Подбор защиты для электродвигателя

В процессе эксплуатации различных электроустановок возникают аварийные режимы. Основные из них – короткие замыкания, технологические перегрузки, неполнофазные режимы, заклинивание ротора электрической машины.

Аварийные режимы работы электродвигателей

Под коротким замыканием понимается режим, когда ток перегрузки превышает номинальный в несколько раз. Перегрузочный режим характеризуется превышением тока в 1,5 – 1,8 раза. Технологические перегрузки приводят к увеличению температуры обмоток электродвигателя выше допустимой, постепенному разрушению ее и выходу из строя.

Неполнофазный режим (потеря фазы) возникает в случае перегорания предохранителя в фазе, обрыва провода, нарушения контакта. При этом происходит перераспределение токов, по обмоткам электродвигателя начинают протекать повышенные токи, не исключается остановка механизма и выход электрической машины из строя. Наиболее чувствительны к неполнофазным режимам электродвигатели малой и средней мощности, т. е., которые наиболее часто используются в промышленности и сельском хозяйстве.

Заклинивание ротора электрической машины может возникнуть при разрушении подшипника, заклинивании рабочей машины. Это наиболее тяжелый режим. Скорость нарастания температуры обмотки статора достигает 7 – 10 °С в секунду, через 10 – 15 с температура двигателя выходит за допустимые пределы. Наиболее опасен такой режим для двигателей малой и средней мощности.

Наибольшее количество аварийных выходов из строя электродвигателей обусловлено технологическими перегрузками, заклиниванием, разрушением подшипникового узла . До 15 % отказов происходит из-за обрыва фаз и возникновения недопустимой несимметрии напряжений.

Виды электрических аппаратов для защиты электродвигателей

Для защиты электрооборудования от аварийных режимов серийно выпускаются автоматические выключатели, предохранители, тепловые реле, устройства встроенной температурной защиты, фазочувствительная защита и другие аппараты.

При выборе типа защиты учитываются конкретные условия эксплуатации, быстродействие, надежность, удобство эксплуатации, экономические показатели.

В электроустановках до 1000 В защита от коротких замыканий обычно осуществляется плавкими предохранителями или электромагнитными расцепителями максимального тока, встроенными в автоматические выключатели .

Помимо этого, защита от коротких замыканий электродвигателей может осуществляться токовым реле , включенным в одну из фаз статора непосредственно или через трансформатор тока и реле времени.

Защиту от перегрузок подразделяют на два типа: защиту прямого действия, реагирующую на превышение тока, и защиту косвенного действия, реагирующую на превышение температуры. Наиболее распространенным типом токовой защиты, используемой для защиты электродвигателей от перегрузок (в том числе и от заклинивания), являются тепловые релеле . Они выпускаются серии ТРН, ТРП, РТТ, РТЛ. Трехфазные тепловые реле РТТ и РТЛ защищают также от обрыва фазы.

Фазочувствительная защита (ФУЗ) защищает от обрыва фазы, заклинивания механизма, коротких замыканий, пониженного сопротивления изоляции электродвигателя.

Защита от перегрузок и заклинивания механизма может осуществляться также с помощью специальных предохранительных муфт . Указанный тип защиты используется на прессовом оборудовании. Для защиты от обрыва фаз серийно выпускаются реле обрыва фаз типа Е-511, ЕЛ-8, ЕЛ-10, современные электронные и микропроцессорные реле.

К защите косвенного действия относится и встроенная температурная защита УВТЗ , реагирующая не на значение тока, а на температуру обмотки электродвигателя, независимо от причины, вызвавшей нагрев. В настоящее время, для этих целей все чаще используются современные электронные и микропроцессорные тепловые реле, реагирующие на изменение сопротивления встроенных в обмотку статора электродвигателя терморезисторов.

