Φανταστείτε έναν κινητήρα ακριβείας υψηλής αξίας να υποφέρει σιωπηλά από υπερφόρτωση, αγνοώντας ότι θα μπορούσε να αποτύχει καταστροφικά ανά πάσα στιγμή λόγω βραχυκυκλώματος ή σφάλματος γείωσης. Είναι η εγκατάστασή σας ευάλωτη σε τέτοιους κινδύνους; Ως η «καρδιά» των βιομηχανικών λειτουργιών, οι κινητήρες απαιτούν ισχυρή προστασία για ασφαλή και σταθερή απόδοση. Αυτό το άρθρο εξετάζει τον σχεδιασμό προστασίας υπερέντασης κυκλώματος διακλάδωσης ενός κινητήρα με βάση τον Εθνικό Ηλεκτρικό Κώδικα (NEC) του 2020, παρέχοντας ουσιαστικές γνώσεις για την αποφυγή βλαβών κινητήρα πριν συμβούν.

Ο σχεδιασμός του κυκλώματος κινητήρα είναι μια συστηματική μηχανική διαδικασία που λειτουργεί σαν το ανθρώπινο κυκλοφορικό σύστημα, παρέχοντας με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα ισχύ για την οδήγηση βιομηχανικών λειτουργιών. Ένα πλήρες σύστημα προστασίας υπερέντασης είναι απαραίτητο για αξιόπιστη απόδοση του κινητήρα. Ένα τυπικό κύκλωμα κινητήρα περιλαμβάνει αρκετά κρίσιμα εξαρτήματα, το καθένα από τα οποία εξυπηρετεί συγκεκριμένες προστατευτικές λειτουργίες.

Η συσκευή προστασίας υπερφόρτωσης του κινητήρα χρησιμεύει ως η πρώτη γραμμή άμυνας. Ενεργώντας ως άγρυπνος φύλακας, παρακολουθεί συνεχώς τη λειτουργία του κινητήρα για να αποτρέψει ζημιές από υπερβολικά φορτία. Σύμφωνα με το NEC 430.31, οι συσκευές προστασίας υπερφόρτωσης πρέπει:

• Να αποτρέπουν την υπερθέρμανση του κινητήρα: Όταν οι κινητήρες λειτουργούν πάνω από την ονομαστική χωρητικότητα για παρατεταμένες περιόδους, η υπερβολική θερμότητα μπορεί να υποβαθμίσει τη μόνωση και να προκαλέσει βλάβες περιέλιξης. Η προστασία υπερφόρτωσης διακόπτει την ισχύ πριν συμβεί θερμική ζημιά.
• Να προστατεύουν τους αγωγούς του κυκλώματος: Οι συνθήκες υπερέντασης απειλούν την καλωδίωση του κυκλώματος διακλάδωσης. Η σωστή προστασία υπερφόρτωσης αποτρέπει την υπερθέρμανση των αγωγών και πιθανούς κινδύνους πυρκαγιάς.
• Να αντιμετωπίζουν τις δυσκολίες εκκίνησης: Κατά την εκκίνηση, οι κινητήρες πρέπει να ξεπεράσουν την στατική τριβή. Η προστασία υπερφόρτωσης παρακολουθεί το ρεύμα εκκίνησης και διακόπτει την ισχύ εάν οι κινητήρες δεν εκκινούν κανονικά, αποτρέποντας συνθήκες κλειδωμένου ρότορα.

Το NEC 430.32(A)(1) καθορίζει ονομαστικές τιμές προστασίας υπερφόρτωσης μεταξύ 115% και 125% του ρεύματος πλήρους φορτίου του κινητήρα. Για δύσκολες συνθήκες εκκίνησης ή μεταβλητά φορτία, οι ονομαστικές τιμές μπορεί να αυξηθούν σε 130% ή 140% (NEC 430.32(C), 430.6(A)(2)).

Τα βραχυκυκλώματα (σφάλματα φάσης προς φάση ή φάσης προς ουδέτερο) και τα σφάλματα γείωσης (σφάλματα φάσης προς περίβλημα) αντιπροσωπεύουν τους πιο σοβαρούς ηλεκτρικούς κινδύνους. Αυτά τα σφάλματα δημιουργούν ακραία ρεύματα που μπορούν να καταστρέψουν τον εξοπλισμό και να δημιουργήσουν κινδύνους πυρκαγιάς ή ηλεκτροπληξίας.

Οι συσκευές προστασίας κυκλώματος διακλάδωσης πρέπει να διακόπτουν γρήγορα τα ρεύματα σφάλματος, ενώ αντέχουν τα ρεύματα εκκίνησης του κινητήρα (NEC 430.52). Αυτές οι συσκευές χρησιμεύουν ως η απόλυτη ασφάλεια για κινητήρες και προσωπικό.

