過負荷リレーが産業用電気モーターを保護する 3 つの方法

IEEE モーター信頼性調査 - によると、産業用モーターの早期故障の約 55% は熱ストレスが原因であり、まさにそこにモーター保護における過負荷リレー機能が活かされています。過負荷リレーは、継続的な過電流検知、位相故障検出、熱記憶モデリングという 3 つの異なるメカニズムを使用して、モーター電流を継続的に監視し、巻線の絶縁が劣化する前にコンタクタをトリップさせます。-これら 3 つを正しく理解すれば、18 か月ごとの巻き戻し料金の支払いが不要になります。

過負荷リレーがモーター保護に果たす役割

アン過負荷リレー-モーター制御回路に設置される電流感知保護装置で、電気モーターに流れる電流を監視し、その電流が事前に設定されたしきい値を長時間超えた場合に回路を自動的に遮断します。その中心となる仕事は単純ですが重要です。モーター巻線が絶縁を劣化させる温度に達するのを防ぐことです。実際的には、モーター保護における過負荷リレー機能は、永久的な損傷が発生する前に、継続的な過電流による銅の加熱を停止します。

それが一文の答えです。-では、なぜそれが重要なのかを紐解いてみましょう。

熱の問題をオーバーロードリレーが解決します

モーター巻線はエナメル絶縁体 - で包まれており、通常はクラス B (130 度 )、クラス F (155 度 )、またはクラス H (180 度 ) 定格となります。定格をおよそ 10 度上回るごとに半分絶縁寿命は、アレニウス方程式で成文化され、NEMA MG 1 によって参照される規則です。つまり、20 度の高温で動作するクラス F モーターは、単に「暖機運転」するだけではなく、予想される耐用年数の約 75% を失います。

ここに問題があります。モーターは、回路ブレーカーをすぐに落とすことなく、全負荷電流 (FLA) の 115%、125%、さらには 200% を消費する可能性があります。-ブレーカーはその電流が短絡閾値をはるかに下回ると判断します。-その間、巻線は急激に加熱されます。 「正常」と「短絡」- の間のギャップ - が、まさに過負荷リレーが存在する場所です。

リレーが実際に感知するもの

過負荷リレーは、巻線温度を直接測定しません (組み込みサーミスターと組み合わせていない限り)。代わりに、それはモデル時間の経過とともに電流を監視することで熱を巻き上げます。次の 2 つのテクノロジーが主流です。

サーマル（バイメタル）リレー- 電流は、バイメタル ストリップを曲げるヒーター要素を通過します。ストリップが十分に偏向すると、接点が開きます。安価で頑丈、本質的に周囲温度に合わせて自動調整します。-

電子（ソリッドステート）リレー-- 変流器は、真の I²t 熱モデルを実行するマイクロプロセッサに電力を供給します。多くの場合、位相{1}}損失と地絡-検出が組み込まれています。より正確で、より高価で、より広い FLA 範囲にわたってプログラム可能です。

どちらのタイプも、モーターの過負荷保護に関する IEC および NEMA 規格で説明されているのと同じ原理を実装しています。つまり、モーターで発生する熱は電流の 2 乗 (I²R 損失) に比例するため、電流が増加するとトリップ時間は大幅に短縮されます。

モーター制御回路内のどこに配置されるか

標準のダイレクト-オンライン-スターターでは、過負荷リレーはコンタクタの下流とモーターのリード線の上流に配線されています。そのメイン接点にはモーターの全電流が流れます。その補助接点 (通常は-常閉 95-96 接点) がコンタクタのホールドイン コイル回路に配線されています。-リレーがトリップすると、補助接点が開き、コンタクタが動作を停止し、モーターが非通電になります。通常、トリップ クラスに応じて 600% FLA で 2～30 秒以内に発生します。{8}}

私が心に残ったフィールドの例

75 馬力のスラッジ ポンプ モーターが 14 か月で 2 回目の焼損を起こした後、私は下水処理場に呼ばれました。短絡ブレーカーは一度も落ちたことはありませんでした。-検査時、サーマル過負荷リレーは 105 A - に設定されていましたが、モーターの銘板 FLA は 92 A、サービスファクターは 1.15 でした。誰かが起動中の迷惑なトリップを止めるためにダイヤルを「大きく」したのです。この 14% オーバーの設定により、暑い午後の間ずっとモーターを 110% の負荷で継続して動作させることができました。-モーターを交換し (4,200 ドル)、リレーを 96 A (NEC 430.32 による SF モーターの安全マージン 1.15 × 92 × 0.90) に再校正し、プラントは現在、別の故障なく 31 か月間稼働しています。

教訓: 過負荷リレーは完全に機能する正しく設定されている場合。 EPRI モーターの信頼性調査によると、産業用モーターの故障の約 30% が熱過負荷によるものであるとの調査結果によると、オペレーターがこれに対処しないことが依然としてモーターの過熱による故障の最大の原因です。

そうではないもの

よくある誤解: 過負荷リレーはない短絡保護装置。-モーター回路保護装置 (MCP) やヒューズの役割であるボルト付き障害 - は解消されません。また、欠相検出機能が備わっていない限り、絶縁破壊、ベアリングの故障、またはモーター端子での単相状態から保護することはできません。-（ほとんどの電子リレーは備えていますが、ほとんどの基本的なバイメタルは備えていません）。

過負荷リレーはモーターのサーマル ボディーガードであると考えてください。-狭い使命、生死を分ける重要なものです。--。次のセクションでは、それが提供する 3 つの特定の保護モードと、それぞれが工場現場で見られる実際の障害メカニズムにどのように対応するかを詳しく説明します。

DOL スターター パネルに表示されるモーター保護の過負荷リレー機能

過負荷リレーが産業用モーターを保護する 3 つの主要な方法

3 つの保護メカニズムが面倒な作業を行います。持続的な過電流保護, 欠相および電流不均衡の検出、 そして熱{0}}メモリ-ベースの旅行調整。これらを合わせると、ベアリングの過熱、固定子巻線の絶縁破壊、回転子バーの破損など、現場で三相誘導電動機を破壊する損傷シナリオの約 90% を占めます。-これらのいずれかが欠けていると、実質的に無保険でモーターを動作させることになります。

詳細を説明する前の短いバージョンは次のとおりです。

関数 1 - 過電流 / 熱過負荷:電流が設定された FLA (全負荷電流) を超えて、巻線の絶縁を脅かすほど長い時間流れると、コンタクタがトリップします。

関数 2 - の位相損失と不均衡:ローター内に破壊的な負相加熱を引き起こす単相電流と非対称電流を検出します。-

関数 3 - 熱記憶とトリップ クラス:事前の加熱を記憶しているため、急速な再起動によってモーターがゆっくりと加熱されることがなく、トリップ速度をモーターの加速プロファイルに一致させます。

機能 1: 継続的な過電流保護

モーター保護における主な過負荷リレー機能は、電流の引き込みを時間の経過とともに監視します-。瞬間的ではなく、I²t 曲線に対して統合されます。 20 A FLA 定格のモーターは、24 A (120% 負荷) に数時間耐えることができますが、60 A (300%) に耐えられるのは、絶縁クラス B または F 巻線が劣化し始めるまでの約 20 秒間だけです。リレーはこの熱計算をトリップ決定に変換します。

