6か月後、あなたのモーターは悲鳴を上げて停止します。あなたの主要生産ラインを駆動していた200馬力のユニットは焼け付きました – 巻線は黒ずみ、絶縁材は崩れ、固定子ハウジングはまるで産業用火葬場のように熱を放射し続けています。あなたのクラス20過負荷リレーは、その殺害劇をただ見ているだけでした。指一本動かしませんでした。.
それはすべて、6か月前に、モーターを救うはずのクラスではなく、最も時間を与えるリレークラスを選んだからです。.
なぜ$200の部品の決定が、$50,000以上の大惨事になるのでしょうか？その答えは、ほとんどのエンジニアが、故障を防ぐのではなく、故障状態を作り出すモーター保護を、知らず知らずのうちに指定している理由を明らかにします。.
なぜあなたの「保守的な」クラス20の選択が、クラス10よりも速くモーターを破壊するのか
コールドスタートキラーは、ほとんどのエンジニアが考慮しない熱物理学を利用します。週末のシャットダウン後、モーターの巻線は冷たくなっています – つまり、同じ温度に達するまでに、通常の高温運転時よりも10〜20%多くの電流を吸収できます。試運転中に測定した8秒の起動時間？月曜日の朝の現実には、さらに1〜3秒を追加してください。ここで、その武器が作動します。クラス20は、モーターが熱破壊に達するまで最大20秒を与えます。クラス10は4〜10秒でトリップします。エンジニアは、コンタクタを切り捨て、ピザのトッピングを切り上げるのが大好きです。一方は他方よりも優れています。.
モーターの絶縁材は、残酷な数学に従います。制限を超える10°Cごとに、絶縁寿命が半分になります。600%の起動電流では、その「保守的な」20秒のウィンドウは死刑宣告になります。I2tの関係は、あなたの工学の学位を気にしません。損傷 ∝ I2 × t。以上。600%の電流（通常の加熱の36倍）では、ほとんどの産業用モーターで熱損傷が発生するまでに約12秒かかります – これはクラス20のトリップウィンドウ内ですが、クラス10のより速い応答によって安全に保護されます。.
故障したモーターを開けると、証拠が物語を語ります。まるで産業的なトラウマを経験したかのような巻線、損傷した絶縁材、限界を超えてストレスを受けた銅導体。クラス20リレーは、温度が安全な制限を超えて上昇するのを12秒以上座って見て、「まだ時間はたっぷりある」と考えていました。あなたのモーターの熱的予算が最初に尽きました。.
熱的予算：なぜモーターにはあなたが思っているよりも時間がないのか
あなたの高校の物理の先生は熱的予算について言及しませんでしたが、それはモーター保護において最も重要な方程式です。それを当座預金口座のように考えてください。モーターの温度制限を超えるすべての度は、有限の口座からの引き出しを表します。クラス10保護は、残高を監視し、当座貸越の前に引き出しを停止します。クラス20は、最大20秒間無制限の支出を提供し、口座がゼロになると驚いたふりをします。.
電流-時間関係は、線形の直感に反します。200%の電流では、熱損傷が発生するまでに数分かかります。400%の電流では、おそらく30秒です。600%の起動電流では、約12秒が残ります。I2t保護モデルは、工学的な直感に関係なく適用されます。∫(I2 – 1)dtが熱的制限に達すると、絶縁破壊が始まります。ほとんどのエンジニアは「20秒」を見て「保守的」と考えます。モーターは600%の電流を見て、緊急熱プロトコルを開始します。.
10°Cの税金は、あなたが気づかないうちにあなたの熱的予算を盗みます。周囲温度が40°Cを超える10°Cごとに、モーターの容量とリレーの感度の両方が低下します。午後の中頃までに60°Cに達する制御盤？手を引っ込めるほど熱いです。25Aのコンタクタから7アンペアの容量を奪うほど熱いです。保護ギャップは、熱ストレスがピークに達するときに正確に広がります – 10°Cの税金はモーターの巻線で徴収されます。.
モーターの故障を防ぐ過負荷リレークラスを選択するための5ステップメソッド
ステップ1：モーターの実際の熱的予算を計算する
ネームプレートの楽観主義ではなく、本物の熱的制限から始めます。クラスF絶縁を備えた一般的なNEMA設計Bモーターの場合、熱損傷は、600%のロックローター電流下で約12〜15秒で発生します。しかし、ほとんどのエンジニアが見逃している現実：冷たい巻線は、温度制限に達する前に、10〜20%多くの電流を吸収します。測定された8秒の起動時間は、月曜日の朝の再起動中に9〜11秒になります。.
プロのヒント#1：コールドスタート乗数： 冷たいモーターの巻線は、高温のモーターよりも起動時に10〜20%多くの電流を吸収します。試運転中に測定した8秒の起動時間？月曜日の朝の現実には、さらに1〜3秒を追加してください。計算で熱損傷まで10秒かかることが示されている場合、クラス20の20秒のウィンドウは保守的ではありません – それは壊滅的です。.
実際の条件を考慮してください：高慣性負荷は起動時間を延長し、低電圧は起動時間を延長し、低温の周囲温度は起動時間を延長します。実際の変数に対して20%の安全マージンを適用します。モーターが安全な加速に10秒必要で、熱損傷が12秒で発生する場合、クラス10の4〜10秒のウィンドウが保護を提供します。クラス20の6〜20秒のウィンドウは破壊のリスクがあります。.
