Защита двигателя – типы неисправностей и защитные устройства

Типы неисправностей двигателя и защитные устройства

Распространенные отказы и неисправности двигателя

Важно знать и понимать сбои и неисправности двигателя. чтобы определить наиболее подходящие защитные устройства для каждого случая . Вы также должны знать важные термины, связанные с управлением двигателем и его защитой.

Быть нестатическими машинами двигатели подвергаются электрическим и механическим воздействиям .

Неисправности двигателя бывают трех основных типов :электрические, механические и механические, которые прогрессируют в электрические .

Распространенные типы отказов и неисправностей двигателя являются:

• Отказ подшипника
• Прорыв изоляции
• Блокированный ротор
• Перегрев
• Перегрузки (электрические и механические)
• Перекос фаз и любой перекос напряжения приведет к еще большему перекосу тока.
• Бег в обратном направлении
• Смещение вала
• Вибрация

Перегрев может произойти из-за недостаточного размера двигателя , недостаточное охлаждение на низкой скорости при использовании приводов с регулируемой скоростью (ВСД ), изменяется нагрузка на моторе например, заклинившее оборудование и жаркие условия окружающей среды .

Прорыв изоляции , что приводит к сгоранию обмоток , подразумевает короткое замыкание либо в двигателе, либо в цепи питания двигателя , и может быть вызвано перегревом, перегрузками и перенапряжениями .

Около 80 % отказов электродвигателя являются результатом повреждения обмотки статора двигателя и неисправности подшипников .

Отказ подшипника на двигателях может быть указанием из неправильных пеленгов для приложения .

Двигатель, установленный вертикально нужны другие подшипники затем двигатель, установленный горизонтально . двигатель, приводящий в движение большой или многоременный привод потребуются подшипники, способные выдерживать большие радиальные нагрузки . двигатель прикручен к деформированной опорной пластине будет скручиваться .

Подшипники обычно небольшие по сравнению с другими основными компонентами двигателя , что делает их особенно уязвимыми к повреждениям и износу; некоторые исследования связывают более половины всех отказов двигателей с неисправностью подшипников , большинство из которых возникает из-за слишком малого или слишком большого количества смазки . Еще одна серьезная причина отказов подшипников это несоответствие .

Несоосность вала уничтожит подшипники задолго до их полного срока службы . Вал двигателя должен быть прямо на одной линии с приводным валом чего можно только достичь с использованием методов точного выравнивания например лазер .

Другие проблемы которые могут возникнуть с двигателями:

• Попадание воды и пыли в катушки статора или клеммную коробку, приводящее к коротким замыканиям
• Опоры двигателя с мягкой опорой прикручены болтами не по уровню.
• Неправильный монтаж двигателя или тип корпуса.
• Электрический или механический дисбаланс

Шум указывает на проблемы двигателя но обычно не причиняет вреда . Шум , однако обычно сопровождается вибрацией .

Вибрация может причинить ущерб несколькими способами . Он имеет тенденцию расшатывать обмотки и механически повреждает изоляцию путем трескания, отслаивания или истирания материала . Охрупчивание подводящих проводов из-за чрезмерного движения и искрения щеток на коллекторах или токосъемных кольцах также является результатом вибрации.

И наконец, вибрация может выйти из строя подшипник заставляя шарики сцепляться с подшипниками скольжения по Бриннелю быть выбиты из формы или корпусы должны расшатываться в оболочках .

Всякий раз, когда возникает шум или вибрация. обнаружены в работающем двигателе, источник должны быть быстро изолированы и исправлены .

То, что кажется очевидным источником шума или вибрации, может быть признаком скрытой проблемы. Поэтому часто требуется тщательное расследование.

Шум и вибрация может быть вызвано несоосностью вала двигателя или может быть передан на двигатель от приводной машины или системы передачи энергии . Они также могут быть результатом электрического или механического дисбаланса в двигателе. .

Электрический дисбаланс возникает, когда магнитное притяжение между статором и ротором неравномерно периферия двигателя . Это приводит к отклонению вала когда он вращается, создавая механический дисбаланс . Электрический дисбаланс обычно указывает на электрический сбой например, открытая обмотка статора или ротора , открытая полоса или кольцо в двигателях с короткозамкнутым ротором или замкнутые катушки возбуждения в синхронных двигателях . Неравномерный воздушный зазор, обычно из-за сильно изношенных подшипников скольжения, также вызывает электрический дисбаланс .

Основные причины механического дисбаланса включают деформированное крепление, изогнутый вал, плохо сбалансированный ротор, незакрепленные детали на роторе или неисправные подшипники . Шум также может быть вызвано ударом вентилятора о раму, кожух или посторонние предметы внутри кожуха . Если подшипники неисправны , на что указывает чрезмерный шум подшипника , необходимо определить, почему вышли из строя подшипники .

