5 asja, mida mootorikaitse ja juhtimisseadmete kohta teada tuleks

1. Mis on mootorikaitseseade?

Elektrimootorid on tootlikkuse rakendustes asendamatud ajamiseadmed, toimides toiteallikana teistele elektromehaanilistele süsteemidele. Mootorite normaalne töö on nende käitatavate seadmete funktsionaalsuse eeltingimus ning neid kasutatakse laialdaselt sellistes tööstusharudes nagu tootmine, põllumajandus, kaitsetööstus, transport, kaevandamine, keemiatööstus ja lennundus. Arvestades mootorite mitmekesist koormust – mis on sageli kriitilise tähtsusega tervete süsteemide jaoks –, on nende töökindluse tagamine ülioluline. Mootorikaitseseadmed on elektrienergia tootmise, jaotamise ja tarbimissüsteemide kesksed komponendid. Need on tööstusharudeülesed, suuremahulised tooted, millel on märkimisväärsed energiasäästu eelised.

Mootorikaitseseadmed pakuvad igakülgset juhtimist ja kaitset tavaliste mootoririkete, sealhulgas ülekoormuse (ülevoolu), alakoormuse (väike koormus), faasikao, lukustunud rootori, lühise, lekkevoolu, faasi tasakaalustamatuse, ülekuumenemise, ülepinge, alapinge, maandusvigade, toiteanomaaliate, mähise isolatsiooni rikke, laagrite kulumise, rootori ekstsentrilisuse ja mähise vananemise eest. Need seadmed käivitavad alarme või kaitsemeetmeid riskide maandamiseks. Tänapäeval on mootorikaitseseadmed praktiliselt kõigi elektrisüsteemide lahutamatu osa, mängides asendamatut rolli tööstuslikus efektiivsuses ja energia säästmises.

 

2. Mootorikaitse põhimõtted

2.1 Mootorite mehaanilised rikked võib jagada mähisekahjustusteks ja laagrikahjustusteks. Mootorikahjustuste peamised põhjused on järgmised:

(a) Pikaajaliste elektriliste, termiliste, mehaaniliste ja keemiliste mõjude korral mähiste isolatsioon vananeb ja halveneb, mis põhjustab staatori ja rootori mähiste vahelisi lühiseid või maandusrikkeid.

(b) Võrgust tuleva elektrienergia halb kvaliteet, näiteks kolmefaasiline pinge tasakaalustamatus, suured pingekõikumised, moonutatud võrgupinge lainekujud, tugevad kõrget järku harmoonilised või mootori töötamine faasikaoga.

(c) Madal toitepinge põhjustab ebapiisavat käivitusmomenti, mis takistab mootori korralikku käivitumist või põhjustab korduvaid lühiajalisi käivitusi. Pikaajaline kokkupuude liigse käivitusvooluga viib mootori ülekuumenemiseni.

(d) Mehaanilised rikked või muud põhjused põhjustavad mootori rootori blokeerumise.

(e) Teatud suurte mootorite jahutussüsteemi rikked või pikaajaline töötamine kõrge temperatuuri ja kõrge õhuniiskuse tingimustes põhjustavad mootori rikkeid.

2.2 15 Mootorite kaitsemehhanismid:

Ülekoormuskaitse
Kui mootor töötab ülekoormusrikke tingimustes (ületades nimivoolu pikema aja jooksul), kuumeneb see üle, mis viib isolatsiooni halvenemiseni ja läbipõlemiseni. Kaitseseade arvutab mootori soojusmahtuvuse selle kuumenemisomaduste põhjal, simuleerib kaitseks selle kuumenemiskäitumist ja vastab erinevatele rakendumistasemetele ülekoormusomaduste põhjal.

Alakoormuse kaitse
Kui mootor käitab pump-tüüpi koormust, võib tühikäik või alakoormus olla kahjulik. Kaitseseade pakub alakoormuse kaitset. Kui kolmefaasiline keskmine vool protsendina nimivoolust langeb alla seatud väärtuse, rakendub kaitseseade konfigureeritud viivitusaja jooksul või annab alarmi alarmi aja jooksul.

Lukustatud rootori/ummistuse kaitse
Mootori käivitamise või töötamise ajal võivad liigne koormus või mehaanilised probleemid põhjustada mootori võlli kinnikiilumise. Kui riket kohe ei kõrvaldata, kuumeneb mootor üle, mis viib isolatsiooni halvenemiseni ja läbipõlemiseni. Lukustatud rootori kaitse rakendub sellistele riketele käivitamise ajal, samas kui blokeeringukaitse rakendub riketele töötamise ajal. Kui vool jõuab seatud käivitusläveni, rakendub kaitseseade konfigureeritud viivitusaja jooksul või annab alarmi.

