Motorprotection: Arten, Fehler und Geräte

Ein Motorschutzsystem ist eine Reihe von Geräten und Methoden, die einen Elektromotor vor verschiedenen Fehlern und Schäden schützen. Ein Elektromotor ist ein wesentlicher Bestandteil vieler industrieller und häuslicher Anwendungen, von kleinen Geräten bis hin zu großen Maschinen. Daher ist es wichtig, den ordnungsgemäßen Betrieb und die Sicherheit des Motors und seiner Schaltung sicherzustellen.

In diesem Artikel werden wir über die Arten von Motorfehlern, die Arten von Motorschutzgeräten und wie man sie gemäß dem National Electrical Code (NEC) und den Eigenschaften des Motors auswählt, sprechen.

Was ist ein Motorfehler?

Ein Motorfehler ist ein Zustand, der dazu führt, dass der Motor ungewöhnlich arbeitet oder ausfällt. Motorfehler können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:

• Externe Fehler: Diese Fehler entstehen im Versorgungsnetzwerk oder in der Last, die an den Motor angeschlossen ist. Einige Beispiele für externe Fehler sind:

• Ungleichmäßige Spannungen: Dies tritt auf, wenn die drei Phasenspannungen nicht in ihrer Größe oder Phasenverschiebung gleich sind. Dies kann negative Folgenströme im Motor verursachen, die zusätzliche Verluste, Erwärmung und Drehmomentpulsationen hervorrufen.

• Unterspannung: Dies tritt auf, wenn die Versorgungsspannung unter den Nennwert des Motors fällt. Dies kann zu reduziertem Drehmoment, erhöhtem Strom und Überhitzung des Motors führen.

• Umgekehrte Phasenfolge: Dies tritt auf, wenn die Reihenfolge der Versorgungsphasen umgekehrt wird. Dies kann zur Rückwärtsdrehung des Motors führen, was die Last oder den Motor selbst beschädigen kann.

• Verlust der Synchronisation: Dies tritt auf, wenn ein synchroner Motor seine magnetische Verriegelung mit der Netzfrequenz verliert. Dies kann zu exzessiver Schlupf, Jagd und Instabilität des Motors führen.

• Interne Fehler: Diese Fehler entstehen im Motor oder in der angetriebenen Anlage. Einige Beispiele für interne Fehler sind:

• Lagerausfall: Dies tritt auf, wenn die Lager, die den Motorwellenstützen, durch Reibung, Schmierstoffprobleme oder mechanischen Stress verschleißen oder blockieren. Dies kann zu Lärm, Vibration, Wellenverfehlung und Stillstand des Motors führen.

• Überhitzung: Dies tritt auf, wenn die Temperatur des Motors aufgrund von Überlastung, unzureichender Kühlung, Umgebungsbedingungen oder Isolationszerfall sein thermisches Limit überschreitet. Dies kann zu einer Verschlechterung der Isolation, Wicklungsschäden und reduzierter Effizienz des Motors führen.

• Wicklungsfehler: Dies tritt auf, wenn die Wicklungen des Motors kurzgeschlossen oder offen liegen, aufgrund von Isolationszerfall, mechanischem Stress oder externen Fehlern. Dies kann zu Funken, Rauch, Feuer und Drehmomentverlust im Motor führen.

• Erdschluss: Dies tritt auf, wenn eine Phasenleitung des Motors Kontakt mit einem geerdeten Teil der Schaltung oder Ausrüstung hat. Dies kann zu hohen Fehlerströmen, Schäden an der Isolation und Ausrüstung sowie potenziellen Schockgefährden führen.

Motorfehler können ernsthafte Folgen für die Leistung, Sicherheit und Lebensdauer des Motors und seiner Schaltung haben. Daher ist es wesentlich, sie mit geeigneten Geräten und Methoden zu erkennen und davor zu schützen.

Was ist ein Motorschutzgerät?

Ein Motorschutzgerät ist ein Gerät, das einen oder mehrere Parameter des Motors oder seiner Schaltung überwacht und steuert, wie Strom, Spannung, Temperatur, Geschwindigkeit oder Drehmoment. Der Zweck eines Motorschutzgeräts besteht darin, bei einem Fehler oder einem ungewöhnlichen Zustand Schäden am Motor und seiner Schaltung zu verhindern oder zu minimieren.

Es gibt verschiedene Arten von Motorschutzgeräten, abhängig von ihrer Funktion, ihrem Prinzip und ihrer Anwendung. Einige gängige Arten sind:

• Sicherungen: Dies sind Geräte, die die Schaltung unterbrechen, wenn ein hoher Strom durch sie fließt, aufgrund eines Kurzschlusses oder Überlasts. Sie bestehen aus einem Metallstreifen oder -draht, der beim Erhitzen durch den Fehlerstrom schmilzt. Sicherungen sind einfache, billige und zuverlässige Geräte, die schnellen Schutz gegen Kurzschlüsse bieten. Sie haben jedoch einige Nachteile, wie:

• Sie sind nicht wiederverwendbar und müssen nach jedem Einsatz ersetzt werden.

