Logo
Metrikon
6 Najčešćih kvarova elektromotora - kako ih prepoznati i otkloniti
Preporuke

6 Najčešćih kvarova elektromotora - kako ih prepoznati i otkloniti

  • Katarina Knafelj Jakovac

    7. prosinca 2023.

Elektromotori su najčešće korišteni pogonski strojevi, ima ih posvuda oko nas. Niskonaponski elektromotori troše do 45% proizvedene električne energije u svijetu, a predviđa se da će do 2040. broj elektromotora u svakodnevnoj upotrebi udvostručiti.

Razmotrit ćemo zašto se elektromotori kvare, najčešće kvarove elektromotora s kojima sam se susreću održavatelji u svakodnevnom radu te vrste ispitivanja elektromotora čime se redovito treba provjeravati stanje i spriječiti potencijalne havarije.

Kada iz perspektive jednog strojara promatramo zašto se neki pogonjeni stroj pokvario, često smo toliko fokusirani na mehaničke uzroke da blago zanemarujemo potencijalne električne kvarove i njihov utjecaj na kontinuirani rad različitih strojeva i uređaja u proizvodnoj industriji.

Elektromotor pokreće pumpu u procesnoj industriji
Slika: Elektromotor pokreće pumpu u procesnoj industriji (Izvor)

Osnovna obilježja elektromotora

Okretno magnetsko polje nastaje u prisustvu dvaju prostorno pomaknutih namotaja kroz koje teku fazno tj. vremenski pomaknute struje.

Jednofazni asinkroni elektromotor sa kondenzatorom na statoru pored glavnog namotaja ili faze ima i pomoćni namotaj. Pomoćni namotaj ima veći otpor. Glavna faza spaja se na izmjeničnu mrežu direktno, a pomoćna faza se spaja preko serijski spojenog kondenzatora koji struji IP daje fazni pomak u odnosu na struju glavne faze IG.

Na sljedećoj slici je shematski prikaz jednofaznog elektromotora sa kondenzatorom.

Screenshot 2024-02-03 at 16.23.00.png
Slika: Elektromotor pokreće pumpu u procesnoj industriji (Izvor)

Okretno magnetsko polje statora presijeca vodiče rotora pa se u njima inducira napon koji usmjerava struju. Na vodič koji se nalazi u magnetskom polju djeluje sila koja zakreće rotor u smjeru vrtnje okretnog magnetskog polja ako kroz njega teče struja.

Jednofazni elektromotori sa kondenzatorom u pravilu imaju ugrađena najviše dva kondenzatora.

U praksi je to izvedeno na način da imamo elektromotor i glavne dijelove u jednom kućištu prikazanom na slici.

Group 24 (1).png
Slika: Dijelovi elektromotora

Jednofazni elektromotori ili monofazni elektromotori kako ih nazivaju u svakodnevnom govoru, izvode se kao jednobrzinski, dok se trofazni izvode kao jednobrzinski ili višebrzinski, ovisno o namjeni. Raspon snaga jednobrzinskih motora je usklađen s propisima IEC 60034-1.

Dimenzije vratila izrađenih od specijalnog čelika kod elektromotora ovise o njegovim nazivnim karakteristikama i prilagođene su veličinama elektromotora.

Priključna kutija jednofaznih elektromotora izrađena je od plastične mase, a pored priključne pločice u kutiju su smješteni i kondenzatori.

Svaka priključna kutija je opremljena kabelskom uvodnicom za uvod priključnog kabela.

Nazivne vrijednosti svih kondenzatora vrijede za mrežu nazivnog napona 230V.

Elektromotori manjih snaga i dimenzija uglavnom imaju trajno podmazane ležajeve, dok elektromotori većih snaga imaju ležajeve s ugrađenim mazalicama za podmazivanje. Intervali za podmazivanje, količina maziva i tip maziva su navedeni na dodatnoj pločici elektromotora.

Na niskonaponske elektromotore se većinom ugrađuju kuglični ležajevi, primjer jednoga je prikazan na slici, koji imaju visoke brzine vrtnje i niske vibracije.

Zatvoreni kuglični ležaj 6205-2Z/C3 sa brtvama
Slika: Zatvoreni kuglični ležaj 6205-2Z/C3 sa brtvama (Izvor)

Kuglični ležajevi nose radijalno i aksijalno opterećenje u oba smjera, robusni su i jednostavni za montažu i demontažu te imaju brtve i ploče sa vanjske strane koji sprječavaju prodor nečistoće.

Životni vijek kugličnih ležajeva će doseći i do 100 000 sati rada pod prosječnim radnim uvjetima bez naglih promjena.

Pri tome se životni vijek ležajeva montiranim na elektromotorima horizontalne konstrukcije kreće od 40 000 sati do 60 000 sati ako ne postoji dodatna aksijalna sila. Ako je prisutna dozvoljena aksijalna sila, životni vijek ležajeva mora biti najmanje 25 000 sati.

Hlađenje jednofaznog ili trofaznog asinkronog elektromotora vrši se pomoću aksijalnog ventilatora, smještenog u ventilatorsku kapu.

Jednofazni elektromotori ne smiju se pokretati u rad više od 20 puta tijekom jednog sata u svrhu zaštite kondenzatora, tj. maksimalno ga možete startati svake 3 minute.

Trofazne kavezne asinkrone elektromotore dopušteno je startati maksimalno 3 puta u jednom satu ako je elektromotor zagrijan na radnu temperaturu.

Elektromotori moraju ispunjavati zahtjeve normi IEC 60034, IEC 60072, IEC 60038 i IEC 60085, napon i frekvenciju 230V ± 5% i 50Hz.

Zašto se elektromotori kvare?

Do kvara elektromotora ne dolazi samo zbog njihove starosti ili zbog broja radnih sati.

Brojni drugi uzroci kojima rjeđe posvećujemo pažnju imaju utjecaj na rad elektromotora.

Nepravilnosti u opskrbi električnom energijom, naprezanje uslijed povišenih radnih temperatura, stalna i povećana prisutnost vlage, nedostatak podmazivanja, prljavština te promjenjivo radno opterećenje tijekom vremena dovode do slabljenja dijelova i posljedičnog otkazivanja elektromotora.

Ispitivanja su pokazala da se životni vijek elektromotora poveća za nekoliko stotina tisuća radnih sati kada se na vrijeme dijagnosticiraju i otklone ovakvi problemi u radu.

Pravilnik o električnoj opremi namijenjenoj za uporabu unutar određenih naponskih granica i Pravilnik o elektromagnetskoj kompatibilnosti detaljno propisuju obaveze i zahtjeve za proizvođače elektromotora da bi ispunili uvjete sukladnosti za korištenjem opreme na tržištu.

Nepravilnosti u opskrbi električnom energijom uzrokuju 80% problema u radu elektromotora u rafinerijskim i petrokemijskim postrojenjima.

Prilikom opskrbe električnom energijom procesnih postrojenja najčešće se događaju neki od problema kao što su: harmonici koji uzrokuju pregrijavanje i smanjenje učinkovitosti, previsok napon koji smanjuje učinkovitost i snižava faktor snage, premali napon koji povećava jačinu struje i uzrokuje pregrijavanje te smanjuje učinkovitost rada pri puno opterećenju.

Idealna opskrba električnom energijom se manifestira kao savršeni sinusni val za svaku fazu pri nazivnoj jakosti struje i frekvenciji, što je u stvarnim uvjetima teško postići.

Neravnoteža napona također dovodi do pregrijavanja i smanjenja učinkovitosti pri čemu neravnoteža veća od 1% usporava rad elektromotora. Učinkovitost mora biti određena prema IEC 60034-2-1.

U tom slučaju elektromotori ne bi trebali raditi u sustavu napajanja koji ima više od 5% prisutne neravnoteže napona.

Nagli skokovi napona uzrokovani su djelovanjem kapacitatora ili stojnim valovima koji se šire kabelima i potječu od elektromotora s varijabilnim frekvencijskim regulatorima (VFD).

Skokovi napona često uzrokuju oštećenja izolacije.

Kada elektromotori s varijabilnim frekvencijskim regulatorima rade pri frekvenciji manjoj od 60 Hz, potrebno je smanjiti okretni moment ili osigurati dodatno hlađenje jer dolazi do pregrijavanja elektromotora.