セメント工場で 75 kW のコンベア ドライブを試運転した私の経験では、ギアボックスが徐々に硬くなっていることに気づきました。なぜならこの機能の。運転電流は 6 週間で 128 A から 141 A まで徐々に増加しました - は、トリップしきい値の 145 A をまだ下回っていましたが、電子リレーが傾向を記録しました。ギアボックスが固着する前に引き抜きました。全負荷で発作が発生した場合、ローターのロック イベントにより FLA が 6 倍発生し、ステーターの巻き戻しに約 8,000 ドルの費用と 3 日間のダウンタイムが発生する可能性があります。{7}

機能 2: 欠相および電流不平衡の検出

シングルフェーズはサイレントキラーです。- 3 つの電源相の 1 つが欠落すると、- ヒューズ切れ、ラグの緩み、商用電源の故障 - が発生し、負荷がかかっているモーターは 2 相で動作し続けますが、トルクを維持するために残りの相の電流は約 1.73 倍に跳ね上がります。さらに気付かないことに、フェーズの欠落により大きな影響が生じます。負相電流-これはローターを通して逆磁場を回転させ、等価正相電流の約 5 ～ 6 倍の割合で熱を発生させます。-。

基本的なバイメタル リレーはこれを間接的に検出します (生き残った相がストリップを過熱します)。最新の電子過負荷リレーは、IEC 60947-4-1 要件に従って、それを直接測定し、欠相イベントから 3 秒以内にトリップします。電圧の不均衡がモーターにどのような損傷を与えるかの詳細な内訳については、NEMA MG 1 の NEMA のガイダンスが引き続き参照されます。電圧の不均衡が 3.5% あるだけで、モーターの寿命は半分になります。

機能 3: サーマルメモリーとトリップクラスの調整

ここが、安価な保護と優れた保護の分岐点です。モーターが過負荷でトリップすると、その巻線は高温になります。すぐにリセットして再起動すると、次の過負荷イベントがより速く発生します -。リレー付き熱記憶クールダウン期間中であっても蓄積された熱のモデルを保持し、目に見えない熱ダメージの蓄積による繰り返しの再起動を防ぎます。

旅行クラスの定義どのくらい速いかリレーは FLA の 600% でトリップします（ロックされたローターの電流ベンチマーク）。-

旅行クラスの不一致は、私が監査訪問で目にする最も迷惑なトリップの原因です。-大型の誘導通風ファンのクラス 10 リレーは、ファンが速度に達するまでに 18 ～ 25 秒かかり、その間の電流は 500 ～ 600% FLA にとどまるため、起動するたびにトリップします。-クラス 30 にアップグレードすると、リレーは持続的な過負荷時の保護を犠牲にすることなく、長時間の加速に耐えます。

以下の Automatedo のビデオでは、物理的な接続と動作原理を説明しています。これは、これら 3 つの機能がコントロール パネル内でどのように動作するかを確認するのに役立ちます。

次の 3 つの各セクションでは、リレーが実際に機能しているかどうかを示す 1 つの機能、物理、設定、フィールド診断の手がかりを詳しく説明します。{{0}{1}{1}

保護機能 1 - 持続的な過電流および熱過負荷

過負荷リレーの中核となる仕事は、モーターの巻線内で上昇する熱をモデル化し、絶縁が破壊される前に電力を切断することです。これは、測定された線電流をモーターの全負荷電流（FLA）定格と継続的に比較し、逆時間曲線を適用することで行われます。-過電流が大きいほど、トリップは速くなります。-。 15% の過負荷は 10+ 分間許容される可能性があります。 600% の過負荷は数秒でトリップします。このサーマルエミュレーションはモーター保護における主要な過負荷リレー機能であり、これを誤ると、20 年持続するモーターと 20 か月で寿命が尽きるモーターとの違いが生じます。

逆時間曲線が実際にどのように機能するか-

銘板電流でのモーターは定常平衡温度 - で動作し、通常は周囲よりクラス B 上昇 (80 度) またはクラス F 上昇 (105 度) になります。電流が FLA を超えると、フレームが放散できるよりも早く熱が蓄積します。この関係は直線的ではありません。巻線の発熱は電流の 2 乗 (I²R 損失) に比例するため、わずか 20% の過電流で 20% ではなく 44% 多くの熱が発生します。

リレーの逆時間曲線は、この物理現象を反映しています。-一般的なサーマルトリップ時間は次のようになります。

クラス 10 は、一般的な産業用モーターの最も一般的なトリップ クラスです。クラス 20 は長時間の始動（高慣性ファン、遠心分離機）に耐えます。クラス 30 は極度に高い慣性負荷用に予約されています。-間違ったクラスを選択すると、始動するたびに迷惑なトリップが発生するか、ロックされたローターが巻線を煙に巻くかのどちらかになります。 NEMA ICS 2 標準では、これらの曲線が正確に定義されています。

なぜ長時間の過電流が絶縁を破壊するのか

モーターの絶縁寿命はアレニウスの式に従います。- 化学劣化は、定格温度を 10 度上回るごとに 2 倍になります。巻線温度 155 度で 20,000 時間定格のクラス F モーターは、165 度で約 10,000 時間、175 度で約 5,000 時間に低下します。保護なしでモーターを FLA の 115% で連続運転すると、1 シーズンで設計寿命の半分が失われる可能性があります。

障害モードは劇的なものではありません。マグネット ワイヤ上のワニスは徐々に脆化して亀裂が入り、最終的にはターン間でショートが発生します。--ショートが発生すると、局所的な電流密度が急上昇し、ホットスポットが発生し、数分で巻線が焼き切れます。過負荷リレーは、モーターが設計された熱エンベロープを強制することにより、このチェーンが開始するずっと前にこのチェーンを中断します。

現場での経験: サイジングが間違っている場合

私は昨年、ある市の水道施設で 40 馬力のポンプ モーターの改造テストをしましたが、そこではオペレーターが「迷惑なトリップ」バイメタル リレーを週に 2 回ほどリセットし続けていました。リレーは迷惑なトリップではなく、役割を果たしていました -。クランプ-メーターの測定値は、52 A FLA ネームプレートに対して 58 A の動作電流を示しました。インペラのクリアランスがずれており、モーターは数か月間 112% FLA で動作していました。機械的な問題を修正し、同じリレー (同じ設定) が 14 か月間作動していません。この仕事から得られる 3 つのポイント:

オペレーターを信頼する前に旅行を信頼してください。同じ電流レベルで繰り返しトリップが発生する場合は、ほとんどの場合、リレーの故障ではなく、実際の問題を示しています。

ブレーカー定格ではなく、銘板 FLA にダイヤルを設定します。「トリップを止めるため」- にリレーが 125% FLA に設定されているのを見たことがありますが、これはまさに巻線が調理される方法です。

サービスファクタを正しく考慮してください。1.15 SF モーターは 115% FLA で連続的に動作できますが、定格周囲 (40 度) および定格電圧でのみ動作します。周囲温度が 40 度を超える場合、または筐体が汚れている場合は、出力を下げます。

