Ochrona silników: Rodzaje uszkodzeń i urządzenia
System ochrony silnika to zestaw urządzeń i metod zapewniających ochronę silnika elektrycznego przed różnymi uszkodzeniami i awariami. Silnik elektryczny jest kluczowym elementem wielu przemysłowych i domowych zastosowań, od małych urządzeń do dużych maszyn. Dlatego ważne jest zapewnienie prawidłowego działania i bezpieczeństwa silnika oraz jego obwodu.
W tym artykule omówimy rodzaje awarii silników, rodzaje urządzeń ochronnych dla silników oraz sposób ich wyboru zgodnie z Narodowym Kodeksem Elektrycznym (NEC) i charakterystyką silników.
Co to jest awaria silnika?
Awaria silnika to stan, który powoduje nieprawidłowe działanie lub awarię silnika. Awarie silników można podzielić na dwie główne kategorie:
Zewnętrzne awarie: Są to awarie pochodzące z sieci zasilającej lub obciążenia podłączonego do silnika. Przykłady zewnętrznych awarii to:
Nierównomierne napięcia zasilające: Występuje, gdy trójfazowe napięcia nie są równe co do wartości lub kąta fazowego. Może to spowodować prądy sekwencji ujemnej w silniku, które powodują dodatkowe straty, nagrzewanie i pulsacje momentu obrotowego.
Niedonapięcie: Występuje, gdy napięcie zasilające spada poniżej nominalnej wartości silnika. Może to spowodować zmniejszenie momentu obrotowego, zwiększenie prądu i przegrzewanie silnika.
Odwrócona sekwencja faz: Występuje, gdy kolejność faz zasilania jest odwrócona. Może to spowodować odwrócenie kierunku obrotu silnika, co może uszkodzić obciążenie lub sam silnik.
Utrata synchronizacji: Występuje, gdy synchroniczny silnik traci magnetyczną blokadę z częstotliwością zasilania. Może to spowodować nadmierny ślizg, poszukiwanie i niestabilność silnika.
Wewnętrzne awarie: Są to awarie pochodzące z samego silnika lub napędzanego urządzenia. Przykłady wewnętrznych awarii to:
Awaria łożyska: Występuje, gdy łożyska wspierające wał silnika zużyją się lub zablokują z powodu tarcia, problemów z smarowaniem lub obciążeń mechanicznych. Może to spowodować hałas, drgania, nierównomierność wału i zatrzymanie silnika.
Przegrzewanie: Występuje, gdy temperatura silnika przekracza jego granicę termiczną z powodu przeciążenia, niewystarczającego chłodzenia, warunków otoczenia lub rozerwania izolacji. Może to spowodować pogorszenie izolacji, uszkodzenie wirowania i zmniejszenie efektywności silnika.
Awaria wirowania: Występuje, gdy wirowania silnika są zwarcie lub otwarte z powodu rozerwania izolacji, obciążeń mechanicznych lub zewnętrznych awarii. Może to spowodować iskry, dym, pożar i utratę momentu obrotowego w silniku.
Awaria do ziemi: Występuje, gdy faza przewodnika silnika dochodzi do kontaktu z zazemioną częścią obwodu lub sprzętu. Może to spowodować wysokie prądy awaryjne, uszkodzenie izolacji i sprzętu oraz potencjalne zagrożenia porażeniem.
Awarie silników mogą mieć poważne konsekwencje dla wydajności, bezpieczeństwa i długości życia silnika i jego obwodu. Dlatego niezbędne jest wykrywanie i ochrona przed nimi za pomocą odpowiednich urządzeń i metod.
Co to jest urządzenie ochrony silnika?
Urządzenie ochrony silnika to urządzenie monitorujące i kontrolujące jeden lub więcej parametrów silnika lub jego obwodu, takich jak prąd, napięcie, temperatura, prędkość lub moment obrotowy. Celem urządzenia ochrony silnika jest zapobieganie lub minimalizacja uszkodzeń silnika i jego obwodu w przypadku awarii lub nietypowej sytuacji.
Istnieje wiele rodzajów urządzeń ochrony silników, w zależności od ich funkcji, zasady działania i zastosowania. Niektóre popularne typy to:
Bezpieczniki: To urządzenia, które przerywają obwód, gdy przez nie przepływa duży prąd z powodu zwarcia lub przeciążenia. Składają się z metalowej taśmy lub drutu, który topi się, gdy jest ogrzewany przez prąd awaryjny. Bezpieczniki są proste, tanie i niezawodne urządzenia zapewniające szybką ochronę przed zwarciami. Mają jednak pewne wady, takie jak:
Nie są ponownie używane i muszą być wymieniane po każdym działaniu.