Еще одна проблема, с которой могут столкнуться двигатели, – длительное время запуска. . Если двигатель подвергается многократному запуску , обмотки ротора или стержни ротора может быть нагрет до точки, при которой электрические соединения между стержнями ротора и концевыми кольцами будут повреждены .

Устройства защиты двигателя

Независимо от номинального напряжения и размера двигатели имеют защиту от сверхтоков (короткого замыкания) и перегрузок .

Низковольтные двигатели малого и среднего размера обычно защищены только от перегрузок и коротких замыканий и большие двигатели низкого и среднего напряжения иметь также другие средства защиты .

Защита от перегрузки и перегрузки по току должны быть спроектированы таким образом, чтобы быть нечувствительными к пусковым токам во время пуска , чтобы избежать несвоевременное отключение питания .

Для двигателей низкого напряжения защита от перегрузки по току и короткого замыкания может быть выполнен с помощью фьюзов , связанные с выключателями-разъединителями или автоматическими выключателями мгновенного действия которые отвечают на немедленные (почти мгновенно ) значения тока короткого замыкания, замыкания на землю или тока блокировки ротора .

Автоматические выключатели с обратнозависимой выдержкой времени имеют функции как теплового, так и мгновенного срабатывания и настроены на срабатывание на стандартных уровнях .

Это наиболее распространенный тип автоматических выключателей, используемых в строительстве жилых, коммерческих и крупногабаритных зданий.

тепловое воздействие этого автоматического выключателя реагирует на тепло . Если вентиляционные впускные и выпускные отверстия двигателя недостаточны для отвода тепла от обмоток двигателя, обнаружится тепло за счет теплового воздействия автоматического выключателя .

Если короткое замыкание должно произойти магнитное действие автоматического выключателя обнаружит мгновенные значения тока и отключит автоматический выключатель .

Предохранители обычно не подходят для защиты от перегрузок , потому что если размер обеспечивает защиту от перегрузки , они перегорают при запуске двигателя из-за высокого пускового тока , хотя их можно использовать в качестве резервной защиты от перегрузки. .

Защита предохранителями представляет риск однофазного повреждения к двигателю, когда перегорает только один предохранитель если не предусмотрена однофазная защита; этот вопрос будет обсуждаться позже в этой главе.

Двигатели низкого и среднего напряжения большого размера защищены от короткого замыкания (фаза-фаза и фаза-земля ) с помощью реле максимального тока (50; 50Н; 51; 51Н ) подключен к CT .

защита от перегрузок обычно обеспечивается тепловым реле перегрузки . Это реле может быть следующих типов:

Биметаллическая лента

защита от тепловой перегрузки подойдет кратковременный высокий пусковой ток двигателя при этом точно защищая это из-за перегрузки по рабочему току . Нагревательный змеевик и действие из биметаллической ленты ввести временную задержку что дает двигателю время для запуска и установления нормального рабочего тока без срабатывания защиты от тепловой перегрузки . Защита от тепловых перегрузок может быть сбрасываемым вручную или автоматически в зависимости от их применения и имеют настройщик что позволяет точно настроить их на рабочий ток двигателя. .

Температура окружающей среды в котором находится стартер и двигатель следует учитывать при выборе биметаллических ленточных реле потому что высокая температура окружающей среды сокращает время срабатывания из-за перегрузки .

Сокращение времени отключения при перегрузке может привести к нежелательному срабатыванию если двигатель находится при более низкой температуре окружающей среды, чем стартер и приводит к выгоранию двигателя когда двигатель находится при более высокой температуре окружающей среды, чем стартер .

Большинство устройств защиты от тепловой перегрузки рассчитаны на использование при максимальной температуре 40 ºC , и может потребоваться снижение номинальных характеристик реле. .

Большинство ретрансляторов регулируются в диапазоне от 85% до 115% их стоимости.

Некоторые модели доступны с компенсацией внешней среды. . устройства с компенсацией окружающей среды точка поездки не зависит от температуры окружающей среды и стабильно работает при одном и том же значении тока.

Этот тип реле обычно используется в двигателях низкого и среднего энергопотребления. .

Стандарты и данные производителей обычно показывают рекомендуемую контрольную точку данного типа реле в соответствии с номинальной мощностью двигателя; в тех же таблицах также указаны рекомендуемые номинальные токи предохранителей (тип aM или gG – см. раздел 2.4) и выключатели мгновенного действия которые связаны с реле защиты от перегрузки по току , как показано в таблице 3.

Таблица 3 – Номинальный ток предохранителей для защиты двигателя

Электронные цифровые реле перегрузки

Этот тип защиты используется для больших двигателей низкого и высокого напряжения. , и содержит микропроцессор . Эти устройства могут моделировать нагрев обмоток двигателя, контролируя ток двигателя, а также могут включать в себя функции измерения и связи.

