Motor Protection: Típusok hibák és eszközök
A motorvédelmi rendszer olyan eszközök és módszerek készlete, amelyek védik az elektromotort különböző hibáktól és károk elől. Az elektromotor sok ipari és otthoni alkalmazás kulcsfontosságú összetevője, kis berendezésektől nagy gépekig. Ezért fontos biztosítani a motor és áramkör megfelelő működését és biztonságát.
Ebben a cikkben a motorhibák típusait, a motorvédelmi eszközök típusait, valamint annak módját tárgyaljuk, hogyan választjuk őket a Nemzeti Elektrotechnikai Kódot (NEC) és a motor jellemzői alapján.
Mi a motorhiba?
A motorhiba olyan állapot, ami miatt a motor nem normálisan működik vagy meghibásodik. A motorhibákat két fő kategóriába oszthatjuk:
Külső hibák: Ezek a hibák a motorhoz csatlakoztatott energiaellátási hálózatból vagy terhelésből erednek. Néhány példa a külső hibákra:
Nem egyensúlyban lévő feszültségek: Ez akkor történik, ha a háromfázis feszültségek nem egyenlőek nagyságban vagy fázisszögben. Ez negatív sorrendű áramokat okozhat a motorban, amelyek további veszteségeket, melegedést és nyomaték pulzusokat eredményeznek.
Alacsony feszültség: Ez akkor történik, ha a feszültség alacsonyabb, mint a motor megadott értéke. Ez csökkent nyomatékot, növekedő áramot és a motor túlmelegedését okozhatja.
Fordított fázissorrend: Ez akkor történik, ha a fázisok sorrendje megfordul. Ez fordított forgást okozhat a motorban, ami károsíthatja a terhelést vagy a motort magát.
Szinkronizmus elvesztése: Ez akkor történik, ha a szinkron motor elveszíti a magnetes záradékot a feszültség frekvenciával. Ez túl nagy csúszást, vadászást és a motor instabilitását okozhatja.
Belső hibák: Ezek a hibák a motorból vagy a meghajtott berendezésből erednek. Néhány példa a belső hibákra:
Lelépés kifogyása: Ez akkor történik, ha a motor tengelyét támogató lelépek elhasználódnak vagy kitakarodnak súrlódás, kenőanyaghiány vagy mechanikai stressz miatt. Ez zajt, rezgéseket, tengely eltérését és a motor leállását okozhatja.
Túlmelegedés: Ez akkor történik, ha a motor hőmérséklete túllépi a hőterhelési határát túlforgalmazás, nedvesedés, környezeti feltételek vagy izoláció romlása miatt. Ez az izoláció romlását, tekercsek károsodását és a motor hatékonyságának csökkenését okozhatja.
Tekercs kifogyása: Ez akkor történik, ha a motor tekercsei rövidzárasak vagy nyitottá válnak izoláció romlása, mechanikai stressz vagy külső hibák miatt. Ez tűz, dobbantás, gőz és a motor nyomatékának elvesztését okozhatja.
Földkapcsolás: Ez akkor történik, ha a motor egyik fázisvezetéke kapcsolódik a környezetbe vagy a berendezés földelésére. Ez nagy hibajáratokat, izoláció és berendezés károsodását, valamint potenciális elektromos sokkolási kockázatokat okozhat.
A motorhibák komoly következményekkel járhatnak a motor és áramkör teljesítményére, biztonságára és élettartamára. Ezért létfontosságú, hogy felismerjük őket és megfelelő eszközökkel és módszerekkel védelmet biztosítsunk ellenük.
Mi a motorvédelmi eszköz?
A motorvédelmi eszköz olyan eszköz, amely figyeli és irányítja a motor vagy áramkör egy vagy több paraméterét, mint például az áram, a feszültség, a hőmérséklet, a sebesség vagy a nyomaték. A motorvédelmi eszköz célja, hogy a hiba vagy anomális állapot esetén minimalizálja vagy megelőzi a motor és áramkör károsodását.
