حماية المحركات الكهربائية من الحمل الزائد

تُعدّ الصور الحرارية وسيلة سهلة لتحديد الفروقات الحرارية الظاهرة في الدوائر الكهربائية الصناعية ثلاثية الأطوار، مقارنةً بظروف التشغيل العادية. ومن خلال فحص الفروقات الحرارية للأطوار الثلاثة جنبًا إلى جنب، يستطيع الفنيون رصد أي خلل في الأداء على كل فرع على حدة بسرعة، نتيجةً لعدم التوازن أو التحميل الزائد.

ينتج عدم التوازن الكهربائي عادةً عن اختلاف أحمال الأطوار، ولكنه قد يعود أيضًا إلى مشاكل في المعدات، مثل وصلات المقاومة العالية. يؤدي عدم توازن طفيف نسبيًا في الجهد المُزوَّد للمحرك إلى عدم توازن أكبر بكثير في التيار، مما يُولِّد حرارة إضافية ويُقلِّل من عزم الدوران والكفاءة. أما عدم التوازن الشديد، فقد يتسبب في احتراق الفيوز أو فصل قاطع الدائرة، مما يؤدي إلى انقطاع أحد الأطوار وما يترتب على ذلك من مشاكل، مثل ارتفاع درجة حرارة المحرك وتلفه.

من الناحية العملية، يكاد يكون من المستحيل تحقيق توازن مثالي للجهود الكهربائية عبر المراحل الثلاث. ولمساعدة مشغلي المعدات على تحديد مستويات عدم التوازن المقبولة، قامت الهيئة الوطنية للكهرباء
وضعت رابطة المصنّعين (NEMA) مواصفات لأجهزة مختلفة. وتُعدّ هذه المواصفات نقطة مرجعية مفيدة للمقارنة أثناء الصيانة واستكشاف الأعطال وإصلاحها.

ما الذي يجب فحصه؟
التقط صورًا حرارية لجميع اللوحات الكهربائية ونقاط التوصيل الأخرى ذات الأحمال العالية مثل المحركات، والمفاتيح، وأجهزة التحكم، وما إلى ذلك. عند اكتشاف درجات حرارة مرتفعة، تتبع تلك الدائرة وافحص الفروع والأحمال المرتبطة بها.

افحص اللوحات والوصلات الأخرى بعد إزالة الأغطية. يُفضّل فحص الأجهزة الكهربائية بعد تسخينها بالكامل وفي ظروف تشغيل مستقرة مع حمل لا يقل عن 40% من الحمل المعتاد. بهذه الطريقة، يمكن تقييم القياسات ومقارنتها بظروف التشغيل العادية بدقة.

ما الذي يجب البحث عنه؟
يجب أن تتساوى درجات الحرارة عند تساوي الأحمال. في حالة عدم توازن الأحمال، ستظهر المرحلة (أو المراحل) الأكثر حملاً أكثر سخونة من غيرها، نتيجة للحرارة المتولدة عن المقاومة. مع ذلك، قد يؤدي عدم توازن الأحمال، أو الحمل الزائد، أو سوء التوصيل، أو وجود توافقيات، إلى ظهور نمط مشابه. يتطلب تشخيص المشكلة قياس الحمل الكهربائي.

قد يشير انخفاض درجة حرارة الدائرة أو أحد أطرافها عن المعدل الطبيعي إلى وجود عطل في أحد المكونات.

من الإجراءات السليمة إنشاء مسار فحص دوري يشمل جميع التوصيلات الكهربائية الرئيسية. باستخدام البرنامج المرفق مع جهاز التصوير الحراري، احفظ كل صورة تلتقطها على جهاز الكمبيوتر، وتابع قياساتك بمرور الوقت. بهذه الطريقة، ستحصل على صور مرجعية للمقارنة مع الصور اللاحقة. سيساعدك هذا الإجراء على تحديد ما إذا كانت أي بقعة ساخنة أو باردة غير معتادة. بعد اتخاذ الإجراءات التصحيحية، ستساعدك الصور الجديدة على تحديد مدى نجاح الإصلاحات.