Faasikaotuse (tasakaalustamatuse) kaitse
Faasikaotus (tasakaalutus) mootori töötamise ajal on väga ohtlik. Faasikaotuse või tõsise kolmefaasilise voolu tasakaalustamatuse korral (nt kui tasakaalustamatuse suhe saavutab kaitseseadistuse väärtuse) toimib kaitseseade vastavalt konfigureeritud sätetele, andes välja seiskamis- või häirekäsu, et tagada mootori ohutum töötamine.

Maandus/lekkekaitse
Kaitseseade integreerib maanduskaitse ja lekkekaitse. Maanduskaitse voolusignaalid tuletatakse sisemiste voolutrafode vektorite summast, et kaitsta faasi ja mootori metallraami vaheliste lühiste eest. Lekkevoolutrafo lisamisega suudab seade tuvastada rikkevoolusid vahemikus 30 mA–50 mA, mida kasutatakse peamiselt otseselt maandatud süsteemides personali ohutuse tagamiseks.

Välise rikke kaitse
Kui kaitseseade tuvastab välise rikke (nt välise rikke digitaalsisendi olek ei vasta seadme määratletud sisendi olekule), tegutseb see vastavalt konfigureeritud sätetele, et tagada mootoriseadmete ohutus.

Käivituse ajalõpu kaitse
Mootori käivitamise ajal aktiveerib kaitseseade ainult faasikadu (tasakaalustamatuse) ja maandus-/lekkekaitse. Muud kaitsefunktsioonid jäävad inaktiivseks. Pärast käivitamise lõpetamist rakenduvad kõik (kasutaja poolt konfigureeritud) kaitsefunktsioonid automaatselt. Kui mootori käivitusaeg ületab kasutaja määratud piiri, samal ajal kui voolutugevus jääb üle 1,1-kordse nimivoolu, toimib kaitseseade vastavalt konfigureeritud sätetele, andes mootori peatamiseks viivitusaja jooksul väljalülituskäsu.

Faasijärjestuse kaitse
Faasijärjestuse kaitsega kaitseseadmete puhul ei rakendu seade, kui toiteallika poolel olev pinge faasijärjestus vastab konfigureeritud järjestusele. Kui seade tuvastab vale mootori faasijärjestuse, siis mootor ei käivitu.

Alapinge kaitse
Liiga madal pinge võib vähendada mootori kiirust või isegi töö peatada. Kui mootori tööpinge langeb konfigureeritud alapinge kaitsevahemikku, tegutseb seade vastavalt konfigureeritud sätetele, käivitades viivitusaja jooksul väljalülituse või andes alarmi, et vältida kriitiliste tootmisprotsesside häirimist.

Ülepingekaitse
Liiga kõrge pinge võib mootori isolatsiooni kahjustada. Kui mootori tööpinge ületab konfigureeritud kaitsepinget, käitub seade vastavalt konfigureeritud sätetele, käivitades viivitusaja jooksul väljalülituse või andes mootori ohutuse tagamiseks häire.

Alavõimsuse kaitse
Kui mootori ülekandesüsteem on kahjustatud, mille tulemuseks on mehaanilise väljundi kadu ja alakoormus, muutub mootori võimsustegur madalaks, samas kui voolutugevus jääb kõrgeks, tarbides märkimisväärselt reaktiivvõimsust. Kui koormusvõimsus nimivõimsuse protsendina langeb alla seatud käivitusväärtuse, rakendub kaitseseade viivitusaja jooksul või annab häire.

Ülekuumenemiskaitse
Ülekuumenemiskaitse kasutab mootori kuumenemiskäitumise modelleerimiseks matemaatilisi meetodeid, lahendades põhimõtteliselt madalpingemootorite termilise kaitse väljakutseid.

 

3. Mootorikaitseseadmete tüübid

Mootorikaitseseadmete hulka kuuluvad peamiselt termoreleed, temperatuurireleed, elektroonilised kaitsmed ja intelligentsed kaitsmed.

