SILNIK ELEKTRYCZNY – Najczęstsze usterki i sposoby ich zapobiegania

Niezawodność silników elektrycznych jest kluczowa, ponieważ każda awaria może prowadzić do kosztownych przestojów, strat produkcyjnych, a nawet zagrożenia dla bezpieczeństwa pracowników.

Mimo solidnej konstrukcji, silniki są narażone na przeciążenia, zwarcia, zaniki faz, przegrzewanie oraz niestabilne warunkami zasilania. Bez odpowiednich zabezpieczeń mogą ulec uszkodzeniu, co skutkuje kosztownymi naprawami lub koniecznością wymiany. Właściwy dobór i instalacja zabezpieczeń silnikowych nie tylko chronią sprzęt, ale także zapewniają jego długą i efektywną pracę.

W tym artykule omówimy, jakie urządzenia stosuje się do ochrony silników elektrycznych, według jakich parametrów dobiera się zabezpieczenia oraz jak wpływa na nie sposób rozruchu silnika. Przedstawimy kolejność stosowania poszczególnych zabezpieczeń począwszy od zasilania głównego na silniku kończąc.

Najczęstsze przyczyny uszkodzeń silników elektrycznych:

 

1. Przeciążenie silnika

   • Zbyt duże obciążenie mechaniczne prowadzi do wzrostu prądu i przegrzewania uzwojeń.

   • Powoduje przyspieszone zużycie izolacji i skrócenie żywotności silnika.

2. Przegrzewanie (niewłaściwe chłodzenie)

   • Zbyt wysoka temperatura otoczenia lub zabrudzone otwory wentylacyjne ograniczają chłodzenie.

   • Brak odpowiedniego chłodzenia prowadzi do degradacji izolacji uzwojeń.

3. Zanik lub asymetria faz (dla silników trójfazowych)

   • Praca na dwóch fazach zamiast trzech powoduje nierównomierne nagrzewanie i szybkie przegrzewanie silnika.

   • Może prowadzić do uszkodzenia uzwojeń i zwiększonego zużycia mechanicznego.

4. Zwarcia w uzwojeniach

   • Mogą być spowodowane przegrzaniem, starzeniem się izolacji lub przeciążeniem.

   • Często kończą się trwałym uszkodzeniem silnika i koniecznością jego przezwojenia.

5. Problemy z łożyskami

   • Niewłaściwa konserwacja, brak smarowania lub zanieczyszczenia mogą powodować nadmierne tarcie i zużycie łożysk.

   • Awarie łożysk często prowadzą do niewspółosiowości wirnika i mogą spowodować uszkodzenie całego silnika.

6. Napięcia udarowe i przepięcia

   • Mogą pochodzić z sieci zasilającej, np. w wyniku wyładowań atmosferycznych lub błędów w instalacji.

   • Przepięcia uszkadzają izolację uzwojeń i przyspieszają degradację silnika.

7. Zanieczyszczenia i wilgoć

   • Pyły, oleje i wilgoć mogą powodować zwarcia i zmniejszenie skuteczności chłodzenia.

   • Wilgoć może prowadzić do korozji uzwojeń i części mechanicznych.

8. Nieprawidłowy rozruch

   • Zbyt częste uruchamianie i zatrzymywanie silnika powoduje przeciążenia cieplne i mechaniczne.

   • Niewłaściwie dobrany sposób rozruchu (np. bez softstartu przy dużych masach) może nadmiernie obciążać uzwojenia.

Elementy silnika , które najczęściej ulegają uszkodzeniu ( objawy , przyczyny i diagnostyka)

 

1. Uszkodzenie izolacji uzwojeń

Objawy:

• Nagły wzrost poboru prądu.

• Działanie zabezpieczeń nadprądowych lub różnicowoprądowych.

• Silnik nie uruchamia się lub pracuje nierówno.

• Iskrzenie lub dymienie w okolicy uzwojeń.

• Charakterystyczny zapach przypalonej izolacji.

Przyczyny:

• Przeciążenie cieplne, starzenie się izolacji, wilgoć, przepięcia.

Jak sprawdzić?

• Pomiar rezystancji izolacji megomierzem.

• Test wysokiego napięcia (HiPot test).

