Струјна преоптерећења и њихов утицај на рад и радни век електромотора
Анализа кварова асинхроних мотора показује да је главни узрок њиховог квара квар изолације услед прегревања.
Преоптерећење електричног производа (уређаја) — прекорачење стварне вредности снаге или струје електричног производа (уређаја) изнад номиналне вредности. (ГОСТ 18311-80).
Температура загревања намотаја електромотора зависи од термичких карактеристика мотора и параметара околине. Део топлоте произведене у мотору иде за загревање калемова, а остатак се ослобађа у околину. На процес грејања утичу такви физички параметри као што су топлотни капацитет и расипање топлоте.
У зависности од термичког стања електромотора и околног ваздуха, степен њиховог утицаја може варирати.Ако је температурна разлика између мотора и околине мала, а ослобођена енергија значајна, тада њен главни део апсорбују намотај, челик статора и ротора, кућиште мотора и остали његови делови. Долази до интензивног пораста температуре изолације... Са загревањем се све више испољава ефекат размене топлоте. Процес се успоставља након постизања равнотеже између произведене топлоте и топлоте која се ослобађа у околину.
Повећање струје изнад дозвољене вредности не доводи одмах до ванредног стања... Потребно је неко време да статор и ротор достигну своју екстремну температуру. Дакле, нема потребе да заштита реагује на сваку прекомерну струју. Она треба да искључи машину само када постоји опасност од брзог пропадања изолације.
Са становишта загревања изолације, величина и трајање струје која прелази номиналну вредност су од великог значаја. Ови параметри зависе првенствено од природе технолошког процеса.
Преоптерећење електромотора технолошког порекла
Преоптерећење електромотора узроковано периодичним повећањем обртног момента на вратилу вођене машине. У таквим машинама и инсталацијама снага електромотора се стално мења. Тешко је посматрати дуг временски период током којег струја остаје непромењена по величини. Краткотрајни велики моменти отпора периодично се појављују на вратилу мотора, стварајући струјне ударе.
Таква преоптерећења обично не изазивају прегревање намотаја мотора, који имају релативно високу топлотну инерцију.Међутим, уз довољно дуго трајање и узастопно понављање, опасно загревање електромотора… Одбрана мора да „разликује” ове режиме. Не би требало да реагује на краткотрајне ударе оптерећења.
Друге машине могу доживети релативно мала, али дуготрајна преоптерећења. Намотаји мотора се постепено загревају до температуре близу максимално дозвољене вредности. Обично електромотор има одређену резерву грејања и мале прекомерне струје, упркос трајању акције, не могу створити опасну ситуацију. У овом случају, гашење није неопходно. На овај начин и овде заштита мотора мора да „разликује“ опасна и неопасна преоптерећења.
Хитна преоптерећења електромотора
са изузетком преоптерећења технолошког порекла, можда и хитних преоптерећења која су настала из других разлога (оштећење на линији напајања, заглављивање радних уређаја, пад напона итд.). Они креирају посебне режиме рада асинхроног мотора и нуде своје захтеве за сигурносне уређаје... Размотрите понашање асинхроног мотора у типичним хитним режимима.
Преоптерећења у непрекидном раду са константним оптерећењем
Електромотори се обично бирају са одређеном резервом снаге. Такође, већину времена машине раде под оптерећењем. Као резултат тога, струја мотора је често знатно испод номиналне вредности. Преоптерећења настају, по правилу, у случају технолошких кршења, кварова, заглављивања и заглављивања у радној машини.
Машине као што су вентилатори, центрифугалне пумпе, транспортне траке и вијци имају тихо, константно или благо променљиво оптерећење.Краткотрајне промене у протоку материјала практично немају утицаја на загревање електромотора. Могу се занемарити. Друга је ствар ако кршења нормалних услова рада остају дуже време.
