Захист електродвигунів: типи, дефекти та пристрої
Система захисту електродвигуна — це набір пристроїв та методів, які захищають електродвигун від різних аварій та пошкоджень. Електродвигун є важливим компонентом багатьох промислових та побутових застосувань, починаючи від малих приладів до великих машин. Тому важливо забезпечити правильну роботу та безпеку двигуна та його схеми.
У цій статті ми обговоримо типи аварій двигунів, типи пристроїв захисту двигунів та як їх вибирати згідно з Національним електричним кодексом (NEC) та характеристиками двигуна.
Що таке аварія двигуна?
Аварія двигуна — це стан, який спричиняє ненормальну роботу або злам двигуна. Аварії двигунів можна поділити на дві основні категорії:
Зовнішні аварії: це аварії, які походять від мережі живлення або навантаження, підʼєднаного до двигуна. Нижче наведено деякі приклади зовнішніх аварій:
Нерівномірні напруги живлення: це відбувається, коли трьохфазні напруги не дорівнюють за величиною або фазовим кутом. Це може спричинити негативні послідовності струмів у двигуні, які викликають додаткові втрати, нагрівання та пульсації моменту.
Низька напруга: це відбувається, коли напруга живлення опускається нижче номінального значення двигуна. Це може спричинити зменшення моменту, збільшення струму та перегрівання двигуна.
Обернена послідовність фаз: це відбувається, коли порядок фаз живлення змінюється. Це може спричинити обернене обертання двигуна, що може пошкодити навантаження або сам двигун.
Втрата синхронізації: це відбувається, коли синхронний двигун втрачає магнітний замок з частотою живлення. Це може спричинити надмірне прослизання, гонитву та нестабільність двигуна.
Внутрішні аварії: це аварії, які походять від двигуна або приводного об'єкта. Нижче наведено деякі приклади внутрішніх аварій:
Відмова підшипників: це відбувається, коли підшипники, які підтримують вал двигуна, вистираються або блокуються через тертя, проблеми зі змащенням або механічні навантаження. Це може спричинити шум, вібрацію, невідповідність валу та зупинку двигуна.
Перегрівання: це відбувається, коли температура двигуна перевищує його тепловий ліміт через перевантаження, недостатнє охолодження, умови оточення або руйнування ізоляції. Це може спричинити погіршення ізоляції, пошкодження обмоток та зниження ефективності двигуна.
Відмова обмоток: це відбувається, коли обмотки двигуна короткозамкуються або відкриваються через руйнування ізоляції, механічні навантаження або зовнішні аварії. Це може спричинити іскри, дим, пожежу та втрату моменту у двигуні.
Заземлення: це відбувається, коли фазний провідник двигуна контактує з заземленою частиною схеми або обладнання. Це може спричинити великі аварійні струми, пошкодження ізоляції та обладнання, а також потенційні шоки.
Аварії двигунів можуть мати серйозні наслідки для продуктивності, безпеки та терміну служби двигуна та його схеми. Тому важливо виявляти та захищати їх за допомогою відповідних пристроїв та методів.
Що таке пристрій захисту двигуна?
Пристрій захисту двигуна — це пристрій, який контролює та керує одним або декількома параметрами двигуна або його схеми, такими як струм, напруга, температура, швидкість або момент. Мета пристрою захисту двигуна — запобігти або зменшити пошкодження двигуна та його схеми у разі аварії або ненормального стану.
Існують різні типи пристроїв захисту двигунів залежно від їх функції, принципу та застосування. Деякі поширені типи:
Перерізачі: це пристрої, які переривають схему, коли через них проходить великий струм через коротке замикання або перевантаження. Вони складаються з металевої стрічки або дроту, які плавляться, коли нагріваються аварійним струмом. Перерізачі є простими, дешевими та надійними пристроями, які забезпечують швидкий захист від коротких замикань. Проте вони мають деякі недоліки, такі як:
Вони не можуть бути повторно використані і повинні бути замінені після кожного використання.
Вони не забезпечують захист від перевантажень або низької напруги.
Вони не надають індикацію або ізоляцію місця аварії.
Автоматичні вимикачі: це пристрої, які переривають схему, коли через них проходить великий струм через коротке замикання або перевантаження. Вони складаються з пари контактів, які відкриваються або закриваються за допомогою електромеханічного механізму, який запускається сенсорним елементом. Автоматичні вимикачі є більш розширеними, ніж перерізачі, оскільки вони забезпечують наступне:
Можливість повторного використання та скидання після кожного використання.
Захист від перевантажень та низької напруги шляхом налаштування параметрів відмови.
Індикація та ізоляція місця аварії шляхом ручного або автоматичного управління.
