Дерейтинг двигателя по высоте и температуре окружающей среды (IEC 60034-1) — почему двигатель в горах может выдавать меньше мощности

Гид по замене двигателя и гид по сравнению методов пуска двигателя предполагают, что двигатель применяется в нормальных, базовых условиях окружающей среды. Эта статья рассматривает, что меняется, когда эти условия отклоняются от стандартных базовых, для которых было определено паспортное значение мощности двигателя: более высокая температура окружающей среды или большая высота установки над уровнем моря.

Базовые условия IEC 60034-1

IEC 60034-1 (общие требования к вращающимся электрическим машинам) определяет паспортную номинальную мощность двигателя для двух стандартных базовых условий:

• температура окружающей среды до 40°C;
• высота установки до 1000 м над уровнем моря.

В этих пределах двигатель выдаёт свою полную паспортную мощность, не превышая температурный предел своего класса изоляции. За пределами этих значений — в более тёплом помещении или на большей высоте — в самом двигателе физически ничего не меняется, но меняется его способность отводить тепло, выделяемое внутри.

Почему более высокая температура окружающей среды требует дерейтинга

Двигатель охлаждается за счёт отдачи тепла в окружающую среду; чем меньше разница температур между обмоткой и окружающим воздухом, тем менее эффективна эта теплоотдача. При температуре окружающей среды выше базового значения 40°C мощность двигателя должна быть снижена, чтобы, несмотря на более тёплую окружающую среду, обмотка всё же оставалась в пределах температурного предела своего класса изоляции (например, класса F или H). Без такого дерейтинга изоляция обмотки подвергается повышенному риску ускоренного термического старения и, в конечном итоге, выхода из строя.

Почему большая высота требует дерейтинга — даже если там прохладнее

На большей высоте воздух более разреженный: плотность воздуха снижается с высотой. Двигатель с вентиляторным охлаждением при той же скорости вращения перемещает меньший массовый расход воздуха в единицу времени по мере разрежения воздуха, из-за чего охлаждение становится менее эффективным — даже если температура окружающей среды на большей высоте зачастую фактически ниже, чем на уровне моря. Выше базовой высоты 1000 м мощность двигателя также должна быть снижена, чтобы компенсировать сниженную охлаждающую способность разреженного воздуха.

Внимание: точные коэффициенты дерейтинга (в процентах мощности на каждые дополнительные 100 м высоты или на каждый градус Цельсия выше 40°C) различаются в зависимости от конструкции двигателя, метода охлаждения (например, самовентилируемый двигатель против отдельно приводимой вентиляции) и производителя. Для конкретного проекта всегда обращайтесь к таблицам или графикам дерейтинга конкретного производителя двигателя, а не к общему эмпирическому правилу.

Оба эффекта могут проявляться одновременно

Двигатель, применяемый одновременно на большей высоте и в более тёплой среде (например, в гористой, жаркой климатической зоне), испытывает оба эффекта дерейтинга одновременно. Производители обычно публикуют комбинированные таблицы или кривые дерейтинга с высотой и температурой окружающей среды как двумя осями, а не просто перемножают два отдельных коэффициента.

Практическая значимость

При выборе двигателя для установки на значительной высоте (например, в горном регионе) или в структурно тёплом помещении (котельная, некондиционируемое техническое помещение в жарком климате или корпус с ограниченной вентиляцией) необходимо определить требуемую мощность на валу при фактических, местных условиях окружающей среды — а не при стандартных базовых 40°C/1000 м — и выбрать двигатель соответственно либо, для уже установленного двигателя, скорректировать в меньшую сторону эффективно доступную мощность.

Типичные ошибки

1. Применение паспортной мощности двигателя без корректировки на объекте с температурой окружающей среды выше 40°C или высотой установки выше 1000 м, без обращения к коэффициенту дерейтинга производителя.
2. Учёт только температуры окружающей среды и забывание о высоте (или наоборот) на установке, где действуют оба эффекта.
3. Предположение, что более низкая температура окружающей среды на большей высоте компенсирует необходимость дерейтинга — сниженная охлаждающая способность из-за разреженного воздуха является отдельным эффектом, независимым от самой температуры окружающей среды.
4. Приписывание повторяющихся тепловых отключений двигателя неисправности двигателя или неправильной нагрузке, не рассматривая высоту установки и температуру окружающей среды объекта как возможную первопричину.

Похожие материалы

• Замена двигателя
• Сравнение методов пуска двигателя
• Защита двигателя — класс срабатывания перегрузки 10/20/30
• Тепловизионная защита — двигатель и трансформатор (ANSI 49)