Автоматический выключатель для защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

При подборе автоматических выключателей, способных защитить электрические моторы от повреждения в результате КЗ или чрезмерно высоких нагрузок, необходимо учитывать большую величину пускового тока, нередко превышающую номинал в 5-7 раз. Наиболее мощным стартовым перегрузкам подвержены асинхронные силовые агрегаты, обладающие короткозамкнутым ротором. Поскольку это оборудование широко применяется для работы в производственных и бытовых условиях, то вопрос защиты как самого устройства, так и питающего кабеля очень актуален. В этой статье речь пойдет о том, как правильно рассчитать и выбрать автомат защиты электродвигателя.

Задачи устройств для защиты электродвигателей

Бытовую электротехнику от пусковых токов большой величины в сетях обычно защищают с помощью трехфазных автоматических выключателей, срабатывающих через некоторое время после того, как величина тока превысит номинальную. Таким образом, вал мотора успевает раскрутиться до нужной скорости вращения, после чего сила потока электронов снижается. Но защитные устройства, используемые в быту, не имеют точной настройки. Поэтому выбор автоматического выключателя, позволяющего защитить асинхронный двигатель от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания, более сложен.

Современные автоматы для защиты двигателя нередко устанавливаются в общем корпусе с пускателями (так называются коммутационные устройства запуска мотора). Они предназначены для выполнения следующих задач:

• Защита устройства от сверхтока, возникшего внутри мотора или в цепи подачи электропитания.
• Предохранение силового агрегата от обрыва фазного проводника, а также дисбаланса фаз.
• Обеспечение временной выдержки, которая необходима для того, чтобы мотор, вынужденно остановившийся в результате перегрева, успел охладиться.

Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:

• Отключение установки, если нагрузка перестала подаваться на вал.
• Защита силового агрегата от долгих перегрузок.
• Защита электромотора от перегрева (для выполнения этой функции внутри установки или на ее корпусе монтируются дополнительные температурные датчики).
• Индикация рабочих режимов, а также оповещение об аварийных состояниях.

Необходимо также учитывать, что автомат для защиты электродвигателя должен быть совместим с контрольными и управляющими механизмами.

Расчет автомата для электродвигателя

Еще недавно для защиты электрических моторов использовалась следующая схема: внутри пускателя устанавливался тепловой регулятор, подключенный последовательно с контактором. Этот механизм работал таким образом. Когда через реле в течение длительного времени проходил ток большой величины, происходил нагрев установленной в нем биметаллической пластины, которая, изгибаясь, прерывала контакторную цепь. Если превышение установленной нагрузки было кратковременным (как бывает при запуске двигателя), пластинка не успевала нагреться и вызвать срабатывание автомата.

Внутреннее устройство автомата защиты двигателя на видео:

Главным минусом такой схемы было то, что она не спасала агрегат от скачков напряжения, а также дисбаланса фаз. Сейчас защита электрических силовых установок обеспечивается более точными и современными устройствами, о которых мы поговорим чуть позже. А теперь перейдем к вопросу о том, как производится расчет автомата, который нужно установить в цепь электромотора.

Чтобы подобрать защитный автоматический выключатель для электроустановки, необходимо знать его времятоковую характеристику, а также категорию. Времятоковая характеристика от номинального тока, на который рассчитан АВ, не зависит.

Чтобы автоматический выключатель не срабатывал каждый раз при запуске мотора, величина пускового тока не должна быть больше той, которая вызывает моментальное срабатывание аппарата (отсечка). Соотношение тока запуска и номинала прописывается в паспорте оборудования, максимально допустимое – 7/1.

Производя расчет автомата практически, следует использовать коэффициент надежности, обозначаемый символом K_н. Если номинальный ток устройства не превышает 100А, то величина K_н составляет 1,4; для больших значений она равна 1,25. Исходя из этого, значение тока отсечки определяется по формуле I_отс ≥ K_н х I_пуск. Автоматический выключатель выбираем в соответствии с рассчитанными параметрами.

Еще одна величина, которую необходимо учитывать при подборе, когда автомат монтируется в электрощитке или специальном шкафу – температурный коэффициент (К_т). Это значение составляет 0,85, и номинальный ток защитного устройства при подборе следует умножать на него (I_n/К_т).

