contacte amb una part a terra del circuit o equipament. Això pot causar corrents de falla elevades, danys a l'aïllament i equipament, i possibles riscos d'electrocussió.
Les falles de motor poden tenir conseqüències greus pel rendiment, la seguretat i la durada del motor i el seu circuit. Per tant, és essencial detectar-les i protegir-se contra elles utilitzant dispositius i mètodes adequats.
Què és un dispositiu de protecció de motor?
Un dispositiu de protecció de motor és un dispositiu que monitoritza i controla un o més paràmetres del motor o el seu circuit, com ara la corrent, el voltatge, la temperatura, la velocitat o el torque. L'objectiu d'un dispositiu de protecció de motor és prevenir o minimitzar el daño al motor i el seu circuit en cas de falla o condició anormal.
Hi ha diferents tipus de dispositius de protecció de motor depenent de la seva funció, principi i aplicació. Alguns tipus comuns són:
Fusibles: Aquests són dispositius que interrompen el circuit quan una corrent elevada flueix a través d'ells a causa d'un curt-circuit o sobrecàrrega. Consisteixen en una tira o fil de metall que fon quan es calenta per la corrent de falla. Els fusibles són dispositius simples, econòmics i fiables que proporcionen protecció ràpida contra curts circuits. No obstant això, tenen alguns inconvenients, com ara:
No són reutilitzables i necessiten ser substituits després de cada operació.
No proporcionen protecció contra sobrecàrregues o baix voltatge.
No proporcionen indicació o isolació de la ubicació de la falla.
Interruptors de circuit: Aquests són dispositius que interrompen el circuit quan una corrent elevada flueix a través d'ells a causa d'un curt-circuit o sobrecàrrega. Consisteixen en un parell de contactes que obrin o tanquin mitjançant un mecanisme electromecànic activat per un element de detecció. Els interruptors de circuit són més avançats que els fusibles ja que proporcionen el següent:
Reutilitzabilitat i reposició després de cada operació.
Protecció contra sobrecàrregues i baix voltatge ajustant els seus ajustos de tripulació.
Indicació i isolació de la ubicació de la falla mitjançant operació manual o automàtica.
Relès de sobrecàrrega: Aquests són dispositius que interrompen el circuit quan una corrent elevada flueix a través d'ells a causa d'una sobrecàrrega. Consisteixen en un element de detecció que mesura la corrent i un contacte que obrin o tanquin mitjançant un mecanisme electromecànic o electrònic. Els relès de sobrecàrrega estan dissenyats per protegir els motors de sobrecalentament i danys a l'aïllament a causa de sobrecàrregues prolongades o voltatges desequilibrats. Hi ha dos tipus principals de relès de sobrecàrrega:
Resposta més ràpida i millor protecció contra corrents de curt circuit o faults a terra.
Immunitat a la temperatura ambient i no necessiten ajust.
Més precisió i repetibilitat degut al processament digital.
Característiques addicionals com la detecció de pèrdua de fase, detecció de rotació inversa, comunicació i diagnòstic.
Són lents a respondre i potser no protegeixen contra corrents de curt circuit o faults a terra.
Estan afectats per la temperatura ambient i potser necessiten ser ajustats en conseqüència.
Tenen una precisió i repetibilitat limitades degut a l'ús mecànic i el desgast.
Relès de sobrecàrrega tèrmica: Aquests són dispositius que utilitzen una tira bimetàlica o un element de calor per sentir l'augment de la temperatura de la corrent del motor. Quan la corrent excedeix el valor predefinit, l'element tèrmic es doblega o fon, causant que el contacte s'obre o tanca. Els relès de sobrecàrrega tèrmica són dispositius simples, econòmics i fiables que proporcionen protecció inversa en temps, vol dir, tripen més ràpidament per sobrecàrregues més elevades. No obstant això, tenen alguns inconvenients, com ara:
Relès de sobrecàrrega electrònics o digitals: Aquests són dispositius que utilitzen un transformador de corrent o un resistor de derivació per mesurar la corrent del motor i un microprocessador o un circuit de solid state per controlar el contacte. Quan la corrent excedeix el valor predefinit, l'element electrònic envia un senyal per obrir o tancar el contacte. Els relès de sobrecàrrega electrònics o digitals són més avançats que els relès de sobrecàrrega tèrmica ja que proporcionen:
Relès de protecció diferencial: Aquests són dispositius que comparen les corrents als terminals d'entrada i sortida del motor o de la seva bobina. Quan la diferència entre les corrents excedeix un cert valor, indicant una falla de bobina, el relé interromp el circuit. Els relès de protecció diferencial són dispositius molt sensibles i fiables que proporcionen protecció ràpida contra falles fase a fase i fase a terra en motors de baixa i alta tensió.
