اضافه بار حرارتی به طور تصادفی رخ نمی دهد، بلکه ناشی از عوامل متقابل متعدد است. اساساً، زمانی اتفاق می‌افتد که اجزا یا سیستم‌های الکتریکی بارهایی را تحمل می‌کنند که از ظرفیت طراحی‌شان فراتر می‌رود و گرمای بیش از حد تولید می‌کنند. در زیر سه علت اصلی را تجزیه و تحلیل می کنیم:

اضافه بار تجهیزات زمانی رخ می دهد که موتورها یا مدارها جریانی بیش از ظرفیت نامی خود را تحمل کنند. این بار اضافی گرمای بیش از حد تولید می کند که به سیم پیچ های موتور و سایر اجزا آسیب می رساند. سناریوهای رایج شامل اتصال چندین دستگاه پرقدرت به یک مدار واحد یا کارکردن موتورها فراتر از مشخصات آنها است.

به ویژه نگران کننده این است که بیش از 50٪ از ساختمان های مسکونی ایالات متحده بیش از 30 سال قدمت دارند و سیم کشی برق برای نیازهای برق مدرن طراحی نشده است. علائم هشدار دهنده شامل سوسو زدن چراغ ها، قطع مکرر مدارشکن ها، پریزهای گرم یا تغییر رنگ داده شده، بوی سوختگی و صداهای وزوز است.

مشکلات مکانیکی مقاومت را در داخل موتورها افزایش می دهد و آنها را مجبور می کند سخت تر کار کنند و برق بیشتری مصرف کنند. نمونه های رایج شامل ناهماهنگی شفت که باعث اصطکاک می شود و یاتاقان های فرسوده که مقاومت اضافی ایجاد می کنند. هر دو شرایط موتورها را فراتر از ظرفیت حرارتی خود قرار می دهند.

تجزیه و تحلیل ارتعاشات برای نظارت بر سلامت یاتاقان ها موثر است، زیرا الگوهای سایش تغییرات قابل تشخیصی در فرکانس و دامنه ارتعاش ایجاد می کنند که به عنوان علائم هشدار اولیه عمل می کنند.

عدم تعادل الکتریکی به جریان ناهموار اشاره دارد که گرمای اضافی تولید می کند و به اجزا فشار وارد می کند. در سیستم های سه فاز، از دست رفتن فاز، فازهای باقی مانده را مجبور می کند جریان بیشتری را حمل کنند و سیم پیچ های موتور را بیش از حد گرم کنند. اضافه بار مدار زمانی رخ می دهد که تقاضای برق از ظرفیت فراتر رود، که اغلب ناشی از سیم کشی معیوب، عملکرد نادرست مدارشکن ها یا پریزهای ناکافی است که منجر به استفاده ناایمن از سیم های رابط می شود.

آمار ایمنی نشان می دهد که خطاهای الکتریکی سالانه تقریباً 46700 آتش سوزی خانگی را ایجاد می کند که منجر به خسارت بیش از 1.5 میلیارد دلار می شود. محیط های صنعتی با زمان خرابی پرهزینه و جایگزینی تجهیزات از حوادث اضافه بار حرارتی مواجه هستند.

اضافه بار حرارتی به سیستم های الکتریکی به روش های متعددی آسیب می رساند و باعث آسیب به تجهیزات، خطرات ایمنی و اختلالات عملیاتی با خرابی های فوری و تخریب طولانی مدت می شود.

اضافه بار حرارتی معمولاً به ضعیف ترین اجزای سیستم حمله می کند. عایق سیم اغلب ابتدا آسیب می بیند، زیرا جریان بیش از حد عایق را ذوب می کند و هادی ها را در معرض منابع اشتعال احتمالی قرار می دهد. موتورها با خطرات مشابهی مواجه هستند، با سیم پیچ های اضافه بار که دچار خرابی عایق می شوند که ممکن است منجر به اتصال کوتاه یا خرابی کامل شود.

ترانسفورماتورها با خطرات مشابهی مواجه هستند، زیرا گرمای بیش از حد عایق در واحدهای پر از روغن را تخریب می کند و خطر آتش سوزی را افزایش می دهد. اضافه بار مداوم همچنین به سیم کشی، پریزها و مدارشکن ها آسیب می رساند و طول عمر آنها را از طریق استرس انباشته شده کاهش می دهد.

خطرات ایمنی ناشی از اضافه بار حرارتی از جدی تا بالقوه کشنده متغیر است. آتش سوزی های الکتریکی فوری ترین تهدید را ایجاد می کنند، زیرا سیم های بیش از حد گرم شده و پریزهای آسیب دیده می توانند به دمای اشتعال برسند. بین سال‌های 2011 تا 2020، اداره آمار کار ایالات متحده 33890 جراحت و بیماری مرتبط با گرما را ثبت کرد، به علاوه 999 مورد مرگ و میر از سال 1992 تا 2021، که اهمیت مدیریت ریسک حرارتی را برجسته می کند.