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

Большой популярностью пользуются модульные мотор-автоматы, представляющие собой универсальные устройства, которые успешно справляются со всеми функциями, описанными выше.

Кроме этого, с их помощью можно производить регулировку параметров отключения с высокой точностью.

Современные мотор-автоматы представлены множеством разновидностей, отличающихся друг от друга по внешнему виду, характеристикам и способу управления. Как и при подборе обычного аппарата, нужно знать величину пускового, а также номинального тока. Кроме этого, надо определиться, какие функции должно выполнять защитное устройство. Произведя нужные расчеты, можно покупать мотор-автомат. Цена этих устройств напрямую зависит от их возможностей и мощности электрического мотора.

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

Нередко при включении устройств, мощность которых превышает 100 кВт, напряжение в общей сети падает ниже минимального. При этом отключения рабочих силовых агрегатов не происходит, но количество их оборотов снижается. Когда напряжение восстанавливается до нормального уровня, мотор начинает заново набирать обороты. При этом его работа происходит в режиме перегрузки. Это называется самозапуском.

Самозапуск иногда становится причиной ложного срабатывания АВ. Это может произойти, когда до временного падения напряжения установка в течение длительного времени работала в обычном режиме, и биметаллическая пластина успела прогреться. В этом случае тепловой расцепитель иногда срабатывает раньше, чем напряжение нормализуется. Пример падения напряжения в электросети автомобиля на следующем видео:

Чтобы предотвратить отключение мощных заводских электромоторов при самозапуске, используется релейная защита, при которой в общую сеть включаются токовые трансформаторы. К их вторичным обмоткам подключаются защитные реле. Эти системы подбираются методом сложных расчетов. Приводить здесь мы их не будем, поскольку на производстве эту задачу выполняют штатные энергетики.

Заключение

В этом материале мы подробно осветили тему защитных устройств для электрических двигателей, и разобрались с тем, как подобрать автомат для электромотора и какие параметры при этом должны быть учтены. Наши читатели могли убедиться, что расчеты, которые производятся при этом, совсем несложны, а значит, подобрать аппарат для сети, в которую включен не слишком мощный силовой агрегат, вполне можно самостоятельно.

Источник

Регулировка и настройка тепловых реле и расцепителей автоматических выключателей

Основным средством защиты электроприводов от перегрузок в настоящее время являются тепловые реле, а также автоматические выключатели с тепловыми расцепителями. Наибольшее распространение получили двухполюсные реле типа ТРН и ТРП, а также трехполюсные — РТЛ, РТТ. Последние имеют улучшенные характеристики и обеспечивают защиту от несимметричных режимов.

При 20 % перегрузке тепловое реле должно отключать электродвигатель за время не более 20 мин, а при двукратной перегрузке — примерно за 2 мин. Однако это требование часто не выполняется по той причине, что номинальный ток нагревательного элемента теплового реле не соответствует номинальному току защищаемого электродвигателя. На работу тепловых реле существенное влияние оказывает температура окружающей среды.

Основным параметром тепловых реле является время-токовая защитная характеристика, т. е. зависимость времени срабатывания от величины перегрузки.

Первая из них — для реле, находящегося в холодном состоянии (разогрев током начинается, когда реле имеет температуру, равную температуре окружающей среды), и вторая — для реле, находящегося в горячем состоянии (режим перегрузки наступает после работы реле в течение 30 — 40 мин под номинальным током).

Рис. 1. Защитные характеристики теплового реле: 1 — зона срабатывания из холодного состояния, 2 — зона срабатывания из горячего состояния

Для обеспечения надежного и своевременного отключения электродвигателя при перегрузке тепловое реле должно настраиваться на специальном стенде. При этом исключается ошибка из-за естественного разброса номинальных токов заводских нагревательных элементов.

При проверке и настройке тепловой защиты на стенде используется так называемый метод фиктивных нагрузок. Через нагревательный элемент пропускают ток пониженного напряжения, имитируя таким образом реальную нагрузку, и по секундомеру определяют время срабатывания. В процессе настройки необходимо стремиться к тому, чтобы 5. 6-кратный ток отключался через 9 — 10 с, а 1,5-кратный через 150 с (при холодном состоянии нагревателя).

Для настройки тепловых реле можно использовать серийно выпускавшиеся cпециализированные стенды.