Реле перевантаження: це пристрої, які переривають схему, коли через них проходить великий струм через перевантаження. Вони складаються з сенсорного елемента, який вимірює струм, та контакту, який відкривається або закривається за допомогою електромеханічного або електронного механізму. Реле перевантаження призначені для захисту двигунів від перегрівання та пошкодження ізоляції через довготривалі перевантаження або нерівномірні напруги. Існують два основні типи реле перевантаження:
Швидша реакція та кращий захист від струмів короткого замикання або заземлення.
Стійкість до температури оточення та відсутність потреби у налаштуванні.
Більша точність та повторюваність завдяки цифровій обробці.
Додаткові функції, такі як виявлення втрати фаз, виявлення оберненого обертання, зв'язок та діагностика.
Вони повільно реагують та можуть не захищати від струмів короткого замикання або заземлення.
Вони впливають на температуру оточення та можуть потребувати налаштування відповідно.
Вони мають обмежену точність та повторюваність через механічний знос.
Термічні реле перевантаження: це пристрої, які використовують біметалеву стрічку або нагрівальний елемент для виявлення підвищення температури струму двигуна. Коли струм перевищує задане значення, термічний елемент гнеться або плавиться, що призводить до відкриття або закриття контакту. Термічні реле перевантаження є простими, дешевими та надійними пристроями, які забезпечують обернений часовий захист, тобто вони швидше відключаються при більших перевантаженнях. Проте вони мають деякі недоліки, такі як:
Електронні або цифрові реле перевантаження: це пристрої, які використовують трансформатор струму або резистор для вимірювання струму двигуна та мікропроцесор або твердотільну схему для керування контактом. Коли струм перевищує задане значення, електронний елемент відправляє сигнал для відкриття або закриття контакту. Електронні або цифрові реле перевантаження є більш розширеними, ніж термічні реле перевантаження, оскільки вони забезпечують:
Диференційні реле захисту: це пристрої, які порівнюють струми на вході та виході двигуна або його обмоток. Коли різниця між струмами перевищує певне значення, що свідчить про аварію обмотки, реле відключає схему. Диференційні реле захисту є дуже чутливими та надійними пристроями, які забезпечують швидкий захист від фазово-фазових та фазово-земельних аварій в низьковольтових та високовольтових двигунах.
Реле захисту від оберненого обертання: це пристрої, які виявляють напрямок обертання двигуна та запобігають його руху в оберненому напрямку. Обернене обертання може пошкодити двигун або навантаження, особливо в застосуваннях, таких як конвеєрні ленти, насоси або вентилятори. Реле захисту від оберненого обертання можуть використовувати різні методи для виявлення напрямку обертання, такі як:
Виявлення послідовності фаз: цей метод використовує релейну напруги або ваттметр для вимірювання послідовності фаз напруги живлення. Якщо послідовність фаз змінюється, що свідчить про обернене обертання, реле відключає схему.
Виявлення негативної послідовності: цей метод використовує реле струму або потужності для вимірювання негативної послідовності струму двигуна. Якщо негативна послідовність висока, що свідчить про обернене обертання, реле відключає схему.
Виявлення швидкості: цей метод використовує датчик швидкості або тахометр для вимірювання швидкості валу двигуна. Якщо швидкість від'ємна, що свідчить про обернене обертання, реле відключає схему.
Як вибирати пристрої захисту двигуна?
Вибір пристроїв захисту двигуна залежить від багатьох факторів, таких як:
Тип та розмір двигуна
Характеристики та характеристики двигуна
Тип та тяжкість можливих аварій
Вимоги NEC та інших стандартів
Вартість та доступність пристроїв
Стаття 430 NEC надає загальні правила та рекомендації для вибору пристроїв захисту двигуна згідно з цими факторами. Проте також важливо консультуватися з рекомендаціями та специфікаціями виробника для кожного двигуна та пристрою.
Нижче наведено деякі загальні кроки для вибору пристроїв захисту двигуна:
Визначте повну навантажену струму (FLC) двигуна з його паспорту або зі столів NEC 430.250 для AC двигунів або таблиці 430.251(B) для DC двигунів.
Виберіть пристрій захисту від перевантаження, який може обробляти принаймні 115% FLC для двигунів з коефіцієнтом сервісу 1.15 або більше, або з підвищенням температури 40°C або менше; або 125% FLC для інших двигунів. Пристрій захисту від перевантаження може бути термічним реле перевантаження, електронним або цифровим реле перевантаження, або диференційним реле захисту, залежно від типу та розміру двигуна.
Виберіть пристрій захисту від коротких замикань та заземлення, який може обробляти принаймні 150% FLC для двигунів з коефіцієнтом сервісу 1.15 або більше, або з підвищенням температури 40°C або менше; або 175% FLC для інших двигунів. Пристрій захисту від коротких замикань
