Asynchrónny motor je počas prevádzky namáhaný vplyvmi, ktoré môžu mať za následok poruchu motora:
- mechanicky – vibráciami, ale aj tlakom rotora na ložiská a odstredivými silami pri rotácii;
- tepelne – vlastnými tepelnými stratami, ktoré nie sú dostatočne odvedené chladením niekedy aj v kombinácii s nadmernou teplotou vonkajšieho prostredia;
- chemicky – ak je v znečistenom, príp. vlhkom prostredí (korózia, degradácia materiálov);
- elektricky – namáhanie izolácie elektrických obvodov motora pripojeným alebo indukovaným napätím.
Elektrické poruchy asynchrónnych VN motorov, ich identifikácia a vypínanie elektrickou ochranou
Na návrh ochrany motora má veľký vplyv okrem veľkosti a ceny samotného motora aj dôležitosť technológie, ktorú motor poháňa, prevádzkové charakteristiky motora a poháňaného zariadenia a rovnako spôsob prevádzky elektrickej siete, ku ktorej je motor pripojený (účinne alebo neúčinne uzemnený nulový bod, použitie OZ a pod.). Pri vnútorných poruchách (medzifázové a závitové skraty statora, zemné spojenia statora a zemné a závitové spojenia rotora atď.) sa motory vždy vypínajú od siete. Vzniknutá škoda sa tak minimalizuje. Pri vonkajších poruchách (mechanické preťaženie, spätný výkon, poškodenie ložísk, podpätie, výpadok napätia, prerušenie fázy, nadpätie, nesymetria atď.) sa najskôr nenormálny stav signalizuje a v prípade ohrozenia motora sa zaistí jeho včasné vypnutie. Pri výpadku napätia by však z bezpečnostných dôvodov (s cieľom chrániť obsluhu) mal byť vypnutý aj vypínač, aby pri znovuobnovení napätia (a zapnutom vypínači) nedošlo k nečakanému rozbehu motora.
Norma STN 33 3051 Ochrany elektrických strojov a rozvodných zariadení určuje a odporúča minimálny rozsah ochranných funkcií pre asynchrónne motory podľa výkonu motorov pre tri výkonové kategórie (tab. 1).
| druh ochrany | výkon P MW | ||
| P < /= 1 | 1 < P </= 6 | 6 < P | |
| nadprúdová skratová okamžitá | X | X | X |
| nadprúdová pri preťažení – tepelná ochrana motora 1) | X | X | X |
| rozdielová | (X) | X | |
| podpäťová 2) | (X) | X | X |
| pri nesúmernom zaťažení 3) | (X) | X | |
| spätná wattová 4) | X | ||
| ložisková 5) | X | X | |
| zemná | X | X | X |
Tab.1
Poznámky: (X) ochrana sa odporúča; X ochrana sa použije
1) Pri ochrane s ťažkým rozbehom sa použije nadprúdová ochrana závislá s tepelným modelom. Na kontrolu rozbehového prúdu možno použiť nadprúdovú ochranu časovo nezávislú. Pri motoroch s obzvlášť ťažkou prevádzkou sa proti tepelnému preťaženiu odporúča použiť ochranu zapojenú na snímač teploty stroja. Za ťažký rozbeh sa pokladá doba rozbehu 20 s a viac.
2) Trojfázová dvojstupňová ochrana môže byť spoločná pre pohony pripojené na tie isté prípojnice v elektrárňach.
3) Len v prípadoch, kde možno predpokladať výskyt nesúmerného zaťaženia.
4) Len pri motoroch s veľkým zotrvačným momentom a v prípadoch, keď môže dôjsť k spätnému toku výkonu.
5) Použije sa po dohode s výrobcom motora, ak ložiskové prúdy môžu prekročiť dovolenú hodnotu danú výrobcom.
Tepelnú ochranu motora, ktorého odstavenie (pri nábehu tepelnej ochrany) by spôsobilo následnú poruchu a škodu oveľa väčšieho rozsahu, ako je poškodenie samotného motora tepelným namáhaním, možno zapojiť iba na signalizáciu pre obsluhu. Tepelná ochrana v takom prípade nevypína motor automaticky. V ostatných prípadoch je tepelná ochrana (tepelný model) dôležitá a dáva povel na vypnutie motora. Bežne sa tepelná ochrana nastavuje na základe troch časových konštánt motora (údaje od výrobcu motora): na rozbeh (otepľovacia krivka), ustálený chod motora a po vypnutí (ochladzovacia krivka).
Okrem minimálnych, normou stanovených požiadaviek sú na kvalitnú ochranu VN asynchrónneho motora potrebné aj ďalšie funkcie.
V rámci kontroly rozbehu motora:
- Rozbehový prúd motora býva niekoľko násobne vyšší ako menovitý prúd a preto sa motor počas rozbehu veľmi zahrieva. Veľkosť rozbehového prúdu a čas rozbehu treba v reálnych podmienkach zmerať pri prvom skúšobnom nábehu a na základe merania skorigovať prvé nastavenie, vychádzajúce z údajov od výrobcu motora (rozbeh bez záťaže).
- Funkcia na zvýšenie prúdového nastavenia skratovej ochrany počas rozbehu motora (napr. na dvojnásobok) zabraňuje pôsobeniu skratovej ochrany od rozbehového prúdu. Funkcia ochrany pri (mechanickom) zablokovaní rotora záťažou – nefunguje počas rozbehu, ale začína kontrolovať fázové prúdy po ukončení rozbehu. Ak dôjde k mechanickému zablokovaniu rotora, výrazne narastú fázové prúdy a ochrana vypína motor.
- Funkcia kumulatívneho počítadla rozbehu motora, ktoré sa nastavuje na základe údajov výrobcu. Ten pre daný motor definuje dovolený počet, napríklad dva studené a dva teplé štarty za hodinu. Tento údaj pri určenej maximálnej vonkajšej teplote zohľadňuje otepľovaciu krivku a ochladzovacie krivky motora. Pokiaľ by potom niekto po dvoch teplých štartoch nečakal dostatočne dlhý čas daný ochladzovacou krivkou a chcel by motor zapnúť tretíkrát z ešte teplého stavu, táto funkcia mu to nedovolí. Inak by hrozilo prehriatie a poškodenie motora.
Ochrana pri opačnom slede fáz – pri prvom zapnutí, pokiaľ možno odpojiť motor od záťaže, treba vyskúšať správny smer otáčania, a tak to zadať do ochrany. Ak sa v budúcnosti bude napr. odpájať a pripájať kábel a omylom by sa zapojil nesprávne, ochrana to zistí a nedovolí roztočiť motor, mohlo by dôjsť k poškodeniu záťaže.
Meracie vstupy na pripojenie teplotných snímačov z vinutia statora, príp. ložísk, nastavenie dvoch úrovní teploty: výstraha, vypnutie.
Ochrana pri zlyhaní vypínača – pošle druhý vypínací povel nadradenému vypínaču (napr. v prívodovom poli). Spoločnosť ABB má vo svojom portfóliu niekoľko typov ochrán pre asynchrónne motory: REM611, REM615, REM620, REM630, REX640. Všetky poskytujú uvedené dôležité funkcie, ale aj množstvo ďalších funkcií na kvalitnú ochranu motorov.
Ladislav Hlavčo
ABB, s.r.o.
