Moottorin suojelu: Tyypit virhetilanteet ja laitteet
Moottorisuojausjärjestelmä on laitteiden ja menetelmien joukko, joka suojelee sähkömoottoria erilaisilta vikoilta ja vahingoilta. Sähkömoottori on tärkeä komponentti monissa teollisissa ja kotitalousteknologiassa käytetyissä sovelluksissa, joista pienistä laitteista suuriin koneisiin. Siksi on tärkeää varmistaa moottorin ja sen piirin asianmukainen toiminta ja turvallisuus.
Tässä artikkelissa keskustelemme moottorivikoista, moottorisuojauslaitteista ja niiden valinnasta National Electrical Coden (NEC) ja moottorin ominaisuuksien mukaan.
Mitä on moottorinvika?
Moottorinvika on tila, joka aiheuttaa moottorin epänormaalin toiminnan tai häiriön. Moottorivikat voidaan luokitella kahdeksi pääluokaksi:
Ulkoinen vika: Nämä ovat vikoja, jotka alkavat sähköverkosta tai moottoriin kytketystä kuormasta. Esimerkkejä ulkoisista vikoista ovat:
Epätasapainoinen virta: Tämä tapahtuu, kun kolmifaseinen virta ei ole tasapainossa magnitudissa tai vaihekulmassa. Tämä voi aiheuttaa negatiivisen järjestyksen virtauksen moottorissa, mikä tuottaa lisäkuormituksen, lämmityksen ja torquen pulsaatioita.
Alavirta: Tämä tapahtuu, kun virta laskee alle moottorin asetetun arvon. Tämä voi aiheuttaa vähäisemmän torquen, kasvavan virtauksen ja moottorin ylikuumenemisen.
Käänteinen vaihejärjestys: Tämä tapahtuu, kun virtajonot kääntyvät päinvastaiseen järjestykseen. Tämä voi aiheuttaa moottorin kääntymisen väärään suuntaan, mikä voi vahingoittaa kuormaa tai moottoria itseään.
Synkronoidun moottorin synkronisuuden menettäminen: Tämä tapahtuu, kun synkronimoottori menettää magneettisen lukitsun sähköverkon taajuuteen. Tämä voi aiheuttaa liian suuren liukumisen, hajoamisen ja moottorin epävakauden.
Sisäinen vika: Nämä ovat vikoja, jotka alkavat moottorista tai kuljetettavasta laitteesta. Esimerkkejä sisäisistä vikoista ovat:
Lepuksen vika: Tämä tapahtuu, kun moottorin lepukset kuluvat tai pysähtyvät kitkatasta, huolintaprobleemoista tai mekaanisesta stressistä. Tämä voi aiheuttaa melua, värinää, akselin epätasapainoa ja moottorin pysähtymisen.
Ylikuumeneminen: Tämä tapahtuu, kun moottorin lämpötila ylittää sen termiset rajat ylikuormituksen, riittämättömän jähdytyskyvyn, ympäristöolosuhteiden tai eristyksen romahdusvaikutuksen vuoksi. Tämä voi aiheuttaa erityksen heikkenemisen, kierrosten vahingot ja moottorin tehon alenemisen.
Kierrosten vika: Tämä tapahtuu, kun moottorin kierrokset lyhytsulautuvat tai avautuvat erityksen romahdusvaikutuksen, mekaanisen stressin tai ulkoisten vikojen vuoksi. Tämä voi aiheuttaa kilpikonnan, savun, tulipalon ja torquen menettämisen moottorissa.
Maavika: Tämä tapahtuu, kun moottorin vaihejohto tulee kosketuksi maanjohdon kanssa. Tämä voi aiheuttaa suuria vikavirtoja, erityksen ja laitteen vahingot sekä potentiaaliset sähköiskujen vaarat.
Moottorivikat voivat aiheuttaa vakavia seurauksia moottorin ja sen piirin suorituskyvylle, turvallisuudelle ja elinkaarelle. Siksi on olennaista havaita ja suojautua niiltä sopivilla laitteilla ja menetelmillä.
Mitä on moottorisuojauslaite?
Moottorisuojauslaite on laite, joka valvoo ja ohjaa yhtä tai useampaa moottorin tai sen piirin parametriä, kuten virta, jännite, lämpötila, nopeus tai torque. Moottorisuojauslaitteen tarkoitus on estää tai vähentää vahinkoja moottorille ja sen piirille vian tai poikkeuksellisen tilanteen sattuessa.
