Причины увеличения числа факторов, вызывающих неисправности двигателей, и анализ выбора защитных устройств

2025-07-05

Рост числа отказов двигателей в современных промышленных условиях вызван не одним фактором, а скорее является результатом сочетания ряда тенденций и проблем.

I. Причины увеличения числа отказов двигателей

1. Ухудшение качества электроэнергии

Колебания напряжения и трёхфазный перекос: Сложность нагрузки сети (например, появление новых источников энергии и увеличение количества нелинейного оборудования) приводит к чрезмерным колебаниям амплитуды напряжения (±5%) и чрезмерному трёхфазному перекосу (>5%), что приводит к перегрузке двигателя по току, его нагреву и снижению эффективности.

Обрыв фазы: Старение или плохой контакт распределительных линий могут легко привести к обрыву фазы. При обрыве фазы ток оставшихся двух фаз внезапно увеличивается в 4–7 раз по сравнению с номинальным значением, ускоряя старение изоляции и даже перегорание обмотки.

2. Механические и экологические факторы Износ подшипников и дисбаланс ротора: Длительная работа с высокой нагрузкой или недостаточная смазка вызывают ненормальный шум и заклинивание подшипников, а дисбаланс ротора вызывает повышенную вибрацию, что влияет на срок службы двигателя. Плохое рассеивание тепла: Накопление пыли, засорение вентиляционных каналов или высокая температура окружающей среды приводят к снижению эффективности рассеивания тепла, а повышение температуры обмотки превышает стандарт (например, на каждые 10 ° C повышения срок службы изоляции сокращается вдвое).

3. Сложные условия эксплуатации Частые пуски-остановки и перегрузки: Современное оборудование предъявляет более высокие требования к частоте пусков-остановок и динамической реакции двигателей, а частый ударный ток (до 6-8 раз превышающий номинальный ток) приводит к накоплению тепловой усталости. Разнообразные типы нагрузок: Ненормальные нагрузки, такие как работа водяного насоса вхолостую и блокировка вентилятора, увеличивают механическую нагрузку на двигатель, и требуется более точная логика защиты.

4. Старение изоляции и отказ электрооборудования. Межвитковое короткое замыкание и замыкание на землю: Изоляционные материалы влажные, старые или пробой из-за перенапряжения вызывает частичный разряд, что приводит к короткому замыканию обмотки или замыканию на землю. Требуется мониторинг сопротивления изоляции и тока утечки в режиме реального времени.

II. Принципы выбора и типы устройств защиты двигателя

1. Соответствие мощности двигателя и условий эксплуатации: Для двигателей малой мощности можно выбрать экономичные тепловые реле, а для мощного или ключевого оборудования требуются интеллектуальные интегрированные устройства защиты.

Обширный функциональный охват: Необходимо охватывать основные типы неисправностей, такие как перегрузка, обрыв фазы, опрокидывание, дисбаланс, утечка и т. д., а также поддерживать многопараметрический мониторинг (ток, напряжение, температура).

Помехозащищенность и надежность: В промышленных условиях должны соблюдаться стандарты ЭМС (например, GB/T17626), а для обеспечения стабильности при высоких/низких температурах должны использоваться компоненты промышленного класса.

2. Распространенные типы защитных устройств и применимые сценарии

Тип	Особенности	Применимые сценарии	Типичные продукты
Тепловое реле	Недорогая, надежная защита от перегрузки, но низкая чувствительность защиты от обрыва фазы, отсутствие функции мониторинга в реальном времени.	Обычные двигатели малой мощности, условия с нечастыми пусками и остановками	Тип JR36, серия ABBT
Электронное реле максимального тока	Поддержка обратнозависимых характеристик времени, широкий диапазон уставок (3–4 Iном), отображение типа неисправности.	Случаи с большими колебаниями нагрузки, например, в шахтах и компрессорах	Серия UL-E2, автоматические выключатели Schneider серии M
Интеллектуальная встроенная защита	Встроенные функции защиты, мониторинга и связи, поддержка протокола Modbus, возможность записи истории неисправностей.	Ключевое оборудование, автоматизированные производственные линии	Интеллектуальное интегрированное устройство защиты WDH-31-503K-100A, измерительно-регулирующее устройство D30M
Защита с датчиком температуры	Твердотельные реле и устройства плавного пуска управляют пусковым током через тиристоры со встроенными модулями обнаружения заклинивания и утечек.	Мощные двигатели или блоки промышленного оборудования, требующие плавного пуска для снижения механических ударов	Автоматический выключатель Schneider ATS48, Eaton PKZMX
Тип	Прямой контроль температуры обмотки (например, с помощью PTC-термистора) для предотвращения запаздывания токовой защиты.	Погружные насосы и компрессоры, требующие высокоточного контроля температуры	Серия JW9, тепловое реле типа SPB

3. Схемы защиты в особых условиях эксплуатации

Высоковольтная/высокочастотная среда: используйте дифференциальную защиту (например, дифференциальное устройство генератора 9698) для предотвращения короткого замыкания между фазами обмотки статора.

Пожароопасная и взрывоопасная среда: используйте взрывозащищенную защиту в сочетании с контролем остаточного тока (порог 30 мА) для предотвращения возгорания из-за утечки.

Линия электроснабжения большой протяженности: настройте защиту от низкого напряжения (срабатывание 0,5–0,7 Un) для предотвращения недостаточного крутящего момента, вызванного работой при пониженном напряжении.

III. Тенденции развития устройств защиты

1. Интеллектуальные функции и интеграция: прогнозирование неисправностей с помощью алгоритма искусственного интеллекта (например, анализа тенденций износа подшипников) в сочетании с периферийными вычислениями для принятия локальных решений.

2. Высокоточная технология измерения: используйте пояс Роговского или оптоволоконный датчик тока для повышения точности измерения (±0,5%) и адаптации к сложной гармонической среде питания инвертора.

3. Подключение к облачной платформе: поддержка удаленного мониторинга 4G/5G и загрузка данных в облако в режиме реального времени для анализа энергоэффективности и управления состоянием.

IV. Резюме

Рост числа отказов электродвигателей обусловлен совокупным воздействием качества электроэнергии, механической нагрузки и факторов окружающей среды. Необходимо выбирать соответствующие устройства защиты в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Традиционные тепловые реле по-прежнему подходят для простых сценариев, в то время как интеллектуальные интегрированные устройства защиты стали основным трендом благодаря своей многофункциональной интеграции и коммуникационным возможностям. В будущем решения по защите, сочетающие в себе предиктивное обслуживание и технологии Интернета вещей, еще больше повысят надежность электродвигательных систем.