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モーターの温度管理は重要で過去モーター表面温度が90℃を超えて
取替という事態になった事が一度だけあります。
絶縁階級がE種の場合は許容温度は120℃ですが業者によれば表面で
20℃程度低下するという意見があったのでそうなれば100℃を越せば
絶縁破壊を起こしてしまい相間短絡するのは時間の問題でした。
これは私が勤務する現場にある消防ポンプモーターで絶縁階級はB種
だから表面温度で130-20=110℃が限界と判断できます。
ですが通常は50～60℃程度でこういう負荷が固定したモーターが85℃
とかに急になれば何か劣化兆候があると私は考えています。
モーター絶縁階級は乾燥した屋内ではE種、屋外や耐久力を要求される
物はF種やB種を私が勤務するビルでは使用されています。
屋外モーターなんて10年以上雨ざらしなのにまったく故障する事なく夏場
は毎日動いてるのですからガチな耐久力です。でも永久じゃない！
モーターは熱容量や熱放散を考慮すると内部から外部に熱が移動するのに
ある程度の時間がかかり、運転開始の初期には温度変化が遅れます。
絶縁物の寿命に影響を与えるのは最終上昇温度との事です。。
下写真は冷房用の屋外冷却水ポンプ、これで温度変化を検証してみましょう。
この検証は実は10月頃にした物ですが朝方でモーター運転前は周囲温度
とほぼ同じ表面温度で26℃でした。
運転開始してから15分後に表面が43℃、更に15分後に56℃となりました。
最終的には５８℃で発熱と放熱のバランスが成立して最終上昇温度となっ
たのです。(屋内設置では放熱低下で屋外より5℃程度高くなる傾向)
レザーポインターのある通常の非接触式温度計は受変電設備の温度測定で
使用しますが機械巡回時では上の料理の温度を測る非接触式温度計を個人
的には利用しています。(いつでも携帯できる)楽天で購入！
ですが下と1℃も誤差がないので信頼性はありますよ。
この15分というのは昔父から教えてもらった方法で2回目の15分つまり
30分後の温度からそう大きくならないなら大丈夫という話でした。
でも根拠があるのかないのか、あくまで個人の経験法則か以前から気になっ
ていたので検証を行ってみたのです。
少し勉強して調べてみたらモーター温度というのはR-L直列回路の電流変化
と同じ様な★指数関数的な変化をする★のですね。
つまり最終値である定常状態と変化途中の過度状態で表す事ができます。
そうなると最初の15分をt1、次の15分をt2としてその時の温度を各θ1とθ2と
して最終上昇温度をθ∞と表す事とします。
Tとは時定数といいθ∞の約63％に達する時間を意味する物でこれが小さい
ほど早く定常状態に落ち着きます。(t2=2t1はわかりますよね！)
①は最初の15分t1の時の温度を表す式で②が30分目t2の温度を表す式
次に①式を二乗すると③式となりこれが②式と等価となる事に気がつきます。
後は中学生の数学でθ∞を機械的に求めて行けば最終上昇温度を示す式
が得られました。
その式にθ1=43℃とθ2=56℃を代入して見ると57.8℃が得られました。
実測は58℃ですから偶然か、結果と理論値はほぼ一致しました。
運転して1分値と3分値の温度ではy=kxの比例変化ではないので無理です
からどの時間タイミングで温度測定を行うのかが難しいです。
ただ私も実際にこうした設備を保守する立場の人間として父が言う15分間隔
温度点検というこの方法はかなり的を得てると思います。
★正常な発熱と放熱の関係が成立しているかの目安にはなるでしょう★
計算値より極端に最終上昇温度が上昇するならこの熱の流れが停滞し熱が
内部に蓄積するから表面温度が90℃をも超えてしまうのです。
最後は熱による絶縁破壊となり短絡が発生してMCBがトリップしますが当然
メガ測定では0Ωでしょうね。
絶縁物の耐熱温度を越せば寿命は著しく低下する検証
電気に係わる人は寿命を判定するモルチゲルの公式と10℃半減説は聞かれ
た事があると思います。
①がその式です。②は絶縁物が130℃まで上昇した寿命T1③は10℃半減説
を適用して定数βを逆算してみました。
次にA種絶縁物が定格の105℃まで上昇した時の寿命を示す式T2が④でそれ
に②③の結果を代入してみます。(★計算は電験三種の範囲です)
定格温度になった時の寿命T2が資料としてあるならば130℃まで加熱した時の
絶縁物の寿命時間T1は計算できますが今はわからないので適当に1000Hと
するならば176Hでこの結果からA種絶縁物を130℃で使用すると寿命は1/5
以下になるのだけはわかります。
解説：指数計算の公式の確認、次に③は10を二乗したら100ですよね、逆に
2は10を底とした100の対数であると同じ考え方で変換すればいいんです。
⑤のεは自然対数の底で2.718それを1.7325乗すれば5.65が得られます。
関係式が判明したのでエクセルで式を組んで105℃を1とした場合の温度超過
による寿命の推移をグラフ化してみましたがありえないけど160℃になんかなる
と一瞬で絶縁破壊してしまうという事ですよね。
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ちなみにこういうモーターがその単体の構造的理由で焼損や劣化する
事はまずなく起動、停止の繰り返し、マグネット単相運転による短絡など
★設計思想とは異なる使い型、メンテ不足を扱う側がしたのが主原因★
もちろん運用は正しくても機械物ですからいつか故障は絶対します！
「振動がひどくなった場合」「以前より熱く感じるようになった場合」
「回転が遅くなった場合」「錆がひどくなった場合」「動作時の音が大きく
なった場合」「電力の消費が大きくなった場合」などを確認した場合は
症状が軽い内に業者による点検が必要との事です。
ただ現実はそれを持ち帰り工場でないと修理できないケースでは時期
的にそれが運用上困難ならば本体取替を手配するしかありません。
モーターは15年が期待寿命ですからそれを経過した物で重大故障
が発生した場合も無条件に本体取替しないと今度は違う箇所の故障が
発生し、結局はコストばかりかかってしまいます。
OH(オーバーホール)と言っても中の雑部品の取替をして磨いて清掃で
すから経年した内部パーツまで取替するわけではないのです。
絶縁値は相当に回復しますが機械的寿命は誰にも操作できません。
(軸受けがグリースアップしていてもいつか壊れるのと同じ)
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