On olemassa erilaisia moottorisuojauslaitteita niiden toiminnon, periaatteen ja sovelluksen mukaan. Joitakin yleisiä tyyppejä ovat:
Sulakkeet: Nämä ovat laitteita, jotka keskeyttävät piirin, kun suuri virta kulkee niiden läpi lyhytsulun tai ylikuorman vuoksi. Ne koostuvat metallilevystä tai -juomasta, joka sulaa, kun sitä lämmittää vikavirta. Sulakkeet ovat yksinkertaisia, edullisia ja luotettavia laitteita, jotka tarjoavat nopeaa suojaa lyhytsuluista. Ne kuitenkin myös ovat puutteita, kuten:
Ne eivät ole uudelleenkäyttökelpoisia ja niitä täytyy vaihtaa joka kerta, kun ne toimivat.
Ne eivät tarjoa suojaa ylikuormituksia tai alavirtaa vastaan.
Ne eivät tarjoa merkintää tai eristystä vian sijainnille.
Virtasuojaimet: Nämä ovat laitteita, jotka keskeyttävät piirin, kun suuri virta kulkee niiden läpi lyhytsulun tai ylikuorman vuoksi. Ne koostuvat parista kontaktia, jotka avautuvat tai sulkeutuvat sähkömekaanisella mekanismilla, jota aktivoi mittauskomponentti. Virtasuojaimet ovat edistyneempiä kuin sulakkeet, sillä ne tarjoavat seuraavaa:
Uudelleenkäyttökelpoisuus ja nollaus mahdollisuus joka kerta, kun ne toimivat.
Suojaa ylikuormituksia ja alavirtaa vastaan säätämällä niiden aktivointiarvoja.
Merkintä ja eristys vian sijainnille manuaalisesti tai automaattisesti.
Ylikuormitusrelaasit: Nämä ovat laitteita, jotka keskeyttävät piirin, kun suuri virta kulkee niiden läpi ylikuorman vuoksi. Ne koostuvat mittauskomponentista, joka mittailee virtaa, ja kontaktista, joka avautuu tai sulkeutuu sähkömekaanisella tai sähköisellä mekanismilla. Ylikuormitusrelaasit on suunniteltu suojaamaan moottoreita ylikuumenemiselta ja erityksen vahingoittumiselta pitkiä ylikuormituksia tai epätasapainoista virtaa vuoksi. On olemassa kaksi pääasiallista ylikuormitusrelaasin tyyppeä:
Nopeampi reaktio ja parempi suoja lyhytsulun tai maavikan vastaan.
Immunitetti ympäristölämpötilalle ja ei tarvetta säätää.
Parempi tarkkuus ja toisto itsenäisyys digitaalisen käsittelyn ansiosta.
Lisäominaisuuksia, kuten vaiheen menettelyjen havaitseminen, käänteisen kiertosuunnan havaitseminen, kommunikaatio ja diagnostiikka.
Ne ovat hitaita reagoimaan ja eivät ehkä suoja lyhytsulun tai maavikan vastaan.
Ne vaikuttavat ympäristölämpötilaan ja ne saattavat tarvita säätöä.
Ne ovat rajoitetut tarkkuuden ja toiston itsenäisyyden osalta mekaanisen kulun vuoksi.
Lämpöylikuormitusrelaasit: Nämä ovat laitteita, jotka käyttävät bimetallista levystä tai lämpöelementtiä mittamaan moottorin virta-lämpötilan nousua. Kun virta ylittää asetetun arvon, lämpöelementti kääntyy tai sulaa, mikä aiheuttaa kontaktin avaamisen tai sulkeutumisen. Lämpöylikuormitusrelaasit ovat yksinkertaisia, edullisia ja luotettavia laitteita, jotka tarjoavat inversioajan suojan, eli ne toimivat nopeammin korkeammilla ylikuormituksilla. Kuitenkin ne myös ovat puutteita, kuten:
Elektroniset tai digitaaliset ylikuormitusrelaasit: Nämä ovat laitteita, jotka käyttävät virtamuunninta tai shuntiresistanssia mitatakseen moottorin virtaa ja mikroprosessoria tai kiinteän tilan piiriä kontrollimaan kontaktia. Kun virta ylittää asetetun arvon, elektroninen elementti lähettää signaalin avaamaan tai sulkeutumaan kontaktin. Elektroniset tai digitaaliset ylikuormitusrelaasit ovat edistyneempiä kuin lämpöylikuormitusrelaasit, sillä ne tarjoavat:
Erikoisvirtasuojaimet: Nämä ovat laitteita, jotka vertailevat virtauksia moottorin tai sen kierrosten syöttötulopussa. Kun virtauksien erotus ylittää tietyt arvot, viittaamalla kierrosvikaan, relaasi keskeyttää piirin. Erikoisvirtasuojaimet ovat erittäin herkkiä ja luotettavia laitteita, jotka tarjoavat nopeaa suojaa vaiheen väliseen ja vaiheen maan väliseen vikaan alavirta- ja korkeavirtamoottoreissa.