ما الذي يمثل "حالة إنذار أحمر"؟
ينبغي إعطاء الأولوية للإصلاحات بناءً على السلامة أولاً - أي حالة المعدات التي تشكل خطراً على السلامة - ثم مدى أهمية المعدات ومدى ارتفاع درجة الحرارة. (NETA - الرابطة الدولية للكهرباء)
تشير إرشادات جمعية الاختبار إلى أن درجات الحرارة التي تصل إلى درجة مئوية واحدة فوق درجة الحرارة المحيطة ودرجة مئوية واحدة أعلى من المعدات المماثلة ذات الأحمال المماثلة قد تشير إلى وجود خلل محتمل يستدعي التحقيق.

تحذر معايير الرابطة الوطنية لمصنعي المعدات الكهربائية (NEMA MG1-12.45) من تشغيل أي محرك بفارق جهد يتجاوز 1%. بل وتوصي الرابطة بتخفيض قدرة المحركات عند تشغيلها بفارق جهد أعلى. وتختلف نسب فارق الجهد الآمنة باختلاف المعدات.

يُعدّ تعطل المحرك نتيجة شائعة لعدم توازن الجهد. تشمل التكلفة الإجمالية تكلفة المحرك، وأجور العمالة اللازمة لاستبداله، وتكلفة المنتج التالف بسبب عدم انتظام الإنتاج، وتكاليف تشغيل خط الإنتاج، والإيرادات المفقودة خلال فترة توقف الخط.

إجراءات المتابعة
عندما تُظهر صورة حرارية أن موصلًا بأكمله أكثر سخونة من المكونات الأخرى في جزء من الدائرة، فقد يكون الموصل صغير الحجم أو مُحمّلًا فوق طاقته. تحقق من تصنيف الموصل والحمل الفعلي لتحديد الحالة. استخدم جهاز قياس متعدد الأغراض مزودًا بمشبك، أو مقياس تيار بمشبك، أو محلل جودة الطاقة للتحقق من توازن التيار والحمل على كل طور.

فيما يخص الجهد، تحقق من أجهزة الحماية ومفاتيح التوزيع بحثًا عن أي انخفاضات في الجهد. عمومًا، يجب أن يكون جهد الخط ضمن نطاق 10% من القيمة الاسمية. قد يشير جهد المحايد إلى الأرض إلى مدى تحميل النظام أو إلى وجود تيار توافقي. إذا تجاوز جهد المحايد إلى الأرض 3% من الجهد الاسمي، فيجب إجراء مزيد من الفحوصات. ضع في اعتبارك أيضًا أن الأحمال تتغير، وقد ينخفض ​​جهد أحد الأطوار فجأة بشكل ملحوظ عند تشغيل حمل أحادي الطور كبير.

قد تظهر انخفاضات الجهد عبر المصهرات والمفاتيح على شكل عدم توازن في المحرك وارتفاع درجة الحرارة في موضع العطل الرئيسي. قبل افتراض تحديد السبب، تحقق جيدًا باستخدام كلٍ من التصوير الحراري وقياسات التيار باستخدام جهاز قياس متعدد أو مقياس التيار الكهربائي. يجب عدم تحميل دوائر التغذية أو الدوائر الفرعية إلى الحد الأقصى المسموح به.

ينبغي أن تأخذ معادلات أحمال الدوائر الكهربائية في الحسبان التوافقيات. والحل الأكثر شيوعًا لمشكلة التحميل الزائد هو إعادة توزيع الأحمال بين الدوائر، أو التحكم في توقيت تشغيل الأحمال أثناء العملية.

باستخدام البرنامج المصاحب، يمكن توثيق كل مشكلة مشتبه بها تم اكتشافها بواسطة كاميرا التصوير الحراري في تقرير يتضمن صورة حرارية وصورة رقمية للجهاز. هذه هي أفضل طريقة للإبلاغ عن المشاكل واقتراح الإصلاحات.