تصور کنید یک موتور دقیق و با ارزش در حال تحمل اضافه بار است، بدون اینکه بداند ممکن است در هر لحظه به دلیل اتصال کوتاه یا خطای زمین دچار خرابی فاجعه‌باری شود. آیا تأسیسات شما در برابر چنین خطراتی آسیب‌پذیر است؟ موتورها به عنوان "قلب" عملیات صنعتی، برای عملکرد ایمن و پایدار به حفاظت قوی نیاز دارند. این مقاله طراحی حفاظت از جریان بیش از حد مدار شاخه تک موتوره را بر اساس کد ملی برق 2020 (NEC) بررسی می‌کند و دانش ضروری را برای جلوگیری از خرابی موتورها قبل از وقوع آنها ارائه می‌دهد.

طراحی مدار موتور یک فرآیند مهندسی سیستماتیک است که مانند سیستم گردش خون انسان عمل می‌کند و برق را با ایمنی و کارایی برای راه‌اندازی عملیات صنعتی تحویل می‌دهد. یک سیستم حفاظت از جریان بیش از حد کامل برای عملکرد قابل اطمینان موتور ضروری است. یک مدار موتور معمولی شامل چندین مؤلفه حیاتی است که هر کدام عملکردهای حفاظتی خاصی را انجام می‌دهند.

دستگاه حفاظت از اضافه بار موتور به عنوان اولین خط دفاعی عمل می‌کند. این دستگاه با عمل به عنوان یک نگهبان هوشیار، به طور مداوم عملکرد موتور را برای جلوگیری از آسیب ناشی از بارهای بیش از حد نظارت می‌کند. طبق NEC 430.31، دستگاه‌های حفاظت از اضافه بار باید:

• از گرم شدن بیش از حد موتور جلوگیری کنند: هنگامی که موتورها برای مدت طولانی بالاتر از ظرفیت نامی خود کار می‌کنند، گرمای بیش از حد می‌تواند عایق را تخریب کرده و باعث خرابی سیم‌پیچ‌ها شود. حفاظت از اضافه بار قبل از وقوع آسیب حرارتی، برق را قطع می‌کند.
• از هادی‌های مدار محافظت کنند: شرایط جریان بیش از حد، سیم‌کشی مدار شاخه را تهدید می‌کند. حفاظت مناسب از اضافه بار از گرم شدن بیش از حد هادی و خطرات احتمالی آتش‌سوزی جلوگیری می‌کند.
• به مشکلات راه‌اندازی رسیدگی کنند: در هنگام راه‌اندازی، موتورها باید بر اصطکاک استاتیک غلبه کنند. حفاظت از اضافه بار جریان راه‌اندازی را نظارت می‌کند و در صورت عدم راه‌اندازی عادی موتورها، برق را قطع می‌کند و از شرایط روتور قفل شده جلوگیری می‌کند.

NEC 430.32(A)(1) رتبه‌بندی حفاظت از اضافه بار را بین 115٪ تا 125٪ از جریان بار کامل موتور مشخص می‌کند. برای شرایط راه‌اندازی چالش‌برانگیز یا بارهای متغیر، رتبه‌بندی‌ها ممکن است به 130٪ یا 140٪ افزایش یابد (NEC 430.32(C)، 430.6(A)(2)).

اتصال کوتاه (خطا فاز به فاز یا فاز به خنثی) و خطاهای زمین (خطا فاز به محفظه) نشان‌دهنده شدیدترین خطرات الکتریکی هستند. این خطاها جریان‌های شدیدی تولید می‌کنند که می‌توانند تجهیزات را از بین ببرند و خطرات آتش‌سوزی یا شوک ایجاد کنند.

دستگاه‌های حفاظتی مدار شاخه باید به سرعت جریان‌های خطا را قطع کنند و در عین حال در برابر جهش‌های راه‌اندازی موتور مقاومت کنند (NEC 430.52). این دستگاه‌ها به عنوان محافظ نهایی برای موتورها و پرسنل عمل می‌کنند.

