Strujna preopterećenja i njihov utjecaj na rad i vijek trajanja elektromotora

Analiza kvarova asinkronih motora pokazuje da je glavni uzrok njihovog kvara proboj izolacije uslijed pregrijavanja.

Preopterećenje električnog proizvoda (uređaja) — prekoračenje stvarne vrijednosti snage ili struje električnog proizvoda (uređaja) preko nazivne vrijednosti. (GOST 18311-80).

Temperatura zagrijavanja namota elektromotora ovisi o toplinskim karakteristikama motora i parametrima okoline. Dio topline proizvedene u motoru ide za zagrijavanje zavojnica, a ostatak se ispušta u okolinu. Na proces zagrijavanja utječu fizikalni parametri kao što su toplinski kapacitet i rasipanje topline.

Ovisno o toplinskom stanju elektromotora i okolnog zraka, stupanj njihovog utjecaja može varirati.Ako je temperaturna razlika između motora i okoline mala, a oslobođena energija znatna, tada njen glavni dio apsorbira čelik namota, statora i rotora, kućište motora i njegovi drugi dijelovi. Dolazi do intenzivnog porasta temperature izolacije... Zagrijavanjem se sve više očituje učinak izmjene topline. Proces se uspostavlja nakon postizanja ravnoteže između proizvedene topline i topline otpuštene u okolinu.

Povećanje struje iznad dopuštene vrijednosti ne dovodi odmah do hitnog stanja... Potrebno je neko vrijeme da stator i rotor postignu svoju ekstremnu temperaturu. Stoga nema potrebe da zaštita reagira na svaku nadstruju. Stroj treba isključiti samo kada postoji opasnost od brzog propadanja izolacije.

S gledišta zagrijavanja izolacije, veličina i trajanje protoka struje iznad nazivne vrijednosti su od velike važnosti. Ti parametri ovise prvenstveno o prirodi tehnološkog procesa.

Preopterećenje elektromotora tehnološkog porijekla

Preopterećenje elektromotora uzrokovano povremenim povećanjem momenta na osovini pogonjenog stroja. U takvim strojevima i instalacijama snaga elektromotora se stalno mijenja. Teško je promatrati dugo vremensko razdoblje tijekom kojeg struja ostaje nepromijenjene veličine. Kratkotrajni veliki trenuci otpora povremeno se pojavljuju na osovini motora, stvarajući strujne udare.

Takva preopterećenja obično ne uzrokuju pregrijavanje namota motora, koji imaju relativno veliku toplinsku inerciju.Međutim, uz dovoljno dugo trajanje i ponovljeno ponavljanje, opasno zagrijavanje elektromotora… Obrana mora "razlikovati" ove režime. Ne bi trebao reagirati na kratkotrajne udare opterećenja.

Drugi strojevi mogu doživjeti relativno mala, ali dugotrajna preopterećenja. Namoti motora postupno se zagrijavaju do temperature blizu najveće dopuštene vrijednosti. Obično elektromotor ima određenu rezervu grijanja i male prekomjerne struje, unatoč trajanju djelovanja, ne mogu stvoriti opasnu situaciju. U tom slučaju isključivanje nije potrebno. Na taj način i ovdje zaštita motora mora "razlikovati" opasna od neopasnih preopterećenja.

Hitna preopterećenja elektromotora

s izuzetkom preopterećenja tehnološkog podrijetla, možda hitna preopterećenja koja su nastala iz drugih razloga (oštećenje napojnog voda, ometanje radnih uređaja, pad napona itd.). Oni stvaraju posebne načine rada indukcijskog motora i nude svoje zahtjeve za sigurnosne uređaje... Razmotrite ponašanje indukcijskog motora u tipičnim hitnim načinima rada.

Preopterećenja u kontinuiranom radu s konstantnim opterećenjem

Elektromotori se obično biraju s određenom rezervom snage. Također, većinu vremena strojevi rade pod opterećenjem. Zbog toga je struja motora često znatno ispod nazivne vrijednosti. Preopterećenja se javljaju, u pravilu, u slučaju tehnoloških kršenja, kvarova, zaglavljivanja i zaglavljivanja u radnom stroju.

Strojevi kao što su ventilatori, centrifugalne pumpe, pokretne trake i vijci imaju tiho, konstantno ili blago promjenjivo opterećenje.Kratkotrajne promjene protoka materijala praktički ne utječu na zagrijavanje elektromotora. Mogu se zanemariti. Druga je stvar ako kršenja normalnih radnih uvjeta traju dulje vrijeme.

