Motorová ochrana: Typy, poruchy a zařízení
Systém ochrany motoru je soubor zařízení a metod, které chrání elektrický motor před různými poruchami a poškozením. Elektrický motor je klíčovou součástí mnoha průmyslových a domácích aplikací, od malých spotřebičů po velké stroje. Je proto důležité zajistit správnou funkci a bezpečnost motoru a jeho obvodu.
V tomto článku se zabýváme typy poruch motorů, typy zařízení pro ochranu motoru a tím, jak je vybírat podle Národního elektrotechnického kódu (NEC) a charakteristik motoru.
Co je porucha motoru?
Porucha motoru je stav, který způsobuje nepravidelnou práci nebo selhání motoru. Poruchy motoru lze rozdělit do dvou hlavních kategorií:
Externí poruchy: Jsou to poruchy, které původně vznikají v síťovém zdroji nebo v zatížení spojeném s motorem. Příklady externích poruch jsou:
Nevyrovnané napětí: Toto nastává, když třífázové napětí není stejné v hodnotě nebo fázovém úhlu. To může způsobit negativní posloupnost proudů v motoru, což vede k dodatečným ztrátám, ohřevu a pulzaci točivého momentu.
Podnapětí: Toto nastává, když síťové napětí klesne pod nominální hodnotu motoru. To může způsobit snížení točivého momentu, zvýšení proudu a přehřívání motoru.
Obrácená fázová posloupnost: Toto nastává, když pořadí fází je obráceno. To může způsobit obrácené otáčení motoru, což může poškodit zatížení nebo samotný motor.
Ztráta synchronizace: Toto nastává, když synchronní motor ztratí svůj magnetický zámek se síťovou frekvencí. To může způsobit excesivní skluz, hledání a nestabilitu motoru.
Interní poruchy: Jsou to poruchy, které původně vznikají u motoru nebo poháněného zařízení. Příklady interních poruch jsou:
Selhání ložiska: Toto nastává, když ložiska, která podporují hřídel motoru, opotřebí nebo se zaseknou kvůli tření, problémům s mazáním nebo mechanickému namáhání. To může způsobit hluk, vibrovaní, nesoulad hřídele a zastavení motoru.
Přehřívání: Toto nastává, když teplota motoru překročí jeho tepelnou hranici kvůli přetížení, nedostatečnému chlazení, okolním podmínkám nebo poruše izolace. To může způsobit znehodnocení izolace, poškození vinutí a snížení efektivity motoru.
Selhání vinutí: Toto nastává, když vinutí motoru jsou krátkozamčeny nebo otevřené obvodově kvůli poruše izolace, mechanickému namáhání nebo externím poruchám. To může způsobit jiskry, kouř, požár a ztrátu točivého momentu v motoru.
Zemní porucha: Toto nastává, když fázový vodič motoru přijde do kontaktu s uzemněnou částí obvodu nebo zařízení. To může způsobit vysoké poruchové proudy, poškození izolace a zařízení a potenciální šokové riziko.
Poruchy motoru mohou mít vážné důsledky pro výkon, bezpečnost a životnost motoru a jeho obvodu. Proto je zásadní je detekovat a chránit proti nim pomocí vhodných zařízení a metod.
Co je zařízení pro ochranu motoru?
Zařízení pro ochranu motoru je zařízení, které sleduje a řídí jednu nebo více parametrů motoru nebo jeho obvodu, jako jsou proud, napětí, teplota, rychlost nebo točivý moment. Cílem zařízení pro ochranu motoru je zabránit nebo minimalizovat poškození motoru a jeho obvodu v případě poruchy nebo neobvyklé situace.
Existuje různých typů zařízení pro ochranu motoru v závislosti na jejich funkci, principu a aplikaci. Některé běžné typy jsou:
Proužky: Jsou to zařízení, která přeruší obvod, když pře ně projde vysoký proud kvůli krátkému zapojení nebo přetížení. Skládají se z kovového pruhu nebo drátu, který se roztaví, když ho ohřeje poruchový proud. Proužky jsou jednoduchá, levná a spolehlivá zařízení, která poskytují rychlou ochranu před krátkými zapojeními. Nicméně mají některé nevýhody, jako jsou:
Nejsou znovupoužitelné a musí být po každém použití nahrazeny.
Nezajišťují ochranu před přetížením nebo podnapětím.
Nezajišťují indikaci nebo izolaci místa poruchy.
Spínací přepínače: Jsou to zařízení, která přeruší obvod, když pře ně projde vysoký proud kvůli krátkému zapojení nebo přetížení. Skládají se z páru kontaktů, které otevírají nebo zavírají elektromechanický mechanismus spouštěný čidlo. Spínací přepínače jsou pokročilejší než proužky, protože poskytují následující:
Znovupoužitelnost a resetovatelnost po každém použití.
Ochranu před přetížením a podnapětím upravením nastavení spouštění.
Indikaci a izolaci místa poruchy ručním nebo automatickým ovládáním.
Relé přetížení: Jsou to zařízení, která přeruší obvod, když pře ně projde vysoký proud kvůli přetížení. Skládají se z čidlo, které měří proud, a kontakt, který otevírá nebo zavírá elektromechanickým nebo elektronickým mechanismem. Relé přetížení jsou navržena tak, aby chránila motory před přehříváním a poškozením izolace kvůli dlouhodobému přetížení nebo nevyrovnanému napětí. Existují dva hlavní typy relé přetížení:
Rychlejší odezva a lepší ochrana před krátkozamčením nebo zemní poruchou.
Imunita vůči okolní teplotě a žádná potřeba úpravy.
Větší přesnost a opakovatelnost díky digitálnímu zpracování.