3.1 Termoreleed

Termoreleedele on iseloomulik pöördajaga rakenduvus ja lihtne konstruktsioon ülekoormuskaitseks. Neil puudub aga faasikadu kaitse ja need ei kaitse selliste rikete eest nagu halb ventilatsioon, rootori kriimustamine, lukustunud rootor, pikaajaline ülekoormus või sagedased käivitamised. See on peamiselt tingitud asjaolust, et termorelee rakendumisväärtus ei vasta mootori tegelikele kaitsenõuetele, muutes selle ebaefektiivseks. Muude piirangute hulka kuuluvad halb korduvus, suutmatus kiiresti lähtestada pärast suure voolutugevusega ülekoormusi või lühiseid, suured seadistusvead, tundlikkus ümbritseva õhu temperatuuri kõikumiste suhtes, suur energiatarve, materjali raiskamine ja aegunud jõudlusnäitajad.

3.2 Temperatuurireleed

Temperatuurireleed kasutavad mootorite kaitsmiseks temperatuuri põhjal bimetallketta tüüpi elemente või muid termoanduritega varustatud konstruktsioone. Suure võimsusega mootorite puhul tuleb need ühendada voolu jälgimisseadmetega, et vältida kiireid temperatuuritõuse lukustunud rootori tingimustes, kuna temperatuuriandurite viivitatud reageering võib mähiseid kahjustada. Kuigi temperatuurireleedel on eeliseid, nagu lihtne konstruktsioon, töökindlus ja lai kaitseulatus, piiravad nende aeglane reageerimine, pikk lähtestamisaeg ja kokkusobimatus suure voolutugevusega delta-ühendusega mootoritega nende kasutamist. Neid kasutatakse laialdaselt ventilaatorites, külmikutes ja sarnastes rakendustes.

3.3 Elektroonilised mootorikaitselülitid

Need seadmed on arenenud transistoripõhistest konstruktsioonidest integraallülitusteks ja nüüd mikroprotsessori juhitavateks paksukileahelateks. Funktsionaalselt hõlmavad need faasikadude kaitset, ülekoormuskaitset ja lukustatud rootori kaitset. Eeliste hulka kuuluvad energiatõhusus, kõrge tundlikkus, suurepärane korduvus ja väike energiatarve.

3.4 Intelligentsed mootorikaitselülitid

Need seadmed, mis töötavad liiniahela parameetrite tuvastamise põhimõtetel (sh positiivne järjestus, negatiivne järjestus, nulljärjestus ja ülekoormus), tuvastavad faasi kadu või ülekoormuse signaale. Need integreerivad kaitse, telemeetria, side ja kaugjuhtimise ühte seadmesse. Võimaluste hulka kuuluvad:

(a) Kaitse faasikao, ülekoormuse, lukustunud rootori, faasijärjestuse vigade, lühiste, kolmefaasilise tasakaalustamatuse, alakoormuse, ülepinge, alapinge ja lekke eest.

(b) Reaalajas voolu/pinge kuvamine, ajapõhine juhtimine, tarkvaraline enesediagnostika, automaatne taastumine pärast voolu taastumist, isekäivituse järjestamine, rikkemälu, iselukustuv ja kaugalarmid.

(c) RS485 sideliidesed asjade interneti integreerimiseks ning võimalus jälgida ja juhtida samaaegselt kuni 256 mootorit.

 

4. Mootorikaitseseadmete valikukriteeriumid

Mootorikaitseseadme valimise eesmärk on mootori ülekoormusvõime täielik ärakasutamine, kahjustuste vältimine ning elektriajamisüsteemi töökindluse ja tootmise järjepidevuse parandamine. Mootorikaitseseadmete õige valik tagab mootori ülekoormusvõime optimaalse kasutamise, vältides samal ajal rikkeid, parandades seeläbi süsteemi töökindlust ja töö järjepidevust. Konkreetsete funktsionaalsete valikute puhul tuleks põhjalikult arvestada selliste teguritega nagu mootori tegelik väärtus, koormuse tüüp, töökeskkond, mootoriga käitatava seadme kriitilisus ja mootori seisaku mõju tootmissüsteemidele. Eesmärk on saavutada kulutõhusus ja tehniline ratsionaalsus. Kui kaitsenõuded on täidetud, tuleks eelistada lihtsaid kaitseseadmeid. Ainult siis, kui põhiseadmed on ebapiisavad või on vaja suuremat kaitsefunktsionaalsust/jõudlust, tuleks kasutusele võtta keerukaid seadmeid, tasakaalustades ökonoomsust ja töökindlust.