Порядок выбора типа защиты для электродвигателей

При выборе типа защиты необходимо руководствоваться следующими положениями:

наиболее ответственные электроприемники, отказ в работе которых может привести к большому ущербу, подверженные систематическому загрязнению, или работающие в условиях повышенной температуры, а также с резкопеременной нагрузкой (дробилки, пилорамы, измельчители кормов) целесообразно защищать встроенной температурной защитой и автоматическими выключателями или предохранителями.

Защита маломощных электродвигателей (до 1,1 кВт), которые обслуживаются высококвалифицированным персоналом, может осуществляться тепловыми реле и предохранителями.

Защиту электродвигателей средней мощности (более 1,1 кВт), работающих без обслуживающего персонала, рекомендуется защищать фазочувствительными устройствами.

Указанные рекомендации основываются на результатах анализа работы аппаратов защиты в условиях аварийных режимов. При этом установлены следующие особенности функционирования защитных устройств.

Читайте также:  Гофра для вытяжки красивая

При небольших перегрузках и длительных режимах работы надежно работают тепловые реле, фазочувствительная защита, встроенная температурная защита. Выбор предпочтительного аппарата в этом случае необходимо производить с учетом экономических показателей. При переменных нагрузках с периодом колебаний нагрузки, соизмеримым с постоянной нагрева двигателя, тепловые реле действуют ненадежно и следует применять встроенную температурную защиту или фазочувствительную защиту. При случайных нагрузках большей надежностью обладают защитные устройства, действующие в функции температуры, а не тока.

При включении электропривода в неполнофазную сеть по его обмоткам проходит ток, близкий к пусковому, и защитные аппараты срабатывают надежно. Но если обрыв фазы произошел после включения электродвигателя, то сила тока зависит от нагрузки. Тепловые реле в этом случае обладают значительной зоной нечувствительности и лучше применять фазочувствительную защиту и встроенную температурную защиту.

При затяжных пусках применение тепловых реле нежелательно. Если пуск осуществляется при пониженном напряжении, тепловое реле может ложно отключить электродвигатель.

При заклинивании ротора электродвигателя или рабочей машины ток в его обмотках в 5 – 6 раз превышает номинальный. Тепловые реле в этой ситуации должны в течение 1 – 2 с отключить электродвигатель. Однако температурная защита при перегрузках по току в 1,6 раза и выше имеет большую динамическую погрешность, поэтому электродвигатель может быть не отключен, возникнет недопустимый перегрев обмоток и резкое сокращение срока службы электрической машины. Тепловые реле и встроенная температурная защита при больших перегрузках работают с низкой эффективностью. Лучше в таких ситуациях использовать фазочувствительную защиту.

При применении современных тепловых реле РТТ и РТЛ частота отказов электрооборудования значительно ниже, чем при использовании реле типа ТРН, ТРП и в ряде случаев сравнима с частотой отказов при установке встроенной температурной защиты.

В настоящее время, для защиты особо важных электродвигателей применение находят современные универсальные микропроцессорные устройства защиты , совмещающие в себе все типы защиты и имеющие возможность гибкой настройки параметров срабатывания.

Область применения различных устройств защиты зависит от числа выходов электрооборудования из строя, размеров технологического ущерба при отключении, затрат на приобретение аппаратуры защиты. Для выбора предпочтительного варианта необходимо технико-экономическое сравнение.

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.
Читайте также:  Как выбрать лампу для орхидей

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 Kн. Если номинальный ток устройства не превышает 100А, то величина Kн составляет 1,4; для больших значений она равна 1,25. Исходя из этого, значение тока отсечки определяется по формуле Iотс ≥ Kн х Iпуск. 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 (Кт). Это значение составляет 0,85, и номинальный ток защитного устройства при подборе следует умножать на него (Inт).

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.

Читайте также:  Как сделать столик на кладбище своими руками

Выбирая автоматические выключатели для защиты двигателей, мы должны учитывать, что при пуске электродвигателя, возникает пусковой ток, превышающий в 5 — 7 раз номинального значения.