Већина електричних погона има одређену резерву снаге. Механичка преоптерећења првенствено узрокују оштећења делова машине. С обзиром на случајну природу њиховог појављивања, не може бити сигурно да ће под одређеним околностима и електромотор бити преоптерећен. На пример, то се може десити са вијчаним моторима. Промене физичких и механичких својстава транспортованог материјала (влага, величина честица, итд.) одмах се одражавају на снагу која је потребна за његово кретање. Заштита треба да искључи електромотор у случају преоптерећења које изазива опасно прегревање намотаја.
Са становишта утицаја дуготрајних прекомерних струја на изолацију, треба разликовати две врсте преоптерећења: релативно мала (до 50%) и велика (више од 50%).
Ефекат првог се не појављује одмах, већ постепено, док се ефекти другог јављају након кратког времена. Ако је пораст температуре изнад дозвољене вредности мали, старење изолације се одвија споро. Мале промене у структури изолационог материјала се акумулирају постепено. Како температура расте, процес старења се значајно убрзава.
Мислим да прегревање изнад дозвољеног за сваких 8-10 ° Ц преполови животни век изолације намотаја мотора.Дакле, прегревање за 40 ° Ц смањује век трајања изолације 32 пута! Иако је ово много, појављује се након вишемесечног рада.
При великим преоптерећењима (више од 50%), изолација се брзо сруши под утицајем високих температура.
За анализу процеса грејања користићемо поједностављени модел мотора. Повећање струје доводи до повећања променљивих губитака. Намотај почиње да се загрева. Температура изолације се мења према графикону на слици. Брзина пораста температуре у стационарном стању зависи од величине струје.
Неко време након што дође до преоптерећења, температура намотаја достиже вредност дозвољену за дату класу изолације. При високим Г-силама биће краћи, при ниским Г-силама биће дужи. Дакле, свака вредност преоптерећења ће имати своје дозвољено време које се може сматрати безбедним за изолацију.
Зависност дозвољеног трајања преоптерећења од његове величине назива се карактеристика преоптерећења електромотора... Термофизичка својства електромотори разних типова имају неке разлике и њихове карактеристике се такође разликују. Једна од ових карактеристика је приказана на слици пуном линијом.
Карактеристика преоптерећења мотора (пуна линија) и жељена заштитна карактеристика (испрекидана линија)
Из датих карактеристика можемо формулисати један од главних захтева на струјно зависну заштиту од преоптерећења… Треба га подићи у зависности од величине преоптерећења.Ово омогућава да се искључе лажни аларми са неопасним скоковима струје, који се јављају на пример када се мотор покрене. Заштита треба да ради само када падне у зону неприхватљивих тренутних вредности и трајања њеног тока. Његова жељена карактеристика, приказана на слици испрекиданом линијом, увек мора лежати испод карактеристике преоптерећења мотора.
На рад заштите утиче низ фактора (нетачност подешавања, расипање параметара итд.), Због чега се примећују одступања од просечних вредности времена одзива. Дакле, испрекидану линију на графикону треба посматрати као неку врсту просечне карактеристике. Да не би прешли карактеристике као резултат дејства случајних фактора, што ће довести до неправилног заустављања мотора, потребно је обезбедити одређену маргину. У ствари, треба радити не са посебном карактеристиком, већ са заштитном зоном, узимајући у обзир дистрибуцију времена реакције заштите.
У погледу тачних деловања заштите мотора, пожељно је да обе карактеристике буду што ближе једна другој. Ово ће избећи непотребно искључење при преоптерећењима близу дозвољених. Међутим, ако постоји велика распрострањеност обе карактеристике, то се не може постићи. Да не бисте пали у зону неприхватљивих тренутних вредности у случају случајних одступања од израчунатих параметара, потребно је обезбедити одређену маргину.
Заштитна карактеристика мора се налазити на одређеној удаљености од карактеристике преоптерећења мотора да би се искључило њихово међусобно укрштање.Али то доводи до губитка тачности деловања заштите мотора.
