Тепловая перегрузка не возникает случайно, а является результатом множества взаимодействующих факторов. По сути, она возникает, когда электрические компоненты или системы несут нагрузки, превышающие их проектную мощность, что приводит к выделению избыточного тепла. Ниже мы анализируем три основные причины:

Перегрузка оборудования возникает, когда двигатели или цепи обрабатывают ток, превышающий их номинальную мощность. Эта дополнительная нагрузка генерирует избыточное тепло, которое повреждает обмотки двигателей и другие компоненты. Распространенные сценарии включают подключение нескольких мощных устройств к одной цепи или эксплуатацию двигателей за пределами их спецификаций.

Особенно тревожно то, что более 50% жилых зданий в США старше 30 лет, а электропроводка не рассчитана на современные потребности в электроэнергии. Предупреждающие знаки включают мерцание света, частое срабатывание автоматических выключателей, теплые или обесцвеченные розетки, запах гари и гудение.

Механические проблемы увеличивают сопротивление внутри двигателей, заставляя их работать усерднее и потреблять больше энергии. Распространенные примеры включают несоосность вала, вызывающую трение, и изношенные подшипники, создающие дополнительное сопротивление. Оба условия выводят двигатели за пределы их тепловой мощности.

Анализ вибрации оказывается эффективным для мониторинга состояния подшипников, поскольку износ создает обнаруживаемые изменения частоты и амплитуды вибрации, которые служат ранними предупреждающими знаками.

Электрический дисбаланс относится к неравномерному потоку тока, который генерирует дополнительное тепло и нагружает компоненты. В трехфазных системах потеря фазы заставляет оставшиеся фазы нести больше тока, перегревая обмотки двигателя. Перегрузка цепи возникает, когда потребность в электроэнергии превышает мощность, часто вызванная неисправной проводкой, неисправными выключателями или недостаточным количеством розеток, что приводит к небезопасному использованию удлинителей.

Статистика безопасности показывает, что электрические неисправности ежегодно вызывают примерно 46 700 пожаров в домах, что приводит к ущербу на сумму более 1,5 миллиарда долларов. Промышленные предприятия сталкиваются с дорогостоящими простоями и заменой оборудования из-за инцидентов с тепловой перегрузкой.

Тепловая перегрузка наносит вред электрическим системам различными способами, вызывая повреждение оборудования, угрозы безопасности и нарушения в работе, как с немедленными сбоями, так и с долгосрочной деградацией.

Тепловая перегрузка обычно атакует самые слабые компоненты системы. Изоляция проводов часто страдает первой, так как избыточный ток расплавляет изоляцию, подвергая проводники потенциальным источникам воспламенения. Двигатели сталкиваются с аналогичными рисками, когда перегруженные обмотки испытывают разрушение изоляции, что может привести к короткому замыканию или полному выходу из строя.

Трансформаторы сталкиваются с сопоставимыми опасностями, так как перегрев ухудшает изоляцию в маслонаполненных устройствах, увеличивая риск пожара. Постоянная перегрузка также повреждает проводку, розетки и выключатели, сокращая срок их службы из-за накопленного напряжения.

Риски для безопасности от тепловой перегрузки варьируются от серьезных до потенциально смертельных. Электрические пожары представляют собой наиболее непосредственную угрозу, так как перегретые провода и поврежденные розетки могут достигать температуры воспламенения. В период с 2011 по 2020 год Бюро статистики труда США зарегистрировало 33 890 производственных травм и заболеваний, связанных с тепловым воздействием, а также 999 смертельных случаев с 1992 по 2021 год, что подчеркивает важность управления тепловыми рисками.

Поврежденная изоляция также увеличивает риски поражения электрическим током, подвергая проводники, создавая возможность для ударов, варьирующихся от легкого дискомфорта до опасных для жизни травм.

Помимо повреждения компонентов и проблем безопасности, тепловая перегрузка вызывает дорогостоящие перебои в работе. Когда системы перегреваются, защитные выключатели срабатывают, чтобы предотвратить пожары, но одновременно останавливают производительность. В производстве даже кратковременные отключения могут привести к значительным убыткам.

Перегруженные системы также работают менее эффективно, потребляя больше энергии при непоследовательной производительности. Длительное тепловое напряжение ускоряет деградацию материалов, что приводит к преждевременному выходу оборудования из строя, который может перерасти в полное прекращение работы.

Предотвращение тепловой перегрузки требует сочетания надлежащих защитных устройств, продуманного проектирования и регулярного технического обслуживания для выявления и устранения проблем до того, как они станут угрозой безопасности или приведут к выходу оборудования из строя.

Эти критически важные устройства защищают двигатели, контролируя поток тока и отключая питание во время длительных перегрузок. Они обычно используют биметаллические полосы, которые изгибаются при нагревании, запуская механизмы отключения. Доступные в версиях с ручным или автоматическим сбросом, важны правильные настройки порогового значения тока — слишком низкое значение вызывает ненужные простои, в то время как слишком высокое значение подвергает риску неадекватной защиты.

Правильно подобранное оборудование, соответствующее предполагаемым нагрузкам, предотвращает перегрев. Слишком большие системы могут циклически работать чрезмерно, в то время как недостаточно большие устройства работают на постоянной полной мощности, оба варианта генерируют ненужное тепло. Регулярное техническое обслуживание должно включать:

• Визуальные осмотры на предмет повреждений или коррозии
• Проверки калибровки настроек температуры
• Функциональное тестирование путем моделирования условий перегрузки

Адекватная вентиляция также оказывается решающей для отвода тепла, в то время как ведение журналов истории срабатываний помогает выявлять развивающиеся проблемы.

В то время как реле перегрузки защищают двигатели, автоматические выключатели и предохранители защищают целые цепи. Выключатели сочетают в себе тепловые и магнитные элементы для реагирования как на устойчивые перегрузки, так и на внезапные короткие замыкания. Предохранители плавятся при воздействии чрезмерного тока, требуя замены после активации. Вместе они создают многоуровневые системы защиты со встроенной избыточностью.

Тепловая перегрузка представляет серьезные угрозы для электрических систем, потенциально вызывая повреждение оборудования, инциденты с безопасностью и нарушения в работе. Эффективные меры профилактики имеют решающее значение для поддержания безопасной и надежной работы. Основные идеи включают:

• Перегрузка оборудования, механические проблемы и электрический дисбаланс представляют собой основные причины
• Последствия варьируются от повреждения компонентов до угроз безопасности и простоев системы
• Профилактика требует реле перегрузки, правильного подбора оборудования и устройств защиты цепи

Примечательно, что трехфазные асинхронные двигатели составляют почти 80% промышленных применений, в то время как электрическая перегрузка является основной причиной сбоев в жилых цепях. Эта статистика подчеркивает необходимость надежного защитного оборудования.

Благодаря регулярным проверкам, компонентам соответствующего размера и оперативной реакции на предупреждающие знаки организации могут эффективно снизить риски тепловой перегрузки, обеспечивая безопасность и надежность электрических систем, а также защищая инвестиции в оборудование.