• Sie bieten keinen Schutz gegen Überlast oder Unterspannung.

• Sie bieten keine Anzeige oder Isolierung des Fehlerorts.

• Schaltkreisschützer: Dies sind Geräte, die die Schaltung unterbrechen, wenn ein hoher Strom durch sie fließt, aufgrund eines Kurzschlusses oder Überlasts. Sie bestehen aus einem Paar Kontakten, die durch einen elektromechanischen Mechanismus, der von einem Sensorelement ausgelöst wird, geöffnet oder geschlossen werden. Schaltkreisschützer sind fortschrittlicher als Sicherungen, da sie folgende Vorteile bieten:

• Wiederverwendbarkeit und Neustellbarkeit nach jedem Einsatz.

• Schutz gegen Überlast und Unterspannung durch Anpassen der Auslösewerte.

• Anzeige und Isolierung des Fehlerorts durch manuelle oder automatische Bedienung.

• Überlastrelais: Dies sind Geräte, die die Schaltung unterbrechen, wenn ein hoher Strom durch sie fließt, aufgrund einer Überlast. Sie bestehen aus einem Sensorelement, das den Strom misst, und einem Kontakt, der durch einen elektromechanischen oder elektronischen Mechanismus geöffnet oder geschlossen wird. Überlastrelais sind darauf ausgelegt, Motoren vor Überhitzung und Isolierungsschäden durch lange andauernde Überlast oder ungleichmäßige Spannungen zu schützen. Es gibt zwei Hauptarten von Überlastrelais:

• Schnellere Reaktionszeit und besseren Schutz gegen Kurzschlussströme oder Erdfehler.

• Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungstemperatur und keine Einstellung erforderlich.

• Höhere Genauigkeit und Wiederholbarkeit durch digitale Verarbeitung.

• Zusätzliche Funktionen wie Phasenverlusterkennung, Umkehrerkennung, Kommunikation und Diagnose.

• Sie reagieren langsam und bieten möglicherweise keinen Schutz gegen Kurzschlussströme oder Erdfehler.

• Sie werden durch die Umgebungstemperatur beeinflusst und müssen entsprechend eingestellt werden.

• Sie haben eine begrenzte Genauigkeit und Wiederholbarkeit aufgrund mechanischer Abnutzung.

• Thermische Überlastrelais: Dies sind Geräte, die eine bimetallische Strebe oder ein Heizelement verwenden, um die Temperatursteigerung des Motorstroms zu messen. Wenn der Strom den voreingestellten Wert überschreitet, verbiegt oder schmilzt das thermische Element, wodurch der Kontakt geöffnet oder geschlossen wird. Thermische Überlastrelais sind einfache, billige und zuverlässige Geräte, die inverse Zeit-Schutz bieten, was bedeutet, dass sie bei höheren Überlasten schneller auslösen. Sie haben jedoch einige Nachteile, wie:

• Elektronische oder digitale Überlastrelais: Dies sind Geräte, die einen Stromtransformator oder einen Shuntwiderstand verwenden, um den Motorstrom zu messen, und einen Mikroprozessor oder eine Halbleiter-Schaltung, um den Kontakt zu steuern. Wenn der Strom den voreingestellten Wert überschreitet, sendet das elektronische Element ein Signal, um den Kontakt zu öffnen oder zu schließen. Elektronische oder digitale Überlastrelais sind fortschrittlicher als thermische Überlastrelais, da sie bieten:

• Differentialrelais: Dies sind Geräte, die die Ströme an den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Motors oder seiner Wicklung vergleichen. Wenn die Differenz zwischen den Strömen einen bestimmten Wert überschreitet, was auf einen Wicklungsfehler hindeutet, löst das Relais die Schaltung aus. Differentialrelais sind sehr empfindliche und zuverlässige Geräte, die schnellen Schutz gegen Phasen-zu-Phasen- und Phasen-zu-Erde-Fehler in Niederspannungs- und Hochspannungsmotoren bieten.

• Umkehrschutzrelais: Dies sind Geräte, die die Drehrichtung des Motors erkennen und verhindern, dass er sich in umgekehrter Richtung dreht. Umkehrdrehung kann den Motor oder die Last, insbesondere in Anwendungen wie Förderbänder, Pumpen oder Ventilatoren, beschädigen. Umkehrschutzrelais können verschiedene Methoden verwenden, um die Drehrichtung zu erkennen, wie:

• Phasenfolgenerkennung: Diese Methode verwendet ein Spannungsrelais oder ein Wattmeterrelais, um die Phasenfolge der Versorgungsspannung zu messen. Wenn die Phasenfolge umgekehrt ist, was auf Umkehrdrehung hindeutet, löst das Relais die Schaltung aus.

• Negative Folgene