Автоматические выключатели выбираются по условиям:

  • Uном. – номинальное напряжение, В;
  • Uном.сети – номинальное напряжение сети, В.
  • Iном.расц. – номинальный ток расцепителя выключателя, А;
  • Iном.дв. – номинальный ток электродвигателя, А.

Ток уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя выбирается по формуле [Л1,с. 106]:

Для приближенного расчета тока уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя, можно принять по таблице 6.1 [Л1,с. 107].

Таблица 6.1 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания отсечки автоматических выключателей, устанавливаемых в цепях электродвигателей

Автоматический выключателиь Расцепитель
А3700; А3790 Полупроводниковый РП 1,1 1,0 1,3 1,5
ВА БПР
"Электрон" РМТ 1,35 1,6
МТЗ-1 1,4 2,2
АВМ Электромагнитный 1,4 1,1 1,8
А3110; АП-50; А3700; ВА; АЕ20 1,3 2,1
А3120; А3130; А3140 1,15 1,9

Надежность срабатывания автомата при двухфазном и однофазном коротком замыкании при КЗ на выводах электродвигателя определяется коэффициентом чувствительности и рассчитывается по формуле [Л1,с. 107]:

При отсутствии значений по коэффициенту разбросу kp, рекомендуется принимать коэффициент чувствительности в пределах 1,4-1,5.

В случае если чувствительности защиты от междуфазных КЗ недостаточно, следует принять следующие меры:

  • уточнить значение Iс.о с учетом влияния сопротивления внешней сети на пусковой ток электродвигателя;
  • выбрать другой тип АВ;
  • увеличить сечение кабеля на одну, две ступени, но не больше;
  • применить выносную релейную защиту.

При недостаточной чувствительности защиты от однофазных КЗ, следует принять следующие меры:

  • применить кабель другой конструкции с нулевой жилой, алюминиевой оболочкой;
  • проложить дополнительные зануляющие металлические связи;
  • применить АВ со встроенной защитой от однофазных КЗ;
  • применить выносную релейную защиту от однофазных КЗ, ток срабатывания данной защиты принимается 0,5-1*Iном.дв. Коэффициент чувствительности kч > 1,5, согласно ПУЭ 7-издание;

Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя

Для того, чтобы защитить двигатель от перегрузки, то есть от повреждений, вызываемых длительным протеканием тока превышающего номинальный, нужно использовать тепловые и электромагнитные (комбинированные) расцепители. Номинальный ток теплового расцепителя определяется по формуле [Л1. с 109]:

Данные коэффициенты определяются для разных типов выключателя по таблице 6.2 [Л1. с 112].

Таблица 6.2 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания защиты от перегрузки автоматических выключателей

Автоматический выключателиь Расцепитель kн = kз*kр
А3700; АЕ20 Тепловой 1,15 1
А3110; АП50 1,25 1
ВА51; ВА52 1,2-1,35 1
АВМ Электромагнитный 1,1 1,1 1,2 0,5-0,7
А3700 Полупроводни- ковый РП 1,1 1,15-1,2 1,27-1,32 0,97-0,98
"Электрон" МТЗ-1, РМТ 1,1 1,15-1,35 1,27-1,49 0,75
ВА БПР 1,1 1,08-1,2 1,19-1,32 0,97-0,98

Общая формула по определению тока теплового расцепителя, имеет следующий вид:

Время срабатывания защиты от перегрузки выбирается из условия, что защита не будет срабатывать при пуске и самозапуске двигателя [Л1. с 112]:

Продолжительность пуска для двигателей с тяжёлыми условиями пуска, составляет более 5 – 10 сек, например для двигателей центрифуг, дробилок, шаровых мельниц и т.д и для двигателей с лёгкими условиями пуска равным 0,5 – 2 с, например для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.

Проверка чувствительности при однофазных КЗ

Данную проверку нужно выполнять, если для отключения однофазных КЗ используется защита от перегрузки. В настоящее время ПУЭ 7-издание п. 1.7.79 предъявляет требования, чтобы время отключение выключателя тока однофазного КЗ не превышало 0,4 с.

1. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *