حفاظت موتور با رله حفاظتی (بخش اول)

امروزه به دلیل افزایش مصرف برق در شبکه­ های الکتریکی و لزوم حفاظت دقیق از این سیستم­ ها، استفاده از انواع رله ­های حفاظتی و آشنایی با انواع آنها امری ضروری است. موتورهای الکتریکی در معرض انواع آسیب ها، فشارها و نوسانات شبکه قرار دارند. بخشی از این فشارها در اثر شرایط ناگزیر خارجی همچون اضافه ولتاژها و افت ولتاژها، اضافه فرکانس و افت فرکانس، هارمونیک ها، عدم تعادل ولتاژ سیستم و مشکلات منابع تغذیه به موتورهای الکتریکی وارد می شوند. سایر آسیب های خارجی می توانند از گرد و غبار درون موتور، خرابی سیستم تهویه و بلبرینگ ها و یا دمای محیط و رطوبت ناشی شوند.

برخی از این آسیب ها ناشی از بهره برداری نادرست از موتور مثل استارت های پشت سرهم، بارگذاری بیش از اندازه و قفل شدن روتور هستند. این فشارهای مکانیکی به تدریج باعث از بین رفتن عایق سیم پیچ ها شده و افزایش حرارت کم کم می تواند موتور را به طور کامل از پا در بیاورد.

هدف از استفاده از رله حفاظتی برای موتور، محدود کردن اثرات اختلالات و عوامل فشار در سطح ایمن است، به عنوان مثال با محدود کردن اضافه ولتاژ یا جلوگیری از تلاش های مکرر برای استارت مجدد. اما اگر به هر دلیلی خرابی موتور اتفاق بیفتد، همچنین دیگر هدف آن ها قطع اتصال موتور از شبکه تغذیه در کمترین زمان ممکن است تا خطای به وجود آمده در موتور در سرتاسر شبکه انتشار نیابد. همچنین رله در تابلو برق ها نیز برای تجهیزات دیگری مورد استفاده قرار می گیرد. با رجوع به مقاله تابلو برق و تجهیزات اصلی تابلو برق فشار متوسط و قوی میتوانید با آن آشنا شوید

• رفتار حرارتی و رله حفاظت حرارتی

شرط اضافه بار موتور عمدتاً ناشی از استفاده غیر طبیعی از موتور، هارمونیک ها یا ولتاژهای تغذیه نامتعادل است. همه این عوامل تلفات موتور را افزایش داده و باعث گرمایش اضافی می شوند. در صورتی که دما از حد مجاز مشخص شده برای کلاس عایق مورد نظر فراتر رود، زوال عایق سیم پیچ با سرعت بیشتری اتفاق می افتد. با این کار طول عمر پیش بینی شده موتور کوتاه می شود و ممکن است در بعضی از نقاط در موتور منجر به یک نقص الکتریکی در سیم پیچ شود. بنابراین، علاوه بر استفاده از رله های حفاظتی اتصال کوتاه در موتورها، می توان محافظت از اضافه بار حرارتی را مهمترین تابع حفاظتی در نظر گرفت. در غالب استانداردهای الکتریکی نیز ذکر شده است که موتورهای الکتریکی باید با آنها حفاظت حرارتی مجهز شوند.

رفتار حرارتی استاتور و روتور در هنگام راه اندازی و در مواقع اضافه بار مداوم با یکدیگر تفاوت زیادی دارد. با توجه به این امر، دینامیک گرمایش و سرمایش موتور به طور معمول برای استاتور و روتور به طور جداگانه مدل می شود. با استفاده از یک رله حفاظتی اضافه بار به این طریق، می توان وضعیت بهینه سازی حرارتی موتور را به صورت مطلوب دنبال کرد و حافظت خوب و دقیق در برابر هر دو شرایط اضافه بار کوتاه مدت و طولانی مدت را انجام داد که امکان استفاده کامل از ظرفیت موجود را فراهم می آورد.

