حفاظت های حیاتی موتور الکتریکی فشار ضعیف
موتورهای الکتریکی فشار ضعیف، به‌خصوص در تأسیسات صنعتی، باید در برابر خطاها و شرایط غیرعادی که می‌توانند باعث آسیب به موتور، کابل‌ها و تجهیزات راه‌اندازی شوند، به‌درستی حفاظت شوند.
در یک مدار معمول موتور، حفاظت در برابر اضافه‌بار و حفاظت در برابر اتصال کوتاه از مهم‌ترین حفاظت‌های پایه هستند. استانداردهای مربوط به حفاظت در برابر اضافه‌جریان و تجهیزات راه‌اندازی موتور نیز بر لزوم حفاظت و هماهنگی مناسب این عملکردها تأکید دارند.
اما سؤال مهم این است:
آیا همین دو حفاظت برای همه موتورها کافی است؟
پاسخ لزوماً خیر است. با افزایش توان موتور، اهمیت تجهیز، حساسیت فرآیند و هزینه‌های ناشی از خرابی، ممکن است حفاظت‌های تکمیلی مانند خطای زمین، افزایش دما، عدم تعادل فاز، قطع فاز، گیرپاژ موتور و طولانی شدن زمان استارت نیز مورد استفاده قرار گیرند. تجهیزات حفاظتی مدرن موتور نیز می‌توانند چندین مورد از این حفاظت‌ها را به‌صورت هم‌زمان ارائه کنند.
۱. حفاظت در برابر اضافه‌بار
اضافه‌بار زمانی اتفاق می‌افتد که موتور برای مدتی با جریانی بیشتر از جریان مجاز خود کار کند، بدون اینکه الزاماً اتصال کوتاهی در مدار رخ داده باشد.
برای مثال، افزایش بار مکانیکی، گیر کردن بخشی از سیستم مکانیکی، افزایش گشتاور موردنیاز یا حتی برخی مشکلات الکتریکی می‌توانند باعث افزایش جریان موتور و در نتیجه افزایش دمای سیم‌پیچ‌ها شوند.
اگر این وضعیت برای مدت طولانی ادامه پیدا کند، حرارت ایجادشده می‌تواند به عایق سیم‌پیچ‌ها آسیب بزند و عمر موتور را به‌شدت کاهش دهد.
به همین دلیل از تجهیزاتی مانند رله اضافه‌بار حرارتی یا الکترونیکی و در برخی تجهیزات از حفاظت اضافه‌بار داخلی استفاده می‌شود.
نکته مهم این است که حفاظت اضافه‌بار باید به‌گونه‌ای تنظیم شود که ضمن حفاظت از موتور، جریان راه‌اندازی طبیعی موتور باعث عملکرد ناخواسته حفاظت نشود.
۲. حفاظت در برابر اتصال کوتاه
اتصال کوتاه شرایطی کاملاً متفاوت با اضافه‌بار است.
در اتصال کوتاه، جریان می‌تواند در مدت بسیار کوتاهی به مقدار بسیار زیادی افزایش پیدا کند. چنین جریانی می‌تواند باعث آسیب شدید به کابل‌ها، کنتاکتورها، تجهیزات راه‌اندازی و خود موتور شود.
به همین دلیل مدار موتور باید به وسیله یک تجهیز مناسب مانند کلید حفاظتی یا فیوز مناسب در برابر جریان اتصال کوتاه حفاظت شود.
استاندارد IEC 60947-4-1 نیز تصریح می‌کند که کنتاکتورها و استارترهای معمولاً برای قطع جریان اتصال کوتاه طراحی نشده‌اند و بنابراین حفاظت مناسب اتصال کوتاه باید در مدار پیش‌بینی شود.
در نتیجه، نمی‌توان انتظار داشت که مثلاً یک کنتاکتور به‌تنهایی نقش حفاظت اتصال کوتاه موتور را بر عهده بگیرد.
تفاوت اضافه‌بار و اتصال کوتاه
یکی از نکات مهم در طراحی مدار موتور این است که اضافه‌بار و اتصال کوتاه دو پدیده متفاوت هستند و حفاظت آن‌ها نیز یکسان نیست.
در اضافه‌بار، جریان معمولاً نسبت به جریان نامی افزایش پیدا می‌کند و حفاظت باید بتواند شرایط حرارتی موتور را در یک بازه زمانی مناسب تشخیص دهد.
اما در اتصال کوتاه، جریان بسیار بزرگ‌تری ایجاد می‌شود و حفاظت باید در مدت بسیار کوتاهی مدار را قطع کند.
به همین دلیل در یک مدار استاندارد موتور، عملکرد حفاظت اضافه‌بار و حفاظت اتصال کوتاه باید با یکدیگر هماهنگ (Coordination) باشند. IEC 60364 نیز موضوع هماهنگی حفاظت اضافه‌بار و اتصال کوتاه را در الزامات حفاظت در برابر اضافه‌جریان مطرح می‌کند.
