Uproszczony model układu izolacyjnego to połączenie równoległe kondensatorów o zróżnicowanych pojemnościach i właściwościach dielektrycznych.

Podczas pracy urządzenia układ izolacyjny jest narażony na drgania mechaniczne, ścieranie izolacji, przegrzania termiczne, zawilgocenia, czynniki chemiczne i inne powodujące pogarszanie się stanu układu. Rezystywność dielektryków jest większa od 106 Ωm. Jednak w miarę upływu czasu następuje starzenie się izolacji i pogarszanie się własności izolacyjnych dielektryka.

Jakość izolatorów określa się na podstawie ich właściwości elektrycznych. Jedną z nich jest wytrzymałość na napięcie (nagły przepływ prądu przez izolator, tzw. przebicie). Przebicie elektryczne izolacji wskutek zbyt wysokiej temperatury niszczy na ogół silnik bezpowrotnie.

Klasy izolacji

Zgodnie z IEC1 34-1 (również z DIN EN 60034-1/ 11.95) materiały izolacyjne stosowane w uzwojeniach silnika opisywane są za pomocą tzw. klas izolacji. Każda klasa zdefiniowana została literą, która odpowiada maksymalnej wartości temperatury, przy której dany materiał zachowuje konieczną oporność. Wzrost temperatury wewnątrz silnika powoduje obniżenie rezystancji materiałów izolacyjnych. Jeżeli górna granica temperaturowa zostanie przekroczona o 10 K to szacowany okres eksploatacyjny izolacji skraca się dwukrotnie. Utrata własności izolacyjnych wywołuje zwarcia pomiędzy sąsiednimi zwojami w cewkach. Zwarcia te indukują dodatkowe prądy, powodujące efekt zwiększonego poboru prądu przez silnik. Zwiększony pobór prądu powoduje szybsze grzanie uzwojeń, jeszcze bardziej obniża rezystancję izolacji, co ponownie podnosi prąd silnika itd.

Jeżeli wzrost temperatury nie zostanie powstrzymany to w pewnym momencie dochodzi do zniszczenia izolacji głównej, powstaje wyładowanie łukowe, a w następstwie zwarcie (doziemne albo międzyfazowe).

Zwarciu towarzyszy zawsze duży prąd, który powoduje wyłączenie zabezpieczeń w tablicy zasilającej. Nie jest istotne, jaki czynnik wywołał pierwotnie wzrost temperatury w silniku: zwiększone obciążenie silnika czy pogorszenie jego chłodzenia. Istotny jest rezultat – nadmierny wzrost temperatury wewnątrz uzwojeń zawsze doprowadzi do zniszczenia izolacji i spalenia silnika.



Wyłączniki silnikowe z nastawą prądową

Wyłączniki silnikowe są elementami przeznaczonymi do łączenia, ochrony i rozdzielania obwodów prądowych, przede wszystkim obciążeń z silnikami. Jednocześnie zabezpieczają silniki przed zniszczeniem w następstwie zablokowanego rozruchu, przeciążenia, zwarcia i braku jednej fazy w sieciach trójfazowych.

Posiadają termiczny wyzwalacz do ochrony uzwojenia silnika (zabezpieczenie przeciążeniowe) i wyzwalacz elektromagnetyczny (zabezpieczenie zwarciowe). Do wyłączników silnikowych można dobudować dodatkowe akcesoria, np. wyzwalacz zanikowy, wyzwalacz wzrostowy, styki pomocnicze, wskaźnik wyzwolenia.

Wyłącznik odcina zasilanie silnika, gdy prąd wzrośnie powyżej ograniczającej wartości nastawy prądowej ustawionej na wyłączniku. Wartość ta powinna wynosić około 110% prądu pobieranego podczas pracy, nie więcej jednak niż 105% wartości prądu znamionowego wentylatora.

Zastosowanie zabezpieczenia przeciążeniowego jako ochrony termicznej ma jednak liczne wady:

• wzrost prądu może być spowodowany zwiększonym obciążeniem silnika albo przegrzaniem. W pierwszym przypadku wyłączenie będzie zasadne, w drugim – nie. W wentylatorach moc odbierana z wału silnika może zmieniać się w szerokich granicach;
• na podstawie samego pomiaru prądu pobieranego nie da się określić, czy temperatura w uzwojeniach osiągnęła wartość niebezpieczną. Nie można więc stwierdzić, czy wyłączenie po przekroczeniu nastawy prądowej wystąpiło dostatecznie wcześnie, aby uniknąć przegrzania izolacji;
• jeżeli wyłączenie silnika nastąpi przed pojawieniem się mikrozwarć, czyli przed uszkodzeniem izolacji, urządzenie pozostanie sprawne i po ostygnięciu dalsza eksploatacja będzie możliwa. Wyłączenie na etapie mikrozwarć spowoduje częściowe uszkodzenie izolacji, chociaż po ostygnięciu urządzenie zwykle jeszcze pracuje;
• powtarzające się częściowe uszkodzenia izolacji stopniowo pogarszają jej właściwości i prowadzą w końcu do całkowitego jej zniszczenia, czyli do spalenia silnika;
• wyłączniki silnikowe z nastawą prądową są skomplikowanymi urządzeniami mechanicznymi, podatnymi na zacięcia mechaniczne wskutek czynnika temperaturowego. Po pewnym okresie pracy rzeczywista wartość prądu wyłączającego może być znacznie większa niż wartość nastawy.

Z tych względów ochrona termiczna realizowana przy pomocy wyłączników z nastawą prądową ma ograniczoną skuteczność.

Uzasadniona jest więc ochrona przed przegrzaniem przez kontrolę faktycznej temperatury wnętrza silnika przy pomocy wbudowanych w uzwojenia czujników temperatury. Czujniki te, śledząc temperaturę najgorętszych miejsc, chronią silnik przed przekroczeniem dopuszczalnej temperatury niezależnie od powodu przeciążenia – również w sytuacjach, na które nie reagują przekaźniki nadprądowe.

Integralne zabezpieczenie termiczne połączone szeregowo z uzwojeniem (…)

Zewnętrzne wyłączniki styku termicznego (…)

Wbudowany czujnik temperatury (pozystor) (…)

Brak ochrony termicznej podczas oddymiania (…)