На рис. 2 показана схема такого устройства. Приспособление состоит из маломощного нагрузочного трансформатора TV2, к вторичной обмотке которого подключается нагревательный элемент теплового реле КК, а напряжение первичной обмотки плавно регулируется автотрансформатором TV1 (например ЛАТР-2). Ток нагрузки контролируется амперметром РА, включенным во вторичную цепь через трансформатор тока.

Рис. 2. Принципиальная схема установки для проверки и настройки тепловых реле

Тепловое реле проверяют следующим образом. Ручку автотрансформатора устанавливают в нулевое положение и подают напряжение, затем поворотом ручки устанавливают ток нагрузки I = 1,5 I ном и секундомером контролируют время срабатывания реле (в момент погасания лампы HL). Операцию повторяют для остальных нагревательных элементов реле.

Если время срабатывания хотя бы одного из них не соответствует норме, тепловое реле следует отрегулировать. Регулировка производится специальным регулировочным винтом. При этом добиваются, чтобы при токе I = 1,5 I ном время срабатывания составляло 145 — 150 с.

Отрегулированное тепловое реле следует настроить на номинальный ток двигателя и температуру окружающей среды. Это делают в том случае, когда номинальный ток нагревательного элемента отличается от номинального тока электродвигателя (на практике в основном так и бывает) и когда температура окружающего воздуха ниже номинальной ( + 40° С) более чем на 10° С. Токовую уставку реле можно регулировать в пределах 0,75 — 1,25 номинального тока нагревателя. Настройка производится в следующей последовательности.

1. Определяют поправку (E1) реле на номинальный ток двигателя без температурной компенсации ±Е1 = ( I ном- I о)/С I о,

где Iном — номинальный ток двигателя, I о — ток нулевой уставки реле, С — цена деления эксцентрика (С = 0,05 для открытых пускателей и С = 0,055 для защищенных).

2. Определяют поправку на температуру окружающей среды E2=(t — 30)/10,

где t — температура окружающей среды, °С.

3. Определяют суммарную поправку ±Е=(±Е1) + (-Е2).

При дробной величине Е ее следует округлить до целого в большую или меньшую сторону в зависимости от характера нагрузки.

4. На полученное значение поправки переводят эксцентрик теплового реле.

Тщательно отрегулированные тепловые реле типа ТРН и ТРП имеют защитные характеристики, мало отличающиеся от средних. Однако такие реле не обеспечивают защиту электродвигателя в случае заклинивания, а также электродвигателей, не запустившихся при обрыве фазы.

Помимо магнитных пускателей c тепловыми реле в электроприводах для нечастых пусков их и защиты электрических цепей от коротких замыканий используются автоматические выключатели. При наличии комбинированных расцепителей такие аппараты защищают электроприемники также от перегрузки. Характерные параметры автоматических выключателей: минимальный ток срабатывания — (1,1. 1,6) I ном, уставка электромагнитного расцепителя — (3 — 15) I ном, время срабатывания при токе I = 16 I ном — менее 1 с.

Испытание тепловых элементов расцепителей автоматов проводят аналогично проверке тепловых реле. Испытание выполняется током 2 I ном при температуре окружающей среды +25° С. Время срабатывания элемента (35 — 100 с) должно находиться в пределах, указанных в заводской документации или найденных по защитной характеристике каждого автомата. Настройка тепловых элементов заключается в установке при помощи винтов биметаллических пластинок на одинаковое время срабатывания при одинаковом токе.

Для проверки электромагнитного расцепителя автоматического выключателя через него от нагрузочного устройства пропускают ток на 15% меньше тока уставки (тока отсечки). Затем плавно увеличивают испытательный ток до отключения аппарата. При этом максимальное значение тока срабатывания не должно превышать ток уставки электромагнитного расцепителя более чем на 15 %. Испытание проводится не более 5 с во избежание недопустимого перегрева контактов выключателя.

Для проверки расцепителя минимального напряжения на зажимы автоматического выключателя подают напряжение U = 0,8Uном и включают аппарат, затем напряжение плавно понижают до момента срабатывания Uc = (0,35 — 0,7)Uном.

В последнее время в промышленности стали использовать полупроводниковые аппараты защиты и управления. Вместо обычных магнитных пускателей, например, применяют специальные тиристорные блоки. Техническое обслуживание таких устройств заключается в периодических внешних осмотрах и проверке работоспособности.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник