Schutzrelais für Hochspannungsasynchronmotoren

Über 90 % der in der Industrie verwendeten Motoren sind Induktionsmotoren, da sie preiswert, robust und einfach zu warten sind. Für Motoren mit höherer Leistung (>250 PS) bevorzugen wir eine höhere Spannung, da dies den Betriebsstrom reduziert und die Größe des Motors verringert.

Warum benötigen wir den Schutz von Motoren?

Um dies zu verstehen, müssen wir die Kosten im Zusammenhang mit dem Ausfall eines Motors kennen, d. h.

• Produktionsausfall (Kosten der Produktion)

• Ersatz des Motors (Ersatzkosten)

• Reparaturkosten

• Kosten für Arbeitsstunden aufgrund dieser Notlage

Die grundlegende Funktion eines Schutzrelais besteht darin, den Fehler zu identifizieren und den defekten Teil vom gesunden Teil des Systems zu isolieren. Dies verbessert die Zuverlässigkeit des Energieversorgungssystems.
Für den Schutz des Motors müssen wir die verschiedenen Ursachen für Ausfälle identifizieren und darauf reagieren. Die verschiedenen Ursachen für Ausfälle sind wie folgt:

• Thermische Belastung der Wicklung

• Einphasigkeit

• Erdschluss

• Kurzschluss

• Blockierter Rotor

• Anzahl der heißen Starts

• Lagerausfall

Kurze Beschreibungen der verschiedenen Ausfälle sind unten aufgeführt:

• Thermische Belastung der Wicklung –
  Wenn ein Motor kontinuierlich über seine Nennleistung hinaus betrieben wird, wird dies die Wicklung und Isolierung überhitzen. Im Anschluss verschlechtert sich die Wickelisolierung, was zum Ausfall des Motors führt. Wenn die Spannung unter dem projektierten Wert liegt, wird auch dann die Wicklung bei Nennlast überhitzen und zum Ausfall des Motors führen.

• Einphasigkeit –
  Der Verlust einer Phase, die an den Motor (im Falle eines Dreiphasenmotors) geliefert wird, führt zur Einphasigkeit. Wenn wir den Motor unter Last starten, schlägt der Motor aufgrund des Ungleichgewichts fehl.

• Erdschluss –
  Wenn ein Teil der Wicklung mit der Erde in Kontakt kommt, kann man sagen, dass der Motor geerdet ist. Wenn wir den Motor starten, führt dies zum Ausfall des Motors.

• Kurzschluss –
  Wenn es einen Kontakt zwischen zwei Phasen einer Drei-Phasen-Wicklung oder zwischen den Windungen einer Phase gibt, wird dies als Kurzschluss bezeichnet.

• Blockierter Rotor –
  Wenn das angetriebene Gerät blockiert ist oder die Welle des Motors blockiert ist, wird dies als blockierter Rotor bezeichnet. Wenn wir den Motor starten, schlägt er fehl.

• Anzahl der heißen Starts –
  Jeder Motor ist so konstruiert, dass er eine bestimmte Anzahl von heißen Starts verträgt. Angenommen, ein Motor läuft, wenn wir den Motor stoppen und sofort wieder starten, nennt man das einen heißen Start. Abhängig von der thermischen Kennlinie des Motors müssen wir eine gewisse Zeit geben, um die Temperatur der Wicklung zu senken.

• Lagerausfall –
  Wenn das Lager ausfällt, kommt es zum Reiben des Rotors am Stator, was zu physischen Schäden an der Isolierung und der Wicklung führt. Der Lagerausfall kann durch die Überwachung der Lagertemperatur vermieden werden. Ein Lager-Temperatur-Detektor (BTD) wird verwendet, um den Motor bei Unregelmäßigkeiten zu überwachen und abzuschalten.

Alle Motor-Schutzrelais arbeiten auf der Grundlage des vom Motor genommenen Stroms. Das Motor-Schutzrelais wird in Hochspannungsbereichen eingesetzt und hat die folgenden Merkmale:

• Thermischer Überlastschutz

• Kurzschluss-Schutz

• Einphasigkeitsschutz

• Erdschluss-Schutz

• Blockierter-Rotor-Schutz

• Startanzahl-Schutz

Für die Einstellung des Relais benötigen wir das CT-Verhältnis und den Vollaststrom des Motors. Die Einstellungen der verschiedenen Elemente sind unten aufgelistet:

• Thermisches Überlastelement –
  Um dieses Element einzustellen, müssen wir den Prozentsatz des Vollaststroms identifizieren, bei dem der Motor kontinuierlich läuft.
  

• Kurzschlusselement –
  Der verfügbare Bereich für dieses Element beträgt 1 bis 5 Mal des Anfangsstroms. Eine Zeitverzögerung ist ebenfalls verfügbar. Wir stellen es normalerweise auf 2 Mal des Anfangsstroms mit einer Zeitverzögerung von 0,1 Sekunde ein.

• Einphasigkeitselement –
  Dieses Element wird aktiviert, wenn es einen Spannungsungleichgewicht zwischen den drei Phasen gibt. Es wird auch als Ungleichgewichtsschutz bezeichnet. Das Element wird auf 1/3 des Anfangsstroms eingestellt. Wenn es während des Starts auslösen sollte, wird der Parameter auf 1/2 des Anfangsstroms geändert.

• Erdschluss-Schutz –
  Dieses Element misst den Neutralstrom der sterngeschalteten CT-Sekundärseite. Der verfügbare Bereich für dieses Element beträgt 0,02 bis 2 Mal des CT-Primärstroms. Eine Zeitverzögerung ist ebenfalls verfügbar. Wir stellen es normalerweise auf 0,1 Mal des CT-Primärstroms mit einer Zeitverzögerung von 0,2 Sekunden ein. Wenn es während des Starts des Motors auslösen sollte, kann die Zeiteinstellung auf 0,5 Sekunden erhöht werden.

• Blockierter-Rotor-Schutz –
  Der verfügbare Bereich für dieses Element beträgt 1 bis 5 Mal des Vollaststroms. Eine Zeitverzögerung ist ebenfalls verfügbar. Wir stellen es normalerweise auf 2 Mal des FLC (Vollaststrom) ein. Die Zeitverzögerung wird länger als die Startzeit des Motors sein. „Startzeit bedeutet die Zeit, die der Motor benötigt, um seine volle Geschwindigkeit zu erreichen.“

• Startanzahl-Schutz –
  Hier geben wir die Anzahl der Starts an, die in einem spezifizierten Zeitraum erlaubt sind. Dadurch begrenzen wir die Anzahl der heißen Starts, die dem Motor zugeführt werden.

Das Schaltbild zur Verbindung eines Motor-Schutzrelais ist wie folgt:

Moderne digitale Motor-Schutzrelais haben einige zusätzliche Funktionen, d. h. Schutz vor Leerlaufbetrieb des Motors und thermischen Schutz.
Im Falle eines Leerlaufbetriebs erkennt das Relais den Motorstrom. Wenn dieser unter dem vorgegebenen Wert liegt, schaltet es den Motor ab. Wir können auch einen Temperatursensor an das Relais anschließen, der die Lager- und Wicklungstemperatur überwacht und den Motor abschaltet, wenn diese den vorgegebenen Temperaturwert überschreitet.

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