با افزایش توان موتور، حفاظت‌ها می‌توانند بیشتر شوند
هرچه موتور بزرگ‌تر و اهمیت آن در فرآیند بیشتر باشد، معمولاً تنها حفاظت پایه نمی‌تواند تمام ریسک‌های بهره‌برداری را پوشش دهد.
بسته به نوع موتور و کاربرد آن، ممکن است حفاظت‌های دیگری نیز در نظر گرفته شوند، از جمله:
حفاظت خطای زمین
در صورت ایجاد اتصال بین قسمت‌های برق‌دار و بدنه یا زمین، حفاظت خطای زمین می‌تواند این وضعیت را تشخیص داده و فرمان قطع صادر کند.
حفاظت افزایش دما
در موتورهای مهم یا کاربردهای حساس، می‌توان از سنسورهای دما مانند PTC، RTD یا ترموستات برای پایش دمای سیم‌پیچ یا یاتاقان استفاده کرد.
این حفاظت مخصوصاً زمانی اهمیت پیدا می‌کند که افزایش دمای موتور الزاماً فقط از افزایش جریان ناشی نشود.
حفاظت عدم تعادل فاز
عدم تعادل ولتاژ یا جریان بین فازها می‌تواند باعث ایجاد مؤلفه منفی جریان و افزایش قابل توجه گرمایش موتور شود. بنابراین در موتورهای مهم، حفاظت عدم تعادل فاز می‌تواند نقش مهمی در جلوگیری از آسیب حرارتی داشته باشد.
حفاظت قطع فاز
قطع یکی از فازها می‌تواند شرایط نامناسبی برای موتور سه‌فاز ایجاد کند و باعث افزایش جریان در فازهای باقی‌مانده و افزایش حرارت شود.
حفاظت گیرپاژ و طولانی شدن استارت
اگر موتور به دلیل مشکل مکانیکی یا افزایش بار نتواند به سرعت به دور نامی برسد، جریان بالای راه‌اندازی ممکن است برای مدت زیادی ادامه پیدا کند. در موتورهای مهم می‌توان از حفاظت‌های اختصاصی برای تشخیص Locked Rotor یا Long Start استفاده کرد. تجهیزات حفاظتی مدرن موتور این قابلیت‌ها را نیز ارائه می‌کنند.
یک نکته مهم در طراحی حفاظت موتور
نباید تصور کرد که هرچه تعداد حفاظت‌ها بیشتر باشد، سیستم حتماً بهتر است.
حفاظت‌های مختلف باید بر اساس توان و مشخصات موتور، جریان نامی و جریان راه‌اندازی، نوع بار، روش راه‌اندازی، شرایط محیطی، اهمیت موتور، سیستم اتصال زمین و سطح اتصال کوتاه شبکه انتخاب و تنظیم شوند.
همچنین هماهنگی بین کلید یا فیوز، کنتاکتور، رله اضافه‌بار و سایر تجهیزات حفاظتی اهمیت زیادی دارد. استاندارد IEC 60947-4-1 و راهنماهای سازندگان نیز موضوع هماهنگی تجهیزات موتور و حفاظت اتصال کوتاه را مورد توجه قرار می‌دهند.
جمع‌بندی
برای یک مدار موتور فشار ضعیف، دو حفاظت پایه که نباید از آن‌ها غافل شد عبارت‌اند از:
۱. حفاظت در برابر اضافه‌بار
برای جلوگیری از آسیب حرارتی ناشی از کارکرد موتور با جریان بیش از حد مجاز.
۲. حفاظت در برابر اتصال کوتاه
برای قطع سریع جریان‌های بسیار بزرگ ناشی از اتصال کوتاه و جلوگیری از آسیب شدید به مدار و تجهیزات.
اما در موتورهای بزرگ‌تر، حساس‌تر یا دارای اهمیت بالاتر، می‌توان حفاظت‌های تکمیلی مانند خطای زمین، افزایش دما، عدم تعادل فاز، قطع فاز، گیرپاژ و طولانی شدن زمان استارت را نیز در نظر گرفت.
بنابراین طراحی حفاظت موتور فقط انتخاب یک کلید یا رله نیست؛ بلکه باید مجموعه حفاظت‌ها به‌صورت یک سیستم هماهنگ و متناسب با مشخصات موتور و شرایط شبکه طراحی و تنظیم شود.
نکته: الزامات دقیق حفاظت به نوع موتور، مدار و استاندارد/کد مورد استفاده در پروژه بستگی دارد؛ بنابراین برای طراحی واقعی باید آخرین ویرایش استانداردهای مربوط و اطلاعات سازنده تجهیزات بررسی شود.
سبد خرید