NEC 430.22 مستلزم آن است که هادی‌های مدار شاخه برای موتورهای با وظیفه مداوم، آمپراژ کمتر از 125٪ از جریان بار کامل موتور نداشته باشند. برای یک موتور 10 آمپری، هادی‌ها باید حداقل 12.5 آمپر را تحمل کنند. جداول NEC 430.247-250 مقادیر جریان بار کامل را برای انتخاب هادی مناسب ارائه می‌دهند.

NEC چهار نوع دستگاه را برای حفاظت از مدار شاخه موتور مجاز می‌داند:

1. فیوزهای بدون تاخیر زمانی: واکنش سریع اما مستعد تریپ‌های مزاحم در هنگام راه‌اندازی موتور
2. فیوزهای دو عنصری (تاخیر زمانی): در برابر جریان‌های راه‌اندازی مقاومت می‌کنند و در عین حال حفاظت قابل اعتمادی را ارائه می‌دهند
3. کلیدهای قطع لحظه‌ای: عملکرد فوق‌العاده سریع برای کاربردهای بحرانی (باید قابل تنظیم و بخشی از یک استارتر ترکیبی باشد)
4. کلیدهای قطع با زمان معکوس: انتخاب رایج برای تعادل سرعت حفاظت و تحمل جریان راه‌اندازی

جریان‌های راه‌اندازی موتور معمولاً به 6 تا 8 برابر جریان بار کامل می‌رسند. NEC 430.52(B) حکم می‌کند که دستگاه‌های حفاظتی باید در برابر این جریان‌های هجومی بدون عملکرد مزاحم مقاومت کنند.

با استفاده از درصدهای جدول NEC 430.52، حداکثر رتبه‌بندی دستگاه‌ها برابر است با جریان بار کامل موتور ضربدر درصد مناسب. به عنوان مثال، یک موتور 10 آمپری با یک کلید قطع با زمان معکوس:

10A × 250% = حداکثر 25A

هنگامی که محاسبات با رتبه‌بندی‌های استاندارد مطابقت ندارند، استثنای شماره 1 NEC 430.52(C)(1) انتخاب مقدار استاندارد بالاتر بعدی را مجاز می‌داند.

برای موتورهای با راه‌اندازی دشوار یا بارهای متغیر، استثنای شماره 2 NEC 430.52(C)(1) و استثنای شماره 1 430.52(C)(3) تنظیمات حفاظت تنظیم‌شده را در حالی که ایمنی را حفظ می‌کنند، مجاز می‌دانند.

توجه: درصدها برای موتورهای کم مصرف طراحی B اعمال می‌شود.

یک موتور 25 اسب بخار، 460 ولت، سه فاز، طراحی B، موتور قفس سنجابی با جریان نامی 32 آمپر و ضریب سرویس 1.15 را در نظر بگیرید.

از جدول NEC 430.250: جریان بار کامل 34 آمپر × 125% = حداقل آمپراژ هادی 43 آمپر

جریان نامی 32 آمپر × 125% = حداکثر 40 آمپر

در صورت نیاز: 32 آمپر × 140% = 44.8 آمپر (NEC 430.32(C))

فیوزهای تاخیر زمانی:

• 34 آمپر × 175% = 59.5 آمپر → انتخاب 60 آمپر استاندارد
• حداکثر استثنا: 34 آمپر × 225% = 76.5 آمپر → انتخاب نهایی: 70 آمپر

کلیدهای قطع با زمان معکوس:

• 34 آمپر × 250% = 87.5 آمپر → انتخاب 90 آمپر استاندارد
• حداکثر استثنا: 34 آمپر × 400% = 136 آمپر → انتخاب نهایی: 125 آمپر

حفاظت از جریان بیش از حد موتور مؤثر، نیازمند طراحی دقیق مطابق با استانداردهای NEC است. انتخاب صحیح دستگاه، نگهداری منظم و پایبندی به الزامات کد، قابلیت اطمینان موتور را تضمین می‌کند و در عین حال خطرات خرابی را به حداقل می‌رساند و ایمنی عملیاتی را افزایش می‌دهد.