ステップ2：トリップ時間を熱損傷曲線に対してマッピングする
調整分析は引き続き簡単です：モーターの熱損傷曲線をリレーのトリップ特性と重ね合わせます。一般的な200馬力モーター（460Vシステムで240〜250A FLA）の場合、600%の電流で12秒の熱損傷時間がある場合、保護要件は明確になります。クラス10は4〜10秒のトリップを提供します – 熱損傷の前に一貫して。クラス20は6〜20秒を許可します – 保護的な場合もあれば、破壊的な場合もあります。「時々」は保護戦略ではありません。.
プロのヒント#2：600%ルール： 常に、モーターのロックローター時間能力を、リレークラスの制限に10%のマージンを加えたものと比較して検証してください。モーターが600%の電流で12秒間耐える場合、クラス10は4〜10秒を提供します。クラス20は6〜20秒を提供します。熱損傷の前にトリップするクラスを選択してください – 最大の時間を提供するクラスではありません。.
しかし、ここに優れたエンジニアと偉大なエンジニアを区別する直感に反する真実があります：より速い保護は、多くの場合、より多くの迷惑なトリップではなく、より少ない迷惑なトリップを意味します。保護が迅速かつ予測可能に動作する場合、実際の動作条件に近い設定を最適化できます。クラス20の広いウィンドウは、モーターを破壊する可能性のある遅延トリップを回避するために、保守的な設定を強制します。クラス10の一貫した、より高速な動作により、保護と運用効率の両方を最適化できます。.
ステップ3：隠れた保護要件を考慮に入れる
単相検出は、NEMAとIECの保護哲学の間の最も重要な隠れた違いを表しています。IEC 60947-4-1：2020は、クラス10リレーが130%の電流で10分以内に単相状態を検出し、応答することを義務付けています。NEMA ICS 2-223：2023は、クラス20リレーの単相検出を必要としません。単相化が3分以内にモーターを破壊するポンプ、チラー、ファンアプリケーションでは、その「保守的な」クラス20の選択は、クラス10が自動的にキャッチする故障モードを作成します。.
プロのヒント#3：単相の盲点： NEMAクラス20のリレーを必要としない単相の検出を行います。 IECクラス10ます。 ポンプ、冷凍機用単段階的に廃止できる破壊モーターの下で3分。 この"保守的"クラス20の選択肢を故障モードスク以外のリスクにつき10が獲れます。
環境によるディレーティングは、最も必要なときに保護能力を低下させます。10°Cの税金は、モーターとリレーの両方に適用されます。周囲温度が40°Cを超える約10°Cごとに、リレーの感度が2〜6%低下します（メーカーによって異なります）。夏の午後に60°Cに達する制御盤？25Aのクラス20リレーは、21〜23Aの実効容量に近い動作をしますが、モーターは全負荷で24Aを要求します。保護ギャップは、熱ストレスがピークに達するときに広がります。.
アプリケーションの実際の故障モードに対して、選択の品質をチェックします。高慣性負荷は、より遅い保護ではなく、より速い保護を必要とします。頻繁な起動サイクルは、広いウィンドウではなく、予測可能なトリップ時間を必要とします。重要なアプリケーションは、電子IECリレーが提供する高度な機能を必要とします：地絡検出、位相不平衡保護、起動履歴を考慮した熱モデリング。もちろん、金曜日の午後4時45分に故障しました – それは、1週間の10°Cの税金の引き出しの後、熱的予算がついに枯渇したときです。.
保護速度を理解することで、モーターの殺害を防ぐ
コールドスタートキラーを理解することで、モーターの殺害を防ぎます。熱的予算をマッピングすることで、絶縁材の破産を防ぎます。遅いことの誤った安全性を回避することで、壊滅的な故障を防ぎます。次に指定する過負荷リレーは、モーターを保護するか、モーターが自己破壊している間、誤った安全性を提供します。違いはリレーの価格ではありません – より速い保護は、多くの場合、より安全な動作を意味することを理解することです。.
クラス10対クラス20の決定は、トリップを調査するためのテキストメッセージを受け取るか、生産が停止しているという午前2時の緊急電話を受け取るかを決定します。熱損傷が発生する前にトリップするクラスを選択してください。破壊が展開するのを見るための最も多くの時間を与えるクラスではありません。モーターの熱的予算は有限です。賢く使いましょう。そうしないと、コールドスタートキラーが利息付きで借金を回収します。.
プロのヒント#4：温度ディレーティングの罠： 周囲温度が40°Cを超える約10°Cごとに、過負荷リレーの容量が2〜6%低下します（メーカーによって異なります）。午後に60°Cに達する制御盤？25Aのクラス20リレーは、21〜23Aの実効容量に近い動作をする可能性があります。しかし、あなたのモーターはまだ24Aを消費しています。計算がうまくいかず、モーターは猶予期間で生きています。.
モーター保護は、最も長い時間を持つクラスを選択することではありません – モーターの熱的予算があなたが思っているよりも速くなくなることを理解することです。特に、10°Cの税金とコールドスタートキラーが連携して動作する場合。クラス10保護は、熱的予算を監視し、当座貸越の前に引き出しを停止します。クラス20は、口座が空になり、モーターが死ぬまで無制限の支出を提供します。次の$50,000のモーターの殺害を防ぐ選択は、熱的予算を尊重する選択であり、それを無視する選択ではありません。.
