Motor Protection: Typer Fel och Enheter
Ett motorskyddssystem är en uppsättning av enheter och metoder som skyddar en elektrisk motor från olika fel och skador. En elektrisk motor är en viktig komponent i många industriella och hushållsapplikationer, från små apparater till stora maskiner. Därför är det viktigt att säkerställa den korrekta funktionaliteten och säkerheten för motorn och dess krets.
I denna artikel kommer vi att diskutera typerna av motorfel, typerna av motorskyddsenheter och hur man väljer dem enligt National Electrical Code (NEC) och motorns egenskaper.
Vad är ett motorfel?
Ett motorfel är en tillstånd som gör att motorn fungerar på ett ovanligt sätt eller misslyckas. Motorfel kan indelas i två huvudkategorier:
Externa fel: Detta är fel som uppstår från nätverket för strömförsörjning eller lasten ansluten till motorn. Några exempel på externa fel är:
Ojämna spänningsvärden: Detta inträffar när de trefasade spänningarna inte är lika i storlek eller fasvinkel. Detta kan orsaka negativa sekvensströmmar i motorn, vilket ger ytterligare förluster, uppvärmning och momentpulsationer.
Under-spänning: Detta inträffar när spänningen sjunker under den angivna värdet för motorn. Detta kan orsaka minskat moment, ökad ström och överhettning av motorn.
Omvänd fassekvens: Detta inträffar när ordningen på fasspänningarna är omvänt. Detta kan orsaka omvänd rotation av motorn, vilket kan skada lasten eller motorn själv.
Förlust av synkronisering: Detta inträffar när en synkron motor förlorar sin magnetiska lås med strömförsörjningsfrekvensen. Detta kan orsaka för mycket slip, jakt och instabilitet i motorn.
Inre fel: Detta är fel som uppstår från motorn eller den drivna anläggningen. Några exempel på inre fel är:
Lagerfel: Detta inträffar när lagen som stödjer motorns axel slitas ut eller fastnar på grund av friktion, smörjproblem eller mekanisk stress. Detta kan orsaka buller, vibration, axelmisaliggöring och stopp i motorn.
Överhettning: Detta inträffar när temperaturen på motorn överstiger dess termiska gräns på grund av överbelastning, otillräcklig kylning, miljöförhållanden eller isoleringsbrott. Detta kan orsaka försämring av isoleringen, vindningsskador och minskad effektivitet hos motorn.
Vindningsfel: Detta inträffar när vindningarna i motorn kortslutsas eller öppnas på grund av isoleringsbrott, mekanisk stress eller externa fel. Detta kan orsaka gnistor, rök, brand och förlust av moment i motorn.
Jordfel: Detta inträffar när en fasledare i motorn kommer i kontakt med en jordad del av kretsen eller utrustningen. Detta kan orsaka höga felströmmar, skador på isoleringen och utrustningen, samt potentiella chockrisker.
Motorfel kan ha allvarliga konsekvenser för prestanda, säkerhet och livslängd för motorn och dess krets. Därför är det essentiellt att upptäcka och skydda mot dem med lämpliga enheter och metoder.
Vad är en motorskyddsenhet?
En motorskyddsenhet är en enhet som övervakar och kontrollerar en eller flera parametrar för motorn eller dess krets, såsom ström, spänning, temperatur, hastighet eller moment. Syftet med en motorskyddsenhet är att förhindra eller minimera skador på motorn och dess krets vid ett fel eller ovanligt tillstånd.
Det finns olika typer av motorskyddsenheter beroende på deras funktion, princip och tillämpning. Några vanliga typer är:
Säkringar: Detta är enheter som bryter kretsen när en hög ström passerar genom dem på grund av kortslutning eller överbelastning. De består av en metallremsa eller tråd som smälter när den upphettas av felströmmen. Säkringar är enkla, billiga och tillförlitliga enheter som ger snabbt skydd mot kortslutningar. Dock har de vissa nackdelar, såsom:
De är inte återanvändbara och måste bytas ut efter varje drift.