Käänteisen kiertosuunan suojausrelaasit: Nämä ovat laitteita, jotka havaitsevat moottorin kiertosuunnan ja estävät sen kiertämästä käänteiseen suuntaan. Käänteinen kiertosuunta voi vahingoittaa moottoria tai kuormaa, erityisesti esimerkiksi kuljetuslautakkeissa, pompeissa tai tuuletinoissa. Käänteisen kiertosuunan suojausrelaasit voivat käyttää eri menetelmiä kiertosuunnan havaitsemiseen, kuten:
Vaihejärjestyksen havaitseminen: Tämä menetelmä käyttää jänniterelaasia tai wattmetterirelaasia mittaamaan virtajonojen vaihejärjestystä. Jos vaihejärjestys on käänteinen, viittaamalla käänteiseen kiertosuuntaan, relaasi keskeyttää piirin.
Negatiivisen järjestyksen havaitseminen: Tämä menetelmä käyttää virtarelaasia tai teho-relaasia mittaamaan moottorin virran negatiivisen järjestyksen komponenttia. Jos negatiivinen järjestyskomponentti on korkea, viittaamalla käänteiseen kiertosuuntaan, relaasi keskeyttää piirin.
Nopeuden havaitseminen: Tämä menetelmä käyttää nopeussensoria tai tachometria mittaamaan moottorin akselin nopeutta. Jos nopeus on negatiivinen, viittaamalla käänteiseen kiertosuuntaan, relaasi keskeyttää piirin.
Miten valita moottorisuojauslaitteita?
Moottorisuojauslaitteiden valinta riippuu useista tekijöistä, kuten:
Moottorin tyyppi ja koko
Moottorin ominaisuudet ja arvostukset
Mahdollisten vikoiden tyyppi ja vakavuus
NEC:n ja muiden standardien vaatimukset
Laitteiden hinta ja saatavuus
NEC Artikla 430 tarjoaa yleisiä sääntöjä ja ohjeita moottorisuojauslaitteiden valintaan näiden tekijöiden perusteella. On kuitenkin myös tärkeää neuvotella valmistajan suositusten ja määritelmien kanssa jokaiselle moottorille ja laitteelle.
Joitakin yleisiä askelia moottorisuojauslaitteiden valinnassa ovat:
Määritä moottorin täysi kuormitusvirta (FLC) sen nimiplaatista tai NEC Table 430.250:sta AC-moottoreille tai Table 430.251(B):sta DC-moottoreille.
Valitse ylikuormitus suojalaite, joka voi käsitellä vähintään 115 % FLC:sta palvelufaktoria 1.15 tai suuremmalla tai lämpötilan nousulla 40°C tai vähemmällä; tai 125 % FLC:sta muissa moottoreissa. Ylikuormitus suojalaite voi olla lämpöylikuormitusrelaasi, elektroninen tai digitaalinen ylikuormitusrelaasi tai erikoisvirtasuojarelaasi, riippuen moottorin tyyppistä ja kokoa.
Valitse lyhytsulun ja maavikan suojauslaite, joka voi käsitellä vähintään 150 % FLC:sta palvelufaktoria 1.15 tai suuremmalla tai lämpötilan nousulla 40°C tai vähemmällä; tai 175 % FLC:sta muissa moottoreissa. Lyhytsulun ja maavikan suojauslaite voi olla sulake tai virtasuojain, riippuen moottorin tyyppistä ja kokoa.
Valitse käänteisen kiertosuunan suojauslaite, jos moottori tai kuorma ei voi sietää käänteistä kiertosuuntaa. Käänteisen kiertosuunan suojauslaite voi olla vaihejärjestyksen havaitseva relaasi, negatiivisen järjestyksen havaitseva relaasi tai nopeuden havaitseva relaasi, riippuen moottorin tyyppistä ja kokoa.
Valitse johtojen koot moottoripiiriin NEC Table 310.15(B)(16):n mukaan yleiselle sähkötyölle ja NEC Table 430.250:lle moottorin haaroille. Johtojen tulee olla vähintään 125 % FLC:sta palvelufaktoria 1.15 tai suuremmalla tai lämpötilan nousulla 40°C tai vähemmällä; tai 115 % FLC:sta muissa moottoreissa.
Valitse sopivat laitteet ja menetelmät moottorin hallintaan, käynnistykseen, pysäyttämiseen, nopeuden säätelyyn ja kommunikaatioon moottorin tyyppiä ja sovellusta mukaan.
Yhteenveto
Moottorisuojaus on elintärkeä osa sähkötekniikkaa, joka varmistaa sähkömoottorien ja niiden piirien turvallisuuden ja tehokkuuden. Moottorisuojauslaitteet valitaan moottorin tyyppiä ja kokoa, mahdollisten vik