Общая защита больших двигателей низкого и среднего напряжения обычно осуществляется следующими устройствами защиты:

• Защита от перегрузки:49
• Мгновенная перегрузка по току фазы:50
• Мгновенная перегрузка по току на землю:50N/50G
• Максимальный ток фазы с выдержкой времени:51
• Задержка максимального тока на землю:51N/51G

В некоторых ситуациях не рекомендуется защищать двигатели от перегрузок; это относится к пожарным водяным насосам и дымососам. .

Очень большие двигатели низкого и среднего напряжения обходятся дорого, и обычно целесообразно предоставлять более комплексные схемы защиты. . К таким схемам относятся:

• Контроллеры и защита температуры подшипников (38 )
• Дифференциальная защита (87M )
• Неполная последовательность запуска/защита от длительного времени запуска (66 )
• Отрицательная последовательность фаз (защита от переполюсовки )
• Защита от перегрева
• Защита от асимметрии или обрыва фазы (47 )
• Защита от остановки или блокировки ротора
• Защита от пониженного и повышенного напряжения (27 и 59 , соответственно)
• Вибромониторы и защита (39)
• Мониторы температуры обмотки и защитные устройства

Дифференциальная защита двигателей низкого и высокого напряжения

Дифференциальная защита часто предоставляется для двигателей среднего и большого размера с напряжением питания более 4 кВ и с электроприводом (автоматическая поездка )автоматические выключатели . Дифференциальная защита обеспечивает направление высокой скорости и устранение неисправностей в обмотках статора двигателя .

• Также прочтите:Как рассчитать размер кабеля для двигателей LT и HT

Если система электропитания надежно заземлена, дифференциальная защита обнаружит замыкания между фазами и между фазами .

С дифференциальной защитой ток на каждом конце каждой обмотки сравнивается, чтобы определить наличие неисправности .

Для этой функции требуются два набора CT , один в начале фидера двигателя, а другой в точке звезды .

Функция дифференциальной защиты можно использовать только если обе стороны каждой фазы статора выведены из двигателя для внешнего подключения таким образом, чтобы фазный ток, входящий и выходящий из каждой фазы можно измерить . дифференциальный элемент вычитает ток, выходящий из каждой фазы, из тока, входящего в каждую фазу, и сравнивает результат или разницу с дифференциальным уровнем срабатывания.

Если эта разница равна или превышает уровень срабатывания, произойдет отключение .

На рис. 19 показан пример этой защиты.

Рисунок 19. Дифференциальная защита двигателя

Используя шесть CT в суммирующей конфигурации , во время пуска двигателя значения от двух ТТ на каждой фазе могут не совпадать l как CT не полностью идентичны и асимметричные токи может привести к тому, что ТТ на каждой фазе будут иметь разные выходы .

Чтобы предотвратить случайное срабатывание в этой конфигурации дифференциальный уровень может потребоваться установить менее чувствительный или дифференциальная временная задержка возможно, придется продлить период проблем во время запуска двигателя .

Дифференциальная задержка затем можно точно настроить приложению, которое отвечает очень быстро и чувствителен к низким уровням дифференциального тока .

Перегрев обмоток защита обычно осуществляется с помощью детекторов температуры сопротивления (RTD ) и термистор и автоматическое отключение устройств. может быть установлен. Подключение отдельного вспомогательного вентилятора чтобы помочь мотору вентилятора решает проблему перегрева когда VSD используется для управления частотой вращения двигателя эд.

Неполная последовательность запуска/длительное время запуска вызывает перегрев ротора .

Поскольку физически невозможно измерить нагрев ротора на двигателях с короткозамкнутым ротором необходим для определения нагрева путем измерения тока, протекающего ротором через статор для возбуждения ротора. Тепловая копия ротора устанавливается с помощью I ² т кривая .

запрет перезапуска блокирует запуск двигателя пользователем если реле определило, что ротор достиг температуры, которая может повредить ротор если будет предпринята попытка запуска . Таким образом, реле разрешит только перезапуск. если ротор имеет достаточный тепловой резерв для запуска .

Защита подшипников обычно выполняется RTD и тгермистор чтобы следить за температурой .

Защита от вибрации использует датчики/акселерометры которые обычно размещаются в ключевых точках двигателя и подшипников .

Поскольку подшипники являются несущей частью механической трансмиссии, акселерометры должны быть размещены на входе и выходе

На рис. 20 показан пример датчиков вибрации и их рекомендуемое расположение.

Рисунок 20. Датчики вибрации двигателя

Сегодня СВУ (см. раздел 2.1), которые группируют все необходимые функции защиты обычно используются для больших двигателей низкого и среднего напряжения .

Об авторе:Мануэль Болотинья

- Степень лиценциата в области электротехники – Энергетика и энергетические системы (1974 г. – Instituto Superior Técnico/Лиссабонский университет)
– Степень магистра в области электротехники и вычислительной техники (2017 г. – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Новый университет Лиссабона)
– Старший консультант по подстанциям и энергосистемам; Профессиональный инструктор