У области струја близу номиналне вредности појављује се зона несигурности. Приликом уласка у ову зону немогуће је са сигурношћу рећи да ли ће заштита радити или не.
Овај недостатак је одсутан у заштита која ради у зависности од температуре намотаја... За разлику од прекострујне заштите, она делује у зависности од узрока старења изолације, њеног загревања. Када се достигне температура опасна за намотај, он искључује мотор, без обзира на разлог који је изазвао загревање. Ово је једна од главних предности заштите од температуре.
Међутим, недостатак заштите од прекомерне струје не треба прецењивати. Чињеница је да мотори имају одређену тренутну резерву. Називна струја мотора је увек нижа од струје при којој температура намотаја достиже дозвољену вредност. Установљава се, руководећи се економским прорачунима. Због тога је при називном оптерећењу температура намотаја мотора испод дозвољене вредности. Због тога се ствара термичка резерва мотора, која донекле надокнађује недостатак термални релеји.
Многи фактори од којих зависи топлотно стање изолације имају насумична одступања. С тим у вези, спецификација карактеристика не даје увек жељени резултат.
Преоптерећења у променљивом непрекидном раду
Нека радна тела и механизми стварају оптерећења која варирају у широком опсегу, као што су дробљење, млевење и друге сличне операције. Овде су периодична преоптерећења праћена недовољним оптерећењем до празног хода.Свако повећање струје, узето одвојено, не доводи до опасног пораста температуре. Међутим, ако их има много и довољно често се понављају, ефекат повећане температуре на изолацију брзо се акумулира.
Процес загревања електромотора при променљивом оптерећењу разликује се од процеса загревања при константном или благо променљивом оптерећењу. Разлика се манифестује како у току температурних промена тако и у природи загревања појединих делова машине.
Како се оптерећење мења, мења се и температура калемова. Због топлотне инерције мотора, температурне флуктуације су мање распрострањене. При довољно високој фреквенцији оптерећења, температура намотаја се може сматрати практично непромењеном. Ово ће бити еквивалентно непрекидном раду са константним оптерећењем. При ниској фреквенцији (реда стотих делова херца и ниже) флуктуације температуре постају приметне. Периодично прегревање намотаја може скратити век трајања изолације.
Са великим флуктуацијама оптерећења на ниској фреквенцији, мотор је стално у пролазном процесу. Температура намотаја се мења након флуктуација оптерећења. Пошто поједини делови машине имају различите термофизичке параметре, сваки од њих се загрева на свој начин.
Ток топлотних прелаза под променљивим оптерећењем је сложена појава и није увек предмет прорачуна. Због тога се температура намотаја мотора не може проценити на основу струје која тече у било ком тренутку. Због чињенице да се поједини делови електромотора загревају на различите начине, топлота прелази са једног дела на други у електромотору.Такође је могуће да након искључивања електромотора температура намотаја статора порасте због топлоте коју доводи ротор. Дакле, величина струје можда неће одражавати степен загревања изолације. Такође треба имати на уму да ће се у неким режимима ротор интензивније загревати и хладити мање од статора.
Сложеност процеса преноса топлоте отежава контролу загревања мотора... Чак и директно мерење температуре намотаја може дати грешку под неким условима. Чињеница је да у нестабилним топлотним процесима температура загревања различитих делова машине може бити различита, а мерење у једном тренутку не може дати праву слику. Међутим, мерење температуре завојнице је прецизније од других метода.
Периодични рад може се сврстати у најнеповољније са становишта деловања заштите. Периодично укључивање у рад подразумева могућност краткотрајног преоптерећења мотора. У овом случају, величина преоптерећења мора бити ограничена условом загревања намотаја, који не прелази дозвољену вредност.
Заштита која "прати" стање грејања намотаја мора примити одговарајући сигнал. Пошто струја и температура можда не одговарају једна другој у прелазним условима, заштита заснована на мерењу струје не може правилно да обавља своју улогу.