Προστασία ηλεκτρικών κινητήρων: Πλήρης οδηγός για θερμικά, ασφάλειες, ρελέ, υπερφόρτωση και επιλογή προστασίας

Προστασία ηλεκτρικών κινητήρων: Πλήρης οδηγός για θερμικά, ασφάλειες, ρελέ, υπερφόρτωση και επιλογή προστασίας

Η προστασία ενός ηλεκτρικού κινητήρα δεν περιορίζεται στην τοποθέτηση μιας ασφάλειας στον ηλεκτρικό πίνακα. Ένας κινητήρας μπορεί να καταστραφεί από υπερφόρτωση, απώλεια φάσης, υπερθέρμανση, μηχανικό μπλοκάρισμα, προβλήματα τροφοδοσίας ή λανθασμένη ρύθμιση του συστήματος εκκίνησης, ακόμη και όταν δεν υπάρχει βραχυκύκλωμα.

Για τον λόγο αυτό, η αποτελεσματική προστασία απαιτεί συνδυασμό κατάλληλων διατάξεων, σωστή επιλογή βάσει των χαρακτηριστικών του κινητήρα και αξιολόγηση του πραγματικού φορτίου.

Στις εγκαταστάσεις ύδρευσης και θέρμανσης, το θέμα αποκτά ιδιαίτερη σημασία. Μια αντλία νερού μπορεί να παρουσιάσει αυξημένο ρεύμα λόγω μηχανικής εμπλοκής, ένας τριφασικός κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει με απώλεια φάσης, ενώ ένας κυκλοφορητής μπορεί να υπερθερμανθεί λόγω δυσμενών συνθηκών λειτουργίας.

Στον οδηγό αυτό εξετάζουμε τις σημαντικότερες ηλεκτρικές και θερμικές προστασίες, τις μεταξύ τους διαφορές, τις βασικές αρχές επιλογής και τα συνηθισμένα λάθη που πρέπει να αποφεύγονται.

Σημαντικό: Το άρθρο έχει εκπαιδευτικό χαρακτήρα. Η επιλογή, εγκατάσταση, ρύθμιση και δοκιμή προστατευτικών διατάξεων απαιτούν μελέτη της συγκεκριμένης εγκατάστασης, εφαρμογή των ισχυόντων προτύπων και εργασία από κατάλληλα αδειοδοτημένο επαγγελματία.

1. Γιατί χρειάζεται προστασία ένας ηλεκτρικός κινητήρας;

Ο ηλεκτρικός κινητήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική.

Κατά τη λειτουργία του αναπτύσσονται θερμικές απώλειες στα τυλίγματα, στον μαγνητικό πυρήνα και στα μηχανικά μέρη.

Υπό κανονικές συνθήκες, η θερμοκρασία παραμένει εντός των ορίων που προβλέπει ο κατασκευαστής.

Όταν όμως εμφανιστεί μια μη φυσιολογική κατάσταση, η θερμική ή ηλεκτρική καταπόνηση μπορεί να αυξηθεί σημαντικά.

Βασικοί κίνδυνοι

• Παρατεταμένη υπερφόρτωση.

• Βραχυκύκλωμα.

• Απώλεια φάσης.

• Ασυμμετρία τάσεων.

• Υπόταση ή υπέρταση.

• Μηχανικό μπλοκάρισμα.

• Υπερβολικά συχνές εκκινήσεις.

• Ανεπαρκής ψύξη.

• Βλάβη μονώσεων.

• Ακατάλληλη παραμετροποίηση inverter.

Η προστασία πρέπει να αναγνωρίζει τις επικίνδυνες καταστάσεις και να περιορίζει τις συνέπειές τους.

Δεν υπάρχει μία διάταξη που να καλύπτει αυτομάτως όλους τους παραπάνω κινδύνους.

2. Ποιες είναι οι βασικές κατηγορίες προστασίας κινητήρων;

Οι προστασίες ταξινομούνται ανάλογα με το φαινόμενο που επιτηρούν.

Η σωστή σχεδίαση συνδυάζει τις απαιτούμενες λειτουργίες χωρίς να θεωρεί ότι μία προστασία υποκαθιστά όλες τις υπόλοιπες.

3. Τι είναι η υπερφόρτωση ηλεκτρικού κινητήρα;

Υπερφόρτωση εμφανίζεται όταν ο κινητήρας λειτουργεί υπό συνθήκες που προκαλούν θερμική καταπόνηση μεγαλύτερη από την επιτρεπόμενη.

Συχνά συνδέεται με αυξημένο ρεύμα, αλλά η θερμική κατάσταση επηρεάζεται και από άλλους παράγοντες.

Πιθανές αιτίες

• Αυξημένο μηχανικό φορτίο.

• Μπλοκαρισμένος άξονας.

• Φθαρμένα έδρανα.

• Ανεπαρκής αερισμός.