 

2. Uszkodzenie łożysk

Objawy:

• Nadmierny hałas podczas pracy silnika (szum, chrobotanie, piszczenie).

• Wzrost temperatury obudowy silnika.

• Wibracje silnika.

• Spadek sprawności i momentu obrotowego.

Przyczyny:

• Brak smarowania, zużycie mechaniczne, niewspółosiowość, prądy błądzące.

Jak sprawdzić?

• Analiza wibracji (np. miernikiem drgań).

• Pomiar temperatury obudowy łożysk (kamera termowizyjna).

• Oględziny i nasłuch pracy silnika.

 

3. Uszkodzenie wirnika

Objawy:

• Nierówna praca silnika, drgania i pulsowanie momentu obrotowego.

• Spadek mocy i zwiększony pobór prądu.

• Hałas mechaniczny (np. stukot).

• Silnik nagrzewa się szybciej niż zwykle.

Przyczyny:

• Uszkodzenia mechaniczne (np. pęknięcia prętów klatki wirnika).

• Przegrzanie, niewspółosiowość, awaria łożysk.

Jak sprawdzić?

• Pomiar prądów w fazach (nieregularności mogą wskazywać na uszkodzony wirnik).

• Badanie wibracji i termowizja.

• Test prądów wirowych w klatce wirnika.

 

4. Zużycie szczotek i komutatora (w silnikach prądu stałego)

Objawy:

• Iskrzenie na szczotkach.

• Nierównomierna praca silnika.

• Spadek mocy i nagrzewanie się komutatora.

• Widoczne zużycie szczotek (krótkie lub nierówne).

Przyczyny:

• Normalne zużycie eksploatacyjne, nadmierne obciążenie, zanieczyszczenia.

Jak sprawdzić?

• Oględziny komutatora i szczotek.

• Pomiar rezystancji przejścia na komutatorze.

 

5. Uszkodzenie obudowy i wentylatora

Objawy:

• Przegrzewanie się silnika, mimo normalnego obciążenia.

• Spadek wydajności pracy.

• Nietypowy dźwięk pracy wentylatora lub jego brak.

• Widoczne zabrudzenia blokujące przepływ powietrza.

Przyczyny:

• Zanieczyszczenia, uszkodzenie mechaniczne wentylatora, praca w trudnych warunkach (pył, wilgoć).

Jak sprawdzić?

• Wizualna kontrola wentylatora i otworów wentylacyjnych.

• Pomiar temperatury obudowy silnika.

Jak zapobiegać uszkodzeniom silnika?

1. Regularne przeglądy i konserwacja (smarowanie łożysk, czyszczenie wentylacji).

2. Monitorowanie pracy silnika (analiza temperatury, wibracji, asymetrii faz).

3. Odpowiednie warunki pracy (czyste, suche środowisko, prawidłowe obciążenie).

i przede wszystkim :

• Prawidłowy dobór zabezpieczeń (wyłączniki silnikowe, przekaźniki termiczne, czujniki temperatury).

 

Rodzaje aparatów zabezpieczających i ich dobór

1. Przekaźnik termiczny:

• Funkcja: Chroni uzwojenia silnika przed przeciążeniami.

• Dobór:

  • Prąd nastawczy przekaźnika powinien być ustawiony na wartość prądu znamionowego silnika (zwykle odczytaną z tabliczki znamionowej).

  • W przypadku niestandardowych warunków pracy (np. wysoka temperatura otoczenia) należy uwzględnić korekcję nastaw.

• Przykładowe modele: Schneider seria LRD, Eaton seria ZB, DILE, Siemens

  SIRIUS 3RU 3RB
  
  

• Pełna oferta sklepu zpradem.pl z przekaźnikami przeciążeniowymi w tym termicznymi dostępna jest pod adresem:

https://zpradem.pl/aparatura-elektryczna/sterownie-i-zabezpieczenie-silnikow-elektrycznych/przekazniki-przeciazeniowe

 

2. Wyłącznik silnikowy:

• Funkcja: Chroni silnik przed zwarciami i długotrwałymi przeciążeniami.

• Dobór:

  • Prąd wyzwalania magnetycznego (zwarciowego) powinien być 6–10 razy większy niż prąd znamionowy silnika (dla uwzględnienia prądu rozruchowego).

  • Prąd wyzwalania termicznego dobiera się zgodnie z prądem znamionowym silnika.