Relès de protecció contra rotació inversa: Aquests són dispositius que detecten la direcció de rotació del motor i eviten que giri en sentit invers. La rotació inversa pot enderrocar el motor o la càrrega, especialment en aplicacions com cintes transportadores, bombes o ventiladors. Els relès de protecció contra rotació inversa poden utilitzar diferents mètodes per sentir la direcció de rotació, com ara:
Detecció de seqüència de fase: Aquest mètode utilitza un relé de voltatge o un relé de wattímetro per mesurar la seqüència de fase del voltatge d'abastament. Si la seqüència de fase està invertida, indicant rotació inversa, el relé interromp el circuit.
Detecció de seqüència negativa: Aquest mètode utilitza un relé de corrent o un relé de potència per mesurar el component de seqüència negativa de la corrent del motor. Si el component de seqüència negativa és elevat, indicant rotació inversa, el relé interromp el circuit.
Detecció de velocitat: Aquest mètode utilitza un sensor de velocitat o un tacòmetre per mesurar la velocitat del eix del motor. Si la velocitat és negativa, indicant rotació inversa, el relé interromp el circuit.
Com seleccionar dispositius de protecció de motor?
La selecció de dispositius de protecció de motor depèn de diversos factors, com ara:
El tipus i la mida del motor
Les característiques i les especificacions del motor
El tipus i la severitat de les possibles falles
Els requisits del NEC i altres normes
El cost i la disponibilitat dels dispositius
L'article 430 del NEC proporciona regles generals i orientacions per seleccionar dispositius de protecció de motor basades en aquests factors. No obstant això, també és important consultar les recomanacions i especificacions del fabricant per a cada motor i dispositiu.
Alguns passos generals per seleccionar dispositius de protecció de motor són:
Determineu la corrent a càrrega plena (FLC) del motor a partir de la seva plaqueta o de la Taula 430.250 del NEC per motors CA o de la Taula 430.251(B) per motors CC.
Seleccioneu un dispositiu de protecció contra sobrecàrrega que pugui gestionar almenys el 115% de la FLC per motors amb un factor de servei de 1.15 o superior o amb un augment de temperatura de 40°C o inferior; o el 125% de la FLC per altres motors. El dispositiu de protecció contra sobrecàrrega pot ser un relè de sobrecàrrega tèrmica, un relè de sobrecàrrega electrònic o digital, o un relè de protecció diferencial, depenent del tipus i mida del motor.
Seleccioneu un dispositiu de protecció contra curts circuits i faults a terra que pugui gestionar almenys el 150% de la FLC per motors amb un factor de servei de 1.15 o superior o amb un augment de temperatura de 40°C o inferior; o el 175% de la FLC per altres motors. El dispositiu de protecció contra curts circuits i faults a terra pot ser un fusible o un interruptor de circuit, depenent del tipus i mida del motor.
Seleccioneu un dispositiu de protecció contra rotació inversa si el motor o la càrrega no poden tolerar la rotació inversa. El dispositiu de protecció contra rotació inversa pot ser un relè de detecció de seqüència de fase, un relè de detecció de seqüència negativa, o un relè de detecció de velocitat, depenent del tipus i mida del motor.
Seleccioneu les mides dels conductors per al circuit del motor segons la Taula 310.15(B)(16) del NEC per a cablejat general i la Taula 430.250 del NEC per a circuits de branca de motor. Els conductors haurien de tenir una capacitat no inferior al 125% de la FLC per motors amb un factor de servei de 1.15 o superior o amb un augment de temperatura de 40°C o inferior; o el 115% de la FLC per altres motors.
Seleccioneu els dispositius i mètodes adequats per al control, inici, atur, regulació de velocitat i comunicació del motor segons el tipus i aplicació del motor.
Conclusió
La protecció de motors és un aspecte vital de l'enginyeria elèctrica que assegura la seguretat i eficiència dels motors elèctrics i els seus circuits. Els dispositius de protecció de motor es seleccionen en base al tipus i mida del motor, el tipus i severitat de les possibles falles, els requisits del NEC i altres normes, i el cost i la disponibilitat dels dispositius. Els dispositius de protecció de motor inclouen fusibles, interruptors de circuit, relès de sobrecàrrega, relès de protecció diferencial i relès de protecció contra rotació inversa. Aquests dispositius monitoritzen i controlen paràmetres com la corrent, el voltatge, la temperatura, la velocitat i el torque per prevenir o minimitzar el daño al motor i el seu circuit en cas de falla o condició anormal.
Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per eliminar.