A motorvédelmi eszközök típusa függ a funkciójuk, elvüktől és alkalmazásuktól. Néhány gyakori típus:
Védőelemek: Ezek olyan eszközök, amelyek megszakítják a köröt, ha nagy áram folyik rajtuk keresztül rövidzáráskor vagy túlforgalmazáskor. Egy fémes szalagból vagy drótából állnak, amelyek megtolvajlak, ha a hibajárat melegíti őket. A védőelemek egyszerűek, olcsók és megbízhatók, gyors védelmet nyújtanak a rövidzárs ellen. Ugyanakkor néhány hátrányuk is van, mint például:
Nem használhatók újra, minden működés után cserélendőek.
Nem biztosítanak védelmet a túlforgalmazás vagy alacsony feszültség ellen.
Nem adnak jelet vagy isolálják a hiba helyét.
Átkapcsolók: Ezek olyan eszközök, amelyek megszakítják a köröt, ha nagy áram folyik rajtuk keresztül rövidzáráskor vagy túlforgalmazáskor. Egy pár kapcsolóból állnak, amelyek nyílnak vagy záródnak egy elektromechanikus mechanizmus által, amely egy érzékelő elem által aktiválódik. Az átkapcsolók fejlettebbek, mint a védőelemek, mivel a következőket biztosítják:
Újrafelhasználhatóság és újrabeállítás minden működés után.
Védelem a túlforgalmazás és alacsony feszültség ellen a trip beállításokkal.
Jelet és a hiba helyének isolálását manuális vagy automatikus működés révén.
Túlforgalmazási relék: Ezek olyan eszközök, amelyek megszakítják a köröt, ha nagy áram folyik rajtuk keresztül túlforgalmazáskor. Egy érzékelő elemmel rendelkeznek, amely méri az áramot, és egy kapcsoló, amely elektromechanikus vagy elektronikus mechanizmus által nyílik vagy záródik. A túlforgalmazási relék arra vannak tervezve, hogy a motort védjék a túlmelegedéstől és az izoláció károsodásától a hosszú ideig tartó túlforgalmazások vagy nem egyensúlyban lévő feszültségek miatt. Két fő típusú túlforgalmazási relék létezik:
Gyorsabb reakció és jobb védelem a rövidzárs áramok ellen vagy a földkapcsolás ellen.
Ellenálló a környezeti hőmérséklet ellen, nincs szükség beállításra.
Magasabb pontosság és ismétlhetőség digitális feldolgozás miatt.
További funkciók, mint például a fázis hiányának detektálása, a fordított forgás detektálása, kommunikáció és diagnosztika.
Lassan reagálnak és nem védik a rövidzárs áramokat vagy a földkapcsolást.
A környezeti hőmérséklet befolyásolja őket, és lehet, hogy be kell állítani őket ennek megfelelően.
Korlátozott pontosság és ismétlhetőség a mechanikai szenvedély miatt.
Hőmérsékleti túlforgalmazási relék: Ezek olyan eszközök, amelyek bimetáll szalaggal vagy fűtőelemmel mérjék a motor áramának hőmérséklet-emelkedését. Ha az áram meghaladja a beállított értéket, a hőmérsékleti elem hajlik vagy oldódik, ami a kapcsoló nyitását vagy záródását okozza. A hőmérsékleti túlforgalmazási relék egyszerűek, olcsók és megbízhatók, inverz idő védelmet nyújtanak, ami azt jelenti, hogy gyorsabban trippelnek nagyobb túlforgalmazásnál. Ugyanakkor néhány hátrányuk is van, mint például:
Elektronikus vagy digitális túlforgalmazási relék: Ezek olyan eszközök, amelyek áramerősséget vagy shunt ellenállást használnak a motor áramának mérésére, és mikroprocesszort vagy szilícium alapú áramkört a kapcsoló vezérlésére. Ha az áram meghaladja a beállított értéket, az elektronikus elem jelünket küld a kapcsoló nyitására vagy záródására. Az elektronikus vagy digitális túlforgalmazási relék fejlettebbek, mint a hőmérsékleti túlforgalmazási relék, mivel a következőket biztosítják:
Differenciális védelmi relék: Ezek olyan eszközök, amelyek összehasonlítják az áramokat a motor bemeneti és kimeneti termináljain, vagy a tekercsén. Ha az áramok közötti különbség meghaladja a meghatározott értéket, ami a tekercs hibáját jelzi, a relé megszakítja a köröt. A differenciális védelmi relék nagyon érzékenyek és megbízhatóak, gyors védelmet nyújtanak a fázis-fázis és fázis-föld hibák ellen alacsony- és magasfeszültségű motorokban.
