Motorbescherming: Soorten Fouten en Apparatuur
Een motorkastbeschermingssysteem is een set van apparaten en methoden die een elektrische motor beschermen tegen verschillende storingen en schade. Een elektrische motor is een cruciaal onderdeel van veel industriële en huishoudelijke toepassingen, variërend van kleine apparaten tot grote machines. Het is daarom belangrijk om het juiste functioneren en de veiligheid van de motor en haar circuit te waarborgen.
In dit artikel bespreken we de soorten motoraanvallen, de soorten motorkastbeschermingsapparatuur en hoe deze te selecteren volgens de National Electrical Code (NEC) en de motoreigenschappen.
Wat is een motoraanval?
Een motoraanval is een toestand die ervoor zorgt dat de motor abnormaal werkt of faalt. Motoraanvallen kunnen worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën:
Externe aanvallen: Dit zijn aanvallen die ontstaan uit het voedingsnetwerk of de belasting verbonden aan de motor. Enkele voorbeelden van externe aanvallen zijn:
Ongelijkmatige spanningen: Dit gebeurt wanneer de driefase spanningen niet gelijk zijn in grootte of fasehoek. Dit kan negatieve sequentie stromen in de motor veroorzaken, wat extra verliezen, verhitting en koppeltrillingen teweegbrengt.
Onderspanning: Dit gebeurt wanneer de voedingsspanning daalt onder de nominale waarde van de motor. Dit kan leiden tot verminderd koppel, verhoogde stroom en oververhitting van de motor.
Omgekeerde fasevolgorde: Dit gebeurt wanneer de volgorde van de voedingfasen wordt omgekeerd. Dit kan leiden tot omgekeerde rotatie van de motor, wat de belasting of de motor zelf kan beschadigen.
Verlies van synchronisatie: Dit gebeurt wanneer een synchrone motor zijn magnetische vergrendeling met de voedingssnelheid verliest. Dit kan excessieve slip, jagen en instabiliteit van de motor veroorzaken.
Interne aanvallen: Dit zijn aanvallen die ontstaan uit de motor of de aangedreven installatie. Enkele voorbeelden van interne aanvallen zijn:
Lagerschade: Dit gebeurt wanneer de lagers die de motoras ondersteunen slijten of vastlopen door wrijving, smeringproblemen of mechanische spanning. Dit kan lawaai, trilling, asafwijking en stoppen van de motor veroorzaken.
Oververhitting: Dit gebeurt wanneer de temperatuur van de motor boven zijn thermische limiet uitkomt door overbelasting, onvoldoende koeling, omgevingsomstandigheden of isolatie-inbraak. Dit kan leiden tot veroudering van de isolatie, windingsschade en verminderde efficiëntie van de motor.
Windingsschade: Dit gebeurt wanneer de windingen van de motor kortgesloten of open gesloten zijn door isolatie-inbraak, mechanische spanning of externe aanvallen. Dit kan vonken, rook, brand en verlies van koppel in de motor veroorzaken.
Aardfout: Dit gebeurt wanneer een fasesnoer van de motor in contact komt met een geaarde onderdeel van het circuit of de uitrusting. Dit kan hoge foutstromen, schade aan de isolatie en uitrusting, en potentiele schokgevaren veroorzaken.
Motoraanvallen kunnen ernstige gevolgen hebben voor de prestaties, veiligheid en levensduur van de motor en haar circuit. Het is daarom essentieel om deze op te sporen en ertegen te beschermen met behulp van passende apparaten en methoden.
Wat is een motorkastbeschermingsapparaat?
Een motorkastbeschermingsapparaat is een apparaat dat één of meer parameters van de motor of haar circuit bewaakt en regelt, zoals stroom, spanning, temperatuur, snelheid of koppel. Het doel van een motorkastbeschermingsapparaat is om schade aan de motor en haar circuit in geval van een aanval of afwijkende toestand te voorkomen of te minimaliseren.
Er zijn verschillende soorten motorkastbeschermingsapparaten, afhankelijk van hun functie, principe en toepassing. Enkele algemene soorten zijn:
Veiligheidskoppelingen: Dit zijn apparaten die het circuit onderbreken wanneer er een hoge stroom doorheen stroomt als gevolg van een kortsluiting of overbelasting. Ze bestaan uit een metalen strook of draad die smelt wanneer hij wordt verhit door de foutstroom. Veiligheidskoppelingen zijn eenvoudig, goedkoop en betrouwbare apparaten die snelle bescherming bieden tegen kortsluitingen. Echter, ze hebben enkele nadelen, zoals:
Ze zijn niet herbruikbaar en moeten na elke werking vervangen worden.