Nie zapewniają ochrony przed przeciążeniami ani niedonapięciem.
Nie zapewniają wskazania ani izolacji miejsca awarii.
Automaty: To urządzenia, które przerywają obwód, gdy przez nie przepływa duży prąd z powodu zwarcia lub przeciążenia. Składają się z pary kontaktów, które otwierają lub zamykają za pomocą mechanizmu elektromechanicznego wyzwalanego przez element czuciowy. Automaty są bardziej zaawansowane niż bezpieczniki, ponieważ zapewniają:
Możliwość ponownego użycia i resetowania po każdym działaniu.
Ochronę przed przeciążeniami i niedonapięciem poprzez dostosowanie ustawień wyzwalania.
Wskazanie i izolację miejsca awarii przez ręczne lub automatyczne działanie.
Relay przeciążeniowe: To urządzenia, które przerywają obwód, gdy przez nie przepływa duży prąd z powodu przeciążenia. Składają się z elementu czuciowego mierzącego prąd i kontaktem, który otwiera lub zamyka za pomocą mechanizmu elektromechanicznego lub elektronicznego. Relays przeciążeniowe są zaprojektowane do ochrony silników przed przegrzewaniem i uszkodzeniem izolacji z powodu długotrwałych przeciążeń lub nierównomiernych napięć. Istnieją dwa główne typy relay przeciążeniowych:
Szybsza reakcja i lepsza ochrona przed prądami zwarcia lub zwarciami do ziemi.
Odporność na temperaturę otoczenia i brak potrzeby dostosowywania.
Wyższa dokładność i powtarzalność dzięki przetwarzaniu cyfrowemu.
Dodatkowe funkcje, takie jak wykrywanie utraty fazy, wykrywanie obrotu odwrotnego, komunikacja i diagnostyka.
Są wolne w reakcji i mogą nie zapewniać ochrony przed prądami zwarcia lub zwarciami do ziemi.
Są wpływowane przez temperaturę otoczenia i mogą wymagać dostosowania.
Mają ograniczoną dokładność i powtarzalność z powodu zużycia mechanicznego.
Relay przeciążeniowe termiczne: To urządzenia, które wykorzystują dwumetalową taśmę lub element grzejny do wykrywania wzrostu temperatury prądu silnika. Gdy prąd przekracza ustawioną wartość, element termiczny giątknie lub topi, powodując otwarcie lub zamknięcie kontaktu. Relay przeciążeniowe termiczne są proste, tanie i niezawodne urządzenia zapewniające ochronę odwrotnie proporcjonalną do czasu, co oznacza, że wyzwalają się szybciej przy większych przeciążeniach. Mają jednak pewne wady, takie jak:
Relay przeciążeniowe elektroniczne lub cyfrowe: To urządzenia, które wykorzystują transformator prądowy lub rezystor szuntowy do pomiaru prądu silnika i mikroprocesor lub obwód półprzewodnikowy do sterowania kontaktem. Gdy prąd przekracza ustawioną wartość, element elektroniczny wysyła sygnał do otwarcia lub zamknięcia kontaktu. Relay przeciążeniowe elektroniczne lub cyfrowe są bardziej zaawansowane niż relay termiczne, ponieważ zapewniają:
Relay różnicowe: To urządzenia, które porównują prądy na wejściowych i wyjściowych terminalach silnika lub jego wirowania. Gdy różnica między prądami przekracza określoną wartość, wskazując awarię wirowania, relay przerywa obwód. Relay różnicowe są bardzo wrażliwe i niezawodne urządzenia zapewniające szybką ochronę przed zwarciami fazowymi i fazowo-ziemnymi w silnikach niskiego i wysokiego napięcia.
Relay ochrony przed obrotem odwrotnym: To urządzenia, które wykrywają kierunek obrotu silnika i zapobiegają jego obrótowi w odwrotnym kierunku. Obrót odwrotny może uszkodzić silnik lub obciążenie, zwłaszcza w zastosowaniach takich jak taśmy transportowe, pompy lub wentylatory. Relay ochrony przed obrotem odwrotnym mogą wykorzystywać różne metody do wykrywania kierunku obrotu, takie jak:
Wykrywanie sekwencji faz: Ta metoda wykorzystuje relays napięciowe lub relays watowe do pomiaru sekwencji faz napięcia zasilania. Jeśli sekwencja faz jest odwrócona, wskazując obrót odwrotny, relay przerywa obwód.