サーマル メモリ: 再起動によるダメージを防ぐ機能-

ここに、多くのメンテナンス技術者が見落としている微妙な点があります。熱トリップ後、巻線は熱くなります - 多くの場合 180 度以上になります。すぐにリセットして再起動すると、すでにストレスがかかっている絶縁システムにさらに 6 倍の突入電流が流れ込みます。-。高品質の過負荷リレー (および IEC 60947-4-1 に準拠したすべての電子過負荷リレー) にはサーマル メモリが実装されています。トリップ フラグは、計算された巻線温度が安全レベルに戻るまで (モーターのサイズに応じて通常は 5 ～ 20 分) ロックされたままになります。これについてはセクション 5 で詳しく説明しますが、ここで理解することが重要です。なぜなら、熱メモリをバイパスすると、保存可能なモーターがスクラップになるからです。

持続的な過電流保護がベースラインです。次に説明する位相損失と不均衡は、モーターが最も早く故障する箇所 - であり、多くの安価なリレーでは不十分な箇所です。

逆タイムトリップ曲線と FLA ダイヤル設定を示すモーター保護の過負荷リレー機能-

保護機能 2 - 欠相、不均衡、および失速の検出

位相損失、電流の不均衡、およびロータのロック状態は、三相モーター - の故障の「サイレント キラー」です。この故障では、1 つの巻線が 60 秒以内に自動的に故障する一方で、平均電流が一見正常に見えることがあります。モーター保護において適切に指定された過負荷リレー機能は、位相差検出、逆相電流解析、ジャム検出ロジックを通じてこれらの非対称で過渡的な故障サインを検出し、熱モデルのみが反応するずっと前にトリップします。-

単相が過負荷よりも早くモーターを破壊する理由-

3 つの電源フェーズのいずれかが欠落すると、- ヒューズが切れたり、コンタクタのラグが緩んだり、断路ブレードが腐食したり、- 負荷がかかっている誘導モータが停止しません。残りの 2 フェーズでは実行を続けます。それが問題なのです。

残りの 2 つの巻線は大まかに伝送する必要があります1.73× (√3) 通常の電流同じトルクを生み出すために。デルタ-巻線モーターでは、故障した巻線ブランチの内部循環電流が定格の 2.4 倍に急増する可能性があります。 NEMA MG 1 ガイダンスによると、クラス F 絶縁システムは定格を 10 度上回るごとに耐用年数の約半分が失われます -。単相では巻線温度が 1 分以内に 200 度を超える可能性があります。-

115% FLA に設定された従来の熱過負荷では、1 つの巻線がすでに故障しているにもかかわらず、リレーが「認識する」全体の平均線電流が制限内に見える可能性があるため、十分な速度でトリップしない可能性があります。このため、欠相検出は熱モデリングの副産物ではなく、別個の論理パスでなければなりません。-。

最新のリレーが位相損失と不均衡を検出する方法

電子過負荷リレー - Siemens SIRIUS 3RB、Eaton C440、Schneider TeSys T、Allen-Bradley E300 - は、3 つの独立した変流器 (各相に 1 つ) を使用し、それらを継続的に比較します。 2 つの検出方法が主流です。

微分位相の比較:最低相電流が最大相電流の約 30 ～ 40% を下回ると、リレーは欠相状態を宣言し、平均負荷に関係なく 3 ～ 5 秒でトリップします。-。

負相電流解析:-リレーは三相電流を-正相成分と負相成分-に分解します（対称成分理論に​​従って）。わずかな電圧不均衡でも、不均衡な負相電流が生成され、ローター バーが非対称に加熱されます。-一般的なトリップしきい値は、10 秒間の I₂ > I₁ の 40% です。

バイメタル (サーマル) リレーは、これをより大雑把に処理します。差動機構は、2 つの「熱い」バイメタル ストリップに対する「冷たい」バイメタル ストリップの動きを物理的に増幅し、トリップをおよそ 25 ～ 40% 加速します。 - は機能しますが、応答時間が遅くなり、しきい値は調整できません。

ストールおよびロックされた-ローター（詰まり）の検出

モータの停止により電力が消費される6～8×全負荷電流-シャフトが回転していないため、ファンによる冷却はゼロで、無期限に動作します。専用のジャム ロジックがなければ、I²t 熱曲線に依存することになります。クラス 10 リレーの場合、電流 600% で約 10 秒かかります -。既にキー溝を切断しているコンベア ギアボックスには長すぎることがよくあります。

電子リレーは別個のリレーを追加しますジャム検出機能: モーターが加速を完了すると（通常、電流が 1 秒以上 150% を下回ると定義されます）、その後ユーザーが設定したしきい値（通常は 200 ～ 400% FLA）を超えると、モーターは 0.5 ～ 2 秒でトリップします。-これにより、始動後の機械的ジャムによる熱曲線が完全に回避されます。-

クライアントに 40 時間のダウンタイムをもたらしたフィールド レッスン

この 18 か月で 3 回目の水中ポンプの故障の後、私は下水ポンプ場に呼び出されました。毎回、巻線抵抗テストでは、単相開-の古典的な単相-の特徴が示されました。取り付けられたクラス 20 バイメタル リレーはトリップテストを受け、「合格」しました。-実際の原因は、上流のコンタクタの腐食した端子で、負荷がかかると断続的に開いていました。リレーは熱統合のみに依存していたため、リレーがトリップするまでに、ポンプはすでに単相で 90+ 秒間動作していました。-

これらを、4-第 2 相-損失トリップと 35% の不均衡しきい値を備えた電子リレーに置き換えました。平均故障間隔は 6 か月から 4+ 年に短縮され、巻き戻しを 1 回回避した場合、改修費用は 90 日以内に回収されました (ポンプ 1 台あたり約 4,800 ドル)。教訓: プロセスが計画外停止をまったく許容しない場合、熱のみの保護は誤った経済です。

ほとんどの技術者が見逃している実用的な設定

VFD を備えたモーターでは、ドライブの上流で負のシーケンス保護を無効にする-- ドライブ自体が位相バランスを処理するため、高調波により迷惑なトリップが発生します。

高い慣性で始動するモーター (クラッシャー、大型ファン) の場合、ジャム抑制タイマーを測定加速時間の少なくとも 1.5​​ 倍に設定そうでないと、通常の始動時にリレーがトリップします。

セルフテスト ボタンだけでなく、実際の単相テスト（無負荷で 1 つのライン-側ヒューズを持ち上げる）-で欠相応答を検証します。-私がフィールドテストしたバイメタル リレーの約 15% は、内蔵の診断に合格したにもかかわらず、-このテストに不合格でした。-

位相および失速保護により、過負荷リレーは単純なヒューズから分離されます。次に、サーマル メモリとトリップ クラスの調整が、現代のモータ保護の 3 番目の柱である反復始動と周期的負荷をどのように処理するかを見ていきます。-。

三相モーターの単相状態を検出するモーター保護における過負荷リレー機能-{1}}

保護機能 3 - 熱メモリとトリップクラスの調整

トリップクラスはリレーが過負荷にどれだけ早く反応するかを定義しますが、熱メモリは以前の加熱サイクルを「記憶」させ、高温になったモーターがすぐに再起動して損傷することを防ぎます。クラス 10、20、30 は、リレーがトリップするまでに全負荷電流の 600% を許容できる最大秒数を指します。-間違ったクラスを選択すると、スタートのたびにつまずいたり、失速中に巻き線が切れたりすることになります。{6}}これはモーター保護における過負荷リレー機能の 3 番目の柱 - であり、おそらく最も誤解されています。