• Ασυμμετρία τάσεων.

• Παρατεταμένη εκκίνηση.

• Υπερβολική συχνότητα εκκινήσεων.

Γιατί είναι επικίνδυνη;

Οι απώλειες χαλκού στα τυλίγματα προσεγγίζονται από τη σχέση:

Pcu = I² × R

όπου:

• Pcu: απώλειες χαλκού.

• I: ρεύμα τυλίγματος.

• R: αντίσταση τυλίγματος.

Η σχέση δείχνει ότι οι συγκεκριμένες απώλειες αυξάνονται με το τετράγωνο του ρεύματος.

Παράδειγμα

Αν το ρεύμα αυξηθεί κατά 20% και θεωρήσουμε σταθερή αντίσταση:

P₂/P₁ = 1,2² = 1,44

Οι απώλειες χαλκού αυξάνονται θεωρητικά κατά 44%.

Αυτό δεν σημαίνει ότι η συνολική θερμοκρασία αυξάνεται κατά 44%, αλλά δείχνει γιατί ακόμη και σχετικά μικρή αύξηση ρεύματος μπορεί να προκαλέσει σημαντική πρόσθετη θέρμανση.

4. Τι είναι το θερμικό ρελέ υπερφόρτωσης;

Το θερμικό ρελέ υπερφόρτωσης είναι διάταξη που χρησιμοποιείται για την προστασία κατάλληλων κινητήρων από παρατεταμένη υπερφόρτωση.

Συχνά συνεργάζεται με ηλεκτρονόμο ισχύος, γνωστό ως contactor.

Αρχή λειτουργίας

Στους κλασικούς θερμικούς ηλεκτρονόμους χρησιμοποιούνται θερμικά στοιχεία, συχνά διμεταλλικά, τα οποία ανταποκρίνονται στη θέρμανση που προκαλεί το ρεύμα.

Όταν η θερμική καταπόνηση υπερβεί το προβλεπόμενο όριο, η διάταξη ενεργοποιεί τον μηχανισμό απόζευξης ή το κύκλωμα ελέγχου.

Τι προστατεύει;

Κυρίως από υπερφορτίσεις που εξελίσσονται σε χρόνο.

Τι δεν αντικαθιστά;

Το θερμικό ρελέ δεν υποκαθιστά από μόνο του την απαιτούμενη προστασία βραχυκυκλώματος.

Για αυτό απαιτείται κατάλληλος συνδυασμός προστατευτικών διατάξεων.

5. Πώς επιλέγεται και ρυθμίζεται ένα θερμικό;

Η επιλογή αρχίζει από την πινακίδα του κινητήρα.

Η ονομαστική ισχύς σε kW δεν αρκεί για να καθοριστεί η ρύθμιση.

Στοιχεία που απαιτούνται

• Ονομαστικό ρεύμα.

• Ονομαστική τάση.

• Τρόπος σύνδεσης.

• Κατηγορία λειτουργίας.

• Συνθήκες εκκίνησης.

• Θέση του θερμικού στο κύκλωμα.

• Οδηγίες κατασκευαστή.

Ενδεικτικό παράδειγμα

Ένας κινητήρας έχει ονομαστικό ρεύμα:

In = 8,2 A

Εφόσον το θερμικό μετρά το ρεύμα γραμμής στην κανονική λειτουργία και ο κατασκευαστής προβλέπει ρύθμιση με βάση το ονομαστικό ρεύμα, η αρχική αξιολόγηση γίνεται γύρω από την τιμή των 8,2 A.

Η τελική ρύθμιση όμως πρέπει να επιβεβαιώνεται από τις οδηγίες της διάταξης, την πραγματική συνδεσμολογία και τις συνθήκες λειτουργίας.

Προσοχή: Σε ορισμένες διατάξεις αστέρα–τριγώνου, η θέση του θερμικού μέσα στο κύκλωμα επηρεάζει το ρεύμα που διαρρέει τη διάταξη. Δεν εφαρμόζεται η ίδια ρύθμιση ανεξάρτητα από τη θέση εγκατάστασης.

6. Τι σημαίνει κλάση απόζευξης θερμικού;

Οι διατάξεις προστασίας υπερφόρτωσης μπορεί να διαθέτουν διαφορετικές κλάσεις απόζευξης.

Η κλάση σχετίζεται με τη χρονική συμπεριφορά της προστασίας σε καθορισμένες συνθήκες δοκιμής.

Συνήθεις κλάσεις

Στην πράξη συναντώνται, μεταξύ άλλων, κλάσεις όπως:

• Class 10A.

• Class 10.

• Class 20.

• Class 30.

Οι κλάσεις δεν αποτελούν απλές ενδείξεις «καλύτερης» ή «χειρότερης» προστασίας.

Σχετίζονται με τον χρόνο που επιτρέπεται να παραμείνει μια συγκεκριμένη κατάσταση υπερρεύματος πριν από την απόζευξη.