Ze bieden geen bescherming tegen overbelasting of onderspanning.
Ze bieden geen indicatie of isolatie van de foutlocatie.
Schakelaars: Dit zijn apparaten die het circuit onderbreken wanneer er een hoge stroom doorheen stroomt als gevolg van een kortsluiting of overbelasting. Ze bestaan uit een paar contacten die open of gesloten worden door een elektromechanisch mechanisme getriggerd door een sensor element. Schakelaars zijn geavanceerder dan veiligheidskoppelingen, omdat ze het volgende bieden:
Herbruikbaarheid en resetbaarheid na elke werking.
Bescherming tegen overbelasting en onderspanning door het aanpassen van hun trip-instellingen.
Indicatie en isolatie van de foutlocatie door handmatige of automatische werking.
Overlastrelais: Dit zijn apparaten die het circuit onderbreken wanneer er een hoge stroom doorheen stroomt als gevolg van een overbelasting. Ze bestaan uit een sensor element dat de stroom meet en een contact dat open of gesloten wordt door een elektromechanisch of elektronisch mechanisme. Overlastrelais zijn ontworpen om motoren te beschermen tegen oververhitting en isolatieschade als gevolg van langdurige overbelasting of ongelijke spanningen. Er zijn twee hoofdsoorten overlastrelais:
Snellere respons en betere bescherming tegen kortsluitingsstromen of aardfouten.
Immuniteit tegen omgevingstemperatuur en geen behoefte aan aanpassing.
Hogere nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid dankzij digitale verwerking.
Extra functies zoals faseverliesdetectie, omgekeerde rotatiedetectie, communicatie en diagnostiek.
Ze reageren traag en kunnen mogelijk geen bescherming bieden tegen kortsluitingsstromen of aardfouten.
Ze worden beïnvloed door de omgevingstemperatuur en moeten mogelijk aangepast worden.
Ze hebben beperkte nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid door mechanische slijtage.
Thermische overlastrelais: Dit zijn apparaten die een bimetaalstrip of een verhittingselement gebruiken om de temperatuurstijging van de motorstroom te meten. Wanneer de stroom de ingestelde waarde overschrijdt, buigt of smelt het thermische element, waardoor het contact open of gesloten gaat. Thermische overlastrelais zijn eenvoudig, goedkoop en betrouwbare apparaten die inverse tijdprotectie bieden, wat betekent dat ze sneller trippen bij hogere overlast. Echter, ze hebben enkele nadelen, zoals:
Elektronische of digitale overlastrelais: Dit zijn apparaten die een stroomtransformator of een shuntweerstand gebruiken om de motorstroom te meten en een microprocessor of een vaste staatsschakeling om het contact te regelen. Wanneer de stroom de ingestelde waarde overschrijdt, stuurt het elektronische element een signaal om het contact open of gesloten te maken. Elektronische of digitale overlastrelais zijn geavanceerder dan thermische overlastrelais, omdat ze het volgende bieden:
Differentiële beschermingsrelais: Dit zijn apparaten die de stromen op de ingangsterminals en uitgangsterminals van de motor of haar winding vergelijken. Wanneer het verschil tussen de stromen een bepaalde waarde overschrijdt, wat wijst op een windingfout, trips het relais het circuit. Differentiële beschermingsrelais zijn zeer gevoelige en betrouwbare apparaten die snelle bescherming bieden tegen fase-naar-fase en fase-naar-aarde fouten in laagspannings- en hoogspanningsmotoren.
Omgekeerde rotatiebeschermingsrelais: Dit zijn apparaten die de richting van rotatie van de motor detecteren en voorkomen dat deze in omgekeerde richting draait. Omgekeerde rotatie kan de motor of de belasting beschadigen, vooral in toepassingen zoals transportbanden, pompen of ventilatoren. Omgekeerde rotatiebeschermingsrelais kunnen verschillende methoden gebruiken om de rotatierichting te meten, zoals:
Fasevolgordedetectie: Deze methode gebruikt een spanningsrelais of een wattmeterrelais om de fasevolgorde van de voedingsspanning te meten. Als de fasevolgorde omgekeerd is, wat wijst op omgekeerde rotatie, trips het relais het circuit.