• Przykładowe modele: Schneider seria GV2 , Eaton seria PKZM0, Siemens seria 3RV

UWAGA: Jeśli chcesz zaoszczędzić na aparatach do sterowania i zabezpieczania silników, a nie potrzebujesz instalować ich na jednostkach pływających czy w Stanach Zjednoczonych wybierz serie ze Schneidar`a z końcówką AP a z Eatona z końcówką EA.

Np.: TeSys Deca Wyłącznik silnikowy 3P 11kW 20-25A GV2ME22 i TeSys Deca Wyłącznik silnikowy 3P 11kW 20-25A PL GV2ME22AP

Różni się tylko posiadanymi certyfikatami dopuszczenia na statki, USA i kilka krajów Ameryki Północnej

• Pełna oferta sklepu zpradem.pl z przekaźnikami przeciążeniowymi w tym termicznymi dostępna jest pod adresem:

https://zpradem.pl/aparatura-elektryczna/aparatura-modulowa/wylaczniki-silnikowe

3. Przekaźnik zaniku/asymetrii faz:

• Funkcja: Chroni silnik trójfazowy przed zanikami i asymetrią faz, które mogą prowadzić do przegrzania lub uszkodzeń.

• Dobór:

  • Urządzenie powinno reagować na różnice napięć między fazami większe niż 10–15% napięcia znamionowego.

  • Ważne jest, aby przekaźnik był odpowiedni dla charakterystyki sieci zasilającej (jednofazowa/trójfazowa).

• Przykładowe modele: F&F seria CKF i CZF, Schneider seria RM22, Siemens seria Sirius 3UG5 oraz Pollinn czy Finder

  • Pełna oferta sklepu zpradem.pl z przekaźnikami kontroli napięcia w tym przekaźnikami zaniku i asymetrii napięci dostępna jest pod adresem:

https://zpradem.pl/aparatura-elektryczna/przekazniki/przekaznik-kontroli-napiecia

4. Bezpieczniki topikowe lub wyłączniki nadprądowe:

• Funkcja: Chronią przewody zasilające przed zwarciami i przeciążeniami.

• Dobór:

  • Nominalny prąd bezpiecznika powinien wynosić 1,1–1,25 prądu znamionowego silnika.

  • Charakterystyka czasowo-prądowa (np. zwłoczna typu gG) powinna być dopasowana do prądu rozruchowego.

5. Wyłącznik różnicowoprądowy (opcjonalnie):

• Funkcja: Chroni przed porażeniem prądem elektrycznym i przeciwdziała ryzyku pożaru spowodowanego prądami upływu.

• Dobór:

  • Wartość prądu różnicowego: 30 mA dla ochrony przeciwporażeniowej, 300 mA dla ochrony przeciwpożarowej.

  • Należy upewnić się, że układ nie generuje dużych prądów upływu (np. w wyniku pojemności kabli).

6. Główne zabezpieczenie rozdzielnicy:

• Funkcja: Chroni cały układ przed przeciążeniami i zwarciami na poziomie linii zasilającej.

• Dobór:

  • Wyłącznik automatyczny lub bezpieczniki topikowe dobiera się na podstawie całkowitego obciążenia instalacji.

  • Należy zachować selektywność w stosunku do wyłączników bliżej silnika.

Uwagi końcowe:

• Selektywność działania: Kluczowe, aby każde zabezpieczenie reagowało tylko na awarie w swojej strefie. Dla zachowania selektywności, charakterystyka czasowo-prądowa zabezpieczeń musi być odpowiednio dobrana (np. wyłączniki w rozdzielnicy powinny mieć opóźnione zadziałanie względem zabezpieczeń silnika).

• Rodzaj rozruchu:

  • Przy rozruchu bezpośrednim należy uwzględnić wysoki prąd początkowy (trwający kilka sekund), aby zabezpieczenia nie działały zbyt wcześnie.

  • W przypadku softstartów lub przemienników częstotliwości, prąd rozruchowy jest ograniczony, co pozwala dobrać bardziej precyzyjne zabezpieczenia.