Fordított forgás védelmi relék: Ezek olyan eszközök, amelyek detektálják a motor forgási irányát, és megakadályozzák, hogy fordítva forogjon. A fordított forgás károsíthatja a motort vagy a terhelést, különösen olyan alkalmazásokban, mint például a szalagfutók, szivattyúk vagy szellőgépek. A fordított forgás védelmi relék különböző módszereket használhatnak a forgási irány detektálásához, mint például:
Fázissorrend detektálása: Ez a módszer feszültség relét vagy wattmérő relét használ a feszültség fázissorrendjének mérésére. Ha a fázissorrend megfordul, ami a fordított forgást jelzi, a relé megszakítja a köröt.
Negatív sorrend detektálása: Ez a módszer áramerősségi relét vagy teljesítményrelét használ a motor áramának negatív sorrendi komponensének mérésére. Ha a negatív sorrendi komponens magas, ami a fordított forgást jelzi, a relé megszakítja a köröt.
Sebesség detektálása: Ez a módszer sebesség érzékelőt vagy tacszámolót használ a motor tengely sebességének mérésére. Ha a sebesség negatív, ami a fordított forgást jelzi, a relé megszakítja a köröt.
Hogyan válasszunk motorvédelmi eszközöket?
A motorvédelmi eszközök kiválasztása több tényezőtől függ, mint például:
A motor típusa és mérete
A motor jellemzői és besorolása
A lehetséges hibák típusa és súlyossága
Az NEC és más szabványok követelményei
Az eszközök költsége és elérhetősége
Az NEC 430. cikke általános szabályokat és iránymutatásokat ad a motorvédelmi eszközök kiválasztásához ezek alapján. Ugyanakkor fontos konzultálni a gyártó ajánlásai és specifikációival minden motor és eszköz esetében.
Néhány általános lépés a motorvédelmi eszközök kiválasztásához:
Határozza meg a motor teljes terhelési áramát (FLC) a motor címkéjéről, vagy az NEC 430.250-as táblázatból AC motorok esetén, vagy a 430.251(B) táblázatból DC motorok esetén.
Válasszon túlforgalmazásvédelmi eszközt, amely kezelni tudja legalább 115%-át a FLC-nak a 1.15 vagy annál nagyobb szolgáltatási tényezővel vagy 40°C vagy annál kevesebb hőemelkedéssel rendelkező motorok esetén; vagy 125%-át a FLC-nak a többi motor esetén. A túlforgalmazásvédelmi eszköz hőmérsékleti túlforgalmazási relé, elektronikus vagy digitális túlforgalmazási relé, vagy differenciális védelmi relé lehet, a motor típusa és mérete alapján.
Válasszon rövidzárs és földkapcsolásvédelmi eszközt, amely kezelni tudja legalább 150%-át a FLC-nak a 1.15 vagy annál nagyobb szolgáltatási tényezővel vagy 40°C vagy annál kevesebb hőemelkedéssel rendelkező motorok esetén; vagy 175%-át a FLC-nak a többi motor esetén. A rövidzárs és földkapcsolásvédelmi eszköz védőelem vagy átkapcsoló lehet, a motor típusa és mérete alapján.
Válasszon fordított forgás védelmi eszközt, ha a motor vagy a terhelés nem tűri a fordított forgást. A fordított forgás védelmi eszköz fázissorrend detektáló relé, negatív sorrend detektáló relé, vagy sebesség detektáló relé lehet, a motor típusa és mérete alapján.
Válassza a motor áramkör vezetékeinek méretét az NEC 310.15(B)(16) táblázata szerint az általános vezetékesítéshez, és az NEC 430.250 táblázata szerint a motor ágáramkörökhez. A vezetékek ampérképessége nem lehet kevesebb, mint 125%-a a FLC-nak a 1.15 vagy annál nagyobb szolgáltatási tényezővel vagy 40°C vagy annál kevesebb hőemelkedéssel rendelkező motorok esetén; vagy 115%-a a FLC-nak a többi motor esetén.
Válassza a megfelelő eszközöket és módszereket a motor irányításához, indításához, leállításához, sebesség szabályozásához és kommunikációhoz a motor típusa és alkalmazása alapján.