Većina električnih pogona ima određenu rezervu snage. Mehanička preopterećenja prvenstveno uzrokuju oštećenja dijelova stroja. S obzirom na slučajnu prirodu njihovog pojavljivanja, ne može biti sigurno da će pod određenim okolnostima elektromotor također biti preopterećen. Na primjer, to se može dogoditi s vijčanim motorima. Promjene u fizičkim i mehaničkim svojstvima transportiranog materijala (vlažnost, veličina čestica, itd.) odmah se odražavaju na snagu potrebnu za njegovo pomicanje. Zaštita bi trebala isključiti elektromotor u slučaju preopterećenja koje uzrokuje opasno pregrijavanje namota.

S gledišta utjecaja dugotrajnih nadstruja na izolaciju treba razlikovati dvije vrste preopterećenja: relativno mala (do 50%) i velika (više od 50%).

Učinak prvih ne nastupa odmah, već postupno, dok se učinci drugih pojavljuju nakon kratkog vremena. Ako je porast temperature iznad dopuštene vrijednosti mali, starenje izolacije se odvija polagano. Male promjene u strukturi izolacijskog materijala postupno se nakupljaju. Kako se temperatura povećava, proces starenja se značajno ubrzava.

Mislim da pregrijavanje iznad dopuštenog za svakih 8-10 ° C prepolovljuje životni vijek izolacije namota motora.Dakle, pregrijavanje za 40 ° C smanjuje vijek trajanja izolacije 32 puta! Iako je to puno, to se vidi nakon višemjesečnog rada.

Pri velikim preopterećenjima (više od 50%) izolacija se brzo sruši pod utjecajem visokih temperatura.

Za analizu procesa zagrijavanja koristit ćemo se pojednostavljenim modelom motora. Povećanje struje dovodi do povećanja varijabilnih gubitaka. Zavojnica se počinje zagrijavati. Temperatura izolacije mijenja se prema grafikonu na slici. Brzina porasta temperature u stacionarnom stanju ovisi o veličini struje.

Nakon nekog vremena nakon preopterećenja, temperatura namota doseže vrijednost dopuštenu za danu klasu izolacije. Pri visokim G-silama bit će kraći, pri niskim G-silama bit će duži. Stoga će svaka vrijednost preopterećenja imati vlastito dopušteno vrijeme koje se može smatrati sigurnim za izolaciju.

Ovisnost dopuštenog trajanja preopterećenja o njegovoj veličini naziva se karakteristika preopterećenja elektromotora... Toplofizička svojstva elektromotori raznih vrsta imaju neke razlike i njihove karakteristike se također razlikuju. Jedna od tih značajki prikazana je na slici punom linijom.

Karakteristika preopterećenja motora (puna linija) i željena zaštitna karakteristika (isprekidana linija)

Iz navedenih karakteristika možemo formulirati jedan od glavnih zahtjeva na strujno ovisnu zaštitu od preopterećenja… Treba ga povisiti ovisno o veličini preopterećenja.To omogućuje isključivanje lažnih alarma s bezopasnim strujnim skokovima, koji se javljaju na primjer kada se motor pokrene. Zaštita bi trebala raditi samo kada padne u zonu neprihvatljivih vrijednosti struje i trajanja njenog protoka. Njegova željena karakteristika, prikazana na slici isprekidanom linijom, mora uvijek ležati ispod karakteristike preopterećenja motora.

Na rad zaštite utječu brojni čimbenici (netočnost postavki, raspršenost parametara itd.), Zbog čega se uočavaju odstupanja od prosječnih vrijednosti vremena odziva. Stoga isprekidanu liniju na grafikonu treba promatrati kao neku vrstu prosječne karakteristike. Kako ne bi došlo do križanja karakteristika kao rezultat djelovanja slučajnih čimbenika, što će dovesti do pogrešnog zaustavljanja motora, potrebno je osigurati određenu marginu. Zapravo, ne treba raditi s zasebnom karakteristikom, već sa zaštitnom zonom, uzimajući u obzir raspodjelu vremena reakcije zaštite.

Što se tiče točnih djelovanja zaštite motora, poželjno je da obje karakteristike budu što bliže jedna drugoj. Time će se izbjeći nepotrebno okidanje pri preopterećenjima blizu dopuštenih. Međutim, ako postoji veliko širenje obje karakteristike, to se ne može postići. Kako ne bi pali u zonu neprihvatljivih trenutnih vrijednosti u slučaju slučajnih odstupanja od izračunatih parametara, potrebno je osigurati određenu marginu.

Zaštitna karakteristika mora biti smještena na određenoj udaljenosti od karakteristike preopterećenja motora kako bi se isključilo njihovo međusobno križanje.Ali to dovodi do gubitka točnosti djelovanja zaštite motora.

U području struja blizu nazivne vrijednosti pojavljuje se zona nesigurnosti. Prilikom ulaska u ovu zonu nemoguće je sa sigurnošću reći hoće li zaštita djelovati ili ne.