 

Kolejność instalacji zabezpieczeń – od silnika do źródła zasilania

Zabezpieczenia elektryczne muszą być rozmieszczone zgodnie z hierarchią ochrony, aby skutecznie chronić zarówno silnik, jak i inne elementy układu przed skutkami zwarć, przeciążeń czy zaniku faz. Oto typowa kolejność zabezpieczeń:

1. Zabezpieczenia bezpośrednio przy silniku:

   • Przekaźniki termiczne lub elektroniczne:
     Montowane w pobliżu silnika w celu ochrony przed przeciążeniami. Przekaźniki termiczne reagują na nadmierny prąd wynikający z przeciążenia, wyłączając silnik, zanim dojdzie do przegrzania uzwojeń.

   • Czujniki temperatury uzwojeń (PTC/NTC):
     Jeśli silnik posiada wbudowane czujniki temperatury, mogą być one podłączone do sterownika lub przekaźnika termicznego, zapewniając dodatkową ochronę termiczną.

2. Wyłącznik silnikowy:

   • Instalowany między przekaźnikiem termicznym a przewodami zasilającymi silnik.

   • Chroni przed zwarciami i przeciążeniami – można go uznać za pierwszą linię ochrony w razie nagłego zwarcia w silniku.

3. Przekaźniki zaniku i asymetrii faz:

   • Stosowane w obwodach trójfazowych.

   • Zapobiegają pracy silnika w warunkach niesymetrycznego zasilania (np. zanik jednej z faz), które może prowadzić do przeciążeń i przegrzania.

4. Bezpieczniki topikowe lub wyłączniki nadprądowe:

   • Montowane bliżej źródła zasilania, najczęściej w rozdzielnicy zasilającej.

   • Chronią przewody zasilające i urządzenia przed skutkami zwarć lub przeciążeń w całym obwodzie.

   • Dobierane zgodnie z wartością prądu znamionowego oraz charakterystyką prądu rozruchowego silnika.

5. Wyłącznik różnicowoprądowy (jeśli wymagany):

   • Ochrona przeciwporażeniowa i przeciwpożarowa całego układu.

   • Stosowany w zależności od specyfiki instalacji i norm bezpieczeństwa.

6. Zabezpieczenia na poziomie głównym:

   • Główne zabezpieczenie rozdzielnicy, które chroni całą linię zasilającą (np. wyłącznik automatyczny z odpowiednią charakterystyką).

Dlaczego taka kolejność?

Hierarchiczne rozmieszczenie zabezpieczeń zapewnia selektywność działania, co oznacza, że w razie awarii zadziała tylko to zabezpieczenie, które jest najbliżej źródła problemu. Dzięki temu:

• Ogranicza się ryzyko wyłączenia całego systemu (np. awaria silnika nie powoduje wyłączenia głównego zasilania).

• Chroni się wszystkie elementy układu przed uszkodzeniami wtórnymi.

Poniżej struktura kolejności zabezpieczeń silnika

1. Silnik elektryczny
   ⬇️

2. Przekaźnik termiczny (lub czujniki temperatury PTC/NTC)
   ⬇️

3. Wyłącznik silnikowy
   ⬇️

4. Przekaźnik zaniku/asymetrii faz
   ⬇️

5. Wyłącznik nadprądowy lub bezpieczniki topikowe
   ⬇️

6. Wyłącznik różnicowoprądowy (opcjonalnie)
   ⬇️

7. Główne zabezpieczenie rozdzielnicy

Ochrona silników jest bardzo rozległym tematem , wręcz dziedziną wiedzy za zakresu elektrotechniki i mechaniki która pozwala nie tylko na ochronę samego silnika ale także na optymalizacji kosztów i zapewnienia ciągłości pracy. Czasami małe układy napędowe wymagają większego nakładu finansowego na ich ochronę niż sam napęd. Podyktowane jest to koniecznością pracy ciągłej i dużymi kosztami przestoju. Ważne jest również aby zastosowane urządzenia były sprawdzonymi, markowymi i dostępnymi modelami. Często można spotkać urządzenia, które tylko przypominają z obudowy takie marki jak Schneider, Eaton czy Siemens a w rzeczywistości są tanimi podróbkami które „ nie trzymają „ ustawionych wartości nastaw i same nie są odporne na zwarcia czy przeciążenia. Dlatego warto skorzystać z oferty sklepu zpradem.pl aby mieć pewność , że zakupione towary są oryginalne a serwis zapewnia producent.