Обрыв фазы электродвигателя: причины, признаки и последствия

Трехфазный асинхронный электродвигатель рассчитан на питание от трех фаз. Если одна из них пропадает, нормальный режим работы нарушается. При этом двигатель не обязательно сразу остановится: если обрыв произошел во время работы, он может продолжить вращаться, хотя токи в фазах изменятся, а нагрев обмоток может увеличиться.

Такой режим называют неполнофазным. Он опасен для асинхронного двигателя и при отсутствии своевременного отключения может привести к перегреву, ускоренному старению изоляции и повреждению обмоток.

Что такое обрыв фазы электродвигателя

Обрыв фазы — это ситуация, при которой питание по одному из фазных проводников трехфазной системы прекращается. Причина может находиться как в питающей сети, так и непосредственно в цепи электродвигателя.

Важно отличать обрыв фазы от других нарушений трехфазной сети:

• обрыв фазы — одна из фаз отсутствует;

• перекос фаз — все три фазы присутствуют, но напряжения или токи несимметричны;

• нарушение чередования фаз — все фазы присутствуют, но изменена последовательность их следования.

Эти аварийные ситуации по-разному влияют на оборудование и требуют контроля разных параметров. Подробнее об асимметрии мы рассказывали в статье «Перекос фаз: причины, последствия и способы защиты», а о последовательности L1, L2 и L3 — в материале «Порядок чередования фаз: что это такое и как его проверить».

Почему может пропасть одна фаза

Причина неполнофазного режима не обязательно связана с неисправностью самого двигателя. Обрыв может возникнуть на любом участке цепи питания.

На практике причиной могут стать:

• обрыв или повреждение фазного проводника;

• ослабленный или нарушенный контакт;

• повреждение кабеля;

• перегорание одного из предохранителей;

• неисправность контактора или другого коммутационного аппарата;

• нарушение соединения на клеммах;

• авария или нарушение питания со стороны сети.

Поэтому при обнаружении пропадания фазы важно установить не только сам факт аварии, но и ее причину.

Что происходит с трехфазным двигателем при обрыве фазы

Последствия зависят в том числе от того, когда исчезла фаза: до запуска асинхронного электродвигателя или уже во время его работы.

Если одна фаза отсутствует до запуска

При нормальном трехфазном питании обмотки статора создают вращающееся магнитное поле, необходимое для запуска двигателя.

При отсутствии одной из фаз условия меняются. Нормальный трехфазный режим не формируется, поэтому асинхронный двигатель не может штатно запуститься. При этом через его обмотки может протекать значительный ток, вызывающий нагрев.

Поэтому ситуация, когда двигатель не запустился, но остается подключенным к питанию, потенциально опасна.

Если фаза пропала во время работы

Другая ситуация возникает, когда асинхронный электродвигатель уже набрал обороты и только после этого теряется одна из фаз.

В этом случае двигатель может продолжить вращение. Из-за этого обрыв не всегда очевиден для обслуживающего персонала: механизм работает, вал вращается, а значит, внешне установка может выглядеть исправной.

Однако электрический режим уже изменился. Возникает значительная несимметрия токов, нагрузка на оставшиеся питаемые обмотки увеличивается, растет их нагрев.

Чем выше механическая нагрузка на валу и чем дольше продолжается неполнофазный режим, тем опаснее его последствия.

Может ли трехфазный двигатель работать на двух фазах?

Если одна фаза исчезла после запуска, трехфазный асинхронный двигатель в определенных условиях действительно может продолжить вращение.

Но считать это допустимым рабочим режимом нельзя.

Продолжающееся вращение говорит только о том, что двигатель не остановился сразу после аварии. Оно не означает, что токи, нагрев и нагрузка на обмотки остаются в норме.

Именно поэтому пропадание фазы желательно обнаружить автоматически, не дожидаясь появления очевидных внешних признаков неисправности.

Как изменяется ток при обрыве одной фазы

При обрыве фазы нарушается симметричный режим работы трехфазного асинхронного двигателя. Токи по фазам становятся несимметричными.

Величина изменения зависит от схемы соединения обмоток, нагрузки двигателя, места возникновения обрыва и других условий. Поэтому сводить ситуацию к универсальному правилу вроде «ток всегда увеличивается в определенное количество раз» некорректно.

