Дерейтинг двигуна за висотою та температурою навколишнього середовища (IEC 60034-1) — чому двигун у горах може видавати менше потужності

Гід із заміни двигуна і гід із порівняння методів пуску двигуна припускають, що двигун застосовується в нормальних, базових умовах навколишнього середовища. Ця стаття розглядає, що змінюється, коли ці умови відхиляються від стандартних базових, для яких було визначено паспортне значення потужності двигуна: вища температура навколишнього середовища або більша висота встановлення над рівнем моря.

Базові умови IEC 60034-1

IEC 60034-1 (загальні вимоги до обертових електричних машин) визначає паспортну номінальну потужність двигуна для двох стандартних базових умов:

• температура навколишнього середовища до 40°C;
• висота встановлення до 1000 м над рівнем моря.

У цих межах двигун видає свою повну паспортну потужність, не перевищуючи температурну межу свого класу ізоляції. За межами цих значень — у тепліщому приміщенні або на більшій висоті — у самому двигуні фізично нічого не змінюється, але змінюється його здатність відводити тепло, що виділяється всередині.

Чому вища температура навколишнього середовища вимагає дерейтингу

Двигун охолоджується за рахунок віддачі тепла в навколишнє середовище; чим менша різниця температур між обмоткою та навколишнім повітрям, тим менш ефективна ця тепловіддача. При температурі навколишнього середовища вище базового значення 40°C потужність двигуна має бути знижена, щоб, попри тепліще навколишнє середовище, обмотка все ж залишалася в межах температурної межі свого класу ізоляції (наприклад, класу F або H). Без такого дерейтингу ізоляція обмотки зазнає підвищеного ризику прискореного термічного старіння і, зрештою, виходу з ладу.

Чому більша висота вимагає дерейтингу — навіть якщо там прохолодніше

На більшій висоті повітря розрідженіше: густина повітря знижується з висотою. Двигун із вентиляторним охолодженням при тій самій швидкості обертання переміщує менший масовий потік повітря за одиницю часу в міру розрідження повітря, через що охолодження стає менш ефективним — навіть якщо температура навколишнього середовища на більшій висоті часто фактично нижча, ніж на рівні моря. Вище базової висоти 1000 м потужність двигуна також має бути знижена, щоб компенсувати знижену охолоджувальну здатність розрідженого повітря.

Увага: точні коефіцієнти дерейтингу (у відсотках потужності на кожні додаткові 100 м висоти або на кожен градус Цельсія вище 40°C) відрізняються залежно від конструкції двигуна, методу охолодження (наприклад, самовентильований двигун проти окремо приводної вентиляції) та виробника. Для конкретного проєкту завжди звертайтеся до таблиць або графіків дерейтингу конкретного виробника двигуна, а не до загального емпіричного правила.

Обидва ефекти можуть проявлятися одночасно

Двигун, що застосовується одночасно на більшій висоті та в тепліщому середовищі (наприклад, у гірському, спекотному кліматичному поясі), зазнає обох ефектів дерейтингу одночасно. Виробники зазвичай публікують комбіновані таблиці або криві дерейтингу з висотою та температурою навколишнього середовища як двома осями, а не просто перемножують два окремі коефіцієнти.

Практична значущість

При виборі двигуна для установки на значній висоті (наприклад, у гірському регіоні) або в структурно теплому приміщенні (котельня, некондиційоване технічне приміщення в спекотному кліматі або корпус з обмеженою вентиляцією) необхідно визначити потрібну потужність на валу за фактичних, місцевих умов навколишнього середовища — а не за стандартними базовими 40°C/1000 м — і вибрати двигун відповідно, або, для вже встановленого двигуна, скоригувати в бік зменшення ефективно доступну потужність.

Типові помилки

1. Застосування паспортної потужності двигуна без коригування на об'єкті з температурою навколишнього середовища вище 40°C або висотою встановлення вище 1000 м, без звернення до коефіцієнта дерейтингу виробника.
2. Врахування лише температури навколишнього середовища і забування про висоту (або навпаки) на установці, де діють обидва ефекти.
3. Припущення, що нижча температура навколишнього середовища на більшій висоті компенсує необхідність дерейтингу — знижена охолоджувальна здатність через розріджене повітря є окремим ефектом, незалежним від самої температури навколишнього середовища.
4. Приписування повторюваних теплових відключень двигуна несправності двигуна або неправильному навантаженню, не розглядаючи висоту встановлення та температуру навколишнього середовища об'єкта як можливу першопричину.

Пов'язане

• Заміна двигуна
• Порівняння методів пуску двигуна
• Захист двигуна — клас спрацювання перевантаження 10/20/30
• Теплові зображення захисту — двигун і трансформатор (ANSI 49)