 

5. 10 parimat mootorikaitseseadmete kaubamärki ja toodet

Mootorikaitselahendusi pakkuvate ülemaailmselt tuntud kaubamärkide hulka kuuluvad ABB, Eaton, Schneider Electric, Siemens, Rockwell Automation/Allen-Bradley, c3controls, NHP, GE Vernova, Mitsubishi Electric ja Piloot.

5.1 PMAC801A intelligentne mootorikaitse kontroller

PMAC801A Intelligentne mootorikaitse kontroller on suure jõudlusega mootorikaitse seade, mis ühendab mootori mõõtmise, kaitse ja juhtimisfunktsioonid üheks. See kehtib tavaliste kolmefaasiliste vahelduvvoolu asünkroonmootorite kohta nimipingega AC24V kuni AC690V ning see toode asendab mootori juhtimiskeskuses (MCC) tavaliselt kasutatavat suunavat seadet, lihtsustades seega oluliselt mootori juhtimisahela struktuuri, parandades mootori juhtimise töökindlust ja täiustamist ning vähendades rakenduskulusid.

Kontroller on modulaarse disaini ja jagatud tüüpi paigaldusega, väikese suurusega ja kompaktne konstruktsioon, tagatud laiendatavus ja mugav paigaldus, mida saab kokku panna 1/4-ni sahtel. See on jagatud kolmeks osaks: põhikorpus, CT-moodul ja ekraanimoodul.

5.2 PMAC811 intelligentne mootorikaitse kontroller

PMAC811 intelligentne mootorikaitse kontroller on uue põlvkonna täiustatud suure jõudlusega mootorikaitseseade, mis ühendab endas mootorikaitse, mõõtmise, teabehalduse, kommunikatsiooni ja juhtimisfunktsioonid. See sobib kolmefaasiliseks Vahelduvvoolu asünkroonmootor nimipingega AC380V või AC690V. Ta asendas tavaliselt kasutatavat kasutas mootori juhtimiskeskuses (MCC) hajutatud elemente, mis lihtsustas oluliselt juhtimisahelat mootori, parandades mootori juhtimise töökindlust ja täiustamist ning vähendades tervikliku taotluse maksumus.

Kontroller on modulaarse disainiga, väikese suurusega, kompaktse struktuuriga, laiendatav ja hõlpsasti paigaldatav paigaldada ja seda saab paigaldada 1/4 sahtliga kappi. See koosneb põhikorpusest, CT-moodulist, lekkeandurist moodul ja laiendusmoodul.

6. KKK

K1: Mis on mootorikaitse?

V: Mootorikaitseseadmed pakuvad igakülgset juhtimist ja kaitset tavaliste mootoririkete, sealhulgas ülekoormuse (ülevoolu), alakoormuse (väike koormus), faasikao, lukustunud rootori, lühise, lekkevoolu, faasi tasakaalustamatuse, ülekuumenemise, ülepinge, alapinge, maandusvigade, toiteanomaaliate, mähise isolatsiooni rikke, laagrite kulumise, rootori ekstsentrilisuse ja mähise vananemise eest. Need seadmed käivitavad alarme või rakendavad kaitsemeetmeid riskide maandamiseks.

K2: Millised on mootorikaitse põhiprintsiibid?

V: Ülekoormuskaitse, alakoormusekaitse, lukustunud rootori/ummistuse kaitse, faasikao (tasakaalustamatuse) kaitse, maandus-/lekkekaitse, välise rikke kaitse, käivituse ajalõpu kaitse, faasijärjestuse kaitse, alapingekaitse, ülepingekaitse, alavõimsuse kaitse, ülekuumenemiskaitse

K3: Millised on mootorikaitse erinevad tüübid?

V: Mootorikaitseseadmete hulka kuuluvad peamiselt termoreleed, temperatuurireleed, elektroonilised kaitsmed ja intelligentsed kaitsmed.

K4: Millised tuntud kaubamärgid pakuvad terviklikke mootorikaitse- ja juhtimislahendusi?

V: ABB, Eaton, Schneider Electric, Siemens, Rockwell Automation/Allen-Bradley, c3controls, NHP, GE Vernova, Mitsubishi Electric ja Pilot.

K5: Kuidas valida mootorikaitset?

V: Konkreetsete funktsionaalsete valikute puhul tuleks põhjalikult arvestada selliste teguritega nagu mootori tegelik väärtus, koormuse tüüp, töökeskkond, mootoriga käitatava seadme kriitilisus ja mootori seisaku mõju tootmissüsteemidele. Eesmärk on saavutada kulutõhusus ja tehniline ratsionaalsus.