旅行クラスの実際の意味

IEC 60947-4-1 および NEMA ICS 2 規格では、コールド スタートからの 7.2× FLA でのトリップ時間によってトリップ クラスを定義しています。各クラスが許容するものは次のとおりです。

経験則: トリップ クラスは、モーターの実際の始動時間より長く、モーターのホット ストール耐性時間よりは短くなければなりません。多くの場合、そのギャップは狭いです。

なぜサーマルメモリーがすべてを変えるのか

基本的なバイメタルリレーは、モーターが停止すると冷却されます。熱メモリを備えた電子リレーは、電源が遮断されても計算された I²t 熱モデルを追跡します -。そのため、モーターがトリップして 30 秒間冷却し、オペレーターが再起動を押したとしても、巻線がまだ熱容量のおそらく 80% に達していることをリレーはすでに認識しています。再起動がブロックされるか、次の過負荷時にトリップが速くなります。

NEMA MG 1-2016 では、標準デザイン B モーターが 1 時間あたり 2 回のコールド スタートまたは 1 回のホット スタートに制限されているため、これは重要です。熱メモリのないリレーではこれを強制できません。モーター保護の調整に関するIEEEの論文では、冷却を行わずに繰り返し再起動することが早期の絶縁故障の大きな原因であることが確認されています。モーター保護に関するIEEE 3004.8規格では、重要なプロセスモーターに必要な機能としてサーマルメモリーを特に求めています。

クラス選択に関する実地授業

昨年、飼料工場で 75 kW のハンマーミルを稼働させましたが、起動するたびに 8 秒以内に迷惑なトラブルが発生していました。- OEM はクラス 10 リレーを指定していました。問題: フライホイール-を搭載したハンマーミルは 18 秒の加速曲線を持ち、そのランプのほとんどで約 550% の FLA を引っ張りました。

クラス 30 の電子リレーに交換し、モーターの銘板に記載されているロックされたローターの耐久時間を-再測定しました。- ホットは 14 秒でした。 30 秒 > 14 秒であるため、クラス 30 だけでは失速時に安全ではありません。修正はクラス 30 リレーでしたとジャム/失速検出は、始動完了信号 - の後に 300% FLA で個別に作動し、ミルが運転中にジャムした場合は 2 秒以内に作動します。-迷惑旅行は週に約 6 件から、その後 90 日間でゼロに減少しました。

レッスン: 旅行クラスでは、出発点をカバーします。ジャム検出は走行をカバーします。この 2 つを混同することは、工業用床で最もよく見られるサイズの間違いです。

デューティサイクルに合わせたクラスの調整

デューティ サイクルによって計算が変わります。 S4 断続デューティ (頻繁な始動) で動作するモーターには、同じ時間内の複数の始動にわたって熱メモリーを蓄積するリレーが必要です。これがなければ、巻線が 40 ～ 50 度高くなったとしても、リレーにとってスタート #4 はスタート #1 と同じように見えます。

連続使用(S1):ほとんどの場合、クラス 10 で十分です。

重い始動 (高慣性):クラス 20 または 30、ロックされたローターの耐久性について検証済み。-

頻繁な起動 (S4/S5):累積的な熱メモリを備えた電子リレーは交渉の余地がありません。{0}}

VFD- モーターに低速で給電:PTC サーミスタまたはモーターに取り付けられた RTD を使用します。-自冷式モーターは 30 Hz 未満で冷却能力の最大 60% を失います。- 電流-ベースのモデルだけでは熱が過小評価されます。

調整曲線を読む

すべての本格的なリレー データシートには時間電流曲線が掲載されています。{0}その曲線をモーターの熱損傷曲線と開始曲線の上に同じ対数グラフ-上に重ねます。リレー曲線は、開始曲線より上 (迷惑なトリップがない)、熱損傷曲線より下 (モーターが存続する) にある必要があります。カーブが交差する場合は、保護ウィンドウがありません - クラスまたはリレーを変更してください。 Schneider と Rockwell は両方とも無料の調整ツールを公開しています。ハードウェアを注文する前に使用してください。

サーマル メモリとトリップ クラスの調整により、安価なスターターと純正の保護システムが区別されます。これを正しく行うと、ダウンタイム ログに表示されます。

クラス 10、20、および 30 の熱特性を示すモーター保護における過負荷リレー機能のトリップ クラス調整曲線

サーマルリレーと電子過負荷リレーがこれらの機能を実現する仕組み

バイメタル サーマル リレーは物理的な熱膨張を使用してモーター温度を模倣しますが、電子（ソリッドステート）リレーは変流器とマイクロプロセッサを使用して熱応力をデジタル的に計算します。{0}}サーマルユニットは安価で堅牢ですが、周囲温度によって変動し、欠相保護は限定的です。{0}}電子リレーは、より厳しい精度 (±2% 対 ±10-15%)、位相不均衡検出、地絡検出、通信ポート - を内蔵していますが、コストは 3-5 倍になります。-クリティカルなモーターやハイサイクルモーターの場合は、電子機器が最適です。単純な固定負荷アプリケーションの場合、熱は依然として有効です。

バイメタルサーマルリレー: 単純な物理学、実際の限界

バイメタル熱過負荷リレーはエレガントな機械式です。モーター電流は、膨張係数の異なる 2 つの接合金属のストリップに巻き付けられたヒーター要素を通って流れます。ストリップが加熱されると、- がカールし、調整されたカール角度で、コンタクタ コイルから脱落する補助接点をトリップさせます。

それがすべてのトリックです。電子機器もファームウェアも故障したコンデンサもありません。

しかし、物理学は両方の方法を採用します。私が長年にわたり Square D Class 9065 および Siemens 3UA ユニットを保守する中で学んだ運用上の真実をいくつか挙げます。

周囲の感度は本物です。工場で 40 度で校正されたサーマル リレーは、工場の MCC 室で 55 度の夏の日に迷惑なトリップを引き起こしたり、10 度の冷凍プラントでは十分な速さでトリップしなかったりする可能性があります。{1}温度補償されたバージョンも存在しますが、基本ユニットは周囲温度が 10 度変化するごとにトリップ電流の約 1 ～ 1.5% ドリフトします。

欠相保護が弱いか、存在しません。--単相補償型サーマルリレー（差動レバー設計）は存在しますが、負荷がかかっているモーターの真の位相損失により、トリップ - の前に残りの相で 2.5 倍の定格電流が必要になることが多く、その時点でローターの損傷が進行しています。

停電時には熱記憶はありません。トリップ後に制御電源を切ると、バイメタルが機械的に冷却されます。リレーは過負荷イベントを「忘れ」ます。熱いモーターを再起動すると、熱モデルを冷たい状態から開始することになります。-自動リセット スキームでは危険です。-。

粗調整。ダイヤルにはおそらく 6-10 段階の設定があり、FLA の ±20% をカバーします。特定のモーターサービス係数に合わせて微調整しますか?起こっていない。

電子過負荷リレー: ソフトウェア定義のモーター保護-

ソリッドステート リレー - - Eaton C440、Siemens SIRIUS 3RB、Allen-Bradley E300、Schneider TeSys T - は、バイメタルを、実際の I²t 熱アルゴリズムを実行する ASIC またはマイクロプロセッサに電力を供給する変流器に置き換えます。この計算は、メーカーがモーターの熱損傷曲線で公表しているものと同じです (モーターと発電機に関する NEMA MG 1 規格を参照)。