این مدل های حرارتی توسط استانداردهای الکتریکی توسعه داده می شوند و در اختیار سازندگان موتورهای الکتریکی قرار می گیرند. در این مدل ها از عوامل مختلف مثل دمای محیط، سیستم تهویه، جریان عبوری از موتور و مدت زمان عبور این جریان برای محاسبه یک ظرفیت حرارتی بهره برده می شود. در این مدل ها همچنین باید این واقعیت در نظر گرفته شود که سرعت گرم شدن و سرد شدن یک موتور در حالی که کار می کند کاملا با سرعت سرد شدنش در زمانی که خاموش است متفاوت است و برای هر کدام از این حالت های ضریب های سرمایشی و گرمایشی مختلفی باید در نظر گرفته شوند. این امر به ویژه در تأمین حفاظت کافی در برابر چندین استارت پشت سر هم اهمیت بالایی دارد و باید در رله حفاظتی لحاظ شود.

•  حفاظت تعداد استارت با رله

موتورها جریان های راه اندازی بسیار بالایی دارند. یک موتور با سایز متوسط در صورت راه اندازی با بار کامل، می تواند تا شش برابر (یا بیشتر) جریان نامی روی پلاک خود جریان کشی کند. این جریان بسیار زیاد موجب گرم شدن قابل توجه موتور می گردد و می تواند در صورت رخ دادن پیاپی آسیب زننده باشد. برای کوتاه نشدن عمر مورد انتظار موتور، باید در نظر داشته باشیم که نمی توانیم موتورها را پشت سر هم استارت کنیم. بنابراین تابع تعداد استارتر در رله حفاظتی مورد نظر باید به گونه ای تنظیم شود که تعداد استارت ها مثلا در هر ساعت نباید از مقدار مجازی بیشتر گردد. فرضا اگر قرار باشد یک موتور تنها سه بار در هر ساعت بتواند استارت بخورد، به محض این که کاربر دستور استارتر چهارم را در یک ساعت صادر کند، رله حفاظتی تریپ دهد و مانع از راه اندازی موتور گردد.

این نکته جالب توجه است که در هنگام راه اندازی های متوالی، دمای روتور بالا می رود و به سرعت کاهش می یابد، در حالی که دمای استاتور بسیار کندتر تغییر می کند و زمان بسیار بیشتری را برای متعادل تر شدن دمایش نیاز دارد. در بار دارای نامی موتور، دمای روتور بسیار پایین تر از دمای استاتور است.

اگر قبل از شروع کار موتور برای مدتی در حال کار باشد، روتور زمان کافی برای خنک شدن دارد. بنابراین این که آیا می توان مجددا موتور را راه اندازی کرد یا خیر کاملاً به دمای استاتور بستگی دارد، که می تواند یک عامل محدود کننده باشد. از طرف دیگر ، اگر استارت انجام شود در حالتی که موتور برای ساعت های خاموش بوده و کاملا سرد شده است و به دلایلی موتور در اواسط استارت خاموش شود، آنگاه این که آیا راه اندازی مجدد می تواند انجام شود یا نه دیگر کاملاً به دمای روتور بستگی دارد، که می تواند یک عامل محدود کننده باشد. اگر استارت اولیه از شرایط گرم انجام شده باشد، باز هم عامل محدود کننده دمای استاتور است. شکل زیر این نوع رفتار حرارتی شبیه سازی شده با مدلی دارای دو زمان ثابت برای استاتور و برای روتور را نشان می دهد.

نظارت بر تعداد استارت می تواند با استفاده از یک تابع شمارنده ساده در رله حفاظتی اجرا شود بدین شکل که در یک زمان مشخص تنها تعداد مشخصی استارت مجاز می باشد. بزرگ ترین عیب این روش این است که نمی تواند راه اندازی های دارای افت ولتاژ یا دارای گیرکردگی در روتور را از یک راه اندازی نرمال تشخیص دهد. یک راه جایگزین دیگر برای محدود کردن تعداد استارت این است که از مدل های حرارتی مطرح شده در قسمت قبلی در رله های حفاظتی بهره ببریم و برای آن تعیین کنیم که تا ظرفیت حرارتی موتور از مقدار مشخصی پایین تر نیامده، اجازه استارت مجدد را صادر نکند.

امیدواریم که مطالب فوق برای شما مفید واقع شود، همچنین در وبسایت شرکت لیان الکتریک ویرا می توانید مطالب مرتبط دیگر ما که شامل: اهداف رله حفاظتی ؟، تعمیرات اینورتر و مراحل آن، راه اندازی اینورتر، سافت استارتر (راه انداز نرم) در موتورهای القائی،  … می باشد را مطالعه کنید.