Elektromotori s varijabilnim frekvencijskim regulatorima također mogu uzrokovati nastanak vrtložnih struja koje oštećuju ležajeve.

U ovakvim slučajevima preporučuje se provjeriti kod proizvođača elektromotora može li ponuditi ležajeve od materijala koji se ponaša kao izolator, preporučiti mast za podmazivanje koja nema električnu vodljivost ili ugraditi posebno prilagođen sustav uzemljenja.

Prljavštinu je nemoguće u potpunosti spriječiti da uđe u kućište elektromotora, bez obzira na konstrukcijsku izvedbu kućišta.

Prljavština šteti jer uzrokuje koroziju i abrazivno djelovanje na unutrašnje dijelove te dovodi do pregrijavanja jer se ponaša kao sloj toplinskog izolatora.

Zavojnice elektromotora se savijaju u radu i čestice prljavštine oštećuju premaz na žicama. Neke tvari poput soli ili grafita postaju električno provodljive i tada elektricitet djeluje kroz pukotine u izolaciji, što se ubrzava ako je pritom prisutna vlaga.

Velika količina čestica nečistoće također blokira prolaze za hlađenje s vanjske strane ili unutarnje što dovodi do pregrijavanja.

Nepravilno podmazivanje je poprilično standardan uzrok kvarova, pri čemu mast može sadržavati čestice prljavštine te onečistiti ležajeve ako se ne dozira pažljivo i upotrebom čistih mazalica za podmazivanje.

Postoje ručne mehaničke i električne mazalice, odabir ovisi o zahtjevima podmazivanja.

Slika: Ručna mehanička mazalica za podmazivanje ležajeva elektromotora
Slika: Ručna mehanička mazalica za podmazivanje ležajeva elektromotora (Izvor)

Različiti elektromotori imaju različite zahtjeve za podmazivanjem i uklanjanjem stare masti.

Promjenjivo mehaničko opterećenje može povećati naprezanje ležajeva ili deformaciju kućišta uzrokujući povećanje zračnosti što dovodi do vibracija ili pregrijavanja namotaja.

Treba izbjegavati necentričnost spojke, prečvrsto montiran remen ako je elektromotor spojen remenskim prijenosom s pogonjenim strojem, necentrične remenice, soft foot (mekana stopala), krivo postavljene podloške ili bailage, dinamički debalans opterećenja ili debalans rotora, montažu pogrešnog tipa ležajeva te neriješena rezonancija kod elektromotora s varijabilnim frekvencijskim regulatorom (VFD).

Vlaga postaje problem kada je elektromotor dulje vrijeme isključen i njegova temperatura se izjednači s temperaturom okoline.

Tada dolazi do kondenzacije vlage iz okoline na unutarnjim ili vanjskim dijelovima elektromotora.

Vlaga slabi dielektričnu snagu izolacije te uzrokuje koroziju ležajeva i drugih mehaničkih dijelova.

Kondenzacija vlage se može spriječiti ako je elektromotor stalno topao i radi na određenoj temperaturi.

Ostale metode eliminacije vlage su: održavanje okoline u kojoj je elektromotor ispod 80% relativne vlage grijanjem ili odvlaživanjem, osiguravanje dodatnog grijanja kada elektromotor nije u radu te redovitim okretanjem vratila na ruku kada je elektromotor isključen i u mirovanju da se mazivo ravnomjerno raspoređuje po površinama ležajeva.

6 Najčešćih kvarova elektromotora

1. Pregrijavanje

Elektromotor ima plastični ventilator namijenjen za cirkulaciju zraka kojim se hladi tijekom rada smješten u kapi.

Put kojim zrak cirkulira može biti napunjen česticama prašine i prljavštine, što ograničava cirkulaciju zraka.

Naslage prljavštine tijekom vremena stvore izolaciju koja uzrokuje pregrijavanje i oštećenje ožičenja.

Drugi uzroci pregrijavanja mogu biti preopterećenje pogonjenog stroja, elektromotor nije adekvatan za radne potrebe zbog premale snage ili je nastala otvorena faza na vodu.

2. Vibracije

Elektromotori za industrijsku primjenu moraju imati uravnoteženje između faza i amplitude električne struje.

Neuravnotežena struja će dovesti do električno uzrokovanih mehaničkih vibracija.

Istosmjerni motori imaju dodatan problem, s obzirom na to da imaju kontrolu brzina vrtnje preko promjenjivog otpornika ili frekventnog kontrolera pa je velika mogućnost rada stroja u zoni rezonancije.

Obično se javi signal upozorenja da stroj kada stroj prekorači dozvoljene i određene raspone brzine.

Vibracije uzrokuju i necentriranost agregata, rotorski sklop u debalansu, oštećeni ležajevi te oštećeni temelji ili oštećeni nosači elektromotora položeni na temelje.

3. Preopterećenje rotora

Rotor elektromotora je konstruiran iz određenog broja ravnih željeznih ili aluminijskih šipki paralelnih s vratilom koje čine kavez rotora, broj šipki ovisi o veličini elektromotora.

Preopterećene ili oštećene šipke će se u određenom trenutku slomiti zbog momenta koji nastaje protjecanjem struje u statoru.

Slomljena šipka smanjuje brzinu vrtnje elektromotora zbog smanjenog djelovanja električnih sila.

Kada je jedna šipka slomljena, obje susjedne šipke su pod povećanim opterećenjem što će posljedično dovesti do lomova ostalih šipki.

Elektromotor se neće pokrenuti ako ima 3 do 4 polomljene šipke.

Električni kabeli neodgovarajućeg poprečnog presjeka će povećati električni otpor u strujnom krugu i smanjiti jačinu struje, što utječe na rad elektromotora.

4. Elektromotor se ne uključuje

Uzrok ove situacije su najčešće pregorjeli osigurači ili nedostatak napajanja putem kabela.

Rjeđi uzroci mogu biti neodgovarajuće spojene faze, oštećena sklopka, labavo spojeni kabeli radi kojih nastane otvoreni strujni krug, kratki spoj u statoru ili mehanička oštećenja dijelova elektromotora.

5. Oštećenja izolacije

Svi dijelovi elektromotora presvučeni izolacijom, poput statora, podložni su oštećenju izolacije koje nastaje djelovanjem povišene temperature.

Jednom kada se ošteti izolacija ožičenja, doći će do kratkog spoja koji uzrokuje daljnju štetu i u konačnici otkazivanje elektromotora.

Oštećenje izolacije nastaje i prilikom savijanja.

Kratki spoj može dovesti do požara i do izgaranja elektromotora.

6. Kombinirani kvarovi

Primjer je pojačana buka u radu zbog struganja ventilatora za hlađenje po zaštitnom poklopcu ili po poklopcu elektromotora, trošenje velikih količina struje zbog neodgovarajućeg napona ili pogrešnog kabela, nema napajanja u trafostanici te pretjerano gibanje osovine zbog oštećenih ležajeva ili pogrešno montiranih ležajeva.

Kako ispitati elektromotor?

Efikasan rad elektromotora podrazumijeva niske operativne troškove, energetski učinkovitu potrošnju energije, pouzdanost i dugačak životni vijek.

Svi zahtjevi povezani su s tehničkom ispravnošću i adekvatnom konstrukcijom.

Stanje elektromotora i radnih parametara se prati i redovito ispituje na različite načine.

Čak i najosnovniji testovi rada elektromotora omogućavaju uštedu vremena i novca na popravcima, resursima i održavanju.

Ispitivanja se provode prema standardu ANSI/EASA AR100-2105 koji daje preporuke za popravak električne opreme, poboljšanje rada, sigurnosti te definira metode ispitivanja.

Kada se popravak elektromotora izvodi u odabranoj servisnoj radioni, unaprijed se preporučuje provjeriti prema kojim normama elektro radiona ili specijalizirani servis provodi ispitivanja. Ispitivanja elektromotora dodaju vrijednost i produljuju životni vijek opreme.

Redovita dijagnostika i temeljito detektiranje nepravilnosti u radu će uočiti početne probleme elektromotora te pravovremeno otklanjanje kvarova čime se podiže pouzdanost rada elektromotora i pogonjenog stroja a time u konačnici i dijela procesnog postrojenja u kojem se oprema nalazi.