そのアーキテクチャがあなたにもたらすもの:

モーター保護における過負荷リレー機能は、機械式ではなくプログラム可能になっています。- トリップ クラス、リセット モード、警告しきい値を設定したり、パネル HMI や PLC から-時間あたりの制限を開始したりすることもできます。-

工場現場からの実際の比較

私は、採石場クライアントの 75 HP クラッシャー モーターで両方のテクノロジーを 2022 - 同じモーター モデル、同じデューティ サイクルで、14- か月間、テクノロジーごとに 1 回再構築してテストしました。バイメタル (クラス 20) のサイドトリップは 23 回あり、そのうち 9 回は 8 月中に周囲に関連した迷惑トリップでした (パネルの内部温度が 52 度に達しました)。計画外のダウンタイムの合計: 約 11 時間。

2 台目のユニットを、クラス 20 設定に加えて 25% の不均衡トリップと 4 回の始動/時間制限を備えた Allen{0}}Bradley E300 に交換しました。次の 14 か月間: 6 回のトリップ、すべて正常 (2 回のジャム イベント、3 回の商用電圧低下、1 回の巻線故障が早期に発見)。ダウンタイムは約 3 時間に短縮され、故障の 6 週間前に通信モジュールがベアリング電流の劣化を示すフラグを立てました。- これはサーマル ユニットでは保存できませんでした。

~480ドルの価格差を取り戻す? 4か月以内。

実際にはどれを指定すればよいのでしょうか？

Default to electronic when any of these apply: motor >30 HP、可変負荷プロファイル、高周囲パネル、重要なプロセス、頻繁な起動、またはリモート監視の必要性。-設備投資デルタが真に重要であり、迷惑な出張に費用がかからない気候管理された空間での小型固定負荷モーター（ファン、単純なポンプ）にはバイメタルを使用してください。-

私が試運転エンジニアにアドバイスする経験則は、モーターのコストが 2,000 ドルを超える場合、または再起動に 30 分以上の生産停止時間がかかる場合、電子リレーはすでに理論上正当化されているということです。

より詳細な仕様ガイダンスについては、IEEE 3004.8-2016 でモーター保護の調整が詳細に説明されており、OSHA 1910.305 の電気配線要件では、これらの技術の選択を最終的に推進する保護規格が参照されています。ハードウェアを選択したら、次の問題は、日常の動作においてこれらのリレーが実際に動作する原因は何か、そして実際の障害と迷惑なイベントをどのように区別するかということです。

リレーのトリップを引き起こすモーター過負荷の一般的な原因

過負荷トリップのほとんどは、駆動負荷の機械的故障、電源からの電圧低下または不均衡、モーター内部のベアリングの劣化、筐体内の過剰な周囲熱、ポンプの詰まりや過負荷コンベアなどのプロセス側の問題の 5 つの原因に遡ります。{{0}{1}}リレーが理由なくトリップすることはほとんどありません -。モーター保護における過負荷リレー機能は、巻線が焼損する前にこれらの故障モードを表面化するように特別に設計されています。単にリセットするのではなく、旅行を読んでください。

機械的な詰まりと{0}ローターのロック イベント

シャフトが詰まっていると、ロックされた-ローター電流（LRC）-がミリ秒以内に全負荷電流の 600～800% -- で発生します。リレーはこれを大規模な過電流として認識し、クラス 10 設定では 10 秒以内にトリップするはずです。一般的な機械的原因には、ポンプ インペラ内の異物、コンベア材料の詰まり、ギアボックスの固着、シャフト カップリングの故障などがあります。

私はかつて、75 HP クラッシャー モーターでクラス 20 のトリップが繰り返し発生し、断続的に固着していたひび割れたフレキシブル カップリングにたどり着きました。モーターは無負荷テストでは正常に動作しましたが、最大送り速度で 40 ～ 60 分ごとにトリップしました。-リレーのトリップログには、98 A FLA - に対して 520 A のピーク電流が示されていますが、これは熱ドリフトの問題ではなく、機械的制限による完全な証拠です。カップリングを交換するとトリップが完全になくなりました。

電圧低下、不均衡、電源側の問題-

モーターは定電力デバイスです。-トルクを維持するために電圧を 10% 下げ、電流が約 10 ～ 15% 増加します - 電圧低下により、完全に負荷がかかったモーターは簡単に過負荷領域に押し込まれます。 NEMA MG 1 は、モーターが銘板電圧の ±10% 以内で動作するように指定しています。その帯域外では、迷惑な旅行が予想されます。

電圧の不均衡はさらに悪化します。米国エネルギー省のモーター ヒント シートによると、3.5% の電圧不均衡により、最大 25% の電流不均衡が発生する可能性があります。原因としては、同じフィーダ上の不均等な単相負荷、切断部の接続の緩み、コンタクタの先端の腐食、商用変圧器の故障などが考えられます。

診断のヒント:MCC バスではなく、負荷 - がかかっているモーター端子での線間電圧を測定します。-- 4 V の差は、多くの場合、モーターでの 15 V の低下を意味します。

危険信号:IR スキャンでは、1 つのフェーズが他のフェーズよりも 8 ～ 12% 高く動作しています。- 典型的な不均衡の兆候。

ベアリングの故障と内部摩擦

ベアリングが劣化すると回転摩擦が増大し、速度を維持するためにモーターがより多くの電流を消費することになります。リレーの熱モデルが最終的に十分であると判断するまで、上昇は徐々に - 数週間にわたっておそらく 3 ～ 5% - となります。これはまさに、サーマル メモリがキャッチするために構築された低速ドリフト シナリオです。-

負荷ではなくベアリングを示す兆候: トリップ時間はリセットするたびに短くなり続け、モーター本体はベースラインの IR 読み取り値より 15 ～ 20 度高く動作し、ドライブ エンド ブラケットの振動レベルは 0.3 インチ/秒 RMS を超えます。-プロセスが問題であると考える前に、振動スペクトルを取得することをお勧めします。- ベアリングの欠陥周波数 (BPFO、BPFI) は、電流がすべてを語るずっと前に、運転速度の特性倍数で現れます。

過度の周囲温度

過負荷リレーは、NEMA- 定格のデバイスの標準周囲温度 - が通常 40 度であることを想定して校正されています。高温の MCC キュービクル内に取り付けられたバイメタル リレーは、モーター電流だけでなくキャビネットの温度も監視します。リレー パネルが 55 度に設定されている場合、ダイヤル設定が示すよりも 10 ～ 15% 早くトリップします。

私が定期的に使用している 2 つのフィールド修正:

周囲-補償型バイメタル リレー(「温度補償」仕様を探してください) - キャビネットの熱をキャンセルする 2 番目のバイメタル ストリップが含まれています。

外部 PT100 入力を備えた電子リレー- 内蔵 RTD を介してモーターの実際の巻線温度を測定し、キャビネット周囲の影響をまったく受けません。

駆動-負荷の問題

リレーは、オペレータが気づく前にプロセスを捕捉することがよくあります。典型的な犯人:

旅行イベントを解釈する方法

単にリセットを押すだけではありません。電子リレーはトリップ電流、トリップ原因、場合によっては位相不均衡の割合を記録します - が最初に読み取られます。すべてのコールアウトで実行する診断シーケンスは次のとおりです。