Для защиты важен сам факт возникновения опасного неполнофазного и несимметричного режима, а не только достижение одного фиксированного значения тока.

Это одна из причин, почему для диагностики состояния асинхронного электродвигателя полезен контроль фактических токов по фазам.

Чем опасен неполнофазный режим

Одна из главных опасностей обрыва фазы — перегрев обмоток электродвигателя.

Цепочка может выглядеть так:

обрыв фазы → нарушение симметричного режима → изменение фазных токов → повышенный нагрев → ускоренное старение изоляции → риск повреждения обмоток.

Особенность этой аварии в том, что двигатель при этом может продолжать выполнять свою механическую работу. Без контроля параметров неполнофазный режим способен некоторое время оставаться незамеченным.

Регулярная или продолжительная работа при повышенной температуре сокращает срок службы изоляции и самого электродвигателя.

Как определить, что двигатель работает на двух фазах

По одному внешнему признаку достоверно определить обрыв фазы не всегда возможно. Особенно если асинхронный двигатель уже вращался в момент возникновения аварии.

На проблему могут указывать затрудненный или невозможный запуск, изменение характера работы двигателя, повышенный нагрев и отклонения электрических параметров.

Для диагностики проверяют наличие напряжения по фазам и измеряют токи двигателя. При этом важно понимать, что место обрыва имеет значение: наличие трех фаз со стороны источника питания само по себе еще не доказывает, что питание фактически поступает на двигатель по всем трем фазам. Нарушение может находиться дальше по цепи — например, в коммутационном аппарате или соединениях.

Поэтому для постоянного контроля электродвигателя особенно информативен анализ не только напряжений сети, но и фактических токов нагрузки.

Что делать при обнаружении обрыва фазы

Продолжать эксплуатацию трехфазного двигателя в неполнофазном режиме не следует. Необходимо установить причину исчезновения фазы и устранить неисправность.

Проверяют цепь питания, кабели и соединения, состояние коммутационных аппаратов и другие элементы, через которые двигатель получает питание. После устранения причины необходимо убедиться, что параметры питания восстановлены и асинхронный электродвигатель может работать в штатном режиме.

Работы в электроустановках должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением требований электробезопасности.

Как автоматически обнаружить обрыв фазы

На производственном оборудовании рассчитывать только на периодические измерения или внешние признаки аварии недостаточно. Обрыв может произойти в любой момент, а работающий двигатель — продолжить вращаться.

Поэтому параметры питания и работы электродвигателя можно контролировать постоянно. Защитное устройство отслеживает заданные электрические параметры и при возникновении опасного режима формирует команду на отключение двигателя.

Для комплексного контроля трехфазных асинхронных электродвигателей «Новатек-Электро» выпускает универсальные блоки защиты УБЗ. В зависимости от модели устройства контролируют параметры напряжения и токи двигателя и обеспечивают защиту при различных аварийных режимах.

Для сравнительно простых задач можно рассмотреть УБЗ-301. Устройство контролирует параметры сети и токи нагрузки; среди контролируемых аварий производителем предусмотрены обрыв фаз, нарушение их чередования, перекос напряжений и ряд токовых аварий.

Когда требуется больше настроек и контролируемых параметров, применяется УБЗ-302 — универсальный блок защиты с расширенными возможностями контроля и настройки.

При выборе конкретного УБЗ необходимо учитывать параметры электродвигателя, схему подключения и перечень аварийных режимов, которые требуется контролировать. Все модели собраны в каталоге универсальных блоков защиты асинхронных электродвигателей.

Главное об обрыве фазы

Обрыв одной из фаз переводит трехфазный асинхронный двигатель в аварийный неполнофазный режим. Если фаза отсутствует до пуска, нормальный запуск нарушается; если она пропала во время работы, двигатель может продолжить вращаться, поэтому неисправность не всегда заметна сразу.

Главная опасность — изменение токов и связанный с этим повышенный нагрев обмоток. Поэтому для ответственного оборудования важно не только наличие трехфазного питания, но и постоянный контроль фактического режима работы электродвигателя с автоматическим отключением при аварии.