Πότε έχει σημασία;

Ένας κινητήρας που εκκινεί γρήγορα έχει διαφορετικές απαιτήσεις από έναν κινητήρα που επιταχύνει μεγάλο φορτίο αδράνειας.

Μια ακατάλληλη κλάση μπορεί να προκαλεί ανεπιθύμητες αποζεύξεις ή ανεπαρκή προστασία.

Η επιλογή πρέπει να συνδυάζεται με τη θερμική αντοχή του κινητήρα, τον χρόνο εκκίνησης και τα χαρακτηριστικά της διάταξης.

7. Θερμικό ρελέ και ηλεκτρονικό ρελέ υπερφόρτωσης

Εκτός από τα κλασικά διμεταλλικά θερμικά, χρησιμοποιούνται και ηλεκτρονικά ρελέ υπερφόρτωσης.

Τα ηλεκτρονικά συστήματα επιτηρούν ηλεκτρικά μεγέθη και εφαρμόζουν κατάλληλους αλγορίθμους προστασίας.

Πλεονέκτημα ηλεκτρονικής προστασίας

Σε κατάλληλες εφαρμογές, μπορεί να προσφέρει καλύτερη προσαρμογή στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.

Ωστόσο, οι διαθέσιμες λειτουργίες διαφέρουν σημαντικά μεταξύ κατασκευαστών και μοντέλων.

8. Ασφάλειες ηλεκτρικών κινητήρων

Οι ασφάλειες χρησιμοποιούνται για την προστασία κυκλωμάτων από υπερρεύματα, σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά και την κατηγορία χρήσης τους.

Στα κυκλώματα κινητήρων, η επιλογή πρέπει να λαμβάνει υπόψη το υψηλό ρεύμα εκκίνησης.

Γιατί δεν αρκεί οποιαδήποτε ασφάλεια;

Μια ασφάλεια που δεν έχει επιλεγεί κατάλληλα μπορεί:

• Να λειτουργεί ανεπιθύμητα κατά την εκκίνηση.

• Να μην παρέχει τον απαιτούμενο συντονισμό με τον υπόλοιπο εξοπλισμό.

• Να μην εξασφαλίζει την προβλεπόμενη προστασία του κυκλώματος.

Κατηγορίες χρήσης

Σε κατάλληλες εφαρμογές συναντώνται, μεταξύ άλλων:

gG: Ασφάλειες γενικής χρήσης για προστασία από υπερρεύματα εντός του προβλεπόμενου πεδίου εφαρμογής τους.

aM: Ασφάλειες μερικού εύρους, σχεδιασμένες για προστασία κυκλωμάτων κινητήρων από βραχυκυκλώματα. Απαιτούν συμπληρωματική προστασία υπερφόρτωσης.

Βασική αρχή

Η ασφάλεια πρέπει να επιλέγεται βάσει των χαρακτηριστικών του κυκλώματος, του αναμενόμενου ρεύματος σφάλματος και του συντονισμού με τον εκκινητή.

Δεν επιλέγεται αυθαίρετα μόνο από τα kW του κινητήρα.

9. Μικροαυτόματος και αυτόματος προστασίας κινητήρα

Ένας κοινός μικροαυτόματος διακόπτης και ένας ειδικός αυτόματος προστασίας κινητήρα δεν είναι απαραίτητα ισοδύναμες διατάξεις.

Μικροαυτόματος διακόπτης (MCB)

Χρησιμοποιείται για προστασία κυκλωμάτων σύμφωνα με το πρότυπο και τα χαρακτηριστικά του.

Η καμπύλη απόζευξης, η ονομαστική ένταση και η ικανότητα διακοπής αποτελούν σημαντικές παραμέτρους.

Αυτόματος προστασίας κινητήρα (MPCB)

Ο Motor Protection Circuit Breaker είναι ειδική διάταξη που, ανάλογα με τον τύπο, μπορεί να συνδυάζει:

• Προστασία υπερφόρτωσης.

• Προστασία βραχυκυκλώματος.

• Ρυθμιζόμενη θερμική λειτουργία.

• Λειτουργία απομόνωσης, εφόσον πιστοποιείται για αυτήν.

• Πρόσθετες λειτουργίες προστασίας, ανάλογα με το μοντέλο.

Σύγκριση

Ο χαρακτηρισμός «αυτόματος κινητήρα» δεν απαλλάσσει από τον έλεγχο της ικανότητας διακοπής και του συντονισμού.

10. Βραχυκύκλωμα και ικανότητα διακοπής

Το βραχυκύκλωμα είναι ηλεκτρικό σφάλμα που μπορεί να προκαλέσει πολύ υψηλό ρεύμα.

Η προστατευτική διάταξη πρέπει να είναι κατάλληλη για το αναμενόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος στο σημείο εγκατάστασης.