Negatieve sequentiedetectie: Deze methode gebruikt een stroomrelais of een vermogensrelais om de negatieve sequentiecomponent van de motorstroom te meten. Als de negatieve sequentiecomponent hoog is, wat wijst op omgekeerde rotatie, trips het relais het circuit.
Snelheidsdetectie: Deze methode gebruikt een snelheidssensor of een tachometer om de snelheid van de motoras te meten. Als de snelheid negatief is, wat wijst op omgekeerde rotatie, trips het relais het circuit.
Hoe te selecteren motorkastbeschermingsapparaten?
De selectie van motorkastbeschermingsapparaten hangt af van verschillende factoren, zoals:
Het type en formaat van de motor
De eigenschappen en ratings van de motor
Het type en de ernst van mogelijke aanvallen
De eisen van de NEC en andere normen
De kosten en beschikbaarheid van de apparaten
Artikel 430 van de NEC geeft algemene regels en richtlijnen voor de selectie van motorkastbeschermingsapparaten op basis van deze factoren. Het is echter ook belangrijk om de aanbevelingen en specificaties van de fabrikant te raadplegen voor elke motor en elk apparaat.
Enkele algemene stappen voor de selectie van motorkastbeschermingsapparaten zijn:
Bepaal de volledige belastingstroom (FLC) van de motor vanaf het naamplaatje of vanaf NEC Tabel 430.250 voor AC-motoren of Tabel 430.251(B) voor DC-motoren.
Selecteer een overlastbeschermingsapparaat dat ten minste 115% van de FLC kan hanteren voor motoren met een servicefactor van 1.15 of hoger of met een temperatuurstijging van 40°C of minder; of 125% van de FLC voor andere motoren. Het overlastbeschermingsapparaat kan een thermisch overlastrelais, een elektronisch of digitaal overlastrelais of een differentiële beschermingsrelais zijn, afhankelijk van het type en formaat van de motor.
Selecteer een kortsluiting en aardfoutbeschermingsapparaat dat ten minste 150% van de FLC kan hanteren voor motoren met een servicefactor van 1.15 of hoger of met een temperatuurstijging van 40°C of minder; of 175% van de FLC voor andere motoren. Het kortsluiting en aardfoutbeschermingsapparaat kan een veiligheidskoppeling of een schakelaar zijn, afhankelijk van het type en formaat van de motor.
Selecteer een omgekeerde rotatiebeschermingsapparaat als de motor of de belasting geen omgekeerde rotatie kan tolereren. Het omgekeerde rotatiebeschermingsapparaat kan een fasevolgordedetectierelais, een negatieve sequentiedetectierelais of een snelheidsdetectierelais zijn, afhankelijk van het type en formaat van de motor.
Selecteer de geleidergroottes voor het motorcircuit volgens NEC Tabel 310.15(B)(16) voor algemene bedrading en NEC Tabel 430.250 voor motortakcircuits. De geleiders moeten een ampaciteit hebben die niet minder is dan 125% van de FLC voor motoren met een servicefactor van 1.15 of hoger of met een temperatuurstijging van 40°C of minder; of 115% van de FLC voor andere motoren.
Selecteer de juiste apparaten en methoden voor motoraansturing, starten, stoppen, snelheidsregeling en communicatie volgens het type en de toepassing van de motor.
Conclusie
Motorkastbescherming is een cruciaal aspect van de elektrotechniek dat de veiligheid en efficiëntie van elektrische motoren en hun circuits garandeert. Motorkastbeschermingsapparaten worden geselecteerd op basis van het type en formaat van de motor, het type en de ernst van mogelijke aanvallen, de eisen van de NEC en andere normen, en de kosten en beschikbaarheid van de apparaten. Motorkastbeschermingsapparaten omvatten veiligheidskoppelingen, schakelaars, overlastrelais, differentiële beschermingsrelais en omgekeerde rotatiebeschermingsrelais. Motorkastbeschermingsapparaten bewaken en regelen parameters zoals stroom, spanning, temperatuur, snelheid en koppel om schade aan de motor en haar circuit in geval van een aanval of afwijkende toestand te voorkomen of te minimaliseren.
Verklaring: Respecteer het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van inbreuk, neem dan contact op voor verwijdering.