Doplňkové funkce, jako je detekce ztráty fáze, detekce obrácené rotace, komunikace a diagnostika.
Jsou pomalé v reakci a možná nebudou chránit před krátkozamčením nebo zemní poruchou.
Jsou ovlivněny okolní teplotou a mohou vyžadovat příslušnou úpravu.
Mají omezenou přesnost a opakovatelnost kvůli mechanickému opotřebení.
Termorelé přetížení: Jsou to zařízení, která používají dvojmetalinový pruh nebo ohřívací element k detekci teplotního vzestupu motorového proudu. Když proud překročí nastavenou hodnotu, termický prvek se ohne nebo roztaví, což způsobí, že kontakt otevře nebo zavře. Termorelé přetížení jsou jednoduchá, levná a spolehlivá zařízení, která poskytují inverzní časovou ochranu, což znamená, že trippují rychleji pro vyšší přetížení. Nicméně mají některé nevýhody, jako jsou:
Elektronická nebo digitální relé přetížení: Jsou to zařízení, která používají transformátor proudu nebo shuntový odpor k měření motorového proudu a mikroprocesor nebo pevný stavový obvod k řízení kontaktu. Když proud překročí nastavenou hodnotu, elektronický prvek pošle signál, aby kontakt otevřel nebo zavřel. Elektronická nebo digitální relé přetížení jsou pokročilejší než termorelé přetížení, protože poskytují:
Relé diferenciální ochrany: Jsou to zařízení, která porovnávají proudy na vstupních a výstupních terminálech motoru nebo jeho vinutí. Když rozdíl mezi proudy překročí určitou hodnotu, což naznačuje poruchu vinutí, relé přeruší obvod. Relé diferenciální ochrany jsou velmi citlivá a spolehlivá zařízení, která poskytují rychlou ochranu před fázovými a fázově-zemními poruchami v nízkonapěťových i vysokonapěťových motorech.
Relé ochrany před obrácenou rotací: Jsou to zařízení, která detekují směr otáčení motoru a brání mu v chodu obráceně. Obrácená rotace může poškodit motor nebo zatížení, zejména v aplikacích, jako jsou dopravníky, čerpadla nebo ventilátory. Relé ochrany před obrácenou rotací mohou používat různé metody k detekci směru otáčení, jako jsou:
Detekce fázové posloupnosti: Tato metoda používá relé napětí nebo relé wattmetru k měření fázové posloupnosti síťového napětí. Pokud je fázová posloupnost obrácená, což naznačuje obrácenou rotaci, relé přeruší obvod.
Detekce negativní posloupnosti: Tato metoda používá relé proudu nebo relé výkonu k měření negativní posloupnosti motorového proudu. Pokud je negativní posloupnost vysoká, což naznačuje obrácenou rotaci, relé přeruší obvod.
Detekce rychlosti: Tato metoda používá senzor rychlosti nebo tachometr k měření rychlosti hřídele motoru. Pokud je rychlost záporná, což naznačuje obrácenou rotaci, relé přeruší obvod.
Jak vybírat zařízení pro ochranu motoru?
Výběr zařízení pro ochranu motoru závisí na několika faktorech, jako jsou:
Typ a velikost motoru
Charakteristiky a parametry motoru
Typ a závažnost možných poruch
Požadavky NEC a jiných standardů
Náklady a dostupnost zařízení
Článek 430 NEC poskytuje obecná pravidla a pokyny pro výběr zařízení pro ochranu motoru na základě těchto faktorů. Nicméně je také důležité konzultovat doporučení a specifikace výrobce pro každý motor a zařízení.
Některé obecné kroky pro výběr zařízení pro ochranu motoru jsou:
Určete plný pracovní proud (FLC) motoru z jeho označení nebo z tabulky 430.250 NEC pro střídavé motory nebo tabulky 430.251(B) pro stejnosměrné motory.
Vyberte zařízení pro ochranu před přetížením, které dokáže zvládat alespoň 115 % FLC pro motory s faktorem služby 1,15 nebo vyšším nebo s teplotním vzestupem 40 °C nebo nižším; nebo 125 % FLC pro ostatní motory. Zařízení pro ochranu před přetížením může být termorelé přetížení, elektronické nebo digitální relé přetížení nebo relé diferenciální ochrany, v závislosti na typu a velikosti motoru.
Vyberte zařízení pro ochranu před krátkým zapojením a zemní poruchou, které dokáže zvládat alespoň 150 % FLC pro motory s faktorem služby 1,15 nebo vyšším nebo s teplotním vzestupem 40 °C nebo nižším; nebo 175 % FLC pro ostatní motory. Zařízení pro ochranu před krátkým zapojením a zemní poruchou může být proužek nebo spínací přepínač, v závislosti na typu a velikosti motoru.
Vyberte zařízení pro ochranu před obrácenou rotací, pokud motor nebo zatížení nemohou tolerovat obrácenou rotaci. Zařízení pro ochranu před obrácenou rotací může být relé detekce fázové posloupnosti, relé detekce negativní posloupnosti nebo relé detekce rychlosti, v závislosti na typu a velikosti motoru.
Vyberte velikosti vodičů pro obvod motoru podle tabulky 310.15(B)(16) NEC pro obecné vedení a tabulky 430.250 NEC pro větve motoru. Vodiče by měly mít amperáž nejméně 125 % FLC pro motory s faktorem služby 1,15 nebo vyšším nebo s teplotním vzestupem 40 °C nebo nižším; nebo 115 % FLC pro ostatní motory.
Vyberte vhodná zařízení a metody pro ovládání, start, zastavení, regulaci rychlosti a komunikaci podle typu a aplikace motoru.
Závěr