عایق آسیب دیده همچنین با قرار دادن هادی ها، خطر برق گرفتگی را افزایش می دهد و احتمال شوک هایی را ایجاد می کند که از ناراحتی خفیف تا آسیب تهدید کننده زندگی متغیر است.

فراتر از آسیب به اجزا و مسائل ایمنی، اضافه بار حرارتی باعث اختلالات عملیاتی پرهزینه می شود. هنگامی که سیستم ها بیش از حد گرم می شوند، مدارشکن های محافظ برای جلوگیری از آتش سوزی قطع می شوند اما همزمان بهره وری را متوقف می کنند. در تولید، حتی خاموشی های کوتاه مدت می تواند ضررهای قابل توجهی ایجاد کند.

سیستم های اضافه بار نیز با راندمان کمتری کار می کنند، انرژی بیشتری مصرف می کنند در حالی که عملکرد ناسازگاری را ارائه می دهند. استرس حرارتی طولانی مدت تخریب مواد را تسریع می کند و منجر به خرابی زودهنگام تجهیزات می شود که ممکن است به خاموشی کامل عملیاتی منجر شود.

جلوگیری از اضافه بار حرارتی مستلزم ترکیب دستگاه های حفاظتی مناسب، طراحی هوشمندانه و نگهداری منظم برای شناسایی و حل مشکلات قبل از تبدیل شدن به خطرات ایمنی یا خرابی تجهیزات است.

این دستگاه های حیاتی با نظارت بر جریان برق و قطع برق در هنگام اضافه بارهای طولانی مدت از موتورها محافظت می کنند. آنها معمولاً از نوارهای دوفلزی استفاده می کنند که هنگام گرم شدن خم می شوند و مکانیزم های خاموش شدن را فعال می کنند. در نسخه های تنظیم مجدد دستی یا خودکار موجود است، تنظیمات آستانه جریان مناسب ضروری است - خیلی کم باعث زمان خرابی غیر ضروری می شود، در حالی که خیلی زیاد خطر حفاظت ناکافی را به همراه دارد.

تجهیزات با اندازه مناسب که با بارهای مورد نظر مطابقت دارند از گرم شدن بیش از حد جلوگیری می کنند. سیستم های بزرگتر ممکن است بیش از حد چرخه داشته باشند، در حالی که واحدهای کوچکتر با ظرفیت کامل ثابت کار می کنند، که هر دو گرمای غیر ضروری تولید می کنند. نگهداری منظم باید شامل موارد زیر باشد:

• بازرسی های بصری برای آسیب یا خوردگی
• بررسی های کالیبراسیون برای تنظیمات دما
• تست عملکردی با شبیه سازی شرایط اضافه بار

تهویه مناسب نیز برای اتلاف گرما حیاتی است، در حالی که حفظ سوابق تاریخچه سفر به شناسایی مشکلات در حال توسعه کمک می کند.

در حالی که رله های اضافه بار از موتورها محافظت می کنند، مدارشکن ها و فیوزها از کل مدارها محافظت می کنند. مدارشکن ها عناصر حرارتی و مغناطیسی را ترکیب می کنند تا به اضافه بارهای پایدار و اتصال کوتاه های ناگهانی پاسخ دهند. فیوزها در معرض جریان بیش از حد ذوب می شوند و پس از فعال شدن نیاز به تعویض دارند. آنها با هم سیستم های دفاعی لایه ای با افزونگی داخلی ایجاد می کنند.

اضافه بار حرارتی تهدیدات جدی برای سیستم های الکتریکی ایجاد می کند و به طور بالقوه باعث آسیب به تجهیزات، حوادث ایمنی و اختلالات عملیاتی می شود. اقدامات پیشگیری موثر برای حفظ عملیات ایمن و قابل اعتماد بسیار مهم است. بینش های اصلی عبارتند از:

• اضافه بار تجهیزات، مشکلات مکانیکی و عدم تعادل الکتریکی نشان دهنده علل اصلی هستند
• تأثیرات از آسیب به اجزا تا خطرات ایمنی و از کار افتادن سیستم متغیر است
• پیشگیری مستلزم رله های اضافه بار، اندازه مناسب تجهیزات و دستگاه های حفاظت از مدار است

قابل توجه است که موتورهای القایی سه فاز تقریباً 80٪ از کاربردهای صنعتی را تشکیل می دهند، در حالی که اضافه بار الکتریکی به عنوان عامل اصلی خرابی مدار مسکونی رتبه بندی می شود. این آمارها بر ضرورت تجهیزات حفاظتی قابل اعتماد تأکید می کنند.

از طریق بازرسی های منظم، اجزای با اندازه مناسب و پاسخ سریع به علائم هشدار دهنده، سازمان ها می توانند به طور موثر خطرات اضافه بار حرارتی را کاهش دهند، ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم الکتریکی را تضمین کنند و در عین حال از سرمایه گذاری های تجهیزات محافظت کنند.