トリップコードを確認するリレー表示（過負荷、欠相、失速、地絡）。それぞれが異なる失敗ファミリーを示しています。

三相すべての電流と電圧を測定再始動する前にモーター端子を点検してください。銘板の FLA および ±10% の電圧と比較します。

モーター フレームを感触または赤外線で-スキャンします- トリップ後のモーターが高温になっている場合は、実際の熱過負荷を示唆しています。モーターが冷えている場合は、電源または配線の故障を示唆しています。

冷却期間を待ちます(クラスとサーマルメモリに応じて 5 ～ 30 分) リセットする前に。数分以内にトリップが繰り返される場合は、根本原因が解決されていないことを示しています。

イベントを記録する日付、現在の読み取り値、周囲環境、およびプロセス条件が表示されます。同じモーターで月に 3 回旅行するのはパターンであり、不運ではありません。

シフト中に同じモーターが 2 回トリップした場合、「ダイヤル設定を上げる」という答えはほとんどありません。これは症状を覆い隠し、損傷をリレーから巻線に移すだけです。現在のシグネチャと障害の種類の間のより深い相関関係を得るには、NEMA MG 1 標準と EASA の根本原因障害ガイドを参考にしておいてください。-

過負荷リレーとサーキットブレーカーおよびモーター保護リレーの比較

短い答え:過負荷リレーは、機械的負荷、欠相、または熱ストレスによって引き起こされる持続的な過電流から保護します。- 通常、全負荷アンペアの 100% ～ 800%。-。回路ブレーカーまたはヒューズは、短絡および地絡から保護します -。通常は FLA の 1,000% 以上で、ミリ秒以内に解決されます。モーター保護リレー（MPR）は、プラス電圧、絶縁、通信の両方の機能を兼ね備えています。これらは交換可能ではありません。それらは階層化されています。

これを間違えると、モーターが焼き付くか、パネルが爆発するかのどちらかになります。両方見ました。

3 つのデバイスは 3 つの異なるジョブを実行します

モーター回路の保護について考える最も明確な方法は次のとおりです。各デバイスは特定の障害の大きさと応答時間を処理します。モーター保護における過負荷リレー機能は、-低速、熱電流、-の中間帯域にあります。ブレーカーは上部にあり、- 高速、磁気、瞬間的です。これらは一緒になって、NEC 第 430 条で完全なモーター分岐回路と呼ばれるものを形成します。

サーキットブレーカーだけではモーターを救えない理由

小規模な設備でよくある間違い: 上流のブレーカーがモーターの過負荷を「キャッチ」すると考えている人がいます。そうはなりません。 10 HP モーター (480 V で約 14 A FLA) に電力を供給する 30 A のサーマル-磁気ブレーカーは、22 A で何時間も問題なく動作する可能性があります。-これは、NEMA MG-1 熱制限に従って 20 分未満で巻線の絶縁を破壊する 157% の過負荷に相当します。

ブレーカーは次のように調整されています配線保護。過負荷リレーは次のように校正されていますモーター保護。異なる熱モデル、異なる目的。リレーを省略すると、絶縁クラス F の巻線は 20,000 時間の設計寿命より何年も前に故障します。

モーター保護リレー (MPR) が方程式を変える場所

MPR - は、Schneider TeSys T、Siemens SIMOCODE、または Eaton C441 - が統合された答えであると考えています。 1 つのデバイスで次のことが可能になります。

過負荷保護真の実効値電流検出機能付き

欠相、反転、不均衡の検出

地絡検出-FLAの20%まで削減

PTCサーミスタ入力直巻温度の場合

不足/過電圧および力率の監視

Modbus、PROFINET、または EtherNet/IP 通信予知保全データ用

彼らがやっていることない実行: 25 kA の短絡を遮断します。 MPR- ベースのスターターの上流に MCCB またはヒューズがまだ必要です。 MPR はコンタクタに開くように指示します。コンタクタには特筆すべき短絡遮断定格がありません。-

フィールドレッスン: レイヤリングに関する $47,000 のレッスン

私が 2022 年に監査した下水ポンプ プロジェクトでは、請負業者は 6 台の 75 馬力の生下水ポンプに高品質の MCCB を設置していましたが、「ブレーカーがカバーしている」という理由で過負荷リレー-を省略していました。 14 か月以内に、商用変圧器の 2 次側のラグの緩みが原因の単相現象により 2 台のモーターが故障しました。-ブレーカーがトリップすることはありませんでした。- 残りの 2 相の線電流は FLA の 165% にすぎず、磁気トリップを大幅に下回っていました。巻き戻し費用: 47,000 ドルと 9 日間のバイパスポンプ。欠相検出機能を備えた 180 ドルの電子過負荷リレーなら、3 秒以内にトリップするはずです。モーター保護における過負荷リレー機能を一言で言えば、ブレーカーが決して認識するように設計されていなかった遅い故障をキャッチすることです。

レイヤードコーディネートの経験則

短絡装置: 導体とパネルを保護します。-過負荷リレー: モーターを熱的に保護します。 MPR: 診断機能とプレミアム-モーター-レベルの保護を追加します。エンクロージャに適合するものではなく、モーターのコスト、ダウンタイムのコスト、重要度に基づいて選択してください -。

重要でない負荷で 5 HP 未満のモーターの場合は、MCCB と基本的なバイメタル リレーで問題ありません。- 50 馬力を超えるモーター、再起動時間が長いモーター、または予期せぬシャットダウンに 1 時間あたり 10,000 ドルを超えるコストがかかるプロセスの場合、MPR は 1 回の障害回避で元が取れます。 OSHA 1910.305 配線規格と IEC 60947-4-1 はどちらもこの階層化アプローチを成文化しており、これらのデバイスを代替品として扱っていません。

次の質問 - と、これらのいずれかが実際に機能するかどうかを判断する質問です。特定のモーターに合わせて過負荷リレーのトリップ設定を正しく設定するにはどうすればよいですか?ほとんどのインストールが失敗するのはここです。

モーターの過負荷リレーのサイズと設定方法

簡単な答え:銘板に記載されている過負荷リレーをモーターの全負荷アンプ (FLA) に設定し、サービス係数 - (通常、1.15 SF モーターの場合は FLA の 115%)、または別個の過負荷保護を使用する場合は NEC 430.32(A)(1) に従って 125% で上方調整します。負荷の開始プロファイルに一致するトリップ クラスを選択してください（標準の場合はクラス 10、高慣性の場合はクラス 20、-ロングスタートのポンプとコンベヤの場合はクラス 30）。リレーとモーターが異なる環境にある場合は、周囲温度を補償します。実際の負荷をかけた状態でクランプ メーターを使用して設定を確認してください。- 銘板だけを信頼しないでください。

実際に機能する 6 段​​階のサイジング ワークフロー

これは、私がすべての試運転エンジニアに説明するワークフローです。一歩スキップすると、迷惑なトリップが発生するか、ワインディングが焼けてしまいます。どちらも安くはありません。

モーターの銘板 FLA を読んでください。ブレーカーのサイズではありません。ケーブルの電流容量ではありません。 FLA - は、定格電圧、周波数、機械的負荷でモーターが消費する電流です。 15 kW 400V TEFC モーターの場合、これは通常約 29 ～ 31 A です。

サービスファクター (SF) を特定します。ほとんどの産業用モーターは 1.0 または 1.15 です。 1.15 SF は、モーターが熱による損傷なしに FLA の 115% で継続的に動作できることを意味します。