Wykrywanie sekwencji ujemnej: Ta metoda wykorzystuje relays prądowe lub relays mocy do pomiaru składowej sekwencji ujemnej prądu silnika. Jeśli składowa sekwencji ujemnej jest wysoka, wskazując obrót odwrotny, relay przerywa obwód.
Wykrywanie prędkości: Ta metoda wykorzystuje czujnik prędkości lub tachometr do pomiaru prędkości wału silnika. Jeśli prędkość jest ujemna, wskazując obrót odwrotny, relay przerywa obwód.
Jak wybrać urządzenia ochrony silników?
Wybór urządzeń ochrony silników zależy od kilku czynników, takich jak:
Typ i rozmiar silnika
Charakterystyki i parametry silnika
Typ i nasilenie możliwych awarii
Wymagania NEC i innych standardów
Koszt i dostępność urządzeń
Artykuł 430 NEC zawiera ogólne zasady i wytyczne dotyczące wyboru urządzeń ochrony silników na podstawie tych czynników. Należy również skonsultować się z rekomendacjami i specyfikacjami producenta dla każdego silnika i urządzenia.
Niektóre ogólne kroki do wyboru urządzeń ochrony silników to:
Określ pełny prąd obciążenia (FLC) silnika z tablicy nazewnictwa lub z tabeli 430.250 NEC dla silników AC lub tabeli 430.251(B) dla silników DC.
Wybierz urządzenie ochrony przeciw przeciążeniom, które może obsłużyć co najmniej 115% FLC dla silników o współczynniku służbowym 1.15 lub wyższym lub o wzroście temperatury 40°C lub mniejszym; lub 125% FLC dla innych silników. Urządzenie ochrony przeciw przeciążeniom może być relayem przeciążeniowym termicznym, elektronicznym lub cyfrowym, lub relayem różnicowym, w zależności od typu i rozmiaru silnika.
Wybierz urządzenie ochrony przed zwarciami i zwarciami do ziemi, które może obsłużyć co najmniej 150% FLC dla silników o współczynniku służbowym 1.15 lub wyższym lub o wzroście temperatury 40°C lub mniejszym; lub 175% FLC dla innych silników. Urządzenie ochrony przed zwarciami i zwarciami do ziemi może być bezpiecznikiem lub automatem, w zależności od typu i rozmiaru silnika.
Wybierz urządzenie ochrony przed obrotem odwrotnym, jeśli silnik lub obciążenie nie toleruje obrotu odwrotnego. Urządzenie ochrony przed obrotem odwrotnym może być relays wykrywającym sekwencję faz, relays wykrywającym sekwencję ujemną lub relays wykrywającym prędkość, w zależności od typu i rozmiaru silnika.
Wybierz rozmiary przewodów dla obwodu silnika zgodnie z tabelą 310.15(B)(16) NEC dla ogólnego przewodzenia i tabelą 430.250 NEC dla obwodów gałęziowych silników. Przewody powinny mieć amperaż nie mniejszy niż 125% FLC dla silników o współczynniku służbowym 1.15 lub wyższym lub o wzroście temperatury 40°C lub mniejszym; lub 115% FLC dla innych silników.
Wybierz odpowiednie urządzenia i metody do sterowania, uruchamiania, zatrzymywania, regulacji prędkości i komunikacji zgodnie z typem i zastosowaniem silnika.
Podsumowanie
Ochrona silników jest kluczowym aspektem inżynierii elektrycznej, który zapewnia bezpieczeństwo i efektywność silników elektrycznych i ich obwodów. Urządzenia ochrony silników wybierane są w oparciu o typ i rozmiar silnika, typ i nasilenie możliwych awarii, wymagania NEC i innych standardów, oraz koszt i dostępność urządzeń. Urządzenia ochrony silników obejmują bezpieczniki, automaty, relay przeciążeniowe, relay różnicowe i relay ochrony przed obrotem odwrotnym. Urządzenia ochrony silników monitorują i kontrolują parametry takie jak prąd, napięcie, temperatura, prędkość i moment obrotowy, aby zapobiegać lub minimalizować uszkodzenia silnika i jego obwodu w przypadku awarii lub nietypowej sytuacji.
Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły są warte udostępniania, w przypadku naruszenia praw autorskich proszę o kontakt w celu usunięcia.