Τι είναι η ικανότητα διακοπής;

Είναι η ικανότητα μιας προστατευτικής διάταξης να διακόπτει καθορισμένο ρεύμα σφάλματος υπό συγκεκριμένες συνθήκες.

Η ονομαστική ικανότητα διακοπής πρέπει να εξετάζεται σε συνδυασμό με:

• Την τάση λειτουργίας.

• Το προβλεπόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος.

• Το εφαρμοστέο πρότυπο.

• Τον υπόλοιπο εξοπλισμό.

• Τυχόν πιστοποιημένους συνδυασμούς προστασίας.

Παράδειγμα

Αν η μελέτη δείχνει ότι το αναμενόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος σε συγκεκριμένο πίνακα είναι 6 kA, δεν αρκεί να επιλεγεί μια διάταξη μόνο με βάση το ονομαστικό της ρεύμα.

Πρέπει να επιβεβαιωθεί η καταλληλότητά της για το συγκεκριμένο επίπεδο σφάλματος, την τάση και τον τρόπο εγκατάστασης.

Η τελική επιλογή δεν μπορεί να προκύψει μόνο από αυτό το αριθμητικό παράδειγμα.

11. Τι είναι ο συντονισμός προστασιών κινητήρα;

Ο συντονισμός αφορά τη συνεργασία των επιμέρους διατάξεων προστασίας και χειρισμού.

Σε έναν εκκινητή κινητήρα μπορεί να υπάρχουν:

• Διάταξη προστασίας βραχυκυκλώματος.

• Contactor.

• Ρελέ υπερφόρτωσης.

• Πρόσθετα ρελέ επιτήρησης.

Γιατί είναι απαραίτητος;

Σε περίπτωση σφάλματος, ο εξοπλισμός πρέπει να συμπεριφέρεται σύμφωνα με την προβλεπόμενη κατηγορία συντονισμού.

Συντονισμός Type 1 και Type 2

Στο πλαίσιο του IEC 60947-4-1, για κατάλληλους εκκινητές χρησιμοποιούνται κατηγορίες συντονισμού.

Type 1: Μετά από βραχυκύκλωμα μπορεί να απαιτείται επισκευή ή αντικατάσταση εξαρτημάτων, χωρίς να επιτρέπεται επικίνδυνη κατάσταση.

Type 2: Ο συνδυασμός πρέπει να πληροί αυστηρότερες απαιτήσεις λειτουργικής διατήρησης μετά το σφάλμα. Υπό τις προβλεπόμενες συνθήκες μπορεί να επιτρέπεται συγκεκριμένη περιορισμένη συγκόλληση επαφών, εφόσον μπορούν να διαχωριστούν όπως ορίζει το πρότυπο.

Πρακτική σημασία

Δεν αρκεί να είναι όλα τα εξαρτήματα επώνυμα ή σωστά διαστασιολογημένα μεμονωμένα.

Ο συνδυασμός πρέπει να είναι κατάλληλος και τεκμηριωμένος για τη συγκεκριμένη εφαρμογή.

12. Προστασία από απώλεια φάσης

Η απώλεια μίας φάσης σε τριφασικό κινητήρα μπορεί να δημιουργήσει ιδιαίτερα επικίνδυνες συνθήκες.

Ανάλογα με το φορτίο και την κατάσταση λειτουργίας, ο κινητήρας μπορεί:

• Να μην εκκινεί.

• Να αναπτύσσει ανεπαρκή ροπή.

• Να λειτουργεί με αυξημένα ρεύματα στις υπόλοιπες φάσεις.

• Να υπερθερμαίνεται.

Πώς αντιμετωπίζεται;

Μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατάλληλες διατάξεις όπως:

• Ρελέ επιτήρησης φάσεων.

• Ηλεκτρονικά ρελέ προστασίας κινητήρα.

• Προστασίες ενσωματωμένες σε κατάλληλο εξοπλισμό.

Σημαντική διάκριση

Ένα ρελέ επιτήρησης τάσης ή παρουσίας φάσεων δεν ανιχνεύει απαραίτητα κάθε πιθανό σφάλμα που μπορεί να εμφανιστεί μετά το σημείο μέτρησής του.

Η θέση επιτήρησης και η συνολική αρχιτεκτονική του κυκλώματος έχουν σημασία.

13. Ασυμμετρία τάσεων και ρευμάτων

Σε ένα ιδανικό τριφασικό σύστημα, οι τάσεις είναι ισορροπημένες.

Στην πράξη μπορεί να εμφανίζονται αποκλίσεις.

Ακόμη και σχετικά μικρή ασυμμετρία τάσεων μπορεί να προκαλέσει σημαντικότερη ασυμμετρία ρευμάτων σε έναν ασύγχρονο κινητήρα.

Πιθανές αιτίες

• Προβλήματα τροφοδοσίας.

• Κακές ηλεκτρικές επαφές.