Pravilno centriranje, redovite kontrole vibracija i pravilno podmazivanje su glavni elementi koji utječu na životni vijek elektromotora.

Kada elektromotor neće startati, radi s prekidima, naponska zaštita ga često izbacuje, stvara se velika količina topline u radu i nije naročito pouzdan, vrijeme je da se pronađu uzroci takvog ponašanja procjenom uvjeta rada i tehničke ispravnosti.

Ponekad se desi su da problemi u radu uzrokovani napajanjem, prekidima strujnog kruga ili neispravnom montažom.

Postoje brojni dijagnostički uređaji za praćenje stanja elektromotora poput ampermetra, senzora temperature, Meggerovog mjerenja otpora izolacije, analiza rada osciloskopom i sl. Svako ispitivanje upotpunjava sliku o problemu električne opreme iz drugog kuta. Prvi dijagnostički alat koji koristite su vaša osjetila.

Osjeti li se čudan miris paljevine u zraku kada se nalazite pored elektromotora ili se čuje neuobičajen zvuk?

Osjete li se nekontrolirane vibracije?

Je li elektromotor prevruć kada [mjerite temperaturu pirometrom(https://strojarskaradionica.wordpress.com/2020/05/22/primjena-ic-termografije-u-odrzavanju-strojeva/)?

Za početak svake dijagnostike, krenite od jednostavnih elemenata: kakav je napon, kakva je električna opskrba i otpor te koristite multimetar za preliminarno ispitivanje.

Digitalni multimetar
Slika: Digitalni multimetar (Izvor)

Načini ispitivanja elektromotora i kako vam mogu pomoći da povećate pouzdanost rada:

Ispitivanje pada napona

Ispitivanje pada napona je najjednostavniji, najbrži i najjeftiniji način provjere kvalitete i efikasnog rada strujnih krugova.

Ispitivanje pada napona se izvodi pomoću digitalnog voltmetra kada je elektromotor pod opterećenjem.

Voltmetar mjeri pad napona u strujim krugovima pod opterećenjem.

S obzirom na to da struja preskoči putem najmanjeg otpora, prevelika struja će teći prema voltmetru i omogućiti očitanje.

Ako je strujni krug prekinut, voltmetar će stvoriti privremeni tok u pokušaju da izolira područje u kojem je došlo do pada napona.

Indikacija pada napona je često rani znak da je elektromotoru potrebno čišćenje ili popravak.

Ispitivanje udarnom strujom

Ispitivanje udarnom strujom može pouzdano pokazati je li došlo do pregaranja elektromotora, odrediti je li došlo do kratkog spoja i kakva je izolacija vodiča.

Naslage na namotajima, tvorničke greške u proizvodnji ili greške nastale tijekom premotavanja te pretjerano korištenje dovode do trošenja izolacije na namotajima.

Prilikom ispitivanja djeluje se naponskim impulsom (ili udarnom strujom) na svaki set namotaja da bi se provjerilo stanje izolacije zasebnog seta i stanje seta u međusobnoj usporedbi setova.

Standardi za ispitivanje definirani su normom IEEE 522 koja određuje vrijednosti napona za veliki raspon namotaja.

Ispitivanje gubitaka u jezgri

Svaki elektromotor ima određene energetske gubitke, međutim naglo povećanje gubitaka ukazuje na daleko veći problem: nastalo je oštećenje, pregrijavanje ili namotaji ne funkcioniraju kako bi trebali.

Gubici u jezgri su nepotrebno trošenje električne energije kod elektromotora. Ispitivanje gubitaka u jezgri pokazuje da postoji razlika između ulazne i izlazne snage.

Redovito provođenje ispitivanje i bilježenje rezultate dati će vam trend kretanja prema kojem odmah vidite stanje i je li unutar granica propisanih normom.

Određeni gubici su uobičajeni i prihvatljivi, dok značajni gubici ukazuju na problem koji se može otkloniti prije nego dovede do havarije elektromotora.

Također ukazuje je li potrebno elektromotor zamijeniti jer je došao do kraja životnog vijeka i više ga nije isplativo servisirati.