Το NEC 430.22 απαιτεί οι αγωγοί κυκλώματος διακλάδωσης για κινητήρες συνεχούς λειτουργίας να έχουν ικανότητα αγωγιμότητας όχι μικρότερη από 125% του ρεύματος πλήρους φορτίου του κινητήρα. Για έναν κινητήρα 10A, οι αγωγοί πρέπει να χειρίζονται τουλάχιστον 12,5A. Οι πίνακες NEC 430.247-250 παρέχουν τιμές ρεύματος πλήρους φορτίου για τη σωστή επιλογή αγωγού.

Το NEC επιτρέπει τέσσερις τύπους συσκευών για την προστασία κυκλώματος διακλάδωσης κινητήρα:

1. Ασφάλειες χωρίς χρονική καθυστέρηση: Γρήγορη απόκριση, αλλά επιρρεπείς σε ανεπιθύμητη διακοπή κατά την εκκίνηση του κινητήρα
2. Ασφάλειες διπλού στοιχείου (χρονικής καθυστέρησης): Αντέχουν τα ρεύματα εκκίνησης, παρέχοντας παράλληλα αξιόπιστη προστασία
3. Διακόπτες στιγμιαίας διακοπής: Εξαιρετικά γρήγορη λειτουργία για κρίσιμες εφαρμογές (πρέπει να είναι ρυθμιζόμενοι και μέρος ενός συνδυασμένου εκκινητή)
4. Διακόπτες αντίστροφης χρονικής καθυστέρησης: Κοινή επιλογή που εξισορροπεί την ταχύτητα προστασίας και την ανοχή ρεύματος εκκίνησης

Τα ρεύματα εκκίνησης κινητήρα φτάνουν συνήθως 6-8 φορές το ρεύμα πλήρους φορτίου. Το NEC 430.52(B) ορίζει ότι οι προστατευτικές συσκευές πρέπει να αντέχουν αυτά τα ρεύματα εισροής χωρίς ανεπιθύμητη λειτουργία.

Χρησιμοποιώντας τα ποσοστά του πίνακα NEC 430.52, οι μέγιστες ονομαστικές τιμές συσκευών είναι ίσες με το ρεύμα πλήρους φορτίου του κινητήρα πολλαπλασιασμένο επί το κατάλληλο ποσοστό. Για παράδειγμα, ένας κινητήρας 10A με διακόπτη αντίστροφης χρονικής καθυστέρησης:

10A × 250% = 25A μέγιστο

Όταν οι υπολογισμοί δεν ταιριάζουν με τις τυπικές ονομαστικές τιμές, η εξαίρεση Νο. 1 του NEC 430.52(C)(1) επιτρέπει την επιλογή της επόμενης υψηλότερης τυπικής τιμής.

Για κινητήρες με δύσκολη εκκίνηση ή μεταβλητά φορτία, η εξαίρεση Νο. 2 του NEC 430.52(C)(1) και η εξαίρεση Νο. 1 του 430.52(C)(3) επιτρέπουν ρυθμισμένες ρυθμίσεις προστασίας διατηρώντας παράλληλα την ασφάλεια.

Σημείωση: Τα ποσοστά ισχύουν για κινητήρες ενεργειακής απόδοσης Design B.

Εξετάστε έναν κινητήρα 25 hp, 460V, τριφασικό, Design B, κλωβού σκίουρου με ονομαστικό ρεύμα 32A και συντελεστή υπηρεσίας 1,15.

Από τον πίνακα NEC 430.250: 34A ρεύμα πλήρους φορτίου × 125% = 43A ελάχιστη ικανότητα αγωγιμότητας αγωγού

Ονομαστικό ρεύμα 32A × 125% = 40A μέγιστο

Εάν απαιτείται: 32A × 140% = 44,8A (NEC 430.32(C))

Ασφάλειες χρονικής καθυστέρησης:

• 34A × 175% = 59,5A → Επιλέξτε 60A τυπικό
• Μέγιστο εξαίρεσης: 34A × 225% = 76,5A → Τελική επιλογή: 70A

Διακόπτες αντίστροφης χρονικής καθυστέρησης:

• 34A × 250% = 87,5A → Επιλέξτε 90A τυπικό
• Μέγιστο εξαίρεσης: 34A × 400% = 136A → Τελική επιλογή: 125A

Η αποτελεσματική προστασία υπερέντασης κινητήρα απαιτεί προσεκτικό σχεδιασμό σύμφωνα με τα πρότυπα NEC. Η σωστή επιλογή συσκευής, η τακτική συντήρηση και η τήρηση των απαιτήσεων του κώδικα διασφαλίζουν την αξιοπιστία του κινητήρα, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τους κινδύνους αστοχίας και ενισχύοντας την επιχειρησιακή ασφάλεια.