• Ανομοιόμορφα φορτία στο δίκτυο.

• Βλάβες σε συνδέσεις.

• Προβλήματα εξοπλισμού.

Γιατί είναι επικίνδυνη;

Η ασυμμετρία αυξάνει τις θερμικές καταπονήσεις και μπορεί να μειώσει τη διαθέσιμη ροπή.

Τι ελέγχεται;

• Τάσεις μεταξύ φάσεων.

• Ρεύματα φάσεων.

• Κατάσταση συνδέσεων.

• Συμπεριφορά υπό φορτίο.

• Όρια που προβλέπει ο κατασκευαστής.

Η αξιολόγηση απαιτεί μετρήσεις με κατάλληλα όργανα και επαγγελματική ερμηνεία.

14. Προστασία από υπόταση και υπέρταση

Η τάση τροφοδοσίας επηρεάζει τη λειτουργία και τη θερμική συμπεριφορά του κινητήρα.

Υπόταση

Σε αρκετές εφαρμογές, η μειωμένη τάση μπορεί να περιορίσει τη διαθέσιμη ροπή.

Αν το φορτίο παραμένει απαιτητικό, ο κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει με δυσμενείς συνθήκες ρεύματος και θέρμανσης.

Υπέρταση

Η υπέρταση μπορεί να προκαλέσει πρόσθετη ηλεκτρική και μαγνητική καταπόνηση, ανάλογα με τον κινητήρα και τη συχνότητα.

Ρελέ επιτήρησης τάσης

Κατάλληλα ρελέ μπορούν να επιτηρούν:

• Ελάχιστη τάση.

• Μέγιστη τάση.

• Απώλεια φάσης.

• Ακολουθία φάσεων.

• Ασυμμετρία, εφόσον προβλέπεται.

Οι χρόνοι καθυστέρησης και τα όρια πρέπει να επιλέγονται σύμφωνα με την εφαρμογή.

15. Θερμική προστασία μέσα στον κινητήρα

Η μέτρηση του ρεύματος δεν αποτυπώνει πάντα πλήρως τη θερμική κατάσταση ενός κινητήρα.

Για αυτό, ορισμένοι κινητήρες διαθέτουν αισθητήρια ή θερμικές διατάξεις ενσωματωμένες στα τυλίγματα.

Συνήθεις τεχνολογίες

PTC: Θερμίστορ με χαρακτηριστική μεταβολή αντίστασης κοντά σε συγκεκριμένη περιοχή θερμοκρασίας. Χρησιμοποιείται με κατάλληλη μονάδα αξιολόγησης.

PT100 / RTD: Αισθητήριο αντίστασης που επιτρέπει μέτρηση θερμοκρασίας μέσω κατάλληλου συστήματος.

Θερμικοί διακόπτες: Διατάξεις που μεταβάλλουν κατάσταση όταν επιτευχθεί προβλεπόμενο θερμοκρασιακό όριο.

Πλεονεκτήματα

Μπορούν να ανιχνεύουν επικίνδυνη θέρμανση ακόμη και όταν το ρεύμα δεν είναι εμφανώς υπερβολικό.

Περιορισμοί

Δεν αντικαθιστούν αυτομάτως την προστασία βραχυκυκλώματος ή άλλες απαιτούμενες λειτουργίες.

16. Προστασία από μπλοκάρισμα και παρατεταμένη εκκίνηση

Ένας κινητήρας που αδυνατεί να περιστραφεί ή να επιταχύνει κανονικά μπορεί να απορροφά υψηλό ρεύμα.

Πιθανές αιτίες

• Μηχανική εμπλοκή.

• Πρόβλημα στα έδρανα.

• Εμπόδιο στην αντλία.

• Ακατάλληλο φορτίο εκκίνησης.

• Πρόβλημα τροφοδοσίας.

• Λανθασμένη συνδεσμολογία.

Γιατί δεν αρκεί πάντα το θερμικό;

Ορισμένες καταστάσεις απαιτούν ειδικότερη ή ταχύτερη επιτήρηση, ανάλογα με τη θερμική αντοχή του κινητήρα.

Σε κατάλληλα συστήματα μπορεί να χρησιμοποιούνται:

• Προστασία μπλοκαρισμένου δρομέα.

• Επιτήρηση χρόνου εκκίνησης.

• Θερμικό μοντέλο κινητήρα.

• Ειδικά ηλεκτρονικά ρελέ.

Εφαρμογή σε αντλίες

Η μηχανική εμπλοκή πτερωτής ή άξονα απαιτεί διερεύνηση της αιτίας.

Η επαναλαμβανόμενη επαναφορά της προστασίας χωρίς διάγνωση μπορεί να επιδεινώσει τη βλάβη.

17. Προστασία αντλίας από ξηρή λειτουργία

Η ξηρή λειτουργία είναι ιδιαίτερα σημαντική στις αντλίες νερού.