Hipot test

Hipot test služi za ispitivanje dielektrične otpornosti kada želimo provjeriti kvalitetu izolacije električnog kabela elektromotora. Kabel prvo treba vizualno pregledati i ispitati otpor.

Uređaj za izvođenje Hipot testa
Slika: Uređaj za izvođenje Hipot testa (Izvor) Potom primjenom istosmjernog ili izmjeničnog napona testiramo kabel tako da struja teče između električnih krugova.

Prednaponi primijenjeni tijekom ovog testiranja su jedinstveni za svaki elektromotor i njegov specifični napon.

Kada se procjenjuje jačina novih namotaja, testiranje se izvodi pri naponu 1 000 V uvećanom za dvostruki specifični napon ispitivanog elektromotora tijekom 60 sekundi i pri frekvenciji od 50 Hz do 60 Hz.

Hipot test treba napraviti jednom pri punoj snazi i potom na 85% snage tijekom dodatnog ispitivanja, radi izbjegavanja prevelikog naprezanja izolacije.

U slučaju montirane obnovljene izolacije, test treba izvesti na 60% normalnog ispitnog napona radi izbjegavanja preopterećenja.

Megger test

Megohmmetar (ili Megger prema proizvođaču) uređaj za ispitivanje se koristi kod periodičke provjere otpornosti izolacije za različite vrste elektroopreme.

megger_mit220.png

Slika: Megohmmetar (Izvor)

Primjenjuje se visoki napon na električnom sklopu u određenom trajanju i prati se gdje je došlo do proboja struje kroz izolaciju.

Rezultat mjerenja se prikazuje u obliku otpornosti i kada se redovito mjeri može se prikazati grafički da bi se ocijenilo cjelokupno stanje izolacije elektromotora tijekom vremena.

Rezultati pokazuju prisutno trošenje i/ili oštećenje pa se unaprijed mogu pripremiti i izvršiti popravci prije nego se dogodi veći kvar.

Tijekom ispitivanja elektromotor mora biti isključen s mreže i odgovarajuće odvojen, tako se mogu analizirati različita stanja namotaja.

Imajte na umu da redovito praćenje stanja i dijagnostika kvarova prije popravka ili generalnog servisa sprječavaju neplanirane zastoje, iznenadne havarije i nepredviđene troškove uz istovremeno osiguravanje pouzdanog rada te planiranje servisa.

Pomoću softvera za upravljanje imovinom se jednostavno i pregledno vodi evidencija o stanju elektromotora, provedenim ispitivanjima, generalnim servisima, zamjenama ležajeva, o podmazivanju i svim troškovima popravaka.

Kada industrijski elektromotor ima takva oštećenja koja je neisplativo popravljati ili je dostigao kraj životnog vijeka, treba ga zamijeniti novim.

Elektromotor se bira prema namjeni i prema snazi pogonjenog stroja.

Kupnju novog elektromotora treba pravovremeno planirati jer je postupak nabave kompleksan i dugotrajan te iziskuje značajna ulaganja.

Da vam pobliže dočaram, mali istosmjerni elektromotori ili minimotori čija se snaga mjeri do 180 W će koštati do 10 eura.

Cijena elektromotora za pokretanje kompresora zraka ili smjese plinova, čija snaga može iznositi i nekoliko MW, će biti u stotinama tisuća eura.

Mali elektromotor za modelarstvo, mini lokomotive ili male letjelice
Slika: Mali elektromotor za modelarstvo, mini lokomotive ili male letjelice (Izvor)

Katarina Knafelj Jakovac
Katarina Knafelj Jakovac social media icon
7. prosinca 2023.

Katarina Knafelj Jakovac je inženjerka strojarstva sa dugogodišnjim radnim iskustvom u naftnoj industriji. Certificirani lider za pouzdanost opreme specijalizirana za strojarsku opremu i operativnu izvrsnost. Autorica je bloga Strojarska Radionica gdje dijeli profesionalno znanje i osobno iskustvo u održavanju različitih rotacijskih strojeva, strojnih sustava i procesne opreme. Obožava mehaniku, nauku o toplini i motore sa unutarnjim izgaranjem. Posvećena je kontinuiranom unaprjeđenju održavanja strojeva i kvalitetnog gospodarenja fizičkom imovinom.