De ger inte skydd mot överbelastningar eller under-spänningar.
De ger inte indikation eller isolering av felets plats.
Kretsavbrottsautomater: Detta är enheter som bryter kretsen när en hög ström passerar genom dem på grund av kortslutning eller överbelastning. De består av ett par kontakter som öppnas eller stängs av en elektromekanisk mekanism utlöst av en sensor. Kretsavbrottsautomater är mer avancerade än säkringar eftersom de erbjuder följande:
Återanvändbarhet och återställning efter varje drift.
Skydd mot överbelastningar och under-spänningar genom justering av deras tripinställningar.
Indikation och isolering av felets plats genom manuell eller automatisk drift.
Överbelastningsreläer: Detta är enheter som bryter kretsen när en hög ström passerar genom dem på grund av överbelastning. De består av en sensor som mäter strömmen och en kontakt som öppnas eller stängs av en elektromekanisk eller elektronisk mekanism. Överbelastningsreläer är utformade för att skydda motorer från överhettning och isoleringskador på grund av långvariga överbelastningar eller ojämna spänningar. Det finns två huvudtyper av överbelastningsreläer:
Snabbare respons och bättre skydd mot kortslutningsströmmar eller jordfel.
Immunitet mot omgivande temperatur och ingen behov av justering.
Högre precision och reproducerbarhet tack vare digital bearbetning.
Ytterligare funktioner som fasförlustdetektion, omvänd rotationsdetektion, kommunikation och diagnostik.
De är långsamma att reagera och kan inte skydda mot kortslutningsströmmar eller jordfel.
De påverkas av omgivande temperatur och kan behöva justeras därefter.
De har begränsad precision och reproducerbarhet på grund av mekanisk slit och slitage.
Termiska överbelastningsreläer: Detta är enheter som använder en bimetallstrip eller en uppvärmningselement för att mäta temperaturhöjningen av motorströmmen. När strömmen överskrider det förinställda värdet böjs eller smälter det termiska elementet, vilket orsakar att kontakten öppnas eller stängs. Termiska överbelastningsreläer är enkla, billiga och tillförlitliga enheter som ger invers tidsskydd, vilket betyder att de trip snabbare för högre överbelastningar. Dock har de vissa nackdelar, såsom:
Elektroniska eller digitala överbelastningsreläer: Detta är enheter som använder en strömmtransformator eller en shuntresistor för att mäta motorströmmen och en mikroprocessor eller en solid-state krets för att styra kontakten. När strömmen överskrider det förinställda värdet skickar det elektroniska elementet en signal för att öppna eller stänga kontakten. Elektroniska eller digitala överbelastningsreläer är mer avancerade än termiska överbelastningsreläer eftersom de ger:
Differentialskyddreläer: Detta är enheter som jämför strömmarna vid ingångs- och utgångsterminalerna för motorn eller dess vindning. När skillnaden mellan strömmarna överskrider ett visst värde, vilket indikerar en vindningsfel, trippar reläet kretsen. Differentialskyddreläer är mycket känsliga och tillförlitliga enheter som ger snabbt skydd mot fas-till-fas och fas-till-jordfel i lågspännings- och högspänningsmotorer.
Omvänd rotationskyddreläer: Detta är enheter som detekterar rörelsens riktning för motorn och förhindrar att den kör i omvänd riktning. Omvänd rotation kan skada motorn eller lasten, särskilt i applikationer som transportband, pumpar eller fläktar. Omvänd rotationskyddreläer kan använda olika metoder för att mäta roteringsriktningen, såsom:
Fassekvensdetektion: Denna metod använder en spänningsrelä eller en wattmeterrelä för att mäta fassekvensen av strömförsörjningsspänningen. Om fassekvensen är omvänd, vilket indikerar omvänd rotation, trippar reläet kretsen.