Ανάλογα με τον τύπο αντλίας, η ανεπαρκής παρουσία υγρού μπορεί να προκαλέσει:

• Ανεπαρκή ψύξη.

• Προβλήματα μηχανικού στυπιοθλίπτη.

• Υπερθέρμανση εξαρτημάτων.

• Φθορά ή καταστροφή της αντλίας.

Πώς ανιχνεύεται;

Σε κατάλληλες εφαρμογές χρησιμοποιούνται:

• Αισθητήρια στάθμης.

• Διακόπτες ροής.

• Αισθητήρια πίεσης.

• Επιτήρηση ηλεκτρικής ισχύος.

• Επιτήρηση υποφόρτωσης.

• Ειδικές λειτουργίες ελεγκτών αντλιών.

Προσοχή στην επιτήρηση ρεύματος

Η ξηρή λειτουργία δεν προκαλεί πάντα αύξηση ρεύματος.

Σε ορισμένες φυγοκεντρικές αντλίες μπορεί να μειωθεί το απορροφούμενο φορτίο.

Επομένως, ένα απλό θερμικό υπερφόρτωσης δεν αποτελεί γενική λύση προστασίας από ξηρή λειτουργία.

18. Προστασία κινητήρων με inverter / VFD

Τα συστήματα μεταβλητών στροφών διαθέτουν συχνά ενσωματωμένες λειτουργίες προστασίας.

Ανάλογα με τον εξοπλισμό, μπορεί να επιτηρούν:

• Ρεύμα κινητήρα.

• Θερμικό μοντέλο.

• Υπέρταση ενδιάμεσου κυκλώματος DC.

• Υπόταση.

• Υπερθέρμανση μετατροπέα.

• Απώλεια ή ασυμμετρία φάσεων.

• Σφάλματα εξόδου.

• Υπερφόρτωση.

Σημαντική διάκριση

Η προστασία του VFD και η προστασία του κινητήρα είναι διαφορετικές λειτουργίες, ακόμη και όταν υλοποιούνται από την ίδια συσκευή.

Η ύπαρξη inverter δεν σημαίνει ότι όλες οι απαιτούμενες προστασίες καλύπτονται αυτομάτως.

Πρόσθετα θέματα

Πρέπει να εξετάζονται:

• Καταλληλότητα κινητήρα για τροφοδοσία από VFD.

• Μήκος και τύπος καλωδίων.

• Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα.

• Επιδράσεις διακοπτικής τάσης στη μόνωση.

• Ψύξη σε χαμηλές στροφές.

• Κατάλληλες διατάξεις προστασίας προς γη.

• Ασφαλής απομόνωση και αποθηκευμένη ενέργεια στο DC κύκλωμα.

Η επιλογή εξοπλισμού πρέπει να βασίζεται στις οδηγίες του κατασκευαστή και στα εφαρμοστέα πρότυπα.

19. Προστασία μονοφασικών κινητήρων και κυκλοφορητών

Οι μονοφασικοί κινητήρες παρουσιάζουν διαφορετικές απαιτήσεις από τους τριφασικούς.

Πιθανοί κίνδυνοι

• Βλάβη πυκνωτή.

• Δυσκολία εκκίνησης.

• Παρατεταμένη λειτουργία με αυξημένο ρεύμα.

• Μηχανικό μπλοκάρισμα.

• Υπερθέρμανση.

• Ακατάλληλη τροφοδοσία.

Τι πρέπει να αξιολογείται;

• Ονομαστικό ρεύμα.

• Προβλεπόμενη θερμική προστασία.

• Καταλληλότητα πυκνωτή.

• Συχνότητα εκκινήσεων.

• Συνθήκες ψύξης.

• Ειδικές οδηγίες κατασκευαστή.

Ηλεκτρονικοί κυκλοφορητές

Οι σύγχρονοι κυκλοφορητές υψηλής απόδοσης μπορεί να διαθέτουν ενσωματωμένα ηλεκτρονικά ισχύος και λειτουργίες διάγνωσης.

Η εξωτερική προστασία πρέπει να είναι συμβατή με τον συγκεκριμένο εξοπλισμό.

Δεν πρέπει να εφαρμόζονται μηχανικά οι ίδιες επιλογές που χρησιμοποιούνται σε έναν συμβατικό ασύγχρονο κινητήρα.

20. Πρακτικό παράδειγμα επιλογής προστασίας αντλίας

Ας εξετάσουμε έναν υποθετικό τριφασικό κινητήρα αντλίας.

Δεδομένα

Υπολογισμός ενδεικτικού ρεύματος

Για ισορροπημένο τριφασικό κινητήρα:

Pout = √3 × U × I × cosφ × η

Άρα:

I = Pout / (√3 × U × cosφ × η)

Με αντικατάσταση:

I = 4.000 / (1,732 × 400 × 0,82 × 0,86)

I ≈ 8,19 A

Η τιμή είναι θεωρητική και βασίζεται στις υποθετικές παραμέτρους.