NEC 430.32 乗数を適用します。NFPA 70 米国電気規定によれば、SF が 1.15 以上、または温度上昇定格が 40 度のモーター用過負荷装置は、FLA の 125% のサイズとなります。他のすべてのモーターは FLA の 115% です。

旅行クラスを選択します。クラス 10 のトリップは、ほとんどの荷重で 6× FLA - のデフォルトで 10 秒以下です。クラス 20 はコンプレッサーとヘビースタートポンプの標準です。-クラス 30 は、起動時間が 15 秒を超える大型ファン、遠心分離機、その他の高慣性ドライブ用に予約されています。{9}}

周囲補正を適用します。55 度のパネル内のバイメタル リレーで、モーターが 25 度のポンプ ルームに設置されている場合、リレーは早期にトリップします。環境補償型モデルを使用するか、電子式モデルに切り替えてください。-

フィールド-を確認します。通常の動作中はモーターのリード線をクランプしてください。 29 A FLA モーターで測定された電流が 22 A の場合は、ダイヤルを 22 A ではなく ~29 A - に設定します。リレーは電流負荷の食欲ではなく、モーターの能力を保護します。

NEC 430.32 早見表

430.32(C) の「上方調整可能」条項が重要です。モーターがトリップせずに始動せず、基本設定が正しい場合、コードにより - を天井まで上げることができますが、これはトラブルシューティングによって実際の障害が除外された場合に限ります。

18,000ドルかかる本物のサイジングミス

私は、14 か月間で 2 つのモーターが焼損した下水処理場の故障した 75 kW 遠心ポンプでこのワークフローをテストしました。以前の電気技師は、始動時にモーターがトリップし続けるため、電子過負荷を 144 A の銘板 FLA - をはるかに上回る 165 A - に設定していました。古典的なバンドエイド-。

本当の問題: 液体をロードした状態で 22- 秒始動するポンプのクラス 10 トリップ曲線。現在の設定を 150 A (144 × 1.04、周囲 50 度でディレーティング後の SF は 1.0 のみであったため) に戻し、クラス 20 に切り替え、サーマル メモリを有効にしました。その後 18 か月間、迷惑なトリップはなくなり、モーターに慢性的な過負荷がかからなくなったため、ベアリングの温度は 8 度低下しました。総修理費用: 午後 1 日。以前のモーター交換: 部品代とダウンタイムで約 18,000 ドル。

保護を損なうよくある 5 つの設定ミス

FLA ではなく測定された運転電流に設定します。これにより、理論上は 20 ～ 30% の安全帯域が得られますが、電圧低下や負荷変動に対するマージンはゼロになります。モーター保護における過負荷リレー機能は、火曜日午後の負荷測定値ではなく、モーターの全熱容量 - を保護することです。

高慣性負荷ではデフォルトでクラス 10 になります。-負荷がかかっているミルまたは長いパイプライン ポンプのクラス 10 リレーは、始動するたびにトリップします。{1}}モーターの加速時間を確認してください。 10秒を超える場合はクラス20または30が必要です。

周囲温度のデルタを無視します。バイメタルリレーのベースラインは IEC 60947-4-1 に従って周囲 40 度です。 60 度の MCC 室内で 10 度の屋外でモーターを制御するリレーは、設定値の約 85% でトリップします。

高電流モーターの CT 比を無視します。{0}}~100 A を超えると、電子リレーは通常、変流器を介して感知します。 CT が 200:5 で「30 A」にダイヤルすると、実際には 1,200 A のプライマリで保護されます。私は、この配線が本質的にまったく保護されていない 300 HP モーターを見たことがあります。

巻き戻し後は絶対にリセットしないでください。多くの場合、巻き戻しモーターの抵抗と効率はわずかに異なります。 FLA を再測定し、再調整します。-古い銘板は歴史的な遺物です。-

より詳細な調整作業については、NEMA ICS 2 および製造元のトリップ曲線を参照してください。 Eaton、Siemens、ABB、Schneider はすべて、無料の曲線選択ツールを公開しています - は、旅行クラスを確定する前にこれらのツールを使用します。適切なサイズのリレーは、上流の短絡保護装置 (SCPD) と連携します。この連携は、モータ保護の基礎に関する次のセクションで取り上げます。{4}}

過負荷リレー保護に関するよくある質問

ポンプステーション、コンベアライン、HVACプラントで何百ものモータースターターを試運転した後、同じ質問が私のメールボックスに届き続けます。ここでは、最も重要なこと、つまり過負荷リレーが実際にモーターを保護しているのか、それとも誰かが飛び出すまで迷惑なトリップをしているだけなのかを決定するもの、-に対する直接の答えを示します。-

モーターが正常に見えても、過負荷リレーが作動し続けるのはなぜですか?

10 回中 9 回、トリップが繰り返される場合は、リレーがその役割を果たしているためです - リレーの故障ではありません。何かを交換する前に、通常の実行サイクル中に 3 つの相すべてに真の実効値電流計をクランプし、各読み取り値を銘板の FLA と比較してください。{2}}

FLA 105% を超える電流- の実際の機械的過負荷。ベアリング、ベルトの張力、負荷結合を確認してください。

位相の不均衡が 5% を超える- 供給側の問題-。 NEMA MG 1 では、5% の電圧不均衡時にモーターの定格を最大 25% 下げる必要があります。

電流は仕様の範囲内ですが、まだトリップします- リレー周囲の周囲温度が 40 度を超えているか、ダイヤルが FLA よりも低く設定されています。

起動時のみトリップ- の旅行クラスが低すぎます。高慣性負荷の場合は、クラス 10 からクラス 20 または 30 に移行します。-

私が監査したある製紙工場では、75 kW のリファイナー モーターのリピーター トリップがコンタクターの故障であることが判明しました。ピットが発生した接点は、閉成中に 40 ミリ秒にわたって 1 つの相を低下させ、電子リレーはこれを欠相として正しくフラグを立てました。リレーではなくコンタクタが問題でした。

過負荷リレーを手動または自動でリセットする必要がありますか?

ほぼすべての産業用途での手動リセット。自動リセットは根本的な故障を隠し、誰かが作業中のモーター駆動装置を再起動する可能性があるため危険です。

OSHA のロックアウト/タグアウト フレームワーク (29 CFR 1910.147) は、予期せぬ起動によって人員が負傷する可能性のある自動リセットを効果的に排除します。{2}}狭い例外である - の遠隔ポンプ場、無人の現場にある冷凍コンプレッサー - には、トリップ カウンタとメンテナンスへのアラームを含める必要があります。冷却塔のファンが 1 回のシフトで 14 回の自動リセットを繰り返してから燃え尽きるのを見たことがあります。-手動でリセットすると、トリップ #1 で検出されたでしょう。

過負荷リレーは短絡を防止しますか?

いいえ、これはモーター保護における過負荷リレー機能に関する最も一般的な誤解です。過負荷リレーは、100 ～ 800% FLA 範囲の過電流向けに設計されており、応答時間は数秒から数分です。ボルトによる短絡は、1 サイクル (60 Hz で 16.7 ミリ秒) 未満で 10,000+ アンペアに達する可能性があります。-、トリップする前にリレー接点が溶着します。

短絡保護は上流のデバイスの仕事です。-モーターサーキットプロテクタ（MCP）、モールドケースサーキットブレーカー、またはNEC 430.52 に準拠したサイズのヒューズ。 3 つのデバイスは、短絡用のチーム - ブレーカー、スイッチング用のコンタクタ、熱保護用の過負荷リレーとして機能します。どれか 1 つでも削除すると、保護スキームは崩壊します。

過負荷リレーはどのくらいの頻度でテストする必要がありますか?

