モーター保護：故障タイプの特定と適切な保護装置の選定

運転中のモーターで異音や振動が検出された場合、その原因を速やかに特定し、修正する必要があります。

一見明らかな異音・振動の原因が、実は隠れた問題の症状であることも多々あります。したがって、徹底的な調査が必要になることがよくあります。

異音と振動は、モーターシャフトの芯出し不良や、被駆動機や動力伝達系からモーターへ伝達される振動が原因のこともあります。また、モーター内部の電気的または機械的アンバランスが原因の場合もあります。

電気的アンバランスは、固定子と回転子の間の磁気吸引力が、モーターの周方向で不均一であるときに発生します。これにより、回転に伴いシャフトがたわみ、結果として機械的アンバランスが生じます。電気的アンバランスは通常、固定子や回転子巻線の開放、かご形モーターのバーやリングの開放、同期モーターの界磁コイル短絡などの電気的故障を示唆します。不均一なエアギャップ（通常はスリーブベアリングの過度な摩耗による）も電気的アンバランスを生じます。

機械的アンバランスの主な原因には、歪んだ取り付け、曲がったシャフト、バランスの悪い回転子、回転子上の緩んだ部品、不良ベアリングなどがあります。異音は、ファンがフレーム、シュラウド、またはシュラウド内の異物に接触していることでも発生します。ベアリングが不良（過度なベアリング異音で判明）の場合、なぜベアリングが故障したかを特定する必要があります。

モーターが直面するもう一つの問題は長時間始動です。モーターが連続して何度も始動させられると、回転子巻線や回転子バーが加熱され、回転子バーとエンドリングの電気的接続が損傷するレベルまで温度上昇することがあります。

モーター保護装置

定格電圧とサイズに関わらず、すべてのモーターは過電流（短絡）と過負荷から保護されます。

小型・中型低圧モーターは通常、過負荷と短絡のみから保護されますが、大型低圧モーターと高圧モーターにはその他の保護も追加されます。

過負荷と過電流保護は、始動時の突入電流に対して不感となるよう設計され、不適切な電源遮断を防止しなければなりません。

低圧モーターの過電流・短絡保護には、ヒューズ、開閉器や瞬時トリップ遮断器と組み合わせて使用し、短絡、地絡、ロックドローター電流によるほぼ瞬時の電流値に応答させます。

逆時間特性遮断器は、熱動と瞬時の両トリップ機能を備え、標準化されたレベルでトリップするようプリセットされています。

これは住宅、商業、重工業の建設分野で最も一般的に使用される遮断器タイプです。

この遮断器の熱動作用は熱に応答します。モーターの吸気口と排気口が不十分で、巻線からの熱を放散できない場合、その熱が遮断器の熱動作用によって検出されます。

短絡が発生した場合、遮断器の磁気動作用が瞬時電流値を検出し、遮断器をトリップさせます。

ヒューズは通常、過負荷保護には適しません。過負荷保護用にサイズ設定すると、モーター始動時の高い突入電流でヒューズが溶断してしまうためです。ただし、過負荷バックアップ保護として使用できます。

ヒューズによる保護には、単一ヒューズのみが溶断した場合に単相保護が提供されない限り、モーターに単相運転損傷のリスクが伴います。この件については後ほど説明します。

大型低圧モーターと高圧モーターは、短絡（相間・相-地絡）から、過電流リレー（50; 50N; 51; 51N）とCTによって保護されます。

過負荷保護は通常、サーマル過負荷リレーによって担保されます。このリレーには以下のタイプがあります：

バイメタルストリップ型

サーマル過負荷保護は、モーターの始動時の短時間の大電流を許容しながら、運転電流の過負荷から正確に保護します。ヒーターコイルとバイメタルストリップの動作により時間遅延が生じ、モーターが始動して正常な運転電流に落ち着くまで、サーマル過負荷がトリップしないようになっています。サーマル過負荷保護は、用途に応じて手動または自動リセット可能で、調整装置によりモーター定格電流に正確に設定できます。

スタータとモーターが設置される環境の周囲温度は、バイメタルストリップ型リレーを選定する際に考慮必須です。高い周囲温度は過負荷トリップ時間を短縮させるためです。

過負荷トリップ時間の短縮は、モーターがスタータより涼しい環境にある場合に誤動作トリップを招き、モーターがスタータより高温環境にある場合にはモーター焼損を招きます。