Ovaj nedostatak je odsutan u zaštita koja djeluje ovisno o temperaturi namota... Za razliku od prekostrujne zaštite, ona djeluje ovisno o uzroku starenja izolacije, njenom zagrijavanju. Kada se postigne temperatura opasna za namot, on gasi motor, bez obzira na razlog koji je uzrokovao zagrijavanje. Ovo je jedna od glavnih prednosti zaštite od temperature.

Međutim, nedostatak prekostrujne zaštite ne treba prenaglašavati. Činjenica je da motori imaju određenu rezervu struje. Nazivna struja motora uvijek je niža od struje pri kojoj temperatura namota dosegne dopuštenu vrijednost. Uspostavljeno je, vođeno ekonomskom računicom. Stoga je pri nazivnom opterećenju temperatura namota motora ispod dopuštene vrijednosti. Zbog toga se stvara toplinska rezerva motora, koja u određenoj mjeri nadoknađuje nedostatak toplinski releji.

Mnogi čimbenici o kojima ovisi toplinsko stanje izolacije imaju slučajna odstupanja. S tim u vezi, specifikacija karakteristika ne daje uvijek željeni rezultat.

Preopterećenja u promjenjivom kontinuiranom radu

Neka radna tijela i mehanizmi stvaraju opterećenja koja variraju u širokom rasponu, poput drobljenja, mljevenja i drugih sličnih operacija. Ovdje su periodična preopterećenja popraćena podopterećenjima u praznom hodu.Svako povećanje struje, odvojeno, ne dovodi do opasnog porasta temperature. Međutim, ako ih ima mnogo i dovoljno se često ponavljaju, učinak povišene temperature na izolaciju se brzo nakuplja.

Proces zagrijavanja elektromotora pri promjenjivom opterećenju razlikuje se od procesa zagrijavanja pri stalnom ili malo promjenjivom opterećenju. Razlika se očituje kako u tijeku promjena temperature, tako iu prirodi zagrijavanja pojedinih dijelova stroja.

Kako se opterećenje mijenja, mijenja se i temperatura zavojnica. Zbog toplinske inercije motora, temperaturne fluktuacije su manje raširene. Pri dovoljno visokoj frekvenciji opterećenja, temperatura namota se može smatrati praktički nepromijenjenom. To će biti ekvivalentno kontinuiranom radu s konstantnim opterećenjem. Pri niskoj frekvenciji (reda stotinki herca i niže) osjetne su temperaturne fluktuacije. Povremeno pregrijavanje namota može skratiti vijek trajanja izolacije.

S velikim fluktuacijama opterećenja na niskoj frekvenciji, motor je stalno u prijelaznom procesu. Njegova se temperatura svitka mijenja nakon fluktuacija opterećenja. Budući da pojedini dijelovi stroja imaju različite termofizičke parametre, svaki se od njih zagrijava na svoj način.

Tijek toplinskih prijelaza pod promjenjivim opterećenjem je složena pojava i nije uvijek podložna proračunu. Stoga se temperatura namota motora ne može procijeniti iz struje koja teče u bilo kojem trenutku. Zbog činjenice da se pojedini dijelovi elektromotora zagrijavaju na različite načine, toplina prelazi s jednog dijela na drugi u elektromotoru.Također je moguće da će nakon isključivanja elektromotora doći do porasta temperature namota statora zbog topline koju dovodi rotor. Dakle, veličina struje možda neće odražavati stupanj zagrijavanja izolacije. Također treba imati na umu da će se u nekim režimima rotor intenzivnije zagrijavati i hladiti manje od statora.

Složenost procesa prijenosa topline otežava kontrolu zagrijavanja motora... Čak i izravno mjerenje temperature namota može dati pogrešku pod nekim uvjetima. Činjenica je da u nestabilnim toplinskim procesima temperatura zagrijavanja različitih dijelova stroja može biti različita, a mjerenje u jednom trenutku ne može dati pravu sliku. Međutim, mjerenje temperature svitka je preciznije od drugih metoda.

Periodični rad može se odnositi na najnepovoljnije s gledišta djelovanja zaštite. Povremeno uključivanje u rad podrazumijeva mogućnost kratkotrajnog motoričkog preopterećenja. U tom slučaju, veličina preopterećenja mora biti ograničena uvjetom zagrijavanja namota, koji ne prelazi dopuštenu vrijednost.

Zaštita koja "nadzire" stanje zagrijavanja zavojnice mora primiti odgovarajući signal. Budući da struja i temperatura možda neće odgovarati jedna drugoj u prijelaznim uvjetima, zaštita temeljena na mjerenju struje ne može pravilno izvršiti svoju ulogu.