Για πραγματική επιλογή προστασίας χρησιμοποιείται το ονομαστικό ρεύμα της πινακίδας και τα στοιχεία του κατασκευαστή.

Τι πρέπει να επιλεγεί;

Η μελέτη πρέπει να αξιολογήσει:

1. Προστασία υπερφόρτωσης κατάλληλη για το ονομαστικό ρεύμα.

2. Προστασία βραχυκυκλώματος με επαρκή ικανότητα διακοπής.

3. Συμβατό contactor, εφόσον απαιτείται.

4. Τεκμηριωμένο συντονισμό των διατάξεων.

5. Επιτήρηση φάσεων, εφόσον απαιτείται από την εφαρμογή.

6. Προστασία από ξηρή λειτουργία, εφόσον υπάρχει σχετικός κίνδυνος.

7. Κατάλληλη προστασία του κυκλώματος και των αγωγών.

8. Προβλεπόμενη προστασία έναντι ηλεκτροπληξίας.

Τι δεν μπορεί να προσδιοριστεί από τα παραπάνω;

Δεν μπορεί να δοθεί υπεύθυνα συγκεκριμένη ασφάλεια ή μικροαυτόματος μόνο από την ισχύ και το θεωρητικό ρεύμα.

Απαιτούνται επιπλέον στοιχεία για το δίκτυο, τα καλώδια, το ρεύμα βραχυκυκλώματος, την εκκίνηση και τον συντονισμό.

21. Συνηθισμένα λάθη στην προστασία ηλεκτρικών κινητήρων

Τι κάνουμε όταν ενεργοποιείται επανειλημμένα η προστασία;

Η επαναλαμβανόμενη απόζευξη είναι ένδειξη που χρειάζεται διάγνωση.

Δεν αποτελεί απόδειξη ότι η προστασία είναι «πολύ ευαίσθητη».

Πρέπει να διερευνώνται:

• Το πραγματικό ρεύμα λειτουργίας.

• Η διάρκεια εκκίνησης.

• Το μηχανικό φορτίο.

• Η κατάσταση τροφοδοσίας.

• Η κατάσταση του κινητήρα.

• Η ορθότητα των ρυθμίσεων.

Η αυθαίρετη αύξηση του ορίου προστασίας μπορεί να καταστήσει τον κινητήρα ευάλωτο σε σοβαρή βλάβη.

22. Συχνές ερωτήσεις για την προστασία ηλεκτρικών κινητήρων

1. Τι προστατεύει το θερμικό ενός κινητήρα;

Κυρίως από παρατεταμένη υπερφόρτωση και τη σχετική θερμική καταπόνηση, σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του.

2. Το θερμικό προστατεύει από βραχυκύκλωμα;

Ένα συμβατικό ρελέ υπερφόρτωσης δεν υποκαθιστά την απαιτούμενη προστασία βραχυκυκλώματος.

3. Ποια είναι η διαφορά θερμικού και ασφάλειας;

Το θερμικό στοχεύει στην προστασία από υπερφόρτωση, ενώ η ασφάλεια προστατεύει από υπερρεύματα σύμφωνα με την κατηγορία και τα χαρακτηριστικά της.

4. Τι είναι ο MPCB;

Είναι ειδικός αυτόματος προστασίας κινητήρα που μπορεί να συνδυάζει λειτουργίες υπερφόρτωσης και βραχυκυκλώματος, ανάλογα με τον τύπο.

5. Γιατί πέφτει το θερμικό κατά την εκκίνηση;

Πιθανές αιτίες είναι η παρατεταμένη εκκίνηση, η ακατάλληλη κλάση απόζευξης, η λανθασμένη ρύθμιση ή ένα πραγματικό ηλεκτρικό ή μηχανικό πρόβλημα.

6. Μπορεί ένας τριφασικός κινητήρας να λειτουργήσει με δύο φάσεις;

Υπό ορισμένες συνθήκες μπορεί να συνεχίσει να περιστρέφεται, αλλά η λειτουργία είναι επικίνδυνη και μπορεί να προκαλέσει σοβαρή υπερθέρμανση.

7. Χρειάζεται ρελέ επιτήρησης φάσεων σε αντλία;

Η ανάγκη εξαρτάται από τον κινητήρα, την τροφοδοσία, την ενσωματωμένη προστασία και τις απαιτήσεις αξιοπιστίας της εγκατάστασης.

8. Το θερμικό προστατεύει μια αντλία από ξηρή λειτουργία;

Όχι απαραίτητα. Η ξηρή λειτουργία μπορεί να προκαλεί μειωμένο και όχι αυξημένο ηλεκτρικό φορτίο.