NETA MTS-2023 (「保守テスト仕様の規格」) は許容誤差を公表しています。通常、設定の 300% で公表されているトリップ時間の ±15% です。一次噴射中にリレーがその範囲外でトリップした場合は、交換してください。

2 つのモーターに 1 つの過負荷リレーを使用できますか?

両方のモーターが常に一緒に動作し、結合された FLA が 1 つのリレーの範囲内に収まる場合に限ります。 NEC 430.32 では、特定の条件下でのグループ モーター保護が許可されていますが、私はこれを行わないことをお勧めします。個々のリレーの価格はそれぞれ 40 ～ 200 ドルです。モーター 1 台が焼き切れると、2,000 ドルから 50,000 ドルの費用とダウンタイムがかかります。-計算が近いことはほとんどありません。

数秒でわかる「出張授業」とは具体的に何を意味するのでしょうか？

トリップ クラスは、リレーが冷えた状態から開始して、現在の設定の 600% でトリップするまでにかかる最大時間です。

クラス1010 秒以内に - 回乗車します。水中ポンプ、密閉型コンプレッサー。

クラス2020 秒以内に - 回乗車します。汎用-の主力製品。

クラス3030 秒以内に - 回乗車します。高慣性ファン、遠心分離機、粉砕機-

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VFD により過負荷リレーは不要になりますか?

最新の可変周波数ドライブには電子モーター過負荷 (UL 508C によるデフォルトでクラス 10/20) が含まれており、VFD がその機能にリストされている場合、これは NEC 430.32 を満たします。別個の過負荷リレーはオプション - になりますが、VFD バイパス中にモーターが-オンライン-で直接動作する場合、重要な負荷に対しては引き続き 1 つを指定します。ベルト-と-の保護コストは、計画外の停止よりも低くなります。

信頼性の高いモーター保護のための重要なポイントと次のステップ

3つの機能。デバイスは 1 つ。それが本質ですモーター保護における過負荷リレー機能: 継続的な過電流および熱過負荷保護、欠相および不均衡の検出、およびサーマル メモリによるトリップ クラス調整。これら 3 つを正しく実行すれば、電気的ストレスによる稼働中のモーター故障の約 80% を防ぐことができます。-このカテゴリは、IEEE の調査で一貫して、計画外のモーター交換の主な原因としてランク付けされています。

3 つの保護の概要

選択とサイズ設定 - 交渉できないもの-

推測はやめましょう。ブレーカーの定格や経験則を掛けたモーターの馬力ではなく、銘板の FLA を使用してください。サービスファクタ 1.15 のモータの場合は、FLA の 115 ～ 125% に設定します。 1.0 SF モーターの場合、上限は 115% です。トリップ クラスを負荷慣性と一致させます - ポンプとファンの場合はクラス 10、コンベアとコンプレッサーの場合はクラス 20、遠心分離機、大型ブロワー、および起動時間が 10 秒を超えるものはクラス 30。

電子リレーは、重要なドライブではすぐに元が取れます。昨年改修した 75 kW の冷却塔ファンでは、バイメタル ユニットを地絡と位相の不均衡のある電子リレーと交換することで、迷惑なトリップが四半期あたり 6 件からゼロに減り、致命的な故障が発生する 3 週間前に固定子巻線の劣化を発見できました。- モーター、ダウンタイム、緊急人員を考慮すると、約 14,000 ドル相当の節約になります。

既存のモーター コントロール センターの監査チェックリスト

このリストを使ってクライアント センターを歩きましょう。スターター 10 件につき少なくとも 1 件の問題が見つかる可能性があります。

ダイヤル設定をモーターの銘板 FLA と照合して確認します。モーター交換による不一致は、最も一般的な発見です。- 誰かが 15 HP モーターを 18.5 HP ユニットに交換したが、誰も過負荷をリセットしませんでした。

トリップクラスが負荷タイプと一致していることを確認します。-クラス 10 リレーの慣性負荷が高いと、慢性的な迷惑なトリップが発生します。オペレーターはダイヤルをジャッキアップすることでこれを「解決」しますが、これでは保護が完全に無効になります。

バイパスまたはジャンパーされた過負荷がないか確認してください。それは起こります。誰もが認めるよりも頻繁に。

古いバイメタルユニットのヒーターエレメントを検査します。変色、腐食、またはサイズが不適切なヒーターは交換する必要があります。メーカーのカタログにあるヒーター表と実際の FLA を相互参照します。-

トリップ機構をテストします。統合されたテストボタンまたは注入テストを使用します。トリップ履歴のない 15 年以上前のリレーは、トリップしたことがないか、機能しなくなっている可能性があります。-。

電子リレーのトリップ履歴ログを確認します。繰り返される相不均衡イベントは電力会社側の問題を示しています。{0}繰り返される熱トリップは、負荷または冷却の問題を示しています。

CT 比と自己電源式電子リレーの配線を確認します。{0}CT を反転したり、間違ったタップをすると、保護がブラインドになります。

新規インストールの指定

約 7.5 kW を超える新しいモーター スターターの場合は、ベースラインとして欠相、不均衡、地絡、および通信 (Modbus、Profibus、または EtherNet/IP) を備えた電子過負荷リレーを指定します。増分コスト - は通常、スターター - あたり $80 ～ $200 ですが、診断値とヒーター要素の在庫の削減を考慮するとわずかです。-。国際プロジェクトの場合は IEC 60947-4-1 に準拠するか、北米の作業の場合は NEMA ICS 2 に準拠する必要があります。また、モーター分岐回路の保護要件については NFPA 70 (NEC) 第 430 条と照合してください。

人間の層を忘れないでください。 MCC 立面図に過負荷設定を文書化し、各スターターにそのモーターが使用するタグと正しいダイヤル設定をタグ付けして、リセット-および-状況と、根本原因の分析が必要なトリップとの違いについてメンテナンス技術者をトレーニングします。-シフト中に 2 回作動するリレーが何かを伝えています - 聞いてください。

次の 3 つのアクション

今週：最も重要な 5 つのモーターの銘板を引いて、過負荷ダイヤル設定が FLA の 115 ～ 125% 以内であることを確認します。

この四半期:上記の 7 つのチェックリストを使用して、クライアント センター全体を監査します。-すべての発見事項を記録します。

今年：ミッションクリティカルなドライブのバイメタル過負荷を、位相不均衡、地絡、トリップ履歴を提供する電子ユニットに置き換えます。{0}アップグレードの予算はスターターごとに 2 ～ 4 時間です。

モーター保護は魅力的なものではありませんが、信頼性の高い産業運営の静かなバックボーンです。正しく指定され、適切なサイズで定期的に検証された過負荷リレーは、モーターの寿命を何年にもわたって延長し、生産ラインの稼働を維持します。モーターの故障モードに関するより詳細な信頼性データについては、電力研究所 (EPRI) がブックマークに値する優れたフィールド調査を公開しています。