Negativ sekvensdetektion: Denna metod använder en strömsrelä eller en effektsrelä för att mäta den negativa sekvenskomponenten av motorströmmen. Om den negativa sekvenskomponenten är hög, vilket indikerar omvänd rotation, trippar reläet kretsen.
Hastighetsdetektion: Denna metod använder en hastighetsensor eller en tachometer för att mäta hastigheten på motoraxeln. Om hastigheten är negativ, vilket indikerar omvänd rotation, trippar reläet kretsen.
Hur väljer man motorskyddsenheter?
Val av motorskyddsenheter beror på flera faktorer, såsom:
Typ och storlek på motorn
Karaktäristika och rating på motorn
Typ och svårighetsgrad av möjliga fel
Kraven i NEC och andra standarder
Kostnad och tillgänglighet av enheterna
NEC Artikel 430 ger generella regler och riktlinjer för val av motorskyddsenheter baserat på dessa faktorer. Det är dock också viktigt att rådgöra med tillverkarens rekommendationer och specifikationer för varje motor och enhet.
Några generella steg för val av motorskyddsenheter är:
Bestäm fullbelastningsströmmen (FLC) för motorn från namnskylten eller från NEC Tabell 430.250 för AC-motorer eller Tabell 430.251(B) för DC-motorer.
Välj en överbelastningsskyddsenhet som kan hantera minst 115% av FLC för motorer med en servicefaktor på 1.15 eller högre eller med en temperaturhöjning på 40°C eller mindre; eller 125% av FLC för andra motorer. Överbelastningsskyddsenheten kan vara en termisk överbelastningsrelä, en elektronisk eller digital överbelastningsrelä, eller en differentialskyddrelä, beroende på typ och storlek på motorn.
Välj en kortslutning- och jordfelsskyddsenhet som kan hantera minst 150% av FLC för motorer med en servicefaktor på 1.15 eller högre eller med en temperaturhöjning på 40°C eller mindre; eller 175% av FLC för andra motorer. Kortslutning- och jordfelsskyddsenheten kan vara en säkring eller en kretsavbrottsautomat, beroende på typ och storlek på motorn.
Välj en omvänd rotationskyddsenhet om motorn eller lasten inte kan tolerera omvänd rotation. Omvänd rotationskyddsenheten kan vara en fassekvensdetektionsrelä, en negativ sekvensdetektionsrelä, eller en hastighetsdetektionsrelä, beroende på typ och storlek på motorn.
Välj ledarskalor för motorkretsen enligt NEC Tabell 310.15(B)(16) för allmänna kablage och NEC Tabell 430.250 för motorbranchkretsar. Ledarna bör ha en ampacitet som inte är mindre än 125% av FLC för motorer med en servicefaktor på 1.15 eller högre eller med en temperaturhöjning på 40°C eller mindre; eller 115% av FLC för andra motorer.
Välj lämpliga enheter och metoder för motorstyrning, start, stopp, hastighetsreglering och kommunikation enligt typ och tillämpning av motorn.
Slutsats
Motorskydd är en viktig aspekt av elektricitetsingenjörskonsten som säkerställer säkerheten och effektiviteten för elektriska motorer och deras kretsar. Motorskyddsenheter väljs baserat på typ och storlek på motorn, typ och svårighetsgrad av möjliga fel, kraven i NEC och andra standarder, samt kostnaden och tillgängligheten av enheterna. Motorskyddsenheter inkluderar säkringar, kretsavbrottsautomater, överbelastningsreläer, differentialskyddreläer och omvänd rotationskyddreläer. Motorskyddsenheter övervakar och kontrollerar parametrar som ström, spänning, temperatur, hastighet och moment för att förhindra eller minimera skador på motorn och dess krets vid ett fel eller ovanligt tillstånd.
Uttryck: Respektera det ursprungliga, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för att ta bort.