9. Χρειάζεται εξωτερική προστασία ένας κινητήρας με inverter;

Η απαιτούμενη προστασία εξαρτάται από τις λειτουργίες του VFD, τον κινητήρα, την εγκατάσταση και τα εφαρμοστέα πρότυπα. Δεν θεωρείται αυτομάτως πλήρης η προστασία μόνο επειδή υπάρχει inverter.

10. Πώς επιλέγουμε σωστά την προστασία ενός κινητήρα;

Με βάση την πινακίδα, τα χαρακτηριστικά εκκίνησης, το φορτίο, το δίκτυο, το αναμενόμενο ρεύμα σφάλματος, τις οδηγίες των κατασκευαστών και τον συντονισμό των διατάξεων.

Συμπέρασμα

Η προστασία ηλεκτρικών κινητήρων αποτελεί βασικό μέρος του σχεδιασμού κάθε αξιόπιστης ηλεκτρομηχανολογικής εγκατάστασης.

Οι ασφάλειες και οι κατάλληλοι αυτόματοι διακόπτες περιορίζουν τις συνέπειες ηλεκτρικών σφαλμάτων, ενώ τα θερμικά και ηλεκτρονικά ρελέ υπερφόρτωσης προστατεύουν από επικίνδυνη θερμική καταπόνηση.

Η επιτήρηση φάσεων, τάσεων και θερμοκρασίας προσθέτει σημαντικές δυνατότητες προστασίας, ιδιαίτερα σε τριφασικούς κινητήρες.

Στις αντλίες νερού και στα πιεστικά συγκροτήματα πρέπει να εξετάζονται επιπλέον λειτουργικοί κίνδυνοι, όπως η ξηρή λειτουργία, το μηχανικό μπλοκάρισμα και οι συχνές εκκινήσεις.

Η σωστή επιλογή δεν βασίζεται σε μία γενική τιμή ασφάλειας ή θερμικού. Βασίζεται στα πραγματικά χαρακτηριστικά του κινητήρα, του φορτίου και της εγκατάστασης.

Η αποτελεσματική προστασία δεν έχει στόχο μόνο να διακόπτει τη λειτουργία όταν εμφανιστεί ένα πρόβλημα. Έχει στόχο να αποτρέπει τη μετατροπή ενός προβλήματος λειτουργίας σε σοβαρή βλάβη ή επικίνδυνη κατάσταση.

Thermosphere.gr — Τεχνική γνώση για ασφαλέστερες και αποδοτικότερες εγκαταστάσεις.

Σημαντική σημείωση ασφαλείας

Το παρόν άρθρο είναι ενημερωτικό και εκπαιδευτικό. Δεν αποτελεί οδηγία εκτέλεσης ηλεκτρολογικών εργασιών από μη ειδικούς.

Η επιλογή, εγκατάσταση, ρύθμιση, δοκιμή και συντήρηση προστατευτικών διατάξεων πρέπει να πραγματοποιούνται από κατάλληλα καταρτισμένους και αδειοδοτημένους επαγγελματίες.

Πριν από οποιαδήποτε εργασία απαιτούνται κατάλληλη απομόνωση, αποτροπή ακούσιας επανατροφοδότησης και επαλήθευση απουσίας τάσης.

Σε εξοπλισμό με inverter πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η αποθηκευμένη ενέργεια στο ενδιάμεσο κύκλωμα DC, ακόμη και μετά την αποσύνδεση της τροφοδοσίας.

Τεχνικές πηγές και πρότυπα

1. IEC 60034-1 — Rotating Electrical Machines: Rating and Performance.

2. IEC 60034-11 — Thermal Protection of Rotating Electrical Machines.

3. IEC 60034-12 — Starting Performance of Single-Speed Three-Phase Cage Induction Motors.

4. IEC 60947-2 — Low-Voltage Switchgear and Controlgear: Circuit-Breakers.

5. IEC 60947-4-1 — Electromechanical Contactors and Motor-Starters.

6. IEC 60947-4-2 — Semiconductor Motor Controllers, Starters and Soft-Starters.

7. IEC 60269 Series — Low-Voltage Fuses.

8. IEC 60898-1 — Circuit-Breakers for Overcurrent Protection for Household and Similar Installations.

9. IEC 60204-1 — Safety of Machinery: Electrical Equipment of Machines.

10. IEC 60364 Series — Low-Voltage Electrical Installations.

11. IEC 61800 Series — Adjustable Speed Electrical Power Drive Systems.

12. IEC 61800-5-1 — Electrical, Thermal and Energy Safety Requirements.

13. ΕΛΟΤ — Ελληνικός Οργανισμός Τυποποίησης: https://www.elot.gr/

14. IEC — International Electrotechnical Commission: https://www.iec.ch/

Σημείωση: Η εφαρμογή των προτύπων εξαρτάται από τον τύπο εξοπλισμού, το πεδίο εφαρμογής, τις ισχύουσες εκδόσεις και τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εγκατάστασης.