Виявлення обриву фази у трифазних двигунах — чому самого термічного реле перевантаження буває недостатньо

Посібник про реле перевантаження двигуна та клас спрацювання розглядає, як термічне реле перевантаження захищає двигун від тривалого надмірного струму. Ця стаття розглядає конкретний сценарій несправності, за якого такий тепловий захист не завжди реагує достатньо швидко: зникнення однієї фази живлення вже працюючого трифазного двигуна.

Явище: робота на двох фазах

Якщо у працюючого трифазного двигуна зникає одна з трьох фаз живлення — наприклад, через послаблений приєднувальний затискач, перегорілий запобіжник чи обрив провідника, — двигун, завдяки власній механічній інерції та полю, що залишилося обертатися від двох фаз, що вціліли, часто просто продовжує обертатися. Двигун тоді фактично працює як сильно несиметрично навантажена машина: струм в обмотках, що залишилися, значно зростає порівняно з нормальним, збалансованим робочим струмом. У двигуні зі з'єднанням трикутником струм в обмотці, що все ще живиться через обидві фази, що залишилися, може зрости приблизно до подвійного значення нормального фазного струму, з відповідно підвищеним лінійним струмом у провідниках живлення, що залишилися.

Чому це небезпечно для двигуна

Цей підвищений, несиметричний струм спричиняє нерівномірне, локально посилене нагрівання обмоток двигуна — з реальним ризиком пошкодження ізоляції (міжвиткове замикання), якщо ситуація зберігається занадто довго. Оскільки двигун часто все ще здається механічно працюючим (іноді з чутним гулом і зниженим крутним моментом, але не обов'язково з явно видимою несправністю), стан обриву фази без окремого виявлення може довго залишатися непоміченим.

Чому термічне реле перевантаження не завжди достатньо швидке тут

Термічне реле перевантаження (див. посібник про клас спрацювання) захищає від надмірного струму, моделюючи нагрівання біметалічного елемента (або його електронного еквівалента), і спрацьовує лише коли ця змодельована температура перевищить встановлену межу. Це добре працює за поступового, симетричного перевантаження, але за стану обриву фази воно реагує лише після часу, необхідного для накопичення достатньої теплової енергії — періоду, протягом якого нерівномірне, сконцентроване нагрівання найбільш навантаженої обмотки вже може спричинити пошкодження до того, як усереднена, змодельована температура реле досягне порогу спрацювання.

Реле контролю обриву фази та напруги: пряме виявлення асиметрії

Окреме реле контролю обриву фази чи напруги, зазвичай виконане відповідно до IEC 60947-5-1 (апарати кіл керування) — не плутати з IEC 60947-4-1, яка регулює чутливість до обриву фази теплового реле перевантаження, вбудованого в пускач двигуна, — безперервно контролює три фази живлення (напругу та/або струм) на взаємну асиметрію та на повне зникнення фази, і відключає двигун напряму, щойно перевищено встановлений поріг асиметрії чи обриву фази — часто за частку часу, який знадобився б термічному реле перевантаження для виявлення тієї ж несправності. Багато з таких реле одночасно контролюють також порушення порядку чергування фаз (див. посібник про розпізнавання порядку чергування фаз) та занижену/завищену напругу, як додаткові функції захисту в тому самому пристрої.

Практична значущість

Для двигунів, критичних для технологічного процесу (наприклад, у промисловості чи тепличному господарстві, див. також посібник про способи пуску двигуна) або в установках, де послаблений затискач чи перегорілий запобіжник фази на практиці не одразу помітні, окреме реле контролю обриву фази є цінним доповненням до стандартного термічного захисту від перевантаження — не замінюючи його, а забезпечуючи швидше виявлення, спеціально спрямоване на цей сценарій несправності.

Часті помилки

1. Покладання виключно на термічне реле перевантаження для захисту від стану обриву фази, хоча це реле реагує лише після значного теплового накопичення.
2. Відсутність негайного розпізнавання двигуна, що працює на двох фазах — відсутність явно видимої несправності (двигун все ще обертається) може створювати враження, що все гаразд, тоді як обмотки тим часом нерівномірно перегріваються.
3. Налаштування реле контролю обриву фази лише на моніторинг напруги у ситуації, що краще виявляється за асиметрією струму (або навпаки), без урахування конкретного режиму відмови установки — правильна контрольована величина залежить від того, в якому місці ланцюга живлення може зникнути фаза.
4. Неврахування конфігурації обмоток (зірка чи трикутник) під час оцінювання ризику — у двигуні зі з'єднанням трикутником асиметрія струму в найбільш навантаженій обмотці за обриву фази може бути значно більшою, ніж передбачало б лише зростання середнього лінійного струму.

Пов'язані матеріали

• Реле перевантаження двигуна — клас спрацювання 10A/10/20/30
• Порівняння способів пуску двигуна
• Perilex/CEEform і розпізнавання порядку чергування фаз